Versuch 5: Atmung

10 Versuch 5: Atmung
5.2.2 Alveoläre Ventilation
Ein nicht unwesentlicher Anteil des Atemzugvolumens dient nicht der Versorgung
des Alveolarraums mit Frischluft, sondern bewirkt ausschließlich eine Ventilation
des Totraums. Eine konstante Stoffwechsellage vorausgesetzt, bedeutet
dies, dass je nach Atemtiefe eine andere alveoläre Gaszusammensetzung resultiert.
Forciert man die Ventilation, so wird dank der gesteigerten „Frischluftzufuhr“
der alveoläre Partialdruck für PO2 ansteigen, hingegen PCO2 sinken. Man bezeichnet
die für eine bestimmte Stoffwechsellage zu starke Ventilation als
Hyperventilation, wie sie z.B. bei Aufregung oder bei Aufenthalt in großen Höhen
beobachtet wird. Vermehrte Ventilation unter körperlicher Anstrengung jedoch
grenzt man mit dem Begriff Mehr- oder Polyventilation gegen eine Hyperventilation
ab.
Umgekehrt führt eine verminderte Ventilation oder Hypoventilation zu einem
Anstieg des PCO2 und Abfall des PO2 , was unter schneller, flacher Atmung
(„Hechelatmung“) bei Patienten mit akutem Lungenversagen oder schmerzhaften
Zuständen beim Atmen (Rippenfrakturen, Pleuritis) anzutreffen ist, die dadurch
übermäßig stark den Totraum belüften.
Wir wollen in diesem Teilversuch die alveoläre Gaszusammensetzung als
Funktion der Ventilation unter körperlicher Ruhebedingung untersuchen. Eine
exakte Überwachung dieser Größe ist nur anhand der Atemgaspartialdrücke im
arteriellen Blut möglich. Näherungsweise kann die alveoläre Gaszusammensetzung
am Ende einer tiefen Exspiration stellvertretend dafür eingesetzt werden.
Voraussetzung ist, dass mit Hilfe verzögerungsfrei ansprechender O2- und
CO2-Messfühler die O2- und CO2-Konzentration in der Exspirationsluft fortlaufend
analysiert werden. Die alveoläre O2- und CO2-Konzentration bzw. Partialdrücke
sind mit der alveolären Ventilation zu korrelieren, d. h. mit dem Anteil
des Atemminutenvolumens, das definitiv den Alveolarraum belüftet. Daher
muss das Atemminutenvolumen um die Totraumventilation vermindert werden.
Näherungsweise setzen wir ein konstantes, von der Atemtiefe und -frequenz unabhängiges
Totraumvolumen, das im Schnitt ein Drittel des Ruheatemzugvolumens
ausmacht, voraus:
V D � AZV
1
[11]
3
und berechnen für jeden Ventilationszustand die Totraumventilation V . D mit
Hilfe der entsprechenden Atemfrequenz f:
5.2 Atemregulation 11
V��V � f
[12]
D D
In einem am Bildschirm aufzurufenden Tabellenblatt sind die jeweiligen O2- und
CO2-Partialdrücke, die zugehörigen AMV, Atemfrequenzen und die daraus errechneten
Totraumventilationen einzutragen, und in einem Diagramm die Atemgaspartialdrücke
als Funktion der alveolären Ventilation aufzutragen.
Versuchsgang
Die Versuchsperson wird über ein Mundstück bei aufgesetzter Nasenklemme
mit dem Pneumotachographiemesskopf des breath-by-breath-Spirometers PowerCube
verbunden. Mit dieser computergesteuerten Messeinrichtung können
neben den Spirometerdaten fortlaufend die O2- und CO2-Konzentrationen bzw.
Partialdrücke in der Exspirationsluft registriert werden. Die zeitliche Auflösung
der Gasanalyse ist so hoch, daß damit auch die alveoläre Gaszusammensetzung
aus dem jeweils letzten Anteil der Exspirationsluft bestimmt werden kann.
Die VP atmet zunächst ruhig ein und aus. Die Messung liefert in diesem Fall
die alveoläre Gaszusammensetzung unter Ruheatmung. Anschließend soll die
VP versuchen, für einige Atemzüge unterschiedlich schnell und tief zu atmen,
um dadurch unterschiedliche Ventilationsbedingungen zu schaffen, für die jeweils
die alveoläre Gaszusammensetzung zu bestimmen ist.
5.2.3 CO2-Rückatmung
Das Atemminutenvolumen, das sich aus dem Produkt (Atemzugvolumen � Atemfrequenz)
errechnet, ist in weiten Grenzen variabel und kann bei körperlicher Arbeit
oder bei willkürlicher Hyperventilation größenordnungsmäßig das 20-fache
des Ruhewertes erreichen. Die Regulation der Ventilation erfolgt vorwiegend
über die CO2- und O2-Partialdrücke sowie über den pH-Wert im Blut. Zu diesem
Themenkomplex untersuchen wir im Praktikum den wichtigen Einfluss steigender
CO2-Konzentration in der Inspirationsluft auf das Atemminutenvolumen.
Diese Messung wird nur an einer Versuchsperson pro Gruppe durchgeführt.
KursteilnehmerInnen mit Erkrankungen der Kreislauf- und Atmungsorgane
sind als Versuchsperson auszuschließen!
Geräte
CO2-Analysator (s. Teilversuch 5.2.1), Atemgurt