Laplace-Gesetz Aufteilung des Bronchialbaums Pneumozyten Intrapleuraler Druck Alveolardruck Transpulmonaler Druck

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1 Laplace-Gesetz Aufteilung des Bronchialbaums Pneumozyten Intrapleuraler Druck Alveolardruck Transpulmonaler Druck Atemzugvolumen Inspiratorisches Reservevolumen

2 insgesamt 23 Verzweigungen Konduktionszone: bis zur 17. Teilung (Luftleitung) Respirationszone: Alveolen kleine Alveolen besitzen höhere Oberflächenspannung P = Druck T = Oberflächenspannung d = Wanddicke der Alveolen r = Radius der Alveole bei normaler immer negativ intrapleuraler Druck [kpa] - 0,5 Typ I - Pneumozyt: Alveolen-Auskleidung Typ II - Pneumozyt: Surfactant-Produktion - 0,7 Inspiration Exspiration Alveolardruck [kpa] 0,05 Differenz zwischen Alveolardruck und intrapleuralem Druck -0,05 Inspiration in Atemruhelage = 0 bei Inspiration negativ bei Exspiration positiv Exspiration DR 3 l 0,5 l

3 Exspiratorisches Reservevolumen Residualvolumen Funktionelle Residualkapazität FRC Vitalkapazität Totalkapazität Totraumvolumen STPD BTPS

4 kleiner als das inspiratorische Reservevolumen 1,5 l 1,5 l beim jüngeren Menschen größer als beim älteren beim jüngeren Menschen kleiner als beim älteren 5 l 3 l Atemzugvolumen + inspiratorisches Reservevolumen + exspiratorisches Reservevolumen Exspiratorisches Reservevolumen + Residualvolumen anatomisch: bis zur 16. Teilung des Bronchialbaums ca. 150 ml funktionell: Lungenvolumen ohne Gasaustausch beim Gesunden = anatomischer Totraum 6,5 l Vitalkapazität + Residualvolumen body temperature pressure saturated standard temperature pressure dry T: 37 C T: 0 C Druck: aktueller Luftdruck Druck: 760 mmhg Wasserdampfdruck: 47 mmhg (gesättigt) Wasserdampfdruck: 0 mmhg

5 ATPS Spirometrie Messbare Atemvolumina Helium-Einwasch-Methode Messbare Atemvolumina Ganzkörperplethysmographie Messbare Atemvolumina Pneumotachographie Messbare Atemvolumina Fowler Methode Bohr-Formel

6 ambient temperature pressure saturated T: Umgebungstemperatur Druck: aktueller Luftdruck Wasserdampfdruck: 47 mmhg (gesättigt) Atemzugvolumen Residualvolumen funktionelle Residualkapazität (FRC) inspiratorisches Reservevolumen exspiratorisches Reservevolumen Vitalkapazität mobilisierbare Atemvolumina (Alternative zur Spirometrie) Atemzugvolumen inspiratorisches Reservevolumen exspiratorisches Reservevolumen Vitalkapazität gesamtes intrathorakales Volumen mobilisierbare Atemvolumina = Berechnung des Atemgasstroms Bestimmung des funktionellen Totraums Bestimmung des anatomischen Totraums VD = funktionelles Totraumvolumen VT = Atemzugvolumen pco2(a) = CO2-Partialdruck arteriell pco2(e) = CO2-Partialdruck exspiratorisch Einatmung: reiner Sauerstoff Ausatmung: Bestimmung der Stickstoffkonzentration in der Atemluft

7 Compliance bestimmende Faktoren Formel Schmidt, Lang, Heckmann: Physiologie des Menschen , S. 709 Compliance gesamter Atemapparat Compliance Thorax Compliance Lunge Elastance Resistance bestimmende Faktoren Hagen-Poiseuille-Gesetz

8 Dehnbarkeit des Atemapparats fördert Exspiration hemmt Inspiration Steigung der Ruhedehnungskurve Bestimmt durch: elastische Rückstellkräfte alveoläre Oberflächenspannung mechanische Wirkung von Bändern/Muskeln Bestimmung über den intrapleuralen Druck bei normaler : CT 2 l kpa -1 Bestimmung über den Alveolardruck bei normaler : Cgesamt 1 l kpa -1 Addition der Ruhedehnungskurven von Lunge und Thorax Dehnungswiderstand des Atemapparats Kehrwert der Compliance! Bestimmung über transpulmonalen Druck bei normaler : CL 2 l kpa -1 Atemwegswiderstand R = Strömungswiderstand η = Viskosität λ = Länge r = Radius Radiushalbierung: 16-fache Widerstandserhöhung bestimmt durch: - Strömungswiderstand bei Exspiration - nichtelastische Gewebewiderstände - Trägheitswiderstand bei normaler : R = 0,2 kpa s -1 l -1

9 Formen des Luftstroms Vegetative Wirkung auf die Bronchien Atemfrequenz Atemzeitvolumen Atemgrenzwert Peak Flow Einsekundenkapazität Tiffeneau-Test Messbare Atemparameter

10 Sympathikus: Bronchodilatation laminar = geordnet Parasympathikus: Bronchokonstriktion turbulent (erhöhter Atemwegswiderstand) Atemfrequenz Atemzugvolumen ca. 15/min maximale Atemstromstärke bei forcierter maximales Atemzeitvolumen Atemzeitvolumen Atemgrenzwert Einsekundenkapazität absolut: in 1 s forciert ausgeatmetes Volumen relativ: auf die Vitalkapazität bezogenes Volumen

11 Ficksches Diffusionsgesetz Partialdruckwerte venös Partialdruckwerte arterialisiert Blutdruck Arteria pulmonalis Euler-Liljestrand-Mechanismus Atemzentrum Lokalisation Atemrhytmus, Atemfrequenz Hering-Breuer-Reflex Chemorezeptoren zentral und peripher

12 venös = Blut der Arteria pulmonalis po2: 40 mmhg pco2: 46 mmhg ΔP = Partialdruckunterschied F = Austauschfläche d = Diffusionsstrecke K = Kroghscher Diffusionskoeffizient = Maß für Diffusionsfähigkeit eines Gases (für CO2 20mal größer als für O2) systolisch: 25 mmhg diastolisch: 10 mmhg arterialisiert = Blut der Vena pulmonalis po2: 100 mmhg pco2: 40 mmhg Lokalisation: Medulla oblongata Vorgabe des Atemrhythmus: ventrale respiratorische Gruppe Vorgabe der Atemfrequenz: dorsale respiratorische Gruppe Afferenzen: kortikal und peripher (z.b. Chemosensoren) 1.Abfall des po2 in einer Alveole 2.Schließung O2-sensitiver K + -Kanäle im zugehörigen Kapillarendothel 3.Depolarisation der Gefäßmuskelzelle 4.Öffnung spannungsgesteuerter Ca 2+ - Kanäle 5.Vasokonstriktion 6.Verminderung der Durchblutung des ineffektiven Bereichs Zentrale Chemorezeptoren: Lokalisation: Medulla oblongata Messung: pco2 und ph im Liquor Periphere Chemorezeptoren: Lokalisation: Glomus aorticum und Glomus caroticum Messung: pco2, ph und po2 im Blut Leitung: N. vagus und glossopharyngeus Mechanismus: über Dehnungsrezeptoren im Lungenparenchym 1. Inspiration: Zunehmende Dehnung 2. Weiterleitung der Dehnungsinformation über N.vagus (über Ncl. tractus solitarii) 3. Hemmung der Inspiration

13 in der Höhe Partialdruckveränderungen Reaktionen des Körpers Atemreiz pco2 po2 Obstruktive Ventilationsstörung Restriktive Ventilationsstörung Dyspnoe Orthopnoe Apnoe Asphyxie Hyper/Hypoventilation Tachypnoe Bradypnoe Hyper-/Hypopnoe Hyperventilation Hypoventilation

14 in 5000 m Höhe Halbierung des po2 pco2 > 50 mmhg po2 < 60 mmhg der Körper reagiert am schnellsten auf einen Anstieg des pco2 Reaktionen des Körpers Hyperventilation erhöhte EPO-Produktion veränderte Sauerstoffaffinität von Hämoglobin Ursache: verminderte Compliance - Lungenfibrose - Thoraxverformung u.a. Ursache: erhöhte Resistance - Asthma bronchiale - Tumor u.a. Folge: verminderte Vitalkapazität Folge: Überblähung der Lunge Erhöhung des Residualvolumens Erniedrigung der dynamischen sparameter Ursache: erhöhter Atemreiz, oft psychogen Folge: erhöhte CO2-Abatmung Senkung des pco2 = Hypokapnie respiratorische Alkalose Gegenmaßnahme: CO2-Rückatmung (z.b. durch in eine Tüte) Dyspnoe: Gefühl der Atemnot Orthopnoe: stärkste Atemnot Apnoe: Atemstillstand Asphyxie: verminderte/fehlende Hyper/Hypoventilation: erhöhte/verminderte alveoläre Ventilation Tachypnoe: gesteigerte Atemfrequenz Bradypnoe: verminderte Atemfrequenz Hyper-/Hypopnoe: erhöhtes/vermindertes Atemzugvolumen Ursache: verminderte alveoläre Ventilation Folge: verminderte CO2-Abatmung Erhöhung des pco2 = Hyperkapnie respiratorische Azidose