Atemphysiologie
Atemphysiologie Med2 HS18 - Wildhaber
Atemphysiologie Med2 HS18 - Wildhaber
Wo liegt der sog. "Breaking point" (und was ist das?) Warum?
Wenn der Atem angehalten wird, ist der "Breaking Point" der Moment wenn man einatmen muss. Er liegt relativ konstant bei einem pCO2 von 6.7 kPa (50 mmHg). CO2 ist hier aber nicht der entscheidende Faktor. Vielmehr ist die gleichzeitige Hypoxie wichtiger. Vorgängige Sauerstoffatmung verzögert die Hypoxie und Atemanhaltung ist deutlich verlängert. Dadurch ist pCO2 aber auch erhöht am Breaking Point.
Wodurch werden maximale Zeiten von Atemanhalt erreicht? Was ist hier der limitierende Faktor?
Erreicht durch Hyperventilation und erhöhtem Sauerstoff. Limitierender Faktor ist die Reduktion auf das Reservevolumen, da Sauerstoff aus den Alveolen ins Blut absorbiert wird.
Atemhalt grafisch darstellen
Wie kann die Atmung möglichst energiearm erfolgen?
- Ruheatmung: Atemarbeit nur durch inspiratorische Muskeln
- Eine Hälfte als Wärme während Insipration
- Andere Hälfte als potentielle Energie in deformiertem elastischem Gewebe gespeichert und dann während Ausatmung als Wärme abgegeben, weshalb keine expiratorischen Muskeln gebraucht werden.
- Arbeit relativ klein (ca. 3ml/min Sauerstoffverbrauch für die Atmung, was <2% der metabolischen Rate entspricht)
- Effizienz sehr gering (weiter verringert bei den meisten Formen von Lungenkrankheiten)
Atemarbeit gegen elastischen, nicht-elastischen und erhöhtem Widerstand grafisch darstellen
Was ist Perfusion?
Versorgung von Organen oder Organteilen mit Blut.
Was sind die Funktionen der Perfusion?
- Sie ist die Voraussetzung für den Gasaustausch
- Weitere Funktionen:
- Filtrierung (mechanisch, enzymatisch (Blutthromben), zellulär über Endothel
- Hormone, vasoaktive Substanzen
- Körperfremde Substanzen wie Medikamente
- Metabolismus
- Filtrierung (mechanisch, enzymatisch (Blutthromben), zellulär über Endothel
Illustrieren des Totraumes und des venösen Shunts
Blutvolumen in Lunge und beeinflussende Faktoren beschreiben
Insgesamt 0.5 L (10% des gesamten Blutvolumens). Arteriell ca. 0.15 L kleiner als venös aufgrund der Vasomotorik im arteriellen Teil.
Beinflussende Faktoren:
- Kreislaufzyklus: In Systole Einfluss grösser als Ausfluss
- Atmungszyklus: BV nimmt druckabhängig ab
- Körperstellung: Auf Rücken liegend 27% mehr Volumen
- Medikamente: Systemischer Druck erhöht
- Linksherzinsuffizienz
Blutfluss in der Lunge beschreiben
Ungefähr gleich gross wie im systemischen Kreislauf:
- 6 L/min in Ruhe
- 25 L/min bei Anstrengung (mit relativ kleiner Druckänderung)
Lungengefässdrücke und -widerstände sind viel kleiner als im systemischen Kreislauf, dies führt zu:
- Schlechte Kontrolle der Verteilung
- Abhängigkeit von Schwerkraft
- Überdurchblutung der unteren Lungenabschnitte
Blutdruck in der Lunge beschreiben
- Lungengefässdruck ca. 1/6 des systemischen Gefässdrucks
- Kapillar- und Venendruck ähnlich
- Sehr wenig Windkesselfunktion - pulsartig
Definieren von:
- Intravaskulärem Druck
- Transmuralem Druck
- "Driving pressure"
Und wo gebraucht?
Intravaskulärer Druck: Druck an irgendeinem Punkt im Kreislauf relativ zum atmosphärischen Druck. (Gebraut im systemischen Kreislauf normalerweise)
Transmuraler Druck: Druck im Gefäss gegenüber Druck im Gewebe (gebraucht um wichtige Einflüsse des intrathorakalen Druckes auszuschliessen)
"Driving pressure": Druckunterschied zwischen einem Punkt im Gefäss gegenüber einem zweiten Punkt stromabwärts. (Bestimmung von Gefässwiderstand; typisch von Pulmonalarterie zu linkem Vorhof)
Was kann durch Unterschied zwischen intravaskulärem Pulmonalarteriendruck und dem pulmonalen "driving pressure" ermittelt werden?
Unterscheiden zwischen verschiedenen Ursachen pulmonaler Hypertonie:
- Linke Vorhofspathologie mit Druckanstieg:
- Erhöhung des intravaskulären Drucks
- Driving pressure unverändert
- Gefässveränderung:
- Erhöhung des intravaskulären Drucks
- Erhöung driving pressure
- Lungenödem:
- Erhöhung des intravaskulären Drucks
- Erhöhung des transmuralen Drucks
Welche Faktoren beeinflussen den Lungenblutdruck?
- Cardiac output:
- Wenn z.B. ein Lugenflügel weg ist, übernimmt die andere Hälfte das gesamte Volumen, z.T. durch Gefässrekrutierung, aber besonders auch durch Dilatation der Gefässe, wodurch der Fluss zu- aber der Widerstand abnimmt.
- Änderungen im intraalveolären Druck:
- Steigt in Ausatmung
- Sinkt in Einatmung
- Körperlage
- Intravaskulärer Druck nimmt im Stehen ab
- Krankheiten
- chronische Hypoxie führt zu Erhöhung des vaskulären Lungenwiderstandes
Beschreiben der pulmonary vascular resistance
Pulmonary vascular resistance = Pulmonary driving pressure/Cardiac output
Ist anfänglich temporär, wird permanent und führt zu:
- Pulmonalem Hochdruck
- Rechtherzhypertrophie
- Anstieg des venösen Systemdruckes
Andere Faktoren sind:
- Autonome Kontrolle
- Chemische Mediatoren
- Physikalische Faktoren
- Rekrutierung
- Aufblähung
- Gravitation
Wann ist die Ventilationsperfusionsverteilung gut, wann schlecht?
Opitmal, wenn gleich verteilt, schlecht wenn eine Lunge perfundiert und die andere Lunge nur ventiliert wird.
Einflüsse auf die Ventilationsverteilung?
- Beim Gesunden:
- Körperstellung und Atmungsart
- Rechts > Links (liegend und stehend)
- Untere Teile besser belüftet (liegen näher am Zwerchfell)
Einflüsse auf die Perfusionsverteilung
- Da Lungendurchblutung mit kleinen Drücken funktioniert, kommt es ausser in Schwerelosikeit nie zu einer regelmässigen Verteilung
- Immer unten besser (Wehrprinzip - Stirling)
- Seitenlage untere Lunge besser durchblutet (paralell zu Ventilation)
- Stehend untere Lunge besser durchblutet
- Liegend: grosse Unterschiede anterior-posterior
Ventilation im Verhältnis zur Perfusion
Inspiriertes Gas verteilt in nicht durchbluteten Regionen kann nicht am Gasaustausch teilnehmen. Der pulmonale Blutfluss verteilt in nicht beatmete Regionen kann nicht oxygeniert werden.
Verhältnis Ventilation/Perfusion= V/Q (L/min)
- Typischer Wert = 4L/min / %L/min = 0.8
Was besagt das "Dreikompartiment-Modell"?
- Ventiliert aber nicht perfundiert (alveolärer Totraum)
- Perfundiert aber nicht ventiliert (Shunt)
- Ideal perfundiert und ventiliert
Was ist die Atmosphäre?
Gasdecke, die bestimmte Planeten umgibt.
Inwiefern ist die Erdatmosphäre speziell?
Ist betreffend Zusammensetzung und Druckverhältnissen einzigartig. Ermöglicht Leben.
Wie sind die Druck- und Temperaturverhältnisse der Erdatmosphäre?
Auf Meerespiegel: 101.3 kPa = 760 mmHg = 1033 cm H2O. Der Druck nimmt mit der Höhe ab.
Die 1. Schicht (Troposphäre) ist relativ homogen mit einer druchschnittlichen Dicke von 11 km und einem Druck an der Grenze (Tropopause) von 23 kPa = 173 mmHg. Die Temperatur nimmt an der Tropopause ab auf -56° C und bildet so das physiologisch wichtige Kälteschild (welches das Entweichen von Wasserdampf verhindert).
Stratosphäre (2. Schicht) ist oberhalb der Troposphäre und ca. 50 km dick. An der Stratopause seigt die Temperatur wieder auf 0°C. Die Stratosphäre ist Radioaktivität und UV-Licht ausgesetzt, die zur Photospaltung von Gasen (Ozonbildung) und damit zelltoxischen Oxidationsprodukten führen.
Warum ist das erste Leben im Wasser entstanden?
Um sich vor toxischer Aussenwelt (ohne Ozonschicht) zu schützen.
Warum haben kleinere und grössere Planeten als die Erde keine Atmosphäre?
Zu kleine Planeten haben zu wenig Masse -> schwache Schwerkraft -> keine Atmosphäre
Grossse Planeten haben genug starkes Gravitationsfeld, um alle Gase zurückzuhalten, und bilden deshalb eine reduzierende Atmosphäre.
Wie ist die Zusammensetzung der Atmosphäre?
Stickstoff: 78%
Sauerstoff: 21%
Argon: 0.9%
Kohlenstoffdioxid: 0.035%
Atemsteuerung, -mechanik & Gasaustausch in Zusammenhang bringen
Was ist der Unterschied zwischen extra- und intrathorakalen Atemwegen?
Intrathorakale Atemwege blähen sich beim Einatmen auf, während die extrathorakalen beim Einatmen kollabieren. Diese haben eine gegensätzliche Wirkung.
Was sind Vor- und Nachteile an der Nasenatmung (Norm)?
Vorteile:
- Filtrierung von Partikeln durch Haare
- Anfeuchtung
Nachteile:
- Widerstand (bei Anstrengung oder Pathologie nicht genügend)
- Willentliche Kontrolle ob Nasen- oder Mundatmung
- Kreuzung von Atmung und Ernährung - braucht effektive Verschlussmechnanismen der Nasenhöhle und Kehlkopfs:
- Nasopharynx: Kontraktion von tensor und levator palati
- Larnyx: 2-3 cm angehoben durch Kontraktion der intrahyoiden Muskeln, somit Lage unter Epiglottis
Was sind die Voraussetzungen zur Atmung durch die Nase? Welcher Schutzmechanismus spielt hier eine grosse Rolle?
Druck im Pharynx muss unter atmosphärischen Druck sinken, was zur Tendenz führt, die Zunge nach hinten zu ziehen und den Rachen zu kollabieren.
Schutzmechanismus: Kontraktion von pharyngealen dilatorischen Muskeln (primär Genioglossus) - Afferenz des Reflexes durch Mechanorezeptoren im Pharynx.
Wie ist die Larnyx beim Menschen gelegen im Verlgeich zu Tieren? Was sind Vor- und Nachteile?
Die Larynx liegt beim Menschen tiefer als bei Tieren. Dies ist zwar nachteilig für die Atmung aber ein grosser Vorteil beim Sprechen.
Was sind die Haupt- und Nebenfunktionen der Larnyx?
Hauptfunktionen:
- Schutz der Atemwege (aryepiglottische Muskeln sind starke Schliessmuskeln, welche aryepiglottische Falten zusammenbringen und die Epiglottis nach hinten und unten ziehen. Sie werden v.a. durch Wasser ausgelöst.). NB: die Gegenspieler der aryepiglottischen Muskeln sind die thyreoepliglottischen Muskeln.
Nebenfunktionen
- Sprachorgan (Stimmbänder)
- Verschluss des Thorax: Erhöhung der Muskelkraft.
Beschreiben der Atemmechanik mit den Begriffen "Motor-Gefäss", "Sack" und "Röhre"
Motor-Gefäss: Brustkorb und Thorax. Muss beweglich, aber auch stabil sein
Sack: Lunge. Muss bewegt werden, aber auch Widerstand leisten
Röhre: Atemwege. Muss durchgängig sein (extra- und intrathorakal)
Welche Kräfte treiben die Bewegungen der Atmung an?
Es handelt sich vollumfänglich um passive Bewegung durch äussere Kräfte. Die Lunge folgt den Änderungen der Muskelkräfte und folgt Druckunterschieden. Das Zwerchfell bewegt sich und verändert das Volumen.
Widerstandstechnisch: Womit kann durch die Nase atmen verglichen werden?
Es erhöht den Widerstand und kann mit Atmung durch zusammengepresste Lippen verglichen werden.
Zusammenfassen der Muskeln der Atmung (Aufteilung in inspiratorische und expiratorische Muskeln)
In welche Richtung können sich die Rippen ausdehnen? Was ist der Unterschied zum Neugeborenen?
Die Rippen können sich nach ventral und lateral ausdehnen. Beim Neugeborenen sind sie nicht oval sondern rund und haben darum einen kleinere Volumenvergrösserung.
Was ist der Standard-Muskel normaler Atmung?
Das Zwerchfell.
Die Atemdrücke während eines Atmungszyklus kennen und erklären
Wodurch entsteht der Sauerstofffluss?
Durch Druckunterschiede welche zu einer Volumenänderung führen.
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Flashcards
Was ist die Atmosphäre?
Gasdecke, die bestimmte Planeten umgibt.
Inwiefern ist die Erdatmosphäre speziell?
Ist betreffend Zusammensetzung und Druckverhältnissen einzigartig. Ermöglicht Leben.
Wie sind die Druck- und Temperaturverhältnisse der Erdatmosphäre?
Auf Meerespiegel: 101.3 kPa = 760 mmHg = 1033 cm H2O. Der Druck nimmt mit der Höhe ab.
Die 1. Schicht (Troposphäre) ist relativ homogen mit einer druchschnittlichen Dicke von 11 km und einem Druck an der Grenze (Tropopause) von 23 kPa = 173 mmHg. Die Temperatur nimmt an der Tropopause ab auf -56° C und bildet so das physiologisch wichtige Kälteschild (welches das Entweichen von Wasserdampf verhindert).
Stratosphäre (2. Schicht) ist oberhalb der Troposphäre und ca. 50 km dick. An der Stratopause seigt die Temperatur wieder auf 0°C. Die Stratosphäre ist Radioaktivität und UV-Licht ausgesetzt, die zur Photospaltung von Gasen (Ozonbildung) und damit zelltoxischen Oxidationsprodukten führen.
Warum ist das erste Leben im Wasser entstanden?
Um sich vor toxischer Aussenwelt (ohne Ozonschicht) zu schützen.
Warum haben kleinere und grössere Planeten als die Erde keine Atmosphäre?
Zu kleine Planeten haben zu wenig Masse -> schwache Schwerkraft -> keine Atmosphäre
Grossse Planeten haben genug starkes Gravitationsfeld, um alle Gase zurückzuhalten, und bilden deshalb eine reduzierende Atmosphäre.
Wie ist die Zusammensetzung der Atmosphäre?
Stickstoff: 78%
Sauerstoff: 21%
Argon: 0.9%
Kohlenstoffdioxid: 0.035%
Atemsteuerung, -mechanik & Gasaustausch in Zusammenhang bringen
Was ist der Unterschied zwischen extra- und intrathorakalen Atemwegen?
Intrathorakale Atemwege blähen sich beim Einatmen auf, während die extrathorakalen beim Einatmen kollabieren. Diese haben eine gegensätzliche Wirkung.
Was sind Vor- und Nachteile an der Nasenatmung (Norm)?
Vorteile:
- Filtrierung von Partikeln durch Haare
- Anfeuchtung
Nachteile:
- Widerstand (bei Anstrengung oder Pathologie nicht genügend)
- Willentliche Kontrolle ob Nasen- oder Mundatmung
- Kreuzung von Atmung und Ernährung - braucht effektive Verschlussmechnanismen der Nasenhöhle und Kehlkopfs:
- Nasopharynx: Kontraktion von tensor und levator palati
- Larnyx: 2-3 cm angehoben durch Kontraktion der intrahyoiden Muskeln, somit Lage unter Epiglottis
Was sind die Voraussetzungen zur Atmung durch die Nase? Welcher Schutzmechanismus spielt hier eine grosse Rolle?
Druck im Pharynx muss unter atmosphärischen Druck sinken, was zur Tendenz führt, die Zunge nach hinten zu ziehen und den Rachen zu kollabieren.
Schutzmechanismus: Kontraktion von pharyngealen dilatorischen Muskeln (primär Genioglossus) - Afferenz des Reflexes durch Mechanorezeptoren im Pharynx.
Wie ist die Larnyx beim Menschen gelegen im Verlgeich zu Tieren? Was sind Vor- und Nachteile?
Die Larynx liegt beim Menschen tiefer als bei Tieren. Dies ist zwar nachteilig für die Atmung aber ein grosser Vorteil beim Sprechen.
Was sind die Haupt- und Nebenfunktionen der Larnyx?
Hauptfunktionen:
- Schutz der Atemwege (aryepiglottische Muskeln sind starke Schliessmuskeln, welche aryepiglottische Falten zusammenbringen und die Epiglottis nach hinten und unten ziehen. Sie werden v.a. durch Wasser ausgelöst.). NB: die Gegenspieler der aryepiglottischen Muskeln sind die thyreoepliglottischen Muskeln.
Nebenfunktionen
- Sprachorgan (Stimmbänder)
- Verschluss des Thorax: Erhöhung der Muskelkraft.
Beschreiben der Atemmechanik mit den Begriffen "Motor-Gefäss", "Sack" und "Röhre"
Motor-Gefäss: Brustkorb und Thorax. Muss beweglich, aber auch stabil sein
Sack: Lunge. Muss bewegt werden, aber auch Widerstand leisten
Röhre: Atemwege. Muss durchgängig sein (extra- und intrathorakal)
Welche Kräfte treiben die Bewegungen der Atmung an?
Es handelt sich vollumfänglich um passive Bewegung durch äussere Kräfte. Die Lunge folgt den Änderungen der Muskelkräfte und folgt Druckunterschieden. Das Zwerchfell bewegt sich und verändert das Volumen.
Widerstandstechnisch: Womit kann durch die Nase atmen verglichen werden?
Es erhöht den Widerstand und kann mit Atmung durch zusammengepresste Lippen verglichen werden.
Zusammenfassen der Muskeln der Atmung (Aufteilung in inspiratorische und expiratorische Muskeln)
In welche Richtung können sich die Rippen ausdehnen? Was ist der Unterschied zum Neugeborenen?
Die Rippen können sich nach ventral und lateral ausdehnen. Beim Neugeborenen sind sie nicht oval sondern rund und haben darum einen kleinere Volumenvergrösserung.
Was ist der Standard-Muskel normaler Atmung?
Das Zwerchfell.
Die Atemdrücke während eines Atmungszyklus kennen und erklären
Wodurch entsteht der Sauerstofffluss?
Durch Druckunterschiede welche zu einer Volumenänderung führen.
Stress vs. strain
Druckunterschied = Spannung- "stress"
Volumenänderungen = Spannung- "strain"
Was ist "compliance"?
Physikalische Grösse, welche die Dehnbarkeit eines Organs (in diesem Fall der Lunge) und damit ihre elastischen Eigenschaften beschreibt.
Definition der Dehnbarkeit?
Die Dehnbarkeit ist das Verhältnis aus Volumenänderung und korrespondierender Druckänderung. Errechnet wird die Dehnbarkeit (Compliance):
C (Compliance) = deltaV/deltaP
!!Grosses Volumen = Grosse Compliance!!
Was ist Elastance?
Ist der Kehrwert der Compliance (E (Elastance) = 1/C = deltaP/deltaV). Ist definiert als Druckänderung pro Volumenänderung.
Betreffend Compliance und Elastance. Was bedeutet "beweglich" und "steiff"?
Tiefe Elastance und hohe Compliance. Steiff ist das Umgekehrte.
Compliance graphisch darstellen mit "elastisch", "normal" und "steiff"
Form und Grösse in Zusammenhang mit Compliance aufzeichnen
Compliance in Bezug auf System aufzeichnen
Was war die primäre Theorie zur Funktionsweise der Lunge? Wie wurde sie widerlegt?
Es wurde zuerst gedacht, dass es sich um Bindegewebsfasern handle, welche sich dehnen und entspannen. Dies wurde 1929 von von Neergaard widerlegt. Er zeigte, dass die Elastance der Lunge vermindert wird, wenn sie mit Wasser anstatt mit Luft gefüllt wird, was der primären Theorie widerspricht.
Beschreiben der Theorie der Oberflächenspannung
In einer Blase ist der Gasdruck grösser als der Umgebungsdruck. Ist abhängig von Flüssigkeitsspannung und Radius. (Laplace: P=2T/R wobei P = Druck in Blase (dyn/cm2); T = Oberflächenspannung der Flüssigkeit (dyn/cm) und R = Radius (cm))
Nach Laplace ist die Oberflächenspannung also durch folgendes Gesetz beschrieben: T = P*r/2
Was sind die Aufgaben des Surfactant in den Alveolen?
- Vermindern der Oberflächenspannung Luft/Flüssigkeit
- Vereinfachen der Erweiterungen der Alveolen während Inspiration
- Offenhalten der Alveolen während Expiration
- Vermindern der Permeabilität der Alveolarmembran (antioedematöser Effekt)
- Aufgabe in der Abwehr gegen Mikroorganismen
Wie ist das Surfactant zusammengesetzt?
Was ist Transmuraler Druck?
Unterschied zwischen intrathorakalem (intrapleuralem) Druck und Alveolardruck. Der Druck in den Alveolen ist immer grösser als der Umgebungsdruck im Gewebe, ausser wenn Volumen bis auf 0 reduziert ist (totaler Lungenkollaps).
Transmurale Druckkurve mit totaler Kapazität, funktioneller Residualkapazität, Residualvolumen und totalem Lungenkollaps darstellen.
Der intrapleurale Druck ist konstant. Richtig oder Falsch?
Falsch. Alveolen in den oberen Teilen der Lunge haben grösseres Volumen und damit auch den grösseren transmuralen Druckunterschied. Dieser nimmt regelmässig gegen unten ab (ca. 0.1 kPa/3cm).
Was für eine Wirkung hat der transmurale Druckgradient?
Grossen Einfluss auf Funktion der Lunge. Es ergeben sich aufgrund des Gradienten regionale Unterschiede in Ventilaiton-Perfusion, Atemwegsdiameter und damit auch des Gasaustausches.
Weshalb bleibt der Pleuralspalt gasfrei?
Gase gelöst in Blut und Gewebe haben immer Partialdrücke < Atmosphäre.
Was bedeutet Hysteresis?
Beschreibt eine verzögerte Wirkungsänderung nach Änderung der Ursache.
Was für Gegenstände zeigen eine Hysteresis?
Gegenstände die dem Hook'schen Gesetz folgen.
Wird ein Gegenstand aufgeblasen zu einem neuen bestimmten Volumen, fällt der Druck auf einen tieferen Druck nach einigen Sekunden (bei der Lunge 20-30% weniger über 1 Minute).
Beschreiben der dynamischen und der statischen Compliance?
Dynamische Compliance = Initale Volumenänderung über initialer Änderung im transmuralen Druck (gemessen bei normaler Atmung)
Statische Compliance = Volumenänderung über endgültiger Änderung im transmuralen Druck (gemessen, nachdem ein bestimmtes Lungenvolumen für so lange wie möglich gehalten wurde).
Statische Compliance ist grösser als dynamische Compliance, abhängig vom Ausmass der Zeitabhängigkeit des elastischen Verhaltens. (Bei verlängerter Inspiration ist e.g. die Compliance erhöht und damit auch die Beweglichkeit verbessert).
