Versuch 5: Atmung

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2 Versuch 5: Atmung – Statische Messung: Volumenmessungen zur Bestimmung der Kapazität des Atemraumes. – Dynamische Messungen: Bestimmung der Atemzeitvolumina und des Zeitbedarfs der Ventilation. In der Klinik wird heute die Lungenfunktionsdiagnostik vorzugsweise mit dem Verfahren der Pneumotachographie durchgeführt. Das Messprinzip der Pneumotachographie besteht darin, dass die Atemluft durch ein feinmaschiges Metallnetz oder parallel geschaltete feine Glasröhrchen, die einen definierten Strömungswiderstand (R) verkörpern, strömt, und vor sowie hinter dem Widerstand die Drücke (PV) bzw. (PH) gemessen werden. Da eine laminare Strömung vorausgesetzt werden darf, sind Druckdifferenz und Atemstromstärke � V zueinander proportional: P H � V � P V Messkopf P � P R V H Filter Mundstück Abb. 5-1 Die Versuchsperson atmet über Mundstück und Filter durch einen genau definierten Strömungswiderstand R, der Hauptbestandteil des Messkopfes ist. Über zwei Schläuche, die mit dem PowerLab-System verbunden sind, werden die Drücke PV bzw. PH vor bzw. hinter dem Widerstand erfasst, um daraus mit Gl. [1] den Atemfluß zu bestimmen. [1] 5.1 Lungenfunktionsprüfung 3 Durch Integration der Atemstromstärke � V über der Zeit kann auf das Atemvolumen geschlossen werden: V � � V dt � [2] Versuchsgang Die Versuchsperson (VP) atmet mit aufgesetzter Nasenklemme durch den Spirometermesskopf, der an PowerLab angeschlossen ist. Die zur Druckdifferenz PV–PH proportionale Atemstromstärke wird fortlaufend integriert. Damit lässt sich der Zeitverlauf des resultierenden Atemvolumens aufzeichnen. Jedes der zur Spirometrie vorgesehenen Atemmanöver ist in aufrechter Körperhaltung durchzuführen und sollte immer aus der Ruheatmung heraus begonnen werden. Das Untersuchungsprogramm, das die Bestimmung des inspiratorischen und exspiratorischen Reservevolumens, der Vitalkapazität, des Atemminutenvolumens und der Einsekundenkapazität nach Tiffeneau umfasst, ist in Abb. 5-2 in Form eines Volumenzeitdiagramms wiedergegeben. Sämtliche Volumenmesswerte sind mit einem aus den aktuellen Umgebungsbedingungen errechneten Umrechnungsfaktor k (s. S. 4 „Umrechnung der Atemvolumina auf STPD-Bedingungen“) zu multiplizieren, um auf STPD-Bedingungen zu normieren. Die Ergebnisse sind in das entsprechende Protokollblatt einzutragen und mit den Normwerten, die aus den am Arbeitsplatz ausliegenden Nomogrammen abzulesen sind, zu vergleichen. Im Einzelnen sind folgende Volumina bzw. Kapazitäten aus den der Messung direkt zugänglichen Grössen zu berechnen (s. Ergebnisprotokoll): Atemminutenvolumen AMV = AZV � f Vitalkapazität VC = ERV + AZV + IRV Totale Lungenkapazität TLC = VC + RV Einsekundenkapazität ESC = FEV1/VC Um eine obstruktive Ventilationsstörung zu simulieren, soll die Versuchsperson über einen in Serie zum Messkopf geschalteten dünnen Schlauch atmen und unter dieser Atemwegsbehinderung den Tiffeneau-Test wiederholen. Eine restriktive Ventilationsstörung erfährt die Versuchsperson ansatzweise, wenn sie in stark nach vorn gebeugter Haltung mit einwärts gedrehten Schultern atmet. In diesem Fall ist die Vitalkapazität eingeschränkt.
4 Versuch 5: Atmung Volumen [l] Vitalkapazität IRV ERV AZV VC-Messung Tiffeneau-Test Umrechnung der Atemvolumina auf STPD-Bedingungen Im allgemeinen beziehen sich alle Angaben von respiratorischen Normwerten, anhand derer Patientenbefunde zu bewerten sind, auf die folgenden Standardbedingungen: T = 0 [°C] = 273 [°K]; P = 101 [kPa] = 760 [mmHg]; PH 2 O =0[Pa], was als STPD-Bedingungen (= standard temperature pressure dry) bezeichnet wird. Die aktuellen während der Aufzeichnung am Messkopf herrschenden Umgebungsbedingungen sind, wie folgt, zu beschreiben: T=TL [°C] = TL + 273 [°K]; P = PL [Pa]; PH 2 O =0[Pa] 1s Sekundenkapazität Zeit [s] Abb. 5-2 Schematische Darstellung einer typischen spirometrischen Volumenaufzeichnung zur Definition der Vitalkapazität (VC) und der Sekundenkapazität (Tiffeneau-Test). 5.1 Lungenfunktionsprüfung 5 Man spricht in diesem Fall von ATPD-Bedingungen (= ambient temperature pressure dry) und drückt damit aus, dass die aktuellen Temperatur- und Druckwerte der Umgebungsluft, TL und PL, zu berücksichtigen sind, der exspirierte Wasserdampfanteil hingegen aufgrund eines dem Messkopf vorgeschalteten Feuchtigkeitsfilters nicht in die Messung eingeht. PH 2 O kann daher bei den Umrechnungen vernachlässigt werden. Legt man die allgemeine Gasgleichung zugrunde, erhält man mit folgender Beziehung den Umrechnungsfaktor k: k V STPD PL � � 273 � V T � 273 760 ATPD L wobei die Umgebungstemperatur TL in °C, der Luftdruck PL in mmHg einzusetzen sind. Mit k lassen sich damit die gemessenen Volumina VATPD auf Standardbedingungen, wie folgt, reduzieren: [3] V STPD � k� V ATPD [4] 5.1.2 Residualvolumenbestimmung Das nach maximaler Exspiration in den Lungen verbleibende Gasvolumen bezeichnet man als Residualvolumen (RV). Da unter Ruhebedingungen nicht die gesamte Vitalkapazität ein- bzw. ausgeatmet wird, verbleibt normalerweise am Ende einer Exspiration außer dem Residualvolumen noch das exspiratorische Reservevolumen in den Lungen. Residualvolumen und exspiratorisches Reservevolumen ergeben zusammen die funktionelle Residualkapazität (FRC). Üblicherweise werden Residualvolumen und exspiratorisches Reservevolumen gesondert bestimmt, um daraus dann die funktionelle Residualkapazität zu berechnen. Das Residualvolumen kann mit dem Indikator-Verdünnungsverfahren bestimmt werden. Bei der Helium-Einwaschmethode wird als Indikator Helium verwendet, das die Alveolar-Blutschranke praktisch nicht überwinden kann und deshalb am Gasaustausch in den Alveolen nicht teilnimmt. Schließt man eine Versuchsperson am Ende einer maximalen Exspiration an ein Spirometer an, in dem sich ein Gasgemisch mit bekannter Heliumkonzentration befindet, so fällt nach einigen Atemzügen die Heliumkonzentration ab, weil sich das Helium nunmehr auf die 3 Volumina Spirometervolumen + Totraumvolumen + RV verteilt. Da die Heliummenge konstant bleibt, ergibt sich folgende Gleichung:
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Seite 7 und 8: 12 Versuch 5: Atmung Versuchsgang D
Seite 9 und 10: 16 Versuch 5: Atmung 5.3 Atemmechan
Seite 11: 20 Versuch 5: Atmung Nach 1. Piepto

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