Diffusionskoeffizient

Der Diffusionskoeffizient ist ein Maß für die Beweglichkeit der Teilchen. Er lässt sich nach der Nernst-Einstein-Beziehung aus dem durchschnittlichen Quadrat der zurückgelegten Wegstrecke (Brownsche Bewegung) pro Zeit ermitteln:

$${\displaystyle D={\frac {\langle x^{2}\rangle }{2t}}}$$

In das 1. Fick’sche Gesetz geht der Diffusionskoeffizient wie folgt ein:

$${\displaystyle \mathrm {V} =D\cdot {\frac {A}{d}}\cdot (P_{1}-P_{2})}$$

mit:

• V: Diffusionsstrom
• D: Diffusionskoeffizient
• A: Austauschfläche
• d: Diffusionsstrecke
• P₁ − P₂: Partialdruckdifferenz

Für Gase in biologischen Systemen wird häufig der Krogh’sche Diffusionskoeffizient verwendet. Er berücksichtigt neben der Diffusionsfähigkeit auch die Löslichkeit eines Gases im Gewebe. Er erklärt, warum Kohlenstoffdioxid trotz geringerer Partialdruckgradienten deutlich schneller diffundiert als Sauerstoff.

$${\displaystyle D_{K}=D\cdot {\text{Löslichkeit}}}$$

Der Diffusionskoeffizient ist abhängig von:

• Molekülgröße (kleinere Moleküle diffundieren schneller)
• Temperatur
• Viskosität des Mediums
• Löslichkeit des Stoffes (v.a. bei Gasen)

Die SI-Einheit des Diffusionskoeffizienten ist:

• m²/s

In biologischen Systemen werden häufig auch cm²/s verwendet.

Der Diffusionskoeffizient ist eine zentrale Größe für den Gasaustausch in der Lunge. Veränderungen der Diffusionseigenschaften spielen u.a. eine Rolle bei:

• Diffusionsstörungen (z.B. Fibrose)
• Ventilations-Perfusions-Mismatch

• Allgemeine Mikrobiologie. Fuchs G, Hrsg. 11., vollständig überarbeitete Auflage. Stuttgart: Thieme; 2021. doi:10.1055/b000000100
• Taschenatlas Physiologie. Silbernagl S, Despopoulos jr. A, Draguhn A, Hrsg. 9., vollständig überarbeitete Auflage. Stuttgart: Thieme; 2018. doi:10.1055/b-006-149287