E6 Lungenbeatmung

Thema

Die Lungenventilation ist der mechanische Prozess, durch den die Lunge mit jedem Atemzug das Gas in den Alveolen erneuert. Die Lunge funktioniert als elastische Struktur, die über Atemwege mit der Außenwelt verbunden ist, welche dem Luftstrom Widerstand entgegensetzen. Während der Einatmung dehnt sich das Lungengewebe aus und speichert elastische Energie; während der Ausatmung erleichtert diese Energie die Entleerung, während der Atemwegswiderstand einen Teil davon abbaut.

Die Geschwindigkeit, mit der sich die Lunge füllt und entleert, hängt von der Kombination aus Lungenelastizität und Atemwegswiderstand ab. Steigt der Widerstand oder bleibt die Lunge übermäßig gedehnt, verlangsamt sich die Entleerung. Beginnt eine neue Einatmung, bevor die Ausatmung abgeschlossen ist, bleibt Luft in der Lunge eingeschlossen, was zu Lufteinschluss und Hyperinflation führt.

Nicht die gesamte bewegte Luft nimmt am Gasaustausch teil. Ein Teil verbleibt in den Atemwegen und bildet den anatomischen Totraum. Der Anteil der Luft, der die Alveolen erreicht und erneuert, stellt die alveoläre Ventilation dar und bestimmt in Bezug auf die metabolische Kohlendioxidproduktion dessen arterielle Konzentration. Unzureichende alveoläre Ventilation führt zu CO₂-Anreicherung, Hyperkapnie und respiratorischer Azidose; übermäßige Ventilation reduziert den CO₂-Gehalt und verursacht respiratorische Alkalose. Kann ein Patient keine ausreichende Ventilation aufrechterhalten, kann die maschinelle Beatmung das notwendige Volumen künstlich bereitstellen, um den Gasaustausch zu regulieren.

Für eine ausreichende Ventilation müssen die Alveolen offen bleiben. Die Oberflächenspannung der Alveolenauskleidung verringert deren Größe und begünstigt den Kollaps, insbesondere bei kleinen Alveolen. Pulmonales Surfactant senkt diese Oberflächenspannung, und seine Wirkung verstärkt sich mit der Schrumpfung der Alveolen während der Exspiration. Dadurch werden Alveolen unterschiedlicher Größe stabilisiert und Atelektasen verhindert. Bei unzureichendem Surfactant, wie es bei Frühgeborenen vorkommen kann, kollabieren zahlreiche Alveolen, und es kann sich ein Atemnotsyndrom entwickeln. Die Lungenmechanik wird klinisch mittels Lungenfunktionsprüfung beurteilt. Eine der wichtigsten Prüfungen vergleicht das in der ersten Sekunde einer forcierten Exspiration ausgeatmete Volumen mit dem gesamten ausgeatmeten Volumen. Eine Reduktion dieses Verhältnisses auf unter 70 % kennzeichnet ein obstruktives Atmungsmuster, wie es beispielsweise bei Asthma oder chronisch-obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) auftritt. Bei einem restriktiven Atmungsmuster, wie es bei Lungenfibrose oder Atemmuskelschwäche vorkommen kann, nimmt das gesamte mobilisierbare Volumen ab, während das Verhältnis relativ erhalten bleibt.

Die Atmung erfordert zudem Muskelkraft, um sowohl die elastischen Kräfte der Lunge als auch den Atemwegswiderstand zu überwinden. Unter normalen Bedingungen macht diese Anstrengung nur einen geringen Anteil des Gesamtenergieverbrauchs aus, kann aber bei schweren obstruktiven Erkrankungen erheblich ansteigen. Erhöhte und anhaltende Atemarbeit kann zu Muskelermüdung, verminderter alveolärer Ventilation und CO₂-Anreicherung führen.

Der Atemwegswiderstand ist stark vom Bronchialdurchmesser abhängig: Eine relativ geringe Verringerung des Radius kann den Atemwegswiderstand erheblich erhöhen. Bei Asthma führt die Kontraktion der glatten Bronchialmuskulatur zu einem Bronchospasmus, der die Atemwege verengt, den Widerstand erhöht und die Atemarbeit steigert. Bronchodilatatoren wirken, indem sie diesen Muskel entspannen, den Durchmesser der Bronchien vergrößern und den Atemwegswiderstand verringern.

Die Lungenventilation hängt im Allgemeinen vom Zusammenspiel von Gewebeelastizität, Atemwegswiderstand, alveolärer Ventilation und alveolärer Stabilität ab. Lufteinschluss und Funktionstests ermöglichen die Identifizierung obstruktiver Erkrankungen; reduzierte Lungenvolumina helfen, restriktive Ventilationsmuster zu erkennen; Surfactantmangel erklärt den Alveolarkollaps bei Neugeborenen; und erhöhte Atemarbeit kann auf Erschöpfung und respiratorische Insuffizienz hinweisen. Diese Mechanismen ermöglichen die Beurteilung der alveolären Gasversorgung der Lunge und dienen als Grundlage für die notwendigen Interventionen zur Aufrechterhaltung einer effektiven Ventilation.

ID:2249