Transport von Sauerstoff durch Blut

Im Ruhezustand verbrauchen die Zellen unseres Körpers etwa 300 Liter Sauerstoff pro Tag, also 250 ml pro Minute. Während des Trainings oder der Arbeit kann sich der Bedarf um das 10- bis 15-fache erhöhen. Wenn der vom Blut zu den Geweben transportierte Sauerstoff einfach im Plasma gelöst wäre, müsste das Blut selbst im Ruhezustand mit einer Geschwindigkeit von 180 Litern pro Minute durch den Körper zirkulieren, um ausreichend von diesem Gas an die Zellen abzugeben Sauerstoff ist im Plasma nicht besonders löslich.

Tatsächlich zirkuliert das Blut im Ruhezustand mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 Litern pro Minute und transportiert den gesamten Sauerstoff, den die Zellen benötigen. Der Unterschied zwischen 180 und 5 Litern pro Minute ist auf die Funktion des Hämoglobins zurückzuführen. Hämoglobin ist der Farbstoff in den roten Blutkörperchen, der fast den gesamten Sauerstoff und den größten Teil des Kohlendioxids transportiert.

Blut im Gleichgewicht mit der Alveolarluft kann in gelöster Form nur 0,25 ml Sauerstoff und 2,7 dl Kohlendioxid pro 100 ml enthalten, aber dank Hämoglobin können 100 ml Blut etwa 20 ml Sauerstoff und 50–60 ml Kohlendioxid transportieren. Ungefähr 2 % des Blutsauerstoffs sind im Plasma gelöst, der Rest ist mit Hämoglobin verbunden. Nachdem Sauerstoff in das Blut der Lungenkapillaren gelangt ist, diffundiert er aus dem Plasma in die roten Blutkörperchen und verbindet sich mit Hämoglobin – ein Sauerstoffmolekül verbindet sich mit einem Hämoglobinmolekül und bildet ein Oxyhämoglobinmolekül.

Hämoglobin + O2 → Oxyhämoglobin

Die Pfeile zeigen an, dass diese Reaktion reversibel ist, d. h. es kann je nach den Bedingungen in jede Richtung gehen. Hämoglobin würde dem Körper natürlich wenig nützen, wenn es Sauerstoff nur aufnehmen könnte, ihn aber nicht dort abgeben würde, wo er benötigt wird.

In der Lunge verläuft die Reaktion von links nach rechts unter Bildung von Oxyhämoglobin und im Gewebe von rechts nach links unter Freisetzung von Sauerstoff. Die unterschiedlichen Farben von arteriellem und venösem Blut sind darauf zurückzuführen, dass Oxyhämoglobin leuchtend rot und Hämoglobin violett ist. Die Verbindung von Sauerstoff mit Hämoglobin und der Abbau von Oxyhämoglobin werden durch zwei Faktoren reguliert: hauptsächlich durch die Menge an vorhandenem Sauerstoff und in geringerem Maße durch die Menge an Kohlendioxid.

In der Lunge ist die Sauerstoffkonzentration relativ hoch und dort wird Oxyhämoglobin gebildet. Nach dem Verlassen der Lunge gelangt das Blut über das Herz und die Arterien, wo die Sauerstoffkonzentration nahezu unverändert bleibt, zu sauerstoffarmen Geweben. Dabei wird Oxyhämoglobin abgebaut, wobei Sauerstoff freigesetzt wird, der in die Gewebezellen diffundiert.

Aufgrund der Fähigkeit des Hämoglobins, Sauerstoff zu binden und abzugeben, transportiert das Blut ihn effektiv von der Lunge zum Gewebe und versorgt die Zellen mit dem für die Atmung notwendigen Sauerstoff.