Atem

Ein Mensch atmet im Mittel etwa 23.000mal pro Tag und bewegt dabei rund zwölfeinhalb Kubikmeter Luft. Die Atemfrequenz ist dabei stark abhängig von der körperlichen Aktivität. Die Atemarbeit wird von der Atemmuskulatur geleistet.

Die bei der Inspiration eingeatmete Luft enthält

• O₂ (Sauerstoff): ca. 21 %
• CO₂ (Kohlendioxid): ca. 0,04 %
• N₂ (Stickstoff): ca. 78 %
• Edelgase: ca. 1 %

Das bei der Expiration ausgeatmete Gasgemisch hat durch Beimengung von Wasserdampf eine höhere Feuchtigkeit aber - bedingt durch den Sauerstoffverbrauch des Körpers - nur noch einen Sauerstoffgehalt von 16%. Der Kohlendioxidgehalt liegt bei 4 %.

Neben Gasen und Wasserdampf enthält der Atem zahlreiche flüchtige organische Verbindungen (VOCs), deren Stoffwechselursprünge nur teilweise bekannt sind. Darunter finden sich gesättigte und ungesättige Kohlenwasserstoffe, sowie Sauerstoff-, Schwefel- und Stickstoffverbindungen.

Gesättige Kohlenwasserstoffe wie Ethan, Pentan oder Aldehyde bilden sich u.a. bei der Lipidperoxidation von fettsäurehaltigen Membrankomponenten. Sie werden als Marker von oxidativem Stress angesehen. Ein kleinerer Anteil dieser Verbindungen stammt aus der Oxidation von Proteinen und aus dem Stoffwechsel der Darmbakterien. Die kurzkettigen gesättigten Kohlenwasserstoffe sind im Blut nahezu unlöslich, so dass sie innerhalb weniger Minuten abgeatmet werden.

Zu den ungesättigten Kohlenwasserstoffen im Atem zählt vor allem das Isopren, das aus der Cholesterinsynthese stammt.

Organische Verbindungen im Atem liefern wertvolle diagnostische Hinweise auf Stoffwechsel- oder Organerkrankungen:

• Aceton, das aus der Lipolyse oder der Lipidperoxidation stammt, weist auf eine Ketoazidose hin
• Stickstoffhaltige Verbindungen treten im Atem vermehrt bei bestimmten Lebererkrankungen oder Urämie auf. Sie bilden die Grundlage des Foetor hepaticus bzw. des Foetor uraemicus.

Darüber hinaus befinden sich Verfahren in Erprobung, die mittels Biosensoren die molekulare Zusammensetzung der Atemluft analysieren und sie für die Früherkennung von malignen Tumoren der Lunge, aber auch anderer Organe nutzen.