Atmung

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Pathophysiologie

Allgemeines

  • Konduktive Zone (Generation 1-16): Trachea, Bronchien, Bronchioli, Bronchioli terminales
  • Transit Zone (Generation 17-22): Bronchioli respiratorii, Ductus Alvelares
  • Gausaustausch Zone (Generation 23): Sacculi alveolar
  • Atemwegsquerschnitt nimmt massiv zu: 3cm2 -> 120m2
  • Knorpel + Mukosa + Respiratorisches Epithel + Schleim -> Muskulatur + Respiratorisches Epithel -> Einschichtiges Plattenepithel
  • Allgemein Gasgleichung: pV = nRT
  • Daltongesetzt (Partialdrücke), Gleichgewicht mit Lösung (Löslichkeitskoeffizient)
  • Saurstoff: 21% der trockenen Luft
  • Bewegungsgleichung: F = dL/dR*R + L*W + (Vernachlässigbare Trägheit)
    • Für Lunge: DP = DP_res + DP_ela = V'*Res + V*Ela
    • Resistance = DP/V' = 1/Conductance
    • Elastance = DP/V = 1/Compliance
    • DP muss durch Atemuskulatur überwunden werden
    • Aufteilung
      • Lunge: Transpumonal Druck (DP_L = P_pl-P_a), elastische Fasern der Lunge, Surfactant, Compliance ~ 0.2 L/cmH20
      • Brustwand: Transthorakaler Durck (DP_T = P_b-P_pl), elastische Fasern der Brustwand, Compliance ~ 0.2 L/cmH20
    • Pneumothorax: Luft in Pleuralspalt, Lunge kollabiert
    • Druck-Volumen Diagramm (statisch von Aussen betrachtet)
      • Muskulatur hauptsächlich inspiratorisch
      • Atemmitellage wo Lunge und Thorax elastische Kräfte im GGW
    • Neugeborene haben weiches knorpeliges Skelett (hohe kompliance)
    • Beim Erwachsenen versteift sich der Brustkorb und die Lungen erschlaft
    • Erhöht Kompliance beim Emphysem (tiefes ZF)
    • Reduziert Kompliance bei der Fibrose (hohes ZF)
    • Oberflächen Spannung senkt Kompliance undführt zu Ungleiche Verteilung Zwischen Alveolen (Laplace P=2T/r)
      • Wird durch Surfactant kompensiert
      • Kann zu infant respiratory distress Syndrom führen
    • Atemwegswiderstand kann durch Ganzkörperplethysmographie gemessen werden
      • Beeinflusst durch Geometrie, art der Strömung (besser bei laminar (linear zu V', quadratisch bei Turbulenzen)
      • Re = ρ * 2 * r * v / μ, ab Re = 2000 trubulenter Fluss (-> mehr Widerstand + mehr Geräusche)
      • Vorallem in oberen Atemwege Turbulent
      • Obstruktive Lungenkrankheiten erhöhen R: Schleim (Bronchitis), Verdickung der Bronchialwand (Asthma), Emphysem (Destruktion der elastizität)
    • Atemarbeit auf DP_RS vs V Diagram als Fläche, bei langsamer Arbeit Kleiner (Reinbung tiefer)
      • Erhöht bei obstruktiven Lungenkrankeiten (teilweise auchaktive Experiation)
      • Abgeflacht bei Fibrose
      • Anteil an Energieverbrauch: Ruhe (2%), Belastung (10%), Belastung in Höhe (bis 50%)
  • Lungenkreislauf: Niederdruck, grosse Gefässreserve (Distension (Vasodilatation), Rekrutierung), Anpassung an Hypxie durch Vasokonstriktion
    • Rechtsherzkatheter: RAP (2), RVP (2/25), PAP(<25), PCWP(<15, Pulmonary capillary wedge Pressure ~ linker Vorhof)
      • PCWP kann gebraucht werden um Erhöhten Lungenwiderstand von LHI zu unterscheiden (Post- vs Präkapillär)
    • HMV-Bestimmung: über O2-Massenerhalt, man kann damit Kreislaufwiderstände Berechnen (bei bekannten Drücke)
    • Ventilations-Perfusions-Matching:
      • Nach Totraum Ventilation Abzug beide meist ungefär gleich (ml/Min)
      • In den unteren Abschnitt grösser: Perfusion mit höherem hydrostatischem Druck, Ventilation mit Vordehung über Lungeneigengewicht, aber Blutfluss grösserer Unterschied
      • Bei totraum >> 1, bei Shunt ~ 0
      • Zusätzlicher alveolärer Totraum bei Minderdurchblutung (eg Lungenembolie)
        • Kann mittels Perfusions-scintigraphie gefunden werden
        • Totraumberechung auch mittels vergleiche P_CO2 von arteriellen Blut zu ausgeatmeteter Luft
      • Rechts-Links Shunt: bei Atelektase (nicht ventilierte Stellen, eg Pneumonie) oder durch arterio-venöse-Malformation (eg M Osler oder Aneurymen -> Coiling)
        • Messung über Hyperoxie Test: 100% O2 Atmung (lang genug) -> O2-Massenerhaltung zwischen Capilare, Artieren und venen (Annahme: Cven = Cart - 5)
          • Q_shunt/Q_tot = (Ccap-Cart)/(Ccap-Cven), C = 0.003*P + S_O2 * Hb * 1.39
    • Diffusion: V' = F/d * DP * k, F/d ist Diffusionskapazität
      • Diffusionskapazität normalisiert für Lungenvolumen: F/d/V
      • Messung mittels innert Gas im Singel Breath versuch
      • Eingeschränkt bei
        • Verdickung der alveolo-kapillären Membran (eg Fibrose)
        • Verkleinerung der Gasaustauschoberfläche (Lengenemphysem, Pneumektomie, idiopatische pulmonale Hypertonie)
        • Anämie, Erhöhtes Co-Hb
        • umweltpartikel, Staub
      • Bei Störung hauptsächliche Auswirkung auf P_O2 und weniger auf P_CO2
  • Allgemein verfügt Lunge über Grossreserve (1/2 reicht, O2 nach 1/3 der Zeit gesättigt)
    • Diffusionslimitationen können unter Belastung demaskiert werden
  • Lungenfunktionstests
    • Spirometrie
      • DD Obstruktion/Restriktion + Quantifizierung
      • Misst Volumen
      • Pneumotachograph misst Geschwindikeit mittels Durckunterschied -> Integration zu Volumen
      • Obstruktion: FEV1/FVK < 70%, FVK nur leicht vermidert
        • > 80% leicht, 50-80% mittel, < 50% schwer
        • Reversibel falls + 12% und 200ml bei Inhalation eines Betaadrenergikums
      • Restriktion: FEV1/FVK > 70%, FVK stark vermidert
      • Form der Fluss-Volumenkurve:
        • Obstruktiv: Einsackung, meist nach links verschoben
        • Restriktiv: Meist verschmalert und nach rechts verschoben
      • Es gibt Regressionsgleichungfür Normwerte: FEV1 = 4.3 G - 0.029 * A - 2.492
      • Peak-Flow Meter kann auch Patienten mitgegeben werden
      • Verlauf ist wichtig
      • Volumina: ERV, FRC, RV, VK, TLK
    • NO Konzentation in Ausatmungsluft als Ergänzung zu Spirometrie (erhöht durch eosinophile)
    • Metacholon Bronchoprovokationstest: wieviel braucht es um einen Abfall des FEV1 um 20% zu erreichen
      • Umso weniger umso grösserer Hinweis auf bronchial Hyperreagibilität (eg Asthma, bei 10% der Gesunden)
      • Gute Aussagekraft vorallem bei hocher prä-test Wahrscheinlichkeit
    • FRK und RV können mittels Gasverdünnungsmethode bestimmt werden
      • Wichtig um nicht-mobilisierbare Lungenvolumen zu bestimmen
      • Atmen in gleiches Gefäss bis SS
      • Alternative Ganzkörperplthysmographie

Respiratorische Insuffizienz

  • Abweichung der Blutgase von Blutgase im Rahmen von Lungekrankheiten
    • Normalwerte: PaO2 = 80-100 mmHg, PaCO2 = 35-45 mmHg
    • 1kPa = 7.5mmHg
    • Messung:
      • Arterielle Blutprobe: Blutgasanalysator, Co-Oxymeter
        • Keine Luftblasen, Rasche analyse
        • Diverse Daten, auch Elektrolyte, Metaboliten,...
      • Nicht-invasiv (transkutan): Pulsoxymeter (nur O2 Sättigung, pulsatile Unterschiede), Capnometrie (am Ende einer Ausatmung)
  • Formen:
    • Respiratorische Partialinsuffizienz (Typ I)
      • Verteilungsstörung/Diffusionsstörung/Shunt, vorallem PaO2 betroffen
      • Alveolo-Artellierer PO2 Gradient Erhöht (berechent aus PAO2 = (P-PH2O)*0.21 - (PACO2/RQ) + Blutgasanalyse)
        • Normal ~ 5mmHg
      • Eg LungenparenchymE, AtemwegsE, LungengefässE
      • Beispiel: PaO2 = 60, PaCO2 = 36
    • Respiratorische Globalinsuffizienz (Typ II)
      • Hypoventilation, beide betroffen
      • Eg Hirnstamm, Reizleitung, neuro-muskuläre Übertragung, Muskulatur
      • Hohe CO2-Beimischung
  • Schweregrade: Ruhe-, Belastungsinsuffizienz
  • Sauerstoffkaskade: Wasserdampf (mittel), CO2-Beimischung (gross), Verteilungsströrung/Diffusion/Shunt (alveolo-artellierer Gradient, im Normalfall klein), Verbrauhc (Gross)
  • Hb-O2-Dissoziationkurve (PaO2 vs SO2)
    • Sigmoid
    • Beeinflusst durch T (erhöht bei höheren T), PCO2, 2.3 DPG, pH (damit maximale Ausschöpfung)

Dyspnoe, Leistungseinschränkung

  • Atemnot = Dyspnoe: Subjektives Empfinden
    • Im verhältniss zur Körperlichen Aktivität inadäquat
    • Sensorischer Kortex input von Chemo-Rezeptoren, Mechanorezeptoren, Truncus Cerebrie, motorischer Cortex
      • Dyspnoe Zentren: Insula, Pons Vermis
      • Bei Emotionen auch Gyrus/sulcus Cinguli
    • BORG Skala: 0-10(wie Anstrengend war der Test)
    • NYHA: 1-4 im zusammenhang mit Anstrengung
    • Sypnoe wird durch Gesunde schneller wahrgenommen (Atemwiderstand)
  • Leistungstests
    • DD der Leistungseinschränkung: Dyspnoe, Muskelschwäche, Schmerz, Herzkreislauf
    • Leistungseinschränkung immer in Bezug auf vergleichbare Normen
    • Treppensteigen, 6 Min Gehtest, Suttle-Walking Test, Egometrie
    • Kann mit Pulsoxymetre kombiniert werden: bei Abfall von S um 4% im Gehtest ist Diffusionskapazität um 60% veringert
  • Akute Leistungsintoleranz/Dyspnoe
    • Mit Thoraxschmerz: Pneumothorax, Lungenemblie, KHK
    • Mit Fieber/Husten: Infektion
    • Fremdkörper: Obstruktion
    • Vorbestehende Krankheit: Exazerbation
    • Geräusche beim Einatmen: Asthma/COPD
  • Chronisch Dyspnoe:
    • Erhöhte Ventilatorischer Bedarf: SS, Anämie, Herzkreislauf, Pulmonale Hypertonie, Gasaustausch, Metabolische Azidose
    • Erhöhte Atemarbeit: Obstr. VS (COPD, Asthma, Bronchiekatsae, Extrathorakale Obstr.), restr. VS (Fibrose, diff. LungenparenchymE, PleuraE, BrustwandE, Adipositas)
    • Verminderte Atemmuskelkraft (neuromuskuläre E)
    • Untersuchungen: Lungenfunktion, Blutgase, ECG, BNP, Echokardiographie, Thorax Röntgen, Blutuntersuchung, Belastungstest
    • Achte auf Begleisymptome:
      • OVS: Pfeifen, Enge, Überblähung, Ausatmung veringert
      • RVS: anstrengende Atmung, kurzatmig
      • HI: Orthopnoe, Druck
    • Erhöhte Peak-Flow Variabilität als Hinweis für Asthma
    • COPD: Destruktion des Parenchyms -> irrevers. Atewegsobstruktion, Dynamische Überblähung, pulmonale Hypertonie, ...
    • Diffuse Lungenparenchym E: diverse Ätiologie
  • Nasaler Schnupf-Druck: Test zur Beurteilung der Atemmuskulatur
  • (Spiro-)Ergometrie: Bei unklaren Leistungsintoleranz, auch zur präoperative Risikobeurteilung, Training, Rehabilitation
    • DD der Leistungseinschränkung: Pulmonal vs Kardiovaskulär vs Peripher
    • Hf wird kontrolliert erhöht bis berechneter max Sollwert (215-A)
    • Im Normalfall sollte Zirkulatorische Limite (215-A) leicht vor Pulmonaler Limite (37.5*FEV1) erreicht werden
      • Bei Abweichung -> Indiz

Risikoabschätzung vor Lungenresktion

  • Allgemeine Faktoren: Alter, Ernährungszustand, Co-Morbiditäten (COPD, Fibrose), optimale Vorbereitung
  • Akzeptable Lebensqualität mit 30-40% der Lungenfunktion
  • Resektionen um mehr als 60% -> schlecht Prognose
  • Schätzung der postoperative Lungenfunktion:
    • Präoperativer Lungenfunktionswert * (19-Anzahl resezierte Segment)/19
    • Genauer mittels Perfusions-Scintigraphie
  • Volumenreduktion bei Schweren Emphysem kann helfen (Überblähung) -> Operation trotz schlechter Bedingungen
  • Fibrose als schlechter Faktor für Operationen
  • Beurteilungsschema: Kardiovaskulär abklärung -> Lungenfunktion -> Belastungstest -> Perfus-Scinti
  • Perioperativer Myokardinfarkt gefürchtet (präoperative Abklärung von stenosierten HKG)
  • Anämie als ungünstigen Faktor -> behandle erst!

Atemregulationsstörungen

  • Duale Atemregelung: Gehirn + Halsmark
  • Im Schlaf nur noch Halsmark
  • Chemorezeptoren für O2 (zentral), CO2
  • Nervus Phrenicus als Hauptefferenz
  • Apnoe: Atempausen in Schlaf > 10s
  • Hypopnoe: Vorübergehende Reduktion des Atemzugsvolumen (>30% für >10s mit SO2-Abfall > 3%)
  • Hypoventilation: bezieht sich auf CO2 -> PaCO2-Anstieg>10mmHg
  • Obstruktives Schlafapnoe Sydnrom (OSAS, primär)
    • Oft mit Adipositas Hypoventilationssyndrom kombiniert
      • Adipositas (BMI>30) + alveoläre Hypoventilation am Tag (PaCO2 > 45mmHg) + keine anderen Ursache
      • Oft kombiniert mir Dyspnoe, pulmonale Hypertonie, RHI, Ödeme
    • DD zu zentraller Apnoe mittels Oesophagusdruck/THoraxbewegungen
    • Apnoe/Hypopnoe Index = Eireignisse/Std
      • Leichte OSAS 5-15/Std
      • Mittelschwere OSAS 15-30/Std
      • Schere OSAS >30/Std
    • Tagessymptome: Schläfrigkeit, Konzentrationsstörungen
    • Nachtsymptome: Schnarchen, Atempause, Aufwachen mit Erstickungsgefühl
    • Prädisposition: Männer, Adipositas, Rauchen, Alkohol
    • Begleiterkrankungen: Hypertonie, HI, Schlaganfall
    • Pathphysiologie: Anatomie/Atemantrieb/Verstärkte Atmung (wegen vorherigem Ereigniss) führen zu Kollaps -> Verschluss
    • Viele DD zu Hypersomnie (Schlaf-Apnoe-Syndrom, Idiopatisch, Restless-Legs-Syndrom, Internistische, neurologische, psychiatrische E)
    • Epworth Schläfrigkeits Score: Unterschiedliche Fragen -> Punkte (Normal<=10, leicht<=15, mittel<=20, schwer)
    • Klinische Befunde:
      • Cricomentale Distanz < 1.5cm
      • Halsumfang > 44cm
      • Unterkiefer Retrognathie
      • Mallampati Score (wie Eng ist der Rachen -> 1-4, auch bei Intubationen verwendet)
    • Abklärung mittels Pulsoxymetrie (deasturationen pro Stunden, könnte zentral sein), Respiratorische Polygraphie ambulant (Thoraxbewegungen, Druck in Nase), oder Polysomnographie im Schlaflabor (ausführlicher)
    • Therapie: Gewichtsreduktion, Alkohol vermeiden, Schlafmittel vermeiden
    • Chirurgisch: Zahnspangen (-> Vorschubstellung), Braitrische Chirugie, Behandlung bei behindertet Nasenatmung, Operationen
      • CPAP: Pneumatische Schienung, erhöht Druck, durch Algorithmus gesteuert
        • Nutzen vorallem beim scheren OSAS erwiesen
  • Primäre idiopatisches zentrales Schlafapnoe Syndrom selten
  • Schlafapnoe als sekundäre Störung
    • Cheyne-Stokes Atmung:
      • An- und Abschwellen der Atmung, meist im Schlaf, aber auch tagsüber, oft bei HI (verschechtert dessen Prognose)
      • Hohe Prävalenz vei HI, Schlafanfall, pulmonaler Hypertonie
      • Therapie: Herzinsuffizienz!
        • Sonst adaptive Servoventilation möglich
    • Andere Zentrale Schlafapnoe bei Opioid Medikation, bei Patienten mit obstruktiven Schlafapnoe Syndrom unter CPAP Therapie, bei neuromuskulären E
  • Chronische Hypoventilation:
    • Adipositas, neuro-muskuläre E, Brustwand E, LungenE (Fibrose, COPD, Bronchiektasen, TBc)
    • Neuro-muskuläre E: Post-Poliosyndrom, Amyotropische Lateralsklerose, Muskeldystropie (eg Duchenne <20J), Phrenicus Läsion
    • Symptome: Müdigkeit, Kopfschmerzen, Schwäche, Appetitverlust
    • Befunde: Globalinsuffizienz, nächtliche Hypventilation, Rechtsherzdekompensation, Ödeme, Aszites, Pulmonale Infekte, Polyglobulie
    • Therapie:
      • Nicht-invasiv: BiPAP-Maske (Kooperation!, kein wesentliches Sekretproblem, Intermittierende möglich) -> Überdruckbeatmung (algorythmisch geregelt)
      • Invasiv: Tracheostoma

Blutgase

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