Atmungsmechanik

(1 cm H₂O = 98,1 Pa = rund 0,1 kPa)

#pic#
Die Atemmechanik beschreibt die Beziehungen von Druck, Volumen und Widerständen. Widerstände sind:

• der elastische Widerstand
• der Strömungswiderstand
• der visköse Widerstand

Der elastische Widerstand setzt sich aus dem Zug der elastischen Bauelemente des Lungenparenchyms und der Oberflächenspannung der Alveolen zusammen. Diese Zugspannung der Lunge lässt sich im Pleuraspalt messen. Er beträgt am Ende der Exspiration -5 cm H₂O, am Ende der Inspiration -8 cm H₂O.
Bei der Einatmung überwindet die Kraft der Atemmuskulatur sämtliche Widerstände einschließlich der Thoraxwand und der Zwerchfelle. Hierzu wird in der Lunge ein Druck aufgebaut, der gerade ausreicht, den Gesamtwiderstand zu überwinden: Intrapulmunonaler Druck.

#pic#
Die Drücke im Lungengewebe (P_pulm) und im Pleuraspalt (P_pleur) haben bei der Inspiration und Exspiration einen Sinuskurvenverlauf. Die Volumina und Frequenzen sind für Ein- und Ausatmung immer identisch.

#pic#
Die Beziehung von Druck und Volumen ergibt die Ruhedehnungskurve. Die Ruhedehnungskurve ist die Aufzeichnung des Lungenvolumens in Abhängigkeit vom (alle pulmonalen und thorakalen Widerstände überwindenden) intrapulmonalen Druck (Druckdifferenz zwischen alveolärem und atmosphärischem Druck - P_pulm).

#pic#
Die Elastizität der Lunge, Compliance (C) ist:

C =	V (Pplum - Ppleur) V = Volumenänderungen P =Druckveränderungen

Der Strömungswiderstand (R = Resistance) ist eine Funktion der Druckänderung und dem Gaszeitvolumen:

R =

P

#pic#
Der Strömungswiderstand (R) macht 90 %, der Gewebewiderstand nur rund 10 % des viskösen Atemwiderstandes aus. Der Ruhedehnungskurve ist zu entnehmen, dass zwischen Drucken und Volumina konstante Beziehungen bestehen, welche durch diverse Erkrankungen Veränderungen erfahren können. Umgekehrt kann man durch Messung der Druck-Volumen-Beziehung diagnostische Rückschlüsse ziehen. Das Zeitvolumen () ist demnach eine Funktion des Druckgradienten ΔP und des Widerstandes R:

=

ΔP R

=

Ppulm R

#pic#
Die Aufzeichnung dieser Größe ergibt wertvolle Hinweise auf Art und den Umfang von Lungenerkrankungen. Obstruktive Lungenerkrankungen gehen mit einer Abnahme des Zeitvolumens bei gleichen Drücken einher. Das Volumen pro Sekunde bei forcierter Atmung ist die Sekundenkapazität. In der Klinik ist die 1-Sekundenkapazität gebräuchlich. Sie beträgt normal 2-3 l, das sind rund 75 % der Vitalkapazität (relative Sekundenkapazität). Die maximale Ventilationskapazität (Atemgrenzwert) ist das über 10 s bei maximaler, willkürlicher Hyperventilation mit einer Frequenz von 40 bis 60 pro Minute erreichte Volumen. Beim Gesunden sind das 20 bis 30 l und auf die Minute umgerechnet: Atemgrenzwert = 120-180 l/min.
Die Funktionsstörungen werden unterteilt in:

• restriktive Funktionsstörungen: Dehnbarkeit der Lunge eingeschränkt
• obstruktive Funktionsstörungen: Einengung der Atemwege

Erstere sind z. B. Fibrosen, letztere Stenosen, Spasmen, Asthma bronchiale, funktionelle Kontraktionen (s. u.). Die Differenzierung der Erkrankungen des respiratorischen Systems in zwei Kategorien gehen mit folgenden charakteristischen Veränderungen einher:

Kategorie	Vitalkapazität	Sekundenkapazität	Atemgrenzwert	Resistance (Widerstand)	Compliances (Lungenelastizität)
Restriktive Ventilationsstörung	↓		↓		↓
Obstruktive Ventilationsstörung		↓	↓	↑