Atmung

· p_x(Gasphase) = p_x(Flüssigphase)

· c_x = α_x · p_x  ( α = Bunsen-Löslichkeitskoeffizient / αO₂ ~0.01mM/kPa / αCO₂ ~0.2mM/kPa )

78%  Stickstoff

21%  Sauerstoff

  1%  Wasser

  1%  Argon

0.03%  CO₂

· Expsiration gegen verschlossene Glottis

· maximaler erzeugbarer Druck:  112mmHg

· Inspiration gegen verschlossene Glottis

· minimaler erzeugbarer Druck:  -75mmHg

· elastische Fasern in Lunge und Thorax → Wandspannung  ( Laplace-Gesetz )

· Surfactant im Alveolarseptum reduziert Wandspannung um Faktor 10 bzw. 83% → verhindert Kollabieren der Alveolen

· surface active agent  ( von Pneumozyten Typ II sezerniert  / Lebensdauer ~ 20h )

· 90% Lipide  ( v.a. Phosphatidylcholin = Lecithin )

· 10% Proteine  ( SP-A / SP-B / SP-C / SP-D und Plasmaproteine )

· tubuläres Myelin

· Mangel bei Frühgeburt → NRDS  /  Mangel beim Adulten:  ARDS  ( acute respiratory distress syndrom )

· Messung über ösophageales Manometer

· unterschiedlicher Verlauf bei der Inspiration und Exspiration ist wegen dem Surfactant

· kurzzeitig sind positive Drücke erzeugbar  ( z.B. beim Husten )

· Eintritt von Luft in den Pleuraspalt ( z.B. durch Verletzung )

· Lunge kollabiert auf Minimalvolumen  ( ~0.6l )  /  Thorax "vergrössert" sich auf Gleichgewichtslage

→ kann zum Spannungspneumothorax führen

· Ziel ist es eine möglichst hohe Compliance ( ∆V↑ / ∆p↓ ) zu erreichen  →  Atemruhelage  

· Widerstände ( 1/Compliance ) addieren sich  →  \(\mathrm{{1 \over C_{Lu+Th}} = {1 \over C_{Lu}}+{1 \over C_{Th}} \space \tilde{} \space {1 \over 2.6 }+{1 \over 2.6}}\)  →  C_Lu+Th ~ 1.3 l/kPa

· Gleichgewichtslage des Atemapparates  ( Thorax + Lunge )

· Thorax ist gestaucht  /  Lunge gedehnt  ( Ort der höchsten Compliance )

· Messung von Volumina  ( Atemzugvolumen / inspiratorisches und expiratorisches Reservevolumen )

· unter der Glocke herrschen ATPS Bedingungen

· Kurve steigt an, weil O₂ verbraucht wird  /  CO₂ von NaOH / KOH (Atemkalk) absorbiert wird

· erlaubt Messung des Residualvolumens  ( z.B. über Fremdgasverdünnung mit He / N₂ )

· Messung von Volumenflüssen über Druckdifferenz  ( \(\mathrm{I = {\Delta P \over R}}\))

· Integration ergibt Atemvolumen  (\(\mathrm{ \int \dot V \space \it {d} \mathrm{t = V}}\))

· Darstellung als Kurve oder Atemschlaufe

· Messung von Druckunterschieden

· erlaubt Messung des Residualvolumens

   1.  kurzzeitige Inspiration gegen verschlossenes Ventil  ( \(\mathrm{{V_{Lunge}·p}_{Lunge}=konst.}\) )

   2.  \(\mathrm{V_{Lunge} ={{-{\Delta p}_{Kammer} \over {\Delta p}_{Lunge} }· V_{Kammer}}}\)

· Atemzugvolumen / Tidalvolumen  ( V_t = 0.5l )

· inspiratorisches Reservevolumen  ( IRV = 2.5l )

· expiratorisches Reservevolumen  ( ERV = 1.5l )

· Residualvolumen  ( RV = 1.5l )

· Vitalkapazität  ( VC = V_t + IRV + ERV = 4.5l  /  im Alter abnehmend )

· funktionelle Residualkapazität  ( FRC = RV + ERV = 3l  /  im Alter zunehmend )

· totale Lungenkapazität  ( TLC = 6l  /  bleibt weitgehend konstant )

· alle Angaben in BTPS

· V_D = 0.15l  ( 30% des Atemzugvolumens / nur 350ml Luft erreicht Alveolen )

· anatomischer Totraum

   · Luftwege bis und mit Bronchien

   · dient der Konvektion / Erwärmung / Befeuchtung / Reinigung

· alveolärer Totraum

   · sehr klein

   · wegen fehlender Perfusion gibt es kein Gasaustausch

· elastische Atemwiderstände  ( reversibel / Gewebe und Oberflächenspannung )

· visköse Atemwiderstände  ( irreversibel / nicht-elastisches Gewebe und Strömungswiderstände )

· Atemwegswiderstand nimmt mit abnehmendem Lungenvolumen exponentiell zu

· Bei Atemruhelage beträgt der Atemwiderstand ( Strömungswiderstand ):

   · \(\mathrm{ R_{Lunge}={(p_{Alveole}- \space p_{Mund}) \over \dot V }=0.13 {kPa \space · \space s \over l}}\)   ( 40% von Abdomen + Thorax  /  10% von Lunge  /  50%  von Atemwege )

· \(\mathrm{R_{Lunge} = {8 \space · \space \eta \space · \space l\over \pi \space · \space r^4}}\)

· Radius r ist abhängig von

   · Retraktionskräften  /  V_Lunge

   · dynamischer Kompression  /  p_Thorax

   · Bernoulli-Effekt  /  v_Luft

   · glatter Muskulatur  /  Nervensystem  ( ACh → Kontraktion  /  NA → Relaxation  /  CO₂ → Dilatation )

· Maximum liegt in der 4. Verzweigung  ( im Bereich der Segmentbronchien )

   →  Verhältnis von Gesamtquerschnitt zu Anzahl Verzweigungen ist am kleinsten

· intrapleuraler Druck steigt  ( wegen Kompression )

· Druckdifferenz zwischen Alveolen und Atemwegen nimmt zu

· normalerweise liegt der EPP ( equal pressure point / p_aw = p_pl ) im Bereich der Segmentbronchien

   → Korpelgerüst verhindert Kollabieren der Atemwege

· bei erhöhtem Luftwegswiderstand verschiebt sich der EPP in Richtung Alveolen

· restriktiv  ( verminderte Expansionsfähigkeit des Atemapparates )

   · Fibrose / Pleuraverwachsungen

   · Skoliose / Rippenbruch

   · Schwangerschaft

· obstruktiv  ( erhöhter Atemwegswiderstand )

   · Fremdkörper

   · Tumor  ( Druck auf Atemwege )

   · Emphysem  ( verminderter Zug des Gewebes )

   · Bronchitis  ( Sekret in Atemwegen )

   · Asthma  ( Verengung der Bronchien )

· Messung der exspiratorischen Einsekundenkapazität  ( FEV1 )

· \(\mathrm{{{FEV1} \over {FVC}} > 0.7}\)   ( FEV1 = forciertes expiratorisches Volumen  /  FVC = forcierte Vitalkapazität )

· wird weniger als 70% erreicht, liegt eine obstruktive Lungenerkrankung vor  ( aber: bestes Ergebnis zählt! )

· Summe aus alveolärem und extraalveolärem Widerstand  ( am niedrigsten in der Atemruhelage )

· entspricht ~10% des gesamten Widerstandes im Körperkreislauf

· \(\mathrm{R ={ {\Delta }p_{Lunge} \over HZV} = {10\space mmHg \over 5\space l/min}}\)  ~ 2 mmHg · l^-1 · min

· HZV steigt bei Arbeit  →  Druck in der Lunge nimmt zu  →  passive Dehnung  →  Strömungswiderstand sinkt

· die Lungenspitze wird wenig durchblutet  ( p_alv > p_art > p_ven  /  V:P > 1 )

· die Lungenbasis ist stärker durchblutet  ( p_art > p_ven > p_alv  /  V:P < 1 )  →  unabhängig vom Alveolardruck

· Euler-Liljestrand-Mechanismus

· Lunge ist das einzige Gefässsystem, das bei einer Hypoxie nicht dilatiert sondern kontrahiert

   → Afterload des rechten Herzens steigt → höherer Blutdruck → Lungenspitze wird stärker durchblutet

· V_E  =  V_t · f_R  =  0.5l · 16min^-1  =  8 l/min   ( wird meist expiratorisch gemessen )

· \(\mathrm{ \dot{V}{_{O_2}} = 300 \space {ml / min}}\)   ( in BTPS )

· \(\mathrm{ \dot{V}{_{O_2}} = \dot Q · ( [O_{2_{art}}] -[O_{2_{ven}}] )}\)  →   \(\mathrm{ \dot{V}{_{O_2}} = HZV · ( [O_{2_{art}}] -[O_{2_{ven}}] )}\)  →  erlaubt Bestimmung des SV

\(\mathrm{ \dot{V}{_{{CO}_2}} = 250 \space {ml / min}}\)   ( in BTPS )

· \(\mathrm{ \dot V_E \over \dot V_{O_2} }\) ≈  25    ( in BTPS  /  \(\mathrm{ {\dot V}_E }\) =  Atemminutenvolumen  /  \(\mathrm{ {\dot V}_{O_2} }\)=  O₂-Aufnahme )

   → für die Aufnahme von 1l O₂ muss 25l Luft bewegt werden

· um einer metabolischen Azidose entgegen zu wirken, nimmt Atemäquivalent mit zunehmendem HZV zu

· Mass für den Gasaustausch zwischen Luft und Alveolen  ( in Ruhe wird nur ~10% durch Frischluft ersetzt )

· \(\mathrm{ \mathbf{ {V_I - V_{TR} \over V_A} } = {V_I - V_{TR} \over V \space - \space RV \space - \space ERV} = {0.5\space - \space 0.15 \over 6 \space - \space 1.5 \space - \space 1.5} = {0.35 \over 3} = 0.1 = \mathbf{10 \% }}\)

· 13% O₂  ( 100mmHg )

· 5% CO₂  ( 40mmHg )

· 6% H₂O  ( 47mmHg )

· 15% O₂  ( nur ~ ¼ des O₂ wird verbraucht  /  venöses Blut ist noch ~ zu 75% mit O₂ gesättigt )

· 4% CO₂  ( 30mmHg )

· 6% H₂O  ( 47mmHg )

· Verhältnis von CO₂-Abgabe und O₂-Aufnahme erlaubt Aussage über verbrannte Energieträger

· \(\mathrm{RQ = { \dot{V} {_{{CO}_2}} \over \dot{V}_{O_2}}}\)    ( Hunger < reine Fettkost = 0.7 < 0.84 < 1 = reine Kohlendyratkost < Hyperventilation )

· kalorisches / energetisches Äquivalent  ( Wert aus Tabelle ):

   · reine Fettkost:  ~ 19.5 kJ/l O₂

   · ausgeglichene Kost:  ~ 20 kJ/l O₂

   · reine Kohlenhydratkost:   ~ 21 kJ/l O₂