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Atmungsmechanik

Die Lunge hat das Bestreben, sich zusammenzuziehen, so dass im Interpleuralspalt ein subatmosphärischer Druck entsteht, der über den Ösophagus gemessen werden kann. Die elastischen Widerstände sind nur bei der Inspiration zu überwinden, während die Exspiration weitgehend passiv erfolgt. Bei Verletzungen der Thoraxwand zieht sich die Lunge zusammen, wobei sich der Raum zwischen den Pleurablättern mit Luft füllt (Pneumothorax). Um die elastischen Eigenschaften von Lunge und Thorax zu erfassen, muss die Atmungsmuskulatur ausgeschaltet werden. Die dann gemessenen Druck-Volumen-Beziehungen werden als Ruhedehnungskurven (Relaxationskurven) bezeichnet. Die Steilheit dieser Kurven ist ein Maß für die Volumendehnbarkeit oder Compliance. Aus dem Verhältnis der Volumenänderung zur Änderung des jeweils dehnungsbestimmenden Drucks ergeben sich die Compliancewerte für das Gesamtsystem (Lunge +Thorax) sowie gesondert für den Thorax und die Lunge. Messung: Man beschränkt sich auf die Messung der Lunge (ein bestimmtes Volumen wird eingeatmet, die Epiglottis geöffnet und der Druck in den Alveolen entsprichen dem in der Luft).

Die Strömung der Luft durch die leitenden Atemwege ist überwiegend laminar und lediglich an Verzweigungsstellen und Einengungen der Bronchien turbulent. Nach dem Hagen-Poiseuille-Gesetz ergibt sich der Atemwegswiderstand, der auch als Resistancebe bezeichnet wird, aus dem Verhältnis des intrapulmonalen Drucks (Druckdifferenz zwischen Alveolen und Außenraum) zur Atemstromstärke. Der Resistancewert, der mit dem Körperplethysmographen gemessen wird, beträgt bei Ruheatmung etwa 0,2 kPa l-1. Am viskösen Atmungswiderstand ist zu etwa 10% auch der Gewebewiderstand beteiligt.

Bei sehr langsamer Atmung sind nur die elastischen Atmungswiderstände wirksam und führen in der Inspirationsphase zu einer zunehmenden Negativierung des intrapleuralen Drucks. Bei regulärer Atmung kommt es aufgrund des Einflusses der viskösen Widerstände zu einer Negativierung des intrapulmonalen Drucks in der Inspirationsphase und zu einer Positivierung in der Exspirationsphase.

Diese intrapulmonalen Druckänderungen wirken sich additiv auf den intrapleuralen Druckverlauf aus. Die Aufzeichnung der geförderten Atemvolumina in Abhängigkeit von den jeweiligen intrapleuralen Drücken wird als Atemschleife bezeichnet. Aus ihr erkennt man, daß bei Ruheatmung die Exspiration passiv erfolgt. Dagegen muss bei vertiefter und beschleunigter Atmung auch die Exspirationsmuskulatur zur Überwindung der Strömungswiderstände eingesetzt werden. Bei Ruheatmung erfordert die Atmungsarbeit etwa 2% des gesamten Energieumsatzes.

Eine restriktive Ventilationsstörung liegt vor, wenn die Ausdehnungsfähigkeit von Lunge oder Thorax eingeschränkt ist. In diesem Fall findet man eine Abnahme der jeweiligen Compliance und der Vitalkapazität. Von einer obstruktiven Ventilationsstörung spricht man, wenn die Atemwege eingeengt sind und damit der Strömungswiderstand erhöht ist. Kennzeichen einer solchen Störung sind eine Zunahme der Resistance sowie eine Abnahme der relativen Sekundenkapazität und der maximalen exspiratorischen Atemstromstärke (Atemstoß). Der Atemgrenzwert, das Atemzeitvolumen bei maximal forcierter, willkürlicher Hyperventilation, nimmt sowohl bei restriktiven als auch bei obstruktiven Verltilationsstörungen ab.

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