Die Lungenatmung bildet ein komplexes Kapitel der vorklinischen Physiologie. In diesem Artikel werden die prüfungsrelevanten Aspekte besprochen und ein Grundverständnis für die Mechanik der Atmung geschaffen.
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Bild: “Lungs” von Quinn Dombrowski. Lizenz: CC BY-SA 2.0


Grundlagen

Ziel der Lungenatmung ist die Versorgung der körpereigenen Zellen mit O2 und die Abgabe von CO2 an die umgebende Luft. Der O2-Transport von der umgebenden Luft bis zu den sauerstoffverbrauchenden Zellen erfolgt in vier Schritten:

  1. Konvektiver Transport durch die eingeatmete Luft zu den Lungenalveolen
  2. Diffusion aus den Alveolen in die Lungenkapillaren
  3. Konvektiver Transport durch das Blut zu den Kapillaren im peripheren Gewebe
  4. Diffusion aus dem Kapillarblut in die sauerstoffverbrauchenden Zellen
Merke: Der O2-Transport von der umgebenden Luft zu den körpereigenen Zellen erfolgt durch Konvektion und Diffusion.

Lungenvolumina und -kapazitäten

In Abhängigkeit der Atemtiefe und anatomischen Verhältnisse sind verschiedene Lungenvolumina definiert. Lungenkapazitäten beschreiben eine additive Zusammenfassung einzelner Volumina. Hier sind die Volumina und Kapazitäten dargestellt, welche quantitativ für einen durchschnittlichen Erwachsenen zu lernen sind:

Das ist eine Abbildung zu Lungenvolumina

Lungenvolumina und –kapazitäten einer durchschnittlichen erwachsenen Person, Quelle: [Thie.] Duale Reihe – Behrends u.a., Physiologie (2. Aufl. 2012), Seite 233

Bei der messtechnischen Untersuchung der Lungenparameter sind statische Größen von dynamischen Größen, welche eine Zeitabhängigkeit aufweisen, zu trennen. Mithilfe der Spirometrie, welche eine zeitabhängige Bestimmung der Volumenänderungen erlaubt, können diese Parameter bestimmt werden.

Der Tiffeneau-Test, durch den die relative Einsekundenkapazität (rFEV1) ermittelt werden kann, ist hierbei ein wichtiges diagnostisches Mittel zur Differenzierung unterschiedlicher Lungenerkrankungen. Die rFEV1 errechnet sich wie folgt:

rFEV1 = Einsekundenkapazität / Vitalkapazität

Dabei beschreibt die Einsekundenkapazität das Volumen, das ein Patient nach maximaler Einatmung in einer Sekunde bei maximal möglicher Anstrengung ausatmen kann.

Merke: Mithilfe des Tiffeneau-Tests wird die relative Einsekundenkapazität bestimmt.

Atemmechanik

Damit Luft und somit Sauerstoff einen gerichteten Volumenstrom erfahren, muss eine Druckdifferenz gegeben sein. Diese wird bei der Einatmung durch eine Vergrößerung der Lungenvolumina mithilfe der Atemmuskulatur (bei Ruheatmung das Diaphragma) erreicht. Die Ausatmung erfolgt bei Ruheatmung größtenteils passiv durch die Erschlaffung der zuvor kontrahierten Muskeln.

Compliance

Die Compliance (C) beschreibt allgemein die Dehnbarkeit eines elastischen Systems und ist definiert als:

C = ΔV / Δp = Volumenänderung / Druckänderung

Die Compliance der Lunge wird durch die elastischen Eigenschaften des Bindegewebes und durch die Oberflächenspannung der Alveolen bestimmt. Die Compliance des Thorax wird durch Teile des passiven (Bänder) und aktiven (Muskeln) Bewegungsapparates des Rumpfes bestimmt.

Merke: Die Compliance beschreibt die Dehnbarkeit eines elastischen Systems. Sie ist für Lunge und Thorax unterschiedlich.

Atemruhelage

Die Lunge hat aufgrund der Spannung ihrer elastischen Elemente und der Oberflächenspannung der Alveolen das Bestreben zu kontrahieren. Durch die Adhäsionskräfte zwischen Lamina visceralis und parietalis der Pleura, fällt die Lunge jedoch in situ nicht in sich zusammen, sondern folgt den Bewegungen der Thoraxwand.

Der Thorax hingegen bestrebt zu expandieren, wobei das Retraktionsbestreben der Lunge entgegenwirkt. Die Atemruhelage ist erreicht, wenn die resultierende (Fresult) dieser beiden entgegengesetzten Kräfte auf das Gesamtsystem Lunge-Thorax gleich null ist.

Merke: Die Atemruhelage ist erreicht, wenn für das System Lunge-Thorax gilt: Fresult = 0.

Die Atemruhelage ist somit bei Ruheatmung nach Exspiration erreicht, wenn das Volumen der Lunge der funktionellen Residualkapazität entspricht (FRC = ERV + RV, siehe oben).

Ventilationsstörungen

Man unterscheidet obstruktive von restriktiven Ventilationsstörungen. Mögliche Ursachen und damit einhergehende Veränderungen der Lungenparameter sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefasst:

Typ mögliche Ursachen Folge rFEV1 VCPatient/VCNorm
Obstruktiv
  • Verlegung der Atemwege
  • Schwellung der Schleimhäute
  • Lungenemphysem
Erhöhung des Gesamtatemwegwiderstandes < 0,7 ____
Restriktiv
  • Lungenfibrose
  • Insuffizienz der Atemmuskeln
  • Einschränkung Thoraxbeweglichkeit
Reduktion der Compliance des Gesamtsystems Lunge-Thorax ____ < 0,8

Literaturhinweise:

Wer sich mit diesem Thema intensiv auseinandersetzen möchte, sollte sich das entsprechende Kapitel im Schmidt, Lang, Heckmann: Physiologie des Menschen (2010) ansehen. Für eine möglichst effiziente Vorbereitung auf die Physiologieprüfung oder das Physikum empfiehlt sich das Kurzlehrbuch Huppelsberg u.a. Physiologie (2009).



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