Atemmechanik

Unter der Atemmechanik versteht man alle physikalischen Prozesse die bei der Atmung ablaufen. Bei der Inspiration (Einatmen) kommt es mithilfe der Atemmuskulatur zu einer Vergrößerung des intrathorakalen Volumens (Volumen im Brustkorb). Das Lungenfell (Pleura visceralis) haftet mithilfe eines Flüssigkeitsfilms im Pleurspalt an der Thoraxinnenseite (Rippenfell, Pleura parietalis) und das Lungenvolumen wird vergrößert. Hierbei entsteht in der Lunge ein Unterdruck, welcher dazu beträgt, dass sich die Lunge mit der Atemluft füllt. Das Lungengewebe besitzt elastische Fasern, was wiederum dazu führt, dass sich die Lunge bei Erschlaffung der Atemmuskulatur passiv zusammenzieht, ein Überdruck entsteht und so die Atemluft wieder aus der Lunge strömt (Expiration). Zur inspiratorischen Atemmuskuluatur zählen die äußere Interkostalmuskulatur (Mm. Intercostales externi) sowie das Zwechfell (Diaphragma), zur expiratorischen Atemmuskulatur zählt die innere Interkostalmuskulatur (Mm. Intercostales interni). Zusätzlich unterstützt die inspiratorische (Brust- und Rumpfmuskulatur) sowie exspiratorische Atemhilfsmuskulatur (Bauchmuskeln) diese Vorgänge.

Lungenfunktion

Um die Funktion der Lunge zu beurteilen werden bestimmte Lungenvolumina erhoben. Diese beschreiben wie viel Luft sich in der Lunge befindet, bzw. ein- oder ausgeatmet werden kann.

• Atemzugvolumen (AZV): Luftvolumen, das bei einem normalen Atemzug eingeatmet wird (ca. 0,5 Liter)
• Inspiratorisches Reservevolumen (IRV): Luftvolumen, das nach normaler Inspiration zusätzlich maximal eingeatmet werden kann (ca. 3 Liter)
• Expiratorisches Reservevolumen (ERV): Luftvolumen, das nach normaler Expiration nich zusätzlich maximal ausgeatmet werden kann (ca. 1,7 Liter)
• Residualvolumen (RV): Luftvolumen, das nach maximaler Ausatmung in der Lunge verbleibt (ca. 1,3 Liter)

Mit diesen Parametern können nun weitere Lungenvolumina berechnet werden:

• Vitalkapazität (VC): Vulumendifferenz zwischen maximaler Ein- und Ausatmung (ca. 5,2 Liter). Berechnung: VC = IRV + AZV + ERV
• Totalkapazität (TLC): Gesamtes Gasvolumen nach maximaler Inspiration (ca. 6,5 Liter). Berechnung: TLC = VC + RV
• Funktionelle Residualkapazität (FRC): Volumen, das nach normaler Ausatmung noch in der Lunge verbleibt (ca. 3 Liter). Berechnung: FRC = ERV + RV

Dynamische Atemtests

Mithilfe von dynamischen Atemtests kann die Lungenfunktion genauer charakterisiert werden. Hier zu erwähnen ist die Ermittlung des Atemgrenzwertes, zur Erhebung des maximalen Atemminutenvolumens (Norm: 120-170 Liter/min). Hierbei Atmet der Proband/die Probandin für 10 Sekunden so schnell und so tief wie möglich ein und aus. Ein weiterer wichtiger dynamischer Atemtest ist der Tiffeneau-Test. Hier muss der Proband/die Probandin nach tiefer Inspiration so schnell wie möglich ausatmen. Erhoben wird hierbei die forcierte Vitalkapazität (maximal ausgeatmetes Volumen, FVC) und die Einsekundenkapazität (Maximal in der ersten Sekunde ausgeatmetes Volumen, FEV₁). Zusätzlich kann der sogenannte Tiffeneau-Index, oder relative Einsekundenkapazität (rFEV₁) berechnet werden. Dieser beschriebt das maximal in der ersten Sekunde ausgeatmete Volumen anteilig an der forcierten Vitalkapazität (Norm: 70%).

Weitere Parameter der Lungenbeurteilung ist die Compliance sowie die Resistance der Lunge. Die Compliance beschreibt die Dehnbarkeit des Lungengewebes. Eine hohe Compliance erleichtert tendenziell die Atmung. Bei restriktiven Ventilationsstörungen wie z.B. einer Lungenfibrose ist die Dehnbarkeit, also die Compliance herabgesetzt. Die Resistance beschreibt den Widerstand, den die Atemluft bei ihrem Fluss durch die Atemwege überwinden muss. Man spricht auch vom Atemwegswiderstand. Die Resistance ist bei obstruktiven Lungenerkrankungen, wie zum Beispiel der COPD (Chronisch obstruktive Lungenerkrankung) erhöht.

Quellen

Schmidt et al. (Hrsg.): Physiologie des Menschen: mit Pathophysiologie. 31. Auflage Springer 2010, ISBN: 978-3-642-01651-6.

Silbernagl, Despopoulos: Taschenatlas der Physiologie. 6. Auflage Thieme 2003, ISBN: 3-135-67706-0.

Behrends et al.: Duale Reihe Physiologie. 1. Auflage Thieme 2009, ISBN: 978-3-131-38411-9.

Aumüller et al.: Duale Reihe Anatomie. 1. Auflage Thieme 2006, ISBN: 978-3-131-36041-0.

Abbildungen

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