Physiologie der Atmung. Cem Ekmekcioglu

Transkript

1 Physiologie der Atmung Cem Ekmekcioglu

2 Übersicht über den Transportweg des Sauerstoffes beim Menschen Schmidt/Thews: Physiologie des Menschen, 27.Auflage, Kap.25, Springer (1997)

3 Klinke, Pape, Silbernagl, Physiologie, Thieme Verlag

4 Äußere Atmung Innere Atmung Atemregulation Atemapparat (Lunge und Thorax) Atemgastransport Gasaustausch im Gewebe Regulation der Ein- und Ausatmung in Ruhe und Anpassung an verschiedene Situationen Ventilation Perfusion Diffusion

5 Atemmechanik befasst sich mit den Druck- und Volumensveränderungen im Atemapparat während eines Atemzyklus

6 Ventilation Der Begriff Ventilation bezieht sich auf die Einatmung und Ausatmung Belüftung der Lunge Entlüftung der Lunge

7 Einatmung (=Inspiration) aktiver Vorgang Kontraktion der Inspirationsmuskeln (hauptsächlich Zwerchfell) Ausatmung (=Exspiration) passiver Vorgang (bei Ruheatmung) Retraktion der elastischen Fasern der Lunge

8 Atemzyklus Im Laufe eines Atemzyklus verändern sich das intraalveoläre Volumen der intrapulmonale Druck der intrapleurale Druck

9 Zeitliche Änderung des intrapleuralen Drucks P Pleu, des intrapulmonalen Drucks P Pul, der Atemstromstärke und des Atemvolumens während eines Atmungszyklus aus: Schmidt/Thews:Physiologie des Menschen, Abb.25-16, Kap.25, 27.Aufl., Springer, 1997

10 Änderung des intrapulmonalen Druckes Die für eine ausreichende Ventilation notwendige Änderung des intrapulmonalen Druckes hängt ab von der: Elastizität des Atemapparates (elastische Widerstände) Weite der Luftwege (Strömungswiderstand)

11 Elastizität der Lunge ist von drei Faktoren abhängig: von 1) den elastischen Fasern 2) der Oberflächenspannung der Alveolen 3) der Verankerung jeder Alveole im umgebenden Lungengewebe

12 Gewebe- bzw. Strömungswiderstand Atemstromstärke (L/s) = P/R

13 Klinisch relevante Parameter der Ventilationsfunktion sind die Vitalkapazität (VC) und die Ein-Sekunden-Kapazität (FEV 1.0 )

14 Vitalkapazität ist das pro Atemzug maximal ventilierbare Luftvolumen Maximale Inspiration maximale Exspiration Die Beurteilung erfolgt durch Vergleich mit einem Normwert der vom Alter, Geschlecht und der Körperoberfläche abhängig ist Die Vitalkapazität beträgt einige Liter Bei einer Verminderung der Vitalkapazität wird von einer restriktiven Störung (Restriktion) gesprochen

15 Schmidt, Lang: Physiologie des Menschen, 30. Aufl., Springer Verlag

16 Ein-Sekunden-Kapazität (FEV 1.0 ) ist das nach maximaler Inspiration in einer Sekunde bei forcierter Expiration maximal ausgeatmete Luftvolumen. Wird in Prozent der Vitalkapazität angegeben. Der Normalwert liegt über 70-75% der VC. Bei einer Verminderung wird die Diagnose obstruktive Störung (Obstruktion) gestellt. Tritt z.b. auf bei: chronisch-obstruktiven Lungenerkrankungen (Asthma, chronische Bronchitis, Emphysem)

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18 Pulmonaler Gasaustausch Der Austausch von O 2 und CO 2 zwischen den Alveolen und dem Blut der Lungenkapillaren erfolgt durch Diffusion aus:

19 Gasaustausch in der Lunge Beeinflussende Faktoren Gaskonzentrationsunterschiede zwischen Lunge und Blut Ventilations-Perfusions-Verhältnis Durchlässigkeit der Membranen für die Atemgase Kontaktzeit Kontaktfläche

20 Angabe der Gaskonzentrationen in Partialdruck-Einheiten po 2 Partialdruck pco 2 Teildruck eines Gases in einem Gasgemisch Gasgemisch: LUFT Stickstoff: 78 % Sauerstoff: 20,9 % Kohlendioxid: 0,0003 % Edelgase: 1 %

21 Gesamtdruck des Gasgemisches Luft Luftdruck z.b. 760 mm Hg Die Partialdrücke für O 2 und CO 2 in der Luft errechnen sich: po mm Hg x 0,21 ~ 160 mm Hg pco mm Hg x 0,0003 ~ 0,23 mm Hg

22 Gas Konzentration in der Lunge Konzentration im Blut Sauerstoff 100 mm Hg 40 mm Hg Kohlendioxid 40 mm Hg 46 mm Hg

23 Sauerstofftransport im Blut 99 % an Hämoglobin gebunden 1 % im Plasma gelöst

24 Sauerstoffbindungskurven des Hämoglobins und Myoglobins Hb Hämoglobin Mb Myoglobin ph = 7,4 T = 37 C Schmidt/Thews: Physiologie des Menschen, 27.Auflage, Kap.27, Springer (1997)

25 Einflüsse auf die Sauerstoff-Bindungsaffinität Einfluss Linksverschiebung Rechtsverschiebung pco 2 Temperatur ph-wert 2,3-Diphosphoglyzerat Erhöhung Senkung

26 Gewebeatmung Die Anlieferung von O 2 zu den Mitochondrien ist abhängig von: dem O 2 -Gehalt im Kapillarblut der Kapillarisierungsdichte dem O 2 -Verbrauch des versorgten Gewebes bzw. Organs der Diffusibilität von O 2 im betreffenden Gewebe bzw. Organ

27 O 2 - Mangel des Gewebes (Hypoxie) durch Hypoxämie- zu geringe O 2 -Aufladung des Blutes (z.b. Höhenaufenthalt, Lungenerkrankungen) Anämie- zu geringe O 2 - Transportkapazität Ischämie- verminderte Durchblutung (z.b. Herzversagen, Embolie, Arteriosklerose) Diffusionsstörungen (z.b. Tumore) O 2 -Verwertungsstörungen (z.b. HCN-Vergiftung)

28 CO 2 - Transport ca. 10 % physikalisch gelöst ca. 10 % als Carbaminoverbindung (Verbindung zwischen CO 2 und NH 2 - Gruppen des Hämoglobins) ca. 80 % als Hydrogencarbonat (HCO 3 - )

29 CO 2 - Transport Ablauf in den Gewebeskapillaren CO 2 Carboanhydrase CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO 3 - H + + HCO 3 - Hb + H + HbH + Cl -

30 CO 2 - Transport Ablauf in der Lunge HbH + Hb + H + CO 2 wird abgeatmet O 2 HCO H + H 2 CO 3 H 2 O + CO 2

31 Atemregulation Im Bereich des Hirnstammes befinden sich verschiedene neuronale Strukturen die für die Regulation der Atmung zuständig sind Die Ruheatmung wird von Schrittmacherneuronen in der Medulla oblongata geregelt ( Rhythmusgenerator)

32 Zentrale Atmungsantriebe und periphere Rezeptoren Rhythmogenese der Atmung Chemischer Atmungsantrieb Zentrale und reflekt. Einflüsse

33 Änderung der Atemzeitvolumina bei willkürlicher Mehrventilation und bei chemischer Atemregulation Schmidt/Thews: Physiologie des Menschen, 27.Aufl., Kap.26: Rhythmogenese der Atmung und Atemregulation, Springer (1997) Rote Kurven: physiologische Ventilationsantwort Blaue Kurven: Ventilationsantwort bei konstantem alveolären CO 2 -Partialdruck