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Die Luft die wir einatmen besteht aus folgenden Anteilen: 78% Stickstoff, 21% Sauerstoff, 1& Kohlendioxid, Edelgase, Wasserdampf und andere Gase. Wenn wir einatmen gelangt dieses Gasgemisch durch Nase und Mund, Rachen, Luftröhre, und Hauptbronchien in die beiden Lungenflügel. Dort Teilen sich die Hauptbronchien in kleinere Bronchien und dann in Bronchiolen auf, die schließlich in den Lungenbläschen (Alveolen) enden. Die Alveolen sind mikroskopisch kleine Bläschen, die von Blutkapillaren umgeben sind. Hier findet der Gasaustausch statt.

Die einzigen beiden Gase des Luftgemischs die am Gasaustausch teilnehmen sind Sauerstoff und Kohlendioxid. Der Gasaustausch ist ein Vorgang, der vom Prinzip her der Diffusion gleicht (die passive Bewegung eines Stoffes einen Konzentrationsgradienten hinab, also von einem Bereich hoher Konzentration zu einem Bereich niedriger Konzentration). Bei Gasen spricht man allerdings nicht von einer Konzentration (diese Bezeichnung gilt nur bei Flüssigkeiten), sondern vom so genannten Partialdruck. Der Partialdruck ist der Anteil am Gesamtdruck, den ein bestimmter Anteil eines Gasgemischs ausmacht. Das aber nur am Rande, das Prinzip ist das gleiche – angegeben wird der Anteil eines bestimmten Stoffes in einem Gemisch.
Das Blut das vom Herzen in die Lunge strömt und dort in die Kapillaren. Um die Alveolen herum, ist wenig mit Sauerstoff angereichert – es kommt aus dem Körper, wo der Sauerstoff überall in Vorgängen der Zellatmung verbraucht wurde. Es ist also wenig Sauerstoff an das Hämoglobin in den roten Blutkörperchen gebunden. Dementsprechend kann gesagt werden dass der Partialdruck des Sauerstoffs hier sehr niedrig ist. Kommt nun also das Blut mit dem niedrigen Sauerstoffpartialdruck in die Kapillaren und damit in indirekten Kontakt mit der Luft in den Alveolen, findet Diffusion statt – Sauerstoff diffundiert durch die Wand des Lungenbläschens ins Blut und bindet sich dort ans Hämoglobin. Nun wird der Sauerstoff über das Blut in die einzelnen Organe transportiert, und wird dort in Stoffwechselvorgängen verbraucht.
Der umgekehrte Vorgang findet beim Kohlendioxid statt – das Blut, das vom Herzen kommt ist reich an Kohlendioxid, welches als Abfallprodukt in eben jeden Stoffwechselvorgängen, die den Sauerstoff verbraucht haben. Dementsprechend diffundiert das Kohlendioxid aus dem Blut in die Lungenbläschen und wird dann ausgeatmet. Kohlendioxid bindet nicht ans Hämoglobin, sondern ist frei im Blut (dies ist enorm wichtig für den Säure-Basen-Haushalt – doch davon an anderer Stelle!).

Wir atmen nicht den kompletten Sauerstoff aus der Luft heraus – der Sauerstoffgehalt der Ausatmenluft beträgt normalerweise immer noch ca. 17%. Aus diesem Grund ist auch eine Mund-zu-Mund-Beatmung in der Ersten-Hilfe sinnvoll – 17% sind immer noch ziemlich viel!