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Atmung (Fach) / Physiologie (Lektion)

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  • Atemwege 1. Konduktive Zone- Generation 1-16 (bis Bronchioli terminales)- Anatomischer Totraum 2. Transitzone (ab Bronchioli respiratorii)- Generation 17-23- Gasaustausch
  • Atemarbeit - Ruheatmung: 2-3 % der gesamten O2-Aufnahme - Belastung: 10-12 % der gesamten O2-Aufnahme - Belastung in der Höhe: bis 50% VO2max oder mehr 
  • Hämodynamik: Linksherzinsuffizienz - Post-kapilläre pulmonale Hypertonie - mPAP (Mean Pulmonary Artery Pressure): 30 mmHg - PAWP (Pulmonary wedge pressure): 21 mmHg - TPG (mPAP-PAWP; Transpulmonary Pressure Gradient = arteriell-venöser Druck über die Lungengefässe): 9 mmHg - PVR (Pulmonaler vaskulärer Widerstand): 104 mmHg
  • Hämodynamik: Lungenembolie - Prä-kapilläre, pulmonale Hypertonie  - MPAP: 50 mmHg - PAWP: 9 mmHg (normal bis tief!) - TPG (mPAP-PAOP): 45 mmHg (hoch)
  • HMV Bestimmung nach Fick Q' (HZV) = V ́O2 (Atemgasanalyse) / (CaO2 - CvO2 ) (Blutentnahmen) zB 250 ml O2/min / (200-150) ml O2/L = 5 L Blut/min 
  • Perfusions-Scintigraphie - Lungenembolie Diagnostik - radioaktiv markierte Eiweissteilchen in eine Vene injiziert - dorthin, wo die Durchblutung vermindert ist, gelangen weniger der radioaktiven Partikel, und dieses Areal wird auf den Bildern, die mit der Gammakamera gemacht werden, weniger stark abgebildet
  • Rechts-Links Shunt 1. Pulmonaler Rechts-Links Shunt bei Atelektase oder Pneumonie  2. Rechts-Links Shunt bei Pulmonaler Arterio-venöser-Malformation 
  • Arterielle Blutgasanalyse - pH: 7.35 - 7.45 - paCO2 (kPa): 4.6 - 6.0 = 35-45 mmHg - paO2 (kPa): 10 - 13.9 kPa = 80-100 mmHg - HCO3- (mmol/l): 22-26 mmol/L  - DAaO2 (alveolo‐arterieller PO2 Gradient): <2 kPa = 15 mmHg
  • Diffusion 1. Alveolarfläche 2. Diffusionsstrecke 3. Partialdruckgefälle 4. Konstante
  • Gründe für eingeschränkte Diffusion 1. Verdickung der alveolo-kapillären Membran:• Lungenfibrose 2. Verkleinerung der Gasaustausch-Oberfläche • Lungenemphysem, St. n. Pneumonektomie • idiopatische pulmonale Hypertonie 3. Anämie 4. Erhöhtes CO-Hb (Rauchen) 
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  • Merkpunkte Diffusion Lunge verfügt über grosse Diffusionsreserve–  1/2 Oberfläche genügt für Gasaustausch in Ruhe –  Blut ist nach 1/3 Kontaktzeit mit O2 gesättigt Aber –  Unter Belastung nimmt Kontaktzeit ab, Diffusionslimitation wird demaskiert –  Bei extremer Leistung und unter Hypoxie besteht eine Diffusionslimitation –  Diffusionsstörung bewirkt tiefen PaO2, PaCO2 wird wenig beeinflust 
  • Formen der respiratorischen Insuffizienz 1. Respiratorische Partialinsuffizienz (Typ I)PaO2 ↓↓ (PaCO2 ↓) V‘/Q‘ Verteilungsstörungen Shunt Diffusionsstörung  2. Respiratorische Globalinsuffizienz (Typ II)PaO2 ↓ PaCO2 ↑↑ (V‘/Q‘ Verteilungsstörung) Hypoventilation 3. Ruhe-, Belastungsinsuffizienz 
  • Respiratorische Partialinsuffizienz - PaO2 : ↓↓ (Hypoxie)- PaCO2 : normal oder ↓ - Erhöhter ∆PAaO2 (Alveolo-arterieller PO2 Gradient) >15 mmHg  Ursachen: 1. Verteilungsstörung 2. Diffusionsstörung 3. R-L Shunt Erkrankungen 1. Lungenparenchym-Erkrankungen  2. Atemwegs-Erkrankungen 3. Lungengefäss-Erkrankungen 
  • Respiratorische Globalinsuffizienz - PaCO2 ↑↑ : Hyperkapnie - PaO2 ↓↓ : Hypoxämie - ∆PAaO2 normal! (<15 mmHg)  Ursache1. alveoläre Hypoventilation, VA ↓↓  Erkrankungen1. Hirnstamm (Atemregulation)2. Reizleitung (Rückenmark, periphere Nerven) 3. neuro-muskuläre Übertragung4. Muskulatur (Schwäche) 
  • Indikationen zur Spirometrie • Erkennen einer pulmonalen Funktionsstörung • Differentialdiagnose – Obstruktion: fixiert/reversibel (COPD/Asthma) – Restriktion • Quantifizierung der Einschränkung – Schweregrad der Erkrankung – Verlauf – Invaliditätsbeurteilung 
  • Spirometrie - misst Volumen (Flussmessung → Integration über Zeit → Volumen) - Fluss ist proportional zur Druckdifferenz über bekannten Widerstand  - durch Ultraschall gemessen - Spirogramm: Volumen/Zeit-Kurve --> FEV1/FVK Quotient  - Fluss-Volumenkurve --> Peak expiratory flow 
  • Konzept der Abweichung vom Normwert nach Global Lung Function Initiative (GLI) Z-Score: Abweichung in Anzahl Standarddeviationen Lower Limit of Normal: Median minus 1.64 SD = 5. Perzentile “Abnormal”/pathologisch: Abweichung vom Sollwert um mehr als -1.64 Z-Score 
  • Methacholin Bronchoprovokationstest - Methacholin = Muscarin-Rezeptor Agonist - misst die Einsekundenkapazität (FEV1) nach Inhalation ansteigender Dosen bronchokonstriktiver Substanzen  - PD20: Provokationsdosis, die einen Abfall von FEV1 um 20% bewirkt  - PD20 bei Asthmatikern kleiner, weil sie bronchiale Hyperreagibilität aufweisen (1-4 mg/ml)
  • Bestimmung von nichtmobilisierbaren Lungenvolumina 1. Heliumdilution Prinzip: Heliumverdünnung c1xV1=c2x(V1+ Vx)V1 = Vitalkapazität, V2 = Totale LungenkapazitätGemessen: ventilierte Lungenabschnitte  2. N2-Auswasch Prinzip: N2-Auswasch bei O2-AtmungGemessen: ventilierte Lungenabschnitte 3. PlethysmographieGemessen: intrathorakales Gasvolumen (inkl. nicht ventilierte Bereiche)
  • intra-pleuraler Druck in Ruhelage -5 cm H2O
  • Statische Compliance = ∆V/∆P  Gesamt-Compliance: Lunge und Brustwand in Serie (1/CRS = 1/CL + 1/CBW)CL = Lungen Compliance = 0.2 L/cmH2OCBW = Brustwand Compliance = 0.2 L/cmH2O  CRS = 0.1 L/cmH2O  Eg. Atemzugvolumen von 0.4 L erfordert 4 cmH2O 
  • Compliance bei Lungenkrankheit Emphysem: > 0.2 L/cmH2O  normal: 0.2 L/cmH2O  Fibrose: < 0.2 L/cmH2O  Brustwandcompliance vermindert bei Mesotheliom
  • Oberflächenspannung P = 2T/r - Bei einer Atelektase strömt die Luft vom kleineren zum grösseren Lungenflügel  - Fehlen von Surfactant begünstigt Kollaps (IRDS)
  • Atemwegswiderstand Strömungswiderstand = wichtigster variabler Anteil am Gesamtwiderstand (50%) zB Schleim, Tumore Messung mit Ganzkörperplethysmograph Beeinflussung durch - Geometrie der Atemwege - Art des Flusses (laminar/turbulent)
  • Fluss - turbulent, wenn Re > 1000-2000 Re = d•2•r•v            vis  - turbulenter Fluss in Trachea, zentrale Bronchien  - laminarer Fluss in periphere Atemwege (kleine Radien, geringere Flussgeschwindigkeit) d = Dichte (je nach Gas/Druck)
  • Spirometrie Interpretation Obstruktion: FEV1/FVC < 0.70 (bzw. unterhalb des altersabhängigen Normalbereichs); FVC grösser Restriktion: FEV1/FVC normal; FVC < 80% Soll Schweregrad einer Obstruktion: > 80 % leicht50-80 % mittel < 50 % schwer Reversibilität: nach Inhalation eines Betaadrenergikums: FEV1 > 12% und > 200 ml 
  • Stickstoffmonoxid-Messung des Exhalates (FENO) - FENO - Erhöhte NO Konzentration >20 ppb (parts per billion) - weisen auf eine eosinophile Entzündungsreaktion in den Atemwegen hin - Hinweis, ob kortikosteroide Therapie sinnvoll ist (auch COPD) - Positiv bei Asthma bronchiale
  • Berechnung des ∆PAaO2 ∆PAaO2 = alveolärer PO2 - arterieller PO2 PAaO2 = PiO2 - (PACO2/RQ) - PO2 - PiO2 = (PB-PH2O)*0.21 = 760 - 46 mmHg x 0.21- PACO2, PO2 aus Blutgasanalyse- RQ = Respirationsquotient ≈ 0.8  - >15 mmHg bei Paritalinsuffizienz
  • Berechnung Postoperativer Lungenfunktions-Wert präoperative Lungenfunktions-Wert (FEV1) x (19 – Anzahl resezierter Segmente)/19 
  • Lungenresektion Indiziert bei- Lungenemphysem- Bronchuskarzinom (bei Lungenfibrose viel schlechtere Prognose) - FEV1 und DLCO erniedrigt - keine kardiovaskulären Risiken, Mindestwerte bei Belastungstest
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  • BORG Skala Messung der Dyspnoe 1-10
  • NYHA Klassifikation Messung der Dyspnoe I: keine Symptome oder Einschränkung bei üblichen Tätigkeiten II: leichte Einschränkung, keine Beschwerden bei leichter Anstrengung III: deutliche Einschränkung der Leistungsfähigkeit, nur in Ruhe beschwerdefrei IV: Schwere Einschränkung, Beschwerden auch in Ruhe, bettlägrig
  • Objektive Leistungstests 1. Treppen Steigen (<1 Stockwerk: <10ml O2/kg/min) 2. 6-Minuten‐Gehtest 3. Shuttle‐Walking Test - 10m Strecke hin und her, Geschwindigkeit durch Ton getaktet, jede Minute schneller. Abbruch, wenn Patient Strecke nicht mehr in der vorgegebenen Zeit schafft.  4. Ergometrie- Laufband, Fahrrad; EKG Aufzeichnung; Atemgasanalyse. 
  • Respiratorische Akklimatisation - PO2 Rezeptoren: Ventilation gesteigert - PCO2 Rezeptoren: Ventilation wird schon bei niederen PCO2 Werten gesteigertLinksverschiebung  - Apnoeschwelle liegt bei 30 mmHg --> Schlafapnoe schon nach Seufzer, weil CO2-Reserve klein
  • Definitionen Apnoe: Atempause >10 Sekunden- bei der zentralen Apnoe kompletter Muskelstillstand- bei der obstruktiven Apnoe Kontraktionen des Ösophagus/Zwerchfells Hypopnoe: Vorübergehende Reduktion des Atemzugvolumens um >30% für >10 Sekunden Hypoventilation: Reduktion der Atemfrequenz mit Anstieg des PCO2 >10 mmHg 
  • PCO2 Reserve Differenz zwischen PCO2 in Ruhe und Apnoeschwelle - vermindert in der Höhe - vermindert bei Linksherzinsuffizienz --> Zunahme der Rezeptoren-Empfindlichkeit
  • Shuntfraktion Berechnung      PAO2 x 0.003     x 100%PAO2 x (0.003 + 5) Wobei PAO2 = (PB-PH2O - PACO2) in kPa
  • Single Breath Diffusionskapazität - 0.3% CO- 10% H2 in O2 eingeatmet - 10 Sekunden  - 1 L expiratorische Luft zur Analyse der DCO% (TLC) - erniedrigt bei COPD, Emphysem, Lungenfibrose, etc. (nicht: Asthma)
  • Bronchospasmolyse-Test  = Reversibilitäts-Test - Bestimmung einer obstruktiven Ventilationsstörung  - Patient inhaliert ein schnellwirksames Beta-2-Sympathomimetikum, führt nochmals Spirometrie durch - Bei einem Anstieg des FEV1 von über 15% und mehr als 200 ml spricht man von einem positiven Test partieller oder auch vollständiger Reversibilität der Obstruktion --> Asthma bronchiale--> Ausschluss einer COPD
  • Inhalativer Provokationstest - Frage nach einer bronchialen Hyperreagibilität  - Patient bekommt steigende Dosen eines inhalativen, direkt wirkenden Reizstoffes (z. B. Metacholin, Cholinergikum) - Dosis gemessen, die es braucht um FEV1 um 20% zu sinken - geht meist mit dem Vorliegen eines Asthma bronchiale einher 
  • Bodyplethysmographie - gemessen wird mittels Verschlussdruckmessung die Funktionelle Residualkapazität (FRC)  - ermöglicht Rechnung der TLC (vermindert bei Restriktion) --> eindeutige Klärung einer vermuteten restriktiven und vor allem gemischten Ventilations- störung 
  • Polysomnographie - in einem Schlaflabor durchgeführt  umfasst (zusätzlich zur Polygraphie):- Aufzeichnung eines Elektroenzephalogramms (EEG)- eines Elektrokardiogramms (EKG)- eines Elektrookulogramms (EOG)- eines Elektromyogramms (EMG)- Bild- und Tonmitschnitt des Raums. 
  • Polygraphie - Screening-instrument bei v. a. eine schlafbezogene Atmungsstörung  - nächtliche Messung/Registrierung von nasalem Atemfluss- thorakoabdomineller Atembewegung- Schnarchgeräusche- Pulsfrequenz- Sauerstoffsättigung- Körperlage - detektiert zentrale Apnoen, obstruktive Apnoen und Hypopnoen 

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