Versuch 5: Atmung

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14 Versuch 5: Atmung tion kann aber nur durch eine unverminderte Aktivität der Atemmuskulatur aufrecht erhalten werden, da der inspiratorisch gedehnte Thorax samt Lunge durch die elastischen Retraktionskräfte in die Ausgangsruhelage zurückkehren möchte. Messbarer Ausdruck dieses Retraktionsverhaltens ist der negative intrapleurale Druck Ppleu, der im flüssigkeitsgefüllten Pleuraspalt zwischen Pleura parietalis und pulmonalis herrscht. Der bereits schon in der Atemruhelage negative Ppleu wird umso negativer je stärker die Inspiration. Das Ausmaß der atemmuskulären Anstrengung, um ein bestimmtes Volumen einzuatmen, wird ganz entscheidend von den elastischen Eigenschaften des Atemapparates bestimmt. Zur Charakterisierung bedient sich die Atmungsphysiologie der sogenannten Ruhedehnungskurve des Atemapparates, die der passiven Druck-Volumen-Beziehung von Thorax und Lunge entspricht. Sie besitzt einen sigmoiden Verlauf, wobei in Atemruhelage die größte Steigung herrscht: Lungenvolumenänderung [l] +3 +2 +1 0 –1 –2 V C � � � P pul �P max. Exspiration max. Inspiration �V –3 –40 –30 –20 –10 0 +10 +20 +30 +40 Pulmonaldruckänderung [cm H O] 2 Abb. 5-3 Volumen-Druck-Beziehung bzw. Ruhedehnungskurve des Atemtraktes. Das eingezeichnete Steigungsdreieck markiert die größte Dehnbarkeit des Thorax-- Lungensystems, was für die Ruhelage gilt. RV steht für Residualvolumen, VC für Vitalkapazität. VC RV [14] 5.3 Atemmechanik 15 C wird als Compliance bezeichnet und stellt ein Maß für die Dehnbarkeit dar. Ihr Kehrwert ( = 1/C) wird Elastance oder Steifigkeit genannt. Aufgrund des größsten C in Atemruhelage ist die Ruheatmung mit der geringsten atemmuskulären Kraftanstrengung möglich, hingegen erfordert vertieftes Atmen einen überproportionalen Kraftaufwand (Abb. 5-3). Wird tiefer und schneller geatmet, müssen neben den elastischen Retraktionskräften des Atemapparates zusätzliche visköse, d.h. reibungsbedingte Widerstände überwunden werden, die einen noch größeren Krafteinsatz der Atemmuskulatur und damit eine noch höhere Atemarbeit erfordern. 5.3.1 Maximaler inspiratorischer und exspiratorischer Pulmonaldruck Als Maßzahlen für die Leistungsfähigkeit der Atemmuskulatur können die maximalen inspiratorischen bzw. exspiratorischen Pulmonaldrücke dienen. Sie drücken letzten Endes die Maximalkräfte der Inspirations- bzw. Exspirationsmuskulatur einschließlich aller Hilfsmuskeln aus. Da das Ausmaß der Kraftentwicklung eines Skeletmuskels stark von seiner Vordehnung abhängt, können die maximalen Pulmonaldruckwerte nur unter optimaler Vordehnung der inspiratorischen bzw. exspiratorischen Atemmuskulatur erzielt werden. Erreicht wird dies durch maximale Exspiration bzw. Inspiration, d..h. die Exspirationsmuskulatur vermag die erschlaffte Inspirationsmuskulatur beim forcierten Ausatmen optimal vorzudehnen. Der umgekehrte Fall gilt natürlich für das Einatmen. Die maximalen Pulmonaldrücke lassen sich bei einer Versuchsperson einfach gewinnen, wenn sie nach maximaler Ex- bzw. Inspiration bei geschlossenen Atemwegen mit höchster Anstrengung ein- bzw. auszuatmen versucht. Den hohen Exspirationsdruck nutzt man z.B. in der Klinik beim sog. VALSALVAschen Pressversuch aus, um die mechanischen und reflektorischen Rückwirkungen der Atmung auf den Kreislauf und die Herztätgkeit zu untersuchen. Nicht zu unterschätzende Exspirationsdrücke können reflektorisch beim Husten und Niesen, oder unter willentlicher Anstrengung bei der Defäkation, beim Geburtsvorgang und beim Heben schwerer Lasten auftreten.
16 Versuch 5: Atmung 5.3 Atemmechanik 17 Versuchsgang Die Versuchperson atmet durch den Messkopf des Pneumotachographiemessplatzes (s. Teilversuch 5.1.1). Nach einer kurzen Anpassungsphase unter Ruheatmung soll die VP maximal inspirieren und den Atem anhalten. Der Messkopf, der mit einem zusätzlichen Druckaufnehmer verbunden ist, wird rasch verschlossen. Nun muss die VP versuchen, unter höchster Kraftanstrengung auszuatmen, was natürlich gegen den Atemwegsverschluß nicht gelingt. Statt dessen baut sich der maximale Exspirationsdruck auf, der sich an dem PowerLab-System ablesen lässt. Nach erfolgter Registrierung wir der Atemweg wieder geöffnet, so dass die VP ruhig weiteratmen kann. Nach kurzer Phase der Ruheatmung wird nach maximaler Exspiration ganz entsprechend der maximale Inspirationsdruck bestimmt. 5.3.2 Messung der statischen Druck-Volumen-Beziehung von Thorax und Lunge Restriktive Ventilationsstörungen erkennt man an einer Einschränkung der Lungenvolumina bzw. -kapazitäten. Allen gemeinsam ist letztlich eine Beeinträchtigung der Volumen-Druck-Beziehung des Atemapparates, sei es durch eine orthopädisch bedingte Behinderung der Thoraxdehnbarkeit (z. B. Trichterbrust, Skoliose), durch Verlust an elastischem Lungengewebe (Emphysem, Altersschwund) oder Defizite in der Atemmuskulatur. Daher besitzt die Kenntnis der Ruhedehnungskurve von Thorax und Lunge einen hohen differentialdiagnostischen Stellenwert. Messverfahren Die statische Volumen-Druck-Beziehung muß bei extrem langsamer Atmung gewonnen werden, um die viskösen Einflüsse auszuschalten. Prinzipiell könnte man diese Beziehung exakt mit Hilfe eines Beatmungsgerätes bei Über- oder Unterdruckbeatmung messen, sofern zuvor die Atemmuskulatur in Vollnarkose völlig relaxiert worden wäre, um definitiv nur die elastischen Eigenschaften von Thorax und Lunge anzusprechen. Eine einfache Methode, die hingegen an der wachen Versuchsperson durchführbar ist, baut auf die Fähigkeit der Versuchsperson, in jeder Atemlage willkürlich die Atemmuskulatur kurzfristig zu entspannen, so daß sich ein der Lungendehnung adäquater Pulmonaldruck aufbauen kann. Versuchsgang Die Versuchsperson atmet durch den Pneumotachographen, der mit PowerLab verbunden ist, um die Änderungen der Atemvolumina und damit die momentane Atemlage bestimmen zu können. Inspiriert die VP ein bestimmtes Volumen und versucht bei geöffneter Glottis gegen den vorübergehend geschlossenen Pneumotachographen die Atemmuskulatur völlig zu entspannen (nicht Pressen wie im Teilversuch 5.3.1, sondern eher Hauchen!), entsteht ein passiver Überdruck, der dem Pulmonaldruck für das vorliegende Lungenvolumen entspricht. Stärkere Einatmung muß zu höheren Pulmonaldruckwerten führen. Umgekehrt resultiert ein passiver Unterdruck (neg. Ppul), wenn die VP über die Atemruhelage hinaus ausgeatmet hat und dann wiederum versucht, die Atemmuskulatur zu entspannen. Mit diesem Verfahren kann nur die Ruhedehnungskurve des Gesamtsystems (Thorax + Lunge) erfasst werden. Die elastischen Anteile von Thorax und Lunge an der Dehnbarkeit des Gesamtsystems lassen sich nur einzeln abschätzen, wenn ausser Ppul auch der Pleuraldruck Ppleu gemessen wird. Da eine direkte Druckmessung eine Punktion des Pleuralspalts erfordern würde, was natürlich einen nur in ganz besonderen Fällen vertretbaren Eingriff rechtfertigt, kann man dank der Schlaffheit der Ösophaguswandung Änderungen des Pleuraldruckes mit Hilfe eines Ösophagusmanometers ausreichend genau registrieren. Voraussetzung dafür ist, dass die Manometersonde mittels einer aufblasbaren Ballonmanschette gegen den Mund- bzw. Rachenraum abgeschottet wird. Der für die verschiedenen Lungenvolumina messbare Pulmonaldruck, der sich bei verschlossenen Atemwegen und totaler Entspannung der Atemmuskulatur einstellt, wird über ein Manometer, das mit dem PowerLabSystem verbunden ist, angezeigt. Die einzelnen Messwertpaare sind unter EXCEL in ein vorbereitetes Tabellenblatt einzutragen. Nach Dateneingabe wird daraus automatisch ein Volumen-Druckdiagramm generiert. 5.3.3 Atemwegswiderstand Das hier angewandte ORM-Verfahren (Oscillatory Resistance Measurement) misst das Schwingungsverhalten des Atemtraktes unter Druckschwankungen, die dem Atemluftstrom mittels einer Pumpe aufgezwungen werden. Dieses verändert sich z.B. bei Erhöhung des bronchialen Strömungswiderstandes oder bei eingeschränkter Dehnungsfähigkeit von Lunge und Thorax.
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