Sauerstofftransport

Medizinische Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher (Facharzt für innere Medizin) am 12. Oktober 2016
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Der Sauerstofftransport stellt einen physiologischen Vorgang im Organismus dar, bei welchem Sauerstoff von den Lungenbläschen zu allen Körperzellen transportiert wird. Dabei laufen komplexe physikalische und chemische Prozesse ab, die eng miteinander verknüpft sind. Bei Störungen dieser Vorgänge kann es zur Unterversorgung des Körpers mit Sauerstoff kommen.

Inhaltsverzeichnis

Was ist der Sauerstofftransport?

Zur Energiegewinnung im Organismus werden Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße oxidiert. Diese Oxidation wird auch als Verbrennung bezeichnet und erfordert als Reaktionspartner Sauerstoff. Allerdings müssen in allen Körperzellen Oxidationen zur Energiegewinnung stattfinden, sodass die Notwendigkeit besteht, den dafür benötigten Sauerstoff der Luft von den Lungenalveolen gleichmäßig bis in alle Bereiche des Körpers zu transportieren. Das kann nur über einen Sauerstofftransport erfolgen.

Der Sauerstofftransport ist von bestimmten physikalischen und chemischen Einflussgrößen und Faktoren abhängig. So gibt es unter anderem zwei mögliche Formen des Transports. Der größte Teil des Sauerstoffs wird über eine Komplexbindung an ein Eisenatom im Hämoglobin reversibel gebunden. In geringerem Maße kann Sauerstoff auch direkt im Blutplasma gelöst sein.

Von den Lungenalveolen (Lungenbläschen) diffundiert der Sauerstoff in das Blutplasma. Je höher der Partialdruck in den Lungenbläschen ist, desto mehr Sauerstoff gelangt auch ins Blut. Das sauerstoffreiche Blut fließt zunächst in die linke Herzkammer und wird von dort als arterielles Blut über die Arterien zu den Zielorganen und Zielzellen transportiert.

Sowohl der reversibel an Hämoglobin gebundene als auch der im Blutplasma frei gelöste Sauerstoff wird dort abgegeben und gelangt in die einzelnen Zellen. Dort entsteht das Verbrennungsprodukt Kohlendioxid, welches zusammen mit dem nicht verbrauchten Sauerstoff über den venösen Blutkreislauf wieder zurück in die Lungenschlagader gelangt. In der Lunge wird Kohlendioxid abgegeben und ausgeatmet, wobei es gleichzeitig im Blut zur Aufnahme von neuem Sauerstoff über die Lungenbläschen kommt.

Funktion & Aufgabe

Die wichtigste Funktion des Sauerstofftransports besteht in der gleichmäßigen Verteilung des eingeatmeten Sauerstoffs auf alle Körperzellen. Dies stellt die größte Herausforderung des Sauerstofftransportes dar.

In den Körperzellen werden die Energieträger Kohlenhydrate, Fette und Proteine unter der Freisetzung von Energie oxidiert. Die Energie hält alle Lebensvorgänge aufrecht. Wenn die Zufuhr von Sauerstoff gestoppt würde, käme es deshalb zum Absterben der betroffenen Zellen. Bei einem höheren Sauerstoffbedarf, wie etwa bei körperlicher Arbeit, muss also mehr Sauerstoff transportiert werden als während der Ruhephasen.

So ist es in einem solchen Fall erforderlich, dass der Konzentrationsunterschied des Sauerstoffs zwischen Lungenalveolen und Blutplasma höher sein muss als bei niedrigerem Bedarf. Dementsprechend erhöht sich dabei auch die Atem- und Herzfrequenz. Der Sauerstoffpartialdruck steigt an. So wird mehr Sauerstoff im Blutplasma gelöst oder im Hämoglobin gebunden.

Hämoglobin bildet mit Eisen Komplexverbindungen, welche nach Aufnahme des ersten Sauerstoffmoleküls zusätzlich noch mehr Sauerstoffmoleküle binden können. Die Grundeinheit des Hämoglobins, das Häm, stellt einen Eisen-II-Komplex mit vier Globinmolekülen dar. Das Eisenatom des Häms kann bis zu vier Sauerstoffmoleküle binden. Wenn das erste Sauerstoffmolekül gebunden ist, wird die Konformation des Häms so verändert, dass sich die weitere Aufnahme von Sauerstoff sogar noch vereinfacht. Die Farbe des Hämoglobins ändert sich dabei von dunkel zu hellrot.

Die Beladung des Hämoglobins ist von mehreren physikalischen und chemischen Faktoren abhängig, die eng miteinander verknüpft sind. So besteht ein kooperativer Effekt, der sich in einer steigenden Sauerstoffaffinität des Hämoglobins bei dessen höherer Beladung äußert.

Ein niedriger PH-Wert bei einem hohen Kohlendioxidpartialdruck begünstigt indessen eine vollständige Abgabe des Sauerstoffs aus dem Hämoglobin. Das Gleiche gilt auch bei einem Temperaturanstieg. Die Änderungen dieser physikalischen Bedingungen finden im Rahmen unterschiedlicher Aktivitätszustände des Körpers statt, sodass bei einem normal funktionierenden Sauerstofftransport die Sauerstoffversorgung des Organismus optimal abgestimmt ist.




Krankheiten & Beschwerden

Wenn der Körper nicht mehr optimal mit Sauerstoff versorgt wird, kann es zu Funktionseinschränkungen bis zum Ausfall der betroffenen Organe kommen. Sauerstoff kann im Körper nicht gespeichert werden. Deshalb muss der aktive Sauerstofftransport für alle Lebensprozesse ständig aufrechterhalten werden. Wenn die Sauerstoffversorgung jedoch nur für ein paar Minuten unterbrochen wird, sind irreversible Organschäden oder sogar Organversagen oft die Folge.

Voraussetzung für den reibungslosen Sauerstofftransport ist zunächst ein optimal funktionierender Blutkreislauf. Störungen des Kreislaufsystems durch arteriosklerotische Gefäßveränderungen, Blutgerinnsel oder Verstopfungen können die Sauerstoffversorgung des Körpers erheblich beeinträchtigen.

Bei verengten Blutgefäßen steigt der Blutdruck, um die Organe weiterhin mit Sauerstoff zu versorgen. Bei Herzinfarkten, Schlaganfällen oder Lungenembolien kann die Blutversorgung und damit auch die Versorgung mit Sauerstoff vollständig blockiert wird.

Weitere Ursachen für eine Sauerstoffunterversorgung des Körpers stellen diverse Herzerkrankungen dar, die mit einer Einschränkung der Pumpleistung einhergehen. Dazu zählen allgemeine Herzschwäche, Herzrhythmusstörungen oder entzündliche Herzerkrankungen. Durch sie gelangt letztlich nicht mehr genügend Blut zu den entsprechenden Zielorganen.

Eine Unterversorgung des Organismus mit Sauerstoff kann sich jedoch auch bei Blutkrankheiten oder bestimmten Vergiftungen ergeben. So konkurriert etwa das Molekül Kohlenmonoxid mit dem Sauerstoffmolekül aufgrund einer ähnlichen Molekülstruktur um die Bindungsplätze im Hämoglobin. Bei einer Kohlenmonoxidvergiftung handelt es sich deshalb um nichts anderes als um eine Sauerstoffunterversorgung, die zum Tod durch Ersticken führen kann.

Des Weiteren gibt es verschiedene genetisch bedingte Bluterkrankungen, die den Aufbau des Hämoglobins betreffen und eine chronische Sauerstoffunterversorgung hervorrufen. Als Beispiele kann hier die Sichelzellenanämie genannt werden. Auch andere Formen der Anämie (Blutarmut) haben einen ständigen Sauerstoffmangel zur Folge.

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