Atemphysiologie

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. 

Erreicht durch Hyperventilation und erhöhtem Sauerstoff. Limitierender Faktor ist die Reduktion auf das Reservevolumen, da Sauerstoff aus den Alveolen ins Blut absorbiert wird. 

• 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)

Versorgung von Organen oder Organteilen mit Blut. 

• Sie ist die Voraussetzung für den Gasaustausch
• Weitere Funktionen: 
  • Filtrierung (mechanisch, enzymatisch (Blutthromben), zellulär über Endothel
    • Hormone, vasoaktive Substanzen
    • Körperfremde Substanzen wie Medikamente
  • Metabolismus

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

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

• Lungengefässdruck ca. 1/6 des systemischen Gefässdrucks
• Kapillar- und Venendruck ähnlich
• Sehr wenig Windkesselfunktion - pulsartig

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)

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

• 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

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

Opitmal, wenn gleich verteilt, schlecht wenn eine Lunge perfundiert und die andere Lunge nur ventiliert wird.

• Beim Gesunden: 
  • Körperstellung und Atmungsart
• Rechts > Links (liegend und stehend)
• Untere Teile besser belüftet (liegen näher am Zwerchfell)

• 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

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

• Ventiliert aber nicht perfundiert (alveolärer Totraum)
• Perfundiert aber nicht ventiliert (Shunt)
• Ideal perfundiert und ventiliert

Ist betreffend Zusammensetzung und Druckverhältnissen einzigartig. Ermöglicht Leben. 

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. 

Um sich vor toxischer Aussenwelt (ohne Ozonschicht) zu schützen. 

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. 

Stickstoff: 78%

Sauerstoff: 21%

Argon: 0.9%

Kohlenstoffdioxid: 0.035%

Intrathorakale Atemwege blähen sich beim Einatmen auf, während die extrathorakalen beim Einatmen kollabieren. Diese haben eine gegensätzliche Wirkung. 

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

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. 

Die Larynx liegt beim Menschen tiefer als bei Tieren. Dies ist zwar nachteilig für die Atmung aber ein grosser Vorteil beim Sprechen. 

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. 

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)

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. 

Es erhöht den Widerstand und kann mit Atmung durch zusammengepresste Lippen verglichen werden. 

Die Rippen können sich nach ventral und lateral ausdehnen. Beim Neugeborenen sind sie nicht oval sondern rund und haben darum einen kleinere Volumenvergrösserung.

Das Zwerchfell.

Durch Druckunterschiede welche zu einer Volumenänderung führen.