Atmung und Beatmung
Boyle-Mariotte-Gesetz: Robert Boyle, Edme Mariotte| Die
Atmung wird physiologischerweise durch Kontraktion der
Inspirationsmuskeln (Zwerchfell, Zwischenrippenmuskeln) angetrieben.
Ist das nicht möglich (Atemlähmung), muss beatmet werden: Drucksteigerung im Bereich
der zuführenden Luftwege "pumpt" die Lunge auf - die Exspiration
erfolgt passiv (Retraktion der Lunge). Das ist das Prinzip der
Mund-zu-Mund-Beatmung und der intraoperativen Beatmung über einen Tubus. Möglich ist auch die Anwendung pulsierenden Unterdrucks am Thorax (ohne Tubus): der Kopf der beatmeten Person bleibt außerhalb des Unterdruckkompartments - eiserne Lunge, Operationen am offenen Herzen in verglastem OP-Raum (historisch). Eine der Möglichkeiten der Darstellung des Complianceverhaltens im Atemzyklus ist das Campbell-Diagramm: Es stellt atembedingte Druckänderungen sowie die gegen Atemwiderstand und elastische Widerstände geleistete Arbeit dar. Solche Diagramme charakterisieren die Mechanik der Atemarbeit. Letztlich geht es um den Transport der Atemgase über die Blutbahn: Bei voller Nutzung der arterio-venösen Differenz und ausreichender Beatmung ist es möglich, auch bei stark reduziertem Herzminutenvolumen so viel Sauerstoff an das Gewebe heranzubringen, dass hypoxische Schäden ausbleiben. |
Abbildung: Mechanik der Spontanatmung
Abbildung). Das Lungenvolumen steigt, in den
Luftwegen entsteht ein Unterdruck (Boyle-Mariotte 
: p x V=const), und Luft strömt in die Alveolen ein (Sogwirkung).
Abbildung) erfolgt mit einem mechanischen Ventilator
(Beatmungsgerät) - wie während einer Anästhesie - oder auch Respirator
(Gerät zur Beatmung bei unzureichender Eigenatmung)
nichtinvasiv
mittels einer Maske, welche den Mund oder die Nase oder beides bedeckt,
oder mittels eines Helms, der den ganzen Kopf bedeckt und am Hals
abgedichtet ist, oder
invasiv mittels eines Trachealtubus.
Abbildung: Druck-, Volumen- und Strömungsverlauf bei künstlicher Beatmung
FRC = funktionelle Residualkapazität Abbildung mit R und E
bezeichnet.)
Der Druck, der zur Überwindung der elastischen Widerstände nötig ist (E),
berechnet sich aus dem Lungenvolumen über FRC dividiert durch die
dynamische Compliance des Lungen-Thorax-Systems; er ist am Anfang
gering und nimmt während der Inspiration - mit dem Lungenvolumen -
immer weiter zu. Der Druck zur Überwindung des Strömungswiderstandes (R)
berechnet sich als Strömungswiderstand mal Strömung; er dominiert zu
Beginn der Inspiration und wird dann zusehends geringer ( Abbildung).
Abbildung: Handgriff zur Öffnung der Atemwege Abbildung).
Mechanische
Beatmung über längere Zeit kann zu biomechanischen (Überdehnung) und
biochemischen Schädigungen (Zytokine, Radikale) und letztlich zu
Multiorganversagen führen. Eine rasche Wiederherstellung der Spontanatmung sollte auf jeden Fall angestrebt werden.
Sauerstoff wird über Hämoglobin transportiert (
s. dort),
wobei 1 Liter Blut etwa 200 ml befördern kann. Der
Ruhe-Sauerstoffbedarf eines Erwachsenen beträgt ~0,3 l/min, theoretisch würde ein Herzminutenvolumen von 1,5 l/min ausreichen, um diese Menge von der Lunge in das Gewebe zu
transportieren (theoretisch, weil das Gewebe nicht 100% des angebotenen Sauerstoffs extrahiert). Abbildung). 
Abbildung: Respiratorisches Campbell-Diagramm einer gesunden Person bei Ruheatmung
(<Abbildung) stellt das
thorakale Volumen als Funktion des intrathorakalen Drucks (Pleuradruck)
dar. Atemwegwiderstand, Lungencompliance und Thoraxcompliance wirken
sich auf die dargestellte Atemkurve aus. Auf diese Weise kann das Complianceverhalten im Atemzyklus, also die Mechanik
der Atemarbeit charakterisiert werden.
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