Diffusionsstörung

Der pulmonale Gasaustausch erfolgt überwiegend durch passive Diffusion entlang eines Konzentrations- bzw. Partialdruckgradienten über die alveolokapilläre Membran. Die Diffusionsleistung der Lunge wird klinisch durch die DLCO bzw. TLCO (Diffusions- bzw. Transferkapazität für Kohlenmonoxid) erfasst.

Die Diffusion von Sauerstoff aus der Alveole in das pulmonale Kapillarblut hängt insbesondere von folgenden Faktoren ab:

• der Partialdruckdifferenz zwischen Alveolarluft und Blut
• der Diffusionsfläche
• der Dicke der alveolokapillären Membran
• dem Diffusionskoeffizienten des Gases
• dem pulmonalen Kapillarblutvolumen bzw. der pulmonalen Perfusion
• der Kontaktzeit zwischen Blut und Alveolarluft
• der Hämoglobinkonzentration und Sauerstoffbindungskapazität

Nach dem Fick’schen Diffusionsgesetz gilt näherungsweise:

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

• p₁ – Partialdruck des Gases im Alveolarraum
• p₂ – Partialdruck des Gases in den Kapillaren
• A – Austauschfläche
• d – Dicke der Alveolarmembran
• D – gasabhängiger Diffusionskoeffizient

Eine Diffusionsstörung liegt vor, wenn der Übertritt von Atemgasen über die alveolokapilläre Membran eingeschränkt ist. Klinisch relevant ist vor allem die verminderte Sauerstoffdiffusion.

Ursachen bzw. Mechanismen einer verminderten pulmonalen Diffusions- oder Transferkapazität sind unter anderem:

• Verlängerung der Diffusionsstrecke, z.B. bei Lungenödem, interstitiellen Lungenerkrankungen, Lungenfibrose oder entzündlicher Verdickung der Alveolarmembran
• Verminderung der Diffusionsfläche, z.B. bei Lungenemphysem, Atelektase oder nach Lungenresektion
• Vermindertes pulmonales Kapillarblutvolumen bzw. reduzierte Kapillardurchblutung, z.B. bei pulmonaler Hypertonie oder Lungenembolie
• Verkürzte Kontaktzeit zwischen Blut und Alveolarluft, insbesondere unter körperlicher Belastung
• Verminderte Hämoglobinkonzentration, z.B. bei Anämie

Die Diffusionsstörung ist von anderen Ursachen der Hypoxämie abzugrenzen, insbesondere von Ventilations-Perfusions-Missverhältnissen, Shunts, alveolärer Hypoventilation sowie Ventilationsstörungen (obstruktiv oder restriktiv) und zentralen bzw. peripheren Störungen der Atemregulation. In der klinischen Praxis treten diese Mechanismen häufig kombiniert auf.

Typische Symptome sind eine belastungsabhängige Dyspnoe, eine reduzierte körperliche Belastbarkeit sowie eine Hypoxämie, die initial häufig nur unter Belastung auftritt.

Eine Hyperkapnie tritt meist erst bei zusätzlicher alveolärer Hypoventilation oder fortgeschrittener ventilatorischer Insuffizienz auf, da CO₂ deutlich besser diffundiert als O₂.

Die wichtigste Untersuchung zur Erfassung einer Diffusionsstörung ist die Messung der DLCO. Dabei wird die Aufnahme von Kohlenmonoxid als Surrogatparameter für den pulmonalen Gasaustausch bestimmt. Ergänzend kommen Blutgasanalyse, Spirometrie, Bodyplethysmographie und Belastungsuntersuchungen zum Einsatz.

• Wood, Measurement of Gas Exchange, MSD Manual Professional Edition, 2024
• Costabel et al., Klinische Pneumologie, 2. Auflage, Thieme, 2019
• West und Luks, West's Respiratory Physiology – The Essentials, 11. Auflage, Wolters Kluwer, 2021