Diffusion und das Ficksche Gesetz

Konzept
Prüfungsrelevanz: mittel

Moleküle bewegen sich von dort, wo mehr sind, dorthin, wo weniger sind; das Ficksche Gesetz sagt, wie schnell.

Aktualisiert 1 Nov 2026

Auch genannt: Ficksches Gesetz, Permeabilitätskoeffizient

Worum es geht

Diffusion ist die Nettobewegung von Molekülen entlang ihres Konzentrationsgradienten, allein angetrieben durch die Wärmebewegung. Das Ficksche Gesetz fasst zusammen, was die Geschwindigkeit bestimmt: Sie steigt mit dem Gradienten, der Fläche und der Fettlöslichkeit und sinkt mit der Dicke der Barriere und der Molekülgröße. Dasselbe Gesetz bestimmt den Gasaustausch in der Lunge, der Plazenta und den Geweben.

Wichtige Fakten

Diffusion wirkt über kurze Strecken (Mikrometer); längere erfordern Konvektion (Blut, Ventilation).
Die Diffusionszeit wächst mit dem Quadrat der Strecke: die doppelte Strecke dauert etwa viermal so lange.
Der Permeabilitätskoeffizient fasst Fettlöslichkeit, Diffusionskoeffizient und Dicke zusammen: P = D × K / Δx.
In einer normalen Lungenkapillare gleicht sich der Erythrozyt bereits im ersten Drittel seiner Passage mit dem alveolären O₂ aus; es gibt Reserve.

Gleichungen

Ficksches Gesetz für eine MembranJ = P × A × (C₁ − C₂)

J: Nettofluss
P: Permeabilitätskoeffizient
A: Fläche
C₁ − C₂: Konzentrationsdifferenz

P = D × K / Δx, mit K = Verteilungskoeffizient (Fettlöslichkeit) und Δx = Dicke.

Diffusion eines Gases durch GewebeV_Gas = (A / T) × D × (P₁ − P₂)

A: Fläche
T: Dicke
D: ∝ Löslichkeit / √Molekulargewicht
P₁ − P₂: Partialdruckdifferenz

Die Grundlage der Diffusionskapazität der Lunge (DLCO).

Was die Diffusionsgeschwindigkeit verändert

Faktor	Wirkung	Klinisches Beispiel
Konzentrations- oder Druckdifferenz	Größerer Gradient, mehr Fluss	Sauerstoffgabe erhöht den alveolären PO₂
Fläche	Mehr Fläche, mehr Fluss	Emphysem: Verlust von Alveolarwänden
Barrierendicke	Dicker, weniger Fluss	Lungenfibrose, interstitielles Ödem
Fettlöslichkeit	Besser löslich, mehr Fluss	O₂, CO₂ und Anästhetika passieren die Doppelschicht
Molekülgröße	Größer, weniger Fluss	Proteine passieren nicht; Wasser schon (auch über Aquaporine)

Klinischer Bezug

Lungenfibrose: Die verdickte Barriere senkt die DLCO; die Entsättigung zeigt sich zuerst unter Belastung, wenn die Erythrozyten schneller passieren.
Emphysem: weniger Austauschfläche und eine niedrige DLCO; beim reinen Asthma ist die DLCO meist normal.
Höhe (Bogotá, ≈2600 m): Der alveoläre PO₂ ist niedriger und damit auch der Diffusionsgradient; leichte Lungenerkrankungen zeigen sich früher als auf Meereshöhe.

Testen Sie sich

Überlegen Sie die Antwort und tippen Sie dann auf die Frage.

Warum fällt die Sättigung bei Lungenfibrose beim Gehen, nicht aber in Ruhe?

In Ruhe bleibt trotz der dicken Barriere genug Zeit für den Ausgleich; unter Belastung steigt das Herzzeitvolumen, die Erythrozyten passieren schneller und die Diffusion kann nicht abgeschlossen werden.

Wenn O₂ und CO₂ ähnliche Molekulargewichte haben, warum diffundiert CO₂ etwa 20-mal schneller?

Es ist in Wasser und Gewebe weit besser löslich; im Fickschen Gesetz hängt der Diffusionskoeffizient vor allem von der Löslichkeit ab.

Was geschieht mit dem Fluss, wenn sich die Dicke verdoppelt und die Fläche halbiert?

Er fällt auf ein Viertel: Der Fluss ist proportional zur Fläche und umgekehrt proportional zur Dicke.

Warum reicht Diffusion innerhalb einer Zelle aus, nicht aber, um O₂ von der Lunge zum Fuß zu bringen?

Die Diffusionszeit wächst mit dem Quadrat der Strecke: Mikrometer dauern Millisekunden; Meter würden Jahre dauern. Deshalb gibt es den Kreislauf.