Die interaktiven Funktionen laufen nicht. Mögliche Ursachen: Die Datei läuft in einer Vorschau ohne JavaScript, oder sie wurde ohne den Ordner „assets“ geöffnet. Bitte den gesamten Plattformordner entpacken und über die index.html im Hauptordner starten. Der Text unten bleibt lesbar.
Physiologie, Teil I, Kurs 1
Sauerstoffversorgung als Systemkette
Behandeln Sie den Engpass der Kette, nicht die schönste Zahl.
1InspirationFiO₂, Pamb
2Alveoläre VerfügbarkeitPAO₂
3Transfer, LungeV/Q, Diffusion
4BluttransportHb, SaO₂, CaO₂
5Systemischer StromHZV, DO₂
6MikrozirkulationVerteilung
7MitochondrienVO₂, ATP
Standard-Monitoring
Ort des Organversagens
Zu diesem Kurs
Der Kurs führt durch die Sauerstoffversorgung als serielle Kette von der Einatmung bis zur mitochondrialen Nutzung. Der Schwerpunkt liegt auf dem sicheren Rechnen mit CaO2, DO2 und VO2. Er eignet sich zur Vorbereitung auf Lehrvisite und Prüfung und als Grundlage für die Kurse im Obermodul Intensivmedizin.
Sieben Lektionen bauen aufeinander auf. Jede besteht aus einem Lerntext und Übungen am Ende.
Eine Lektion gilt als abgeschlossen, wenn alle Übungen richtig gelöst sind. Falsche Antworten sind ausdrücklich erwünscht, die Rückmeldung zeigt den Denkfehler.
Der Schieberegler-Rechner in Lektion 3 macht die Gleichungen erfahrbar. Nutzen Sie ihn auch später zum Nachprüfen eigener Rechnungen.
Am Ende stehen ein Aufgabenblock und ein Abschlusstest. Ab 80 % richtigen Antworten lässt sich eine Teilnahmebestätigung drucken.
Fortschritt und Notizen werden nur lokal in diesem Browser gespeichert.
Lernziele
Nach diesem Kurs soll Folgendes sicher beherrscht werden:
Die Sauerstoffversorgung als mehrstufige Kette von der Einatmung bis zur mitochondrialen Nutzung strukturiert darstellen.
Partialdruck, Sättigung, Sauerstoffgehalt, Sauerstoffangebot und Sauerstoffverbrauch sauber voneinander trennen.
Die Standardgleichungen für CaO2, DO2 und VO2 korrekt anwenden, inklusive Einheitenumrechnung.
Aus wenigen Messwerten eine physiologisch konsistente Hypothese über den Engpass der Kette ableiten.
Typische klinische Denkfehler identifizieren, insbesondere die Gleichsetzung von PaO2 oder SpO2 mit „ausreichender Sauerstoffversorgung“.
Ein robustes, reproduzierbares Denkmodell für OP und Intensiv an der Hand haben, das in Sekunden am Patientenbett funktioniert.
Leitlinienstatus, Registerstand 18.09.2026
020-021 Sauerstoff in der Akuttherapie beim Erwachsenen (S3, Stand 06/2021, gültig bis 31.05.2026): Gültigkeit abgelaufen
Abgelaufene Leitlinien bleiben der letzte konsentierte Stand; Aussagen dieser Lerneinheit, die sich darauf stützen, vor der Anwendung mit neueren Studien und der Nachfolgefassung abgleichen. Aktueller Stand: Leitlinienregister.
Lektion 1
Die Sauerstoffkette als Denkmodell
Warum dieser Kurs existiert
Im klinischen Alltag wird „Sauerstoff“ oft als eine Zahl behandelt. Meist ist das SpO2. Manchmal PaO2. Manchmal FiO2. Das führt regelmäßig zu Fehlentscheidungen, weil diese Zahlen nur einzelne Glieder einer Kette abbilden.
Abbildung 1: Sättigung als Zahl
Die physiologisch korrekte Frage lautet nie: „Wie ist der Sauerstoff“ Die korrekte Frage lautet: „Wo in der Kette ist der Engpass und welche Stellschraube behebt ihn mit dem geringsten Kollateralschaden“
Dieser Kurs setzt die Begriffe und die Logik so, dass weitere Kurse über Lunge, Kreislauf, Mikrozirkulation und Mitochondrien nicht zu einer Sammlung isolierter Fakten werden, sondern zu einem einheitlichen Modell.
Die Sauerstoffkette als Denkmodell
Die Sauerstoffversorgung des Gewebes ist das Ergebnis mehrerer seriell geschalteter Schritte. Ein Engpass in einem Schritt kann durch perfekte Werte in einem anderen Schritt nicht kompensiert werden.
Die Kette in sieben Stufen
Inspiration und inspiratorische Verfügbarkeit FiO2, Umgebungsdruck, Atemwegswiderstand, Atemarbeit
Alveoläre Verfügbarkeit Alveolärer Sauerstoffpartialdruck PAO2, abhängig von FiO2, PaCO2, Umgebungsdruck
Transfer über die alveolokapilläre Membran und Verteilung in der Lunge Ventilations Perfusions Verhältnis, Shuntanteil, Diffusion, Atelektasen
Bindung und Transport im Blut Hämoglobin, SaO2, CaO2, Dyshämoglobine
Systemischer Transportstrom Herzzeitvolumen, also Blutfluss pro Zeit, daraus DO2
Mikrozirkulatorische Verteilung und Austauschfläche Kapillardichte, Flussheterogenität, funktionelles Shunting
Diffusion ins Gewebe und mitochondriale Nutzung Diffusionsstrecke, Gradienten, oxidative Phosphorylierung, VO2
Abbildung 2: Sauerstoffkaskade
Wichtig: SpO2 und PaO2 liegen überwiegend in Stufe 3 und 4. Organversagen entsteht aber oft in Stufe 5 bis 7.
Übung 1.1: Kette ordnen
Klicken Sie die Stufen in der richtigen Reihenfolge an, von der Einatmung bis zur Zelle.
Übung 1.2
Lektion 2
Begriffe, die nicht vermischt werden dürfen
Begriffe, die nicht vermischt werden dürfen
Partialdruck PaO2
PaO2 ist ein Druck. Er sagt aus, wie viel Sauerstoff physikalisch gelöst ist und welchen „Antrieb“ Sauerstoff in Lösung hat. PaO2 ist keine Menge.
Klinische Aussagekraft: Oxygenierungsebene, Lunge. Gefahr: PaO2 kann normal sein bei schwerer funktioneller Anämie, zum Beispiel CO Vergiftung oder Methämoglobin, oder bei schwerer Anämie.
Sättigung SaO2 und SpO2
SaO2 ist der Anteil des oxygenierten Hämoglobins. SpO2 ist eine optische Schätzung, die unter bestimmten Bedingungen gut ist, unter anderen deutlich fehleranfällig.
Klinische Aussagekraft: Anteil gebunden, nicht Menge. Gefahr: SpO2 kann normal sein, obwohl CaO2 niedrig ist, wenn Hb niedrig ist. SpO2 kann irreführend sein bei Dyshämoglobinen oder starker Vasokonstriktion.
Sauerstoffgehalt CaO2
CaO2 ist die Menge Sauerstoff im arteriellen Blut pro Blutvolumen. Das ist die Transportwährung.
CaO2 wird praktisch vollständig vom Hämoglobin bestimmt. Der gelöste Anteil ist klein.
Abbildung 3: Partialdruck versus Gehalt
Sauerstoffangebot DO2
DO2 ist die pro Minute transportierte Sauerstoffmenge. Das ist der Lieferstrom.
DO2 hängt ab von CaO2 und Herzzeitvolumen. Es ist damit ein Produkt aus Transportwährung und Transportstrom.
Sauerstoffverbrauch VO2
VO2 ist die pro Minute vom Körper tatsächlich verbrauchte Sauerstoffmenge. VO2 ist nicht gleich DO2. VO2 ist das, was die Zellen am Ende wirklich nutzen.
Extraktion und arteriovenöse Differenz
Extraktion beschreibt, wie viel des angebotenen Sauerstoffs entnommen wird. Die arteriovenöse Sauerstoffdifferenz ist die Differenz zwischen CaO2 und CvO2.
Diese Größen sind das Bindeglied, um von Angebot und Verbrauch logisch zu einer Diagnose zu kommen.
Übung 2.1: Was beschreibt die Größe?
Übung 2.2
Lektion 3, Schwerpunkt Rechnen
Die drei zentralen Gleichungen
Die drei zentralen Gleichungen
CaO2 Gleichung
CaO2 in ml O2 pro dl Blut:
CaO2 = 1,34 × Hb × SaO2 + 0,0031 × PaO2
Interpretation: Der erste Term ist dominant. Hb und SaO2 sind die Haupttreiber. PaO2 ist im zweiten Term nur ein kleiner Beitrag, außer in extremen Situationen oder hyperbaren Bedingungen.
Abbildung 4: Arterieller Sauerstoffgehalt
DO2 Gleichung
DO2 in ml O2 pro min:
DO2 = Herzzeitvolumen × CaO2 × 10
Der Faktor 10 wandelt ml pro dl in ml pro l um, weil Herzzeitvolumen in l pro min steht.
Abbildung 5: Sauerstoffangebot
Fick Gleichung für VO2
VO2 in ml O2 pro min:
VO2 = Herzzeitvolumen × (CaO2 − CvO2) × 10
Diese Gleichung zwingt zu konsistentem Denken: Wenn VO2 konstant ist und DO2 sinkt, muss die Extraktion steigen, also CvO2 sinken und SvO2 sinken. Wenn SvO2 hoch bleibt, obwohl klinische Hypoperfusion vorliegt, muss man an Verteilungsstörung oder Nutzungsstörung denken.
Abbildung 6: VO2
Rechner: CaO2, DO2, VO2
Verändern Sie einzelne Glieder der Kette und beobachten Sie, was mit Angebot, Extraktion und venöser Sättigung passiert.
CaO2 zusammengesetzt aus Hb-gebundenem (dunkel) und gelöstem Anteil (rot)
CaO2ml O2/dl
DO2ml O2/min, typisch 800 bis 1200
CvO2ml O2/dl
avDO2ml O2/dl
VO2ml O2/min, Ruhe 200 bis 300
SvO2Bruch
ExtraktionVO2/DO2, Ruhe etwa 0,25
CvO2 = 1,34 × Hb × SvO2 + 0,0031 × PvO2. Didaktisches Modell ohne Berücksichtigung von Dyshämoglobinen, Temperatur und Messfehlern.
Übung 3.1: CaO2
Hb 12 g/dl, SaO295 %, PaO280 mmHg. Berechnen Sie CaO2 auf zwei Nachkommastellen.
Übung 3.2: DO2
Derselbe Patient hat ein HZV von 4,5 l/min. Rechnen Sie mit CaO2 = 15,5 ml/dl.
Übung 3.3: VO2 nach Fick
HZV 5 l/min, CaO218 ml/dl, CvO213 ml/dl. Berechnen Sie VO2 und die Extraktion.
Lektion 4
Einheiten, Umrechnungen und Größenordnungssinn
Einheiten, Umrechnungen und Größenordnungssinn
Wer die Einheiten nicht sauber führt, trifft falsche Entscheidungen, weil er Größenordnungen falsch einschätzt.
Standard Einheiten
Hb: g pro dl
PaO2: mmHg
SaO2: als Bruch, also 0,97 statt 97 Prozent
CaO2: ml O2 pro dl Blut
Herzzeitvolumen: l pro min
DO2 und VO2: ml O2 pro min
Typische Größenordnungen
Diese Größenordnungen müssen im Kopf sitzen:
CaO2 bei Hb 15, SaO2 0,98: ungefähr 20 ml pro dl
CaO2 bei Hb 10, SaO2 0,98: ungefähr 13 ml pro dl
VO2 in Ruhe: ungefähr 200 bis 300 ml pro min
DO2 typischerweise: ungefähr 800 bis 1200 ml pro min
Extraktionsratio in Ruhe: ungefähr 0,25
Abbildung 7: Illusion der Sicherheit
Warum PaO2 oft überschätzt wird
Der gelöste Anteil: 0,0031 mal PaO2. Bei PaO2 100 mmHg sind das 0,31 ml O2 pro dl. Bei PaO2 200 mmHg sind das 0,62 ml O2 pro dl.
Das ist ein Unterschied von 0,31 ml O2 pro dl. Im Vergleich zu 15 bis 20 ml O2 pro dl aus Hb Bindung ist das marginal. Wenn SaO2 bereits hoch ist, ist das Hochdrehen des PaO2 oft kosmetisch. Es kann sinnvoll sein bei spezifischen Indikationen, aber es ist keine primäre DO2 Therapie.
Übung 4.1: Der Hebel PaO2
Hb 10 g/dl, SaO20,99. Durch FiO2-Erhöhung steigt PaO2 von 100 auf 400 mmHg, die Sättigung bleibt gleich. Um wie viel steigt CaO2?
Übung 4.2: Der Hebel Hb
Statt der FiO2-Erhöhung steigt Hb von 10 auf 11 g/dl bei SaO2 0,99. Um wie viel steigt CaO2?
Übung 4.3: Umrechnen
Die BGA eines Nachbarhauses gibt PaO29 kPa an. Wie viel mmHg sind das?
Lektion 5
Das Engpass Prinzip und klinische Denkfehler
Das Engpass Prinzip
Die Kette ist seriell. Das bedeutet:
Eine perfekte Oxygenierung kompensiert keine schwere Anämie.
Ein perfekter Hb Wert kompensiert kein fehlendes Herzzeitvolumen.
Ein normaler Blutdruck kompensiert keine Mikrozirkulationsstörung.
Eine normale SvO2 kompensiert keine mitochondriale Nutzungsstörung.
In der Anästhesie ist das Engpass Prinzip besonders wichtig, weil Interventionen häufig nur eine Ebene verbessern, aber eine andere verschlechtern. Beispiel: PEEP kann SaO2 verbessern, gleichzeitig venösen Rückstrom reduzieren und Herzzeitvolumen senken. Ob DO2 steigt oder fällt, hängt vom Produkt aus CaO2 und Herzzeitvolumen ab, nicht davon, ob die SpO2 schöner aussieht.
Klinische Denkfehler, die Sie ab heute aktiv vermeiden müssen
SpO2 ist normal, also ist alles gut
Falsch, weil SpO2 nur SaO2 schätzt. Wenn Hb oder CO niedrig sind, kann DO2 kritisch sein trotz SpO2 100 Prozent. Umgekehrt kann SpO2 bei Vasokonstriktion, niedriger Perfusion oder Dyshämoglobinen irreführen.
PaO2 ist hoch, also ist die Oxygenierung optimal, also ist DO2 gut
Falsch, weil DO2 primär Hb, SaO2 und CO braucht. PaO2 ist ein Teil der Lungenebene, und nur indirekt relevant über die Sättigung. Sobald SaO2 am Plateau ist, bringt PaO2 Steigerung wenig.
Blutdruck ist normal, also ist die Organperfusion normal
Falsch, weil Druck und Fluss nicht identisch sind. Ohne Information über CO, Gefäßtonus und regionale Perfusion kann MAP normal sein bei gleichzeitig niedrigem Fluss.
Laktat ist erhöht, also ist Sauerstoffmangel die einzige Ursache
Falsch. Laktat kann steigen durch reduzierte Clearance, adrenerge Stimulation, Sepsis Mechanismen und andere Faktoren. Es ist ein Perfusions und Stoffwechselmarker, aber kein reiner O2 Mangelmesser. Der Trend und der Kontext sind entscheidend.
SvO2 ist hoch, also ist Sauerstoffversorgung gut
Falsch. Hohe SvO2 kann bedeuten: wenig Extraktion, entweder weil Angebot sehr hoch ist, oder weil Gewebe nicht extrahieren kann, zum Beispiel bei Mikrozirkulationsshunting oder mitochondrialer Dysfunktion. Hohe SvO2 ist ohne Kontext nicht entlastend.
Abbildung 8: Surrogatparameter
Übung 5.1
Übung 5.2
Übung 5.3
Lektion 6
Das Grundschema der klinischen Logik
Das Grundschema der klinischen Logik
Wenn eine Situation nach Hypoxie oder Hypoperfusion aussieht, ist die richtige Reihenfolge:
Verteilung und Nutzung: Mikrozirkulation, Temperatur, Schüttelfrost, Sepsis, Organzeichen
Abbildung 9: Die fünf Messwelten Eigene Darstellung
Schritt 2: Engpass Hypothese formulieren
Beispielhypothesen:
Lunge: Shunt durch Atelektasen
Blut: Verdünnungsanämie nach Volumen und Blutverlust
Pumpe: CO Einbruch durch Myokarddepression
Verbrauch: VO2 getrieben durch Schüttelfrost
Mikrozirkulation: Sepsis, hohe Flussheterogenität
Abbildung 10: Engpass finden
Schritt 3: Intervention als Test verstehen
Jede Therapie ist eine Hypothese. Sie geben eine Intervention und erwarten eine spezifische Antwort. Wenn die Antwort ausbleibt, war die Hypothese falsch oder unvollständig.
Beispiel: Wenn Sie FiO2 erhöhen und SpO2 kaum reagiert, ist ein relevanter Shunt wahrscheinlich. Dann ist Rekrutierung und PEEP logischer als FiO2 Eskalation.
Merksätze
Sauerstoffversorgung ist Menge pro Zeit, nicht ein Partialdruck.
CaO2 ist die Transportwährung, DO2 ist der Lieferstrom, VO2 ist der Verbrauch.
SpO2 und PaO2 beschreiben primär die Lunge, nicht die Gewebeversorgung.
DO2 fällt entweder durch niedriges Herzzeitvolumen oder durch niedriges CaO2, meistens durch beides.
Ein normaler Blutdruck beweist keine ausreichende Perfusion.
Hohe SvO2 kann beruhigen oder warnen. Ohne Kontext ist sie wertlos.
Behandeln Sie den Engpass der Kette, nicht die schönste Zahl.
Kurzfazit
Wenn Sie nur eine Zeile behalten wollen:
Behandeln Sie Sauerstoff nie als Zahl, sondern als Kette. Bestimmen Sie den Engpass. Optimieren Sie CaO2 und CO als Produkt. Denken Sie an Mikrozirkulation und Nutzung, wenn die Makrowerte gut aussehen und der Patient trotzdem kippt.
Übung 6.1: Wo liegt der Engpass?
Ordnen Sie jeder Situation die wahrscheinlichste Engpass-Ebene zu.
Übung 6.2
Lektion 7
Aufgabenblock
Bearbeiten Sie die Aufgaben zuerst schriftlich im Notizfeld, dann klappen Sie die Lösung auf. Der Rechner aus Lektion 3 hilft beim Prüfen der Zahlen. Ihre Notizen werden lokal gespeichert.
Aufgabenblock
Aufgabe 1: CaO2 Rechnen und interpretieren
Ein Patient hat Hb 9 g pro dl, SaO2 0,97, PaO2 90 mmHg.
Berechnen Sie CaO2.
Welche Größe wäre bei gleicher SaO2 und PaO2 der stärkste Hebel zur CaO2 Steigerung.
Lösung
Hb Anteil: 1,34 mal 9 = 12,06. 12,06 mal 0,97 = 11,698 Gelöst: 0,0031 mal 90 = 0,279 CaO2 circa 11,98 ml O2 pro dl
Hb ist der stärkste Hebel. PaO2 Erhöhung bringt in dieser Situation nur einen kleinen Zusatz über den gelösten Anteil und über SaO2, die bereits hoch ist.
Aufgabe 2: DO2 Vergleich bei unterschiedlichem CO
Zwei Zustände:
Zustand A: Hb 12, SaO2 0,98, PaO2 100, CO 3,5 l pro min Zustand B: Hb 9, SaO2 0,98, PaO2 100, CO 5,5 l pro min
Berechnen Sie CaO2 in beiden Zuständen.
Berechnen Sie DO2 in beiden Zuständen.
Welcher Zustand hat das höhere DO2 und warum ist das klinisch wichtig.
Lösung
Zustand A: CaO2 Hb Anteil 1,34 mal 12 = 16,08. mal 0,98 = 15,758 Gelöst 0,0031 mal 100 = 0,31 CaO2 circa 16,07 ml pro dl
Zustand B: CaO2 Hb Anteil 1,34 mal 9 = 12,06. mal 0,98 = 11,819 Gelöst 0,31 CaO2 circa 12,13 ml pro dl
DO2 = CO mal CaO2 mal 10 Zustand A: 3,5 mal 16,07 mal 10 = 562 ml pro min Zustand B: 5,5 mal 12,13 mal 10 = 667 ml pro min
Zustand B hat höheres DO2 trotz niedrigerem Hb, weil CO deutlich höher ist. Klinische Konsequenz: Hb allein ist kein DO2 Urteil. Das Systemprodukt entscheidet.
Aufgabe 3: Denkfehler erkennen
Ein Patient hat SpO2 100 Prozent bei FiO2 0,6. Hb ist 6,8 g pro dl, CO ist 3 l pro min.
Frage: Ist die Sauerstoffversorgung sicher ausreichend, nur weil SpO2 perfekt ist. Welche zwei Fragen stellen Sie als Nächstes.
Lösung
Nein. SpO2 sagt nur SaO2. Bei Hb 6,8 ist CaO2 niedrig. Bei CO 3 ist DO2 wahrscheinlich kritisch. Nächste Fragen:
Wie sind Perfusionszeichen und Organparameter: Laktat Trend, Diurese, Haut, Vigilanz.
Wie ist die Ursache der Anämie und ist eine rasche Hb Korrektur indiziert, abhängig von Blutung, Ischämie, Reserve und Gesamtbild.
Aufgabe 4: Der Engpass als Hypothese
Unter Narkose fällt SpO2 von 99 auf 90 Prozent, PaCO2 ist normal, Blutdruck ist stabil. FiO2 Erhöhung bessert SpO2 nur gering.
Frage: Welcher Engpass ist wahrscheinlich und welche Intervention ist physiologisch logisch.
Lösung
Wahrscheinlich Shunt durch Atelektase. FiO2 wirkt bei Shunt schlecht. Logische Intervention: Rekrutierungsmanöver und adäquater PEEP, plus Lagerung und Sekretmanagement.
Aufgabenblock abschließen
Markieren Sie den Block als bearbeitet, wenn Sie alle vier Aufgaben gelöst und mit den Lösungen verglichen haben.
Abschlusstest, etwa 10 Minuten
Abschlusstest
Zehn Fragen, davon fünf Rechenaufgaben. Bestanden ab 80 %. Der Test ist beliebig oft wiederholbar. Ein Taschenrechner ist erlaubt.
Zum Nachschlagen
Formeln, Einheiten, Konstanten
Gleichung
Einheit und Hinweis
CaO2 = 1,34 × Hb × SaO2 + 0,0031 × PaO2
ml O2/dl. SaO2 als Bruch.
DO2 = HZV × CaO2 × 10
ml O2/min. Faktor 10: ml/dl in ml/l.
VO2 = HZV × (CaO2 − CvO2) × 10
ml O2/min (Fick).
Extraktion = VO2 / DO2
Bruch, Ruhe etwa 0,25.
Übersichtsposter
Übersicht: Die Sauerstoffkette vom Atemgas zum MitochondriumÜbersicht: Von der Inspiration zur mitochondrialen Nutzung
Abkürzungen und Einheitenkonventionen
Diese Plattform nutzt konsequent definierte Einheiten, weil viele Fehler nicht aus fehlendem Wissen entstehen, sondern aus falschen Einheiten und impliziten Annahmen.
Einheiten
Druck in mmHg. Volumen in ml oder l. Fluss in l/min. Konzentrationen in mmol/l oder g/dl je nach Parameter. Temperatur in °C.
Schreibweise
Dezimaltrennzeichen Komma. Einheiten immer mit Leerzeichen: 5 l/min, 120 mmHg.
