Ventilation und Luftstrom

Ventilation ist die Massenbewegung von Luft zwischen der Atmosphäre und den Alveolen, und der Luftstrom ist die Rate, mit der diese Bewegung als Reaktion auf einen treibenden Druck stattfindet. Zusammen bestimmen sie, wie viel Frischgas pro Minute die alveoläre Gasaustauschfläche erreicht und wie dieses Volumen zwischen nützlicher alveolärer Ventilation und verschwendeter Totraumventilation aufgeteilt wird.

Definition

Die pulmonale Ventilation ist der zyklische Luftstrom in und aus den Lungen, quantifiziert als das pro Atemzug und pro Minute bewegte Volumen; die alveoläre Ventilation ist der Anteil dieses Volumens, der die gasaustauschenden Alveolen erreicht, während der Luftstrom die momentane volumetrische Rate ist, die durch die Druckdifferenz entlang der Atemwege angetrieben wird.

Scope

Dieses Thema behandelt die Volumina und Raten, die die Atmung beschreiben – Atemzugvolumen, Atemfrequenz, Minuten- und Alveolarventilation sowie Totraum – und die Beziehung zwischen treibendem Druck und Luftstrom, einschließlich der Grenzen des maximalen Flusses während der forcierten Exspiration. Es behandelt die Ventilation als messbare physiologische Größe und gibt keine klinischen Ratschläge.

Core questions

• Wie werden Atemzugvolumen und Atemfrequenz zu Minuten- und Alveolarventilation kombiniert?
• Wie viel jedes Atemzugs geht als anatomischer und physiologischer Totraum verloren?
• Wie hängt der Luftstrom von der Druckdifferenz entlang der Atemwege ab?
• Warum wird der maximale exspiratorische Fluss ab einem bestimmten Punkt anstrengungsunabhängig?

Key concepts

• Atemzugvolumen
• Atemfrequenz
• Minutenventilation
• Alveolarventilation
• Anatomischer und physiologischer Totraum
• Maximaler exspiratorischer Fluss
• Anstrengungsunabhängigkeit

Key theories

Flusslimitierung und Anstrengungsunabhängigkeit

Während einer forcierten Exspiration wird jenseits einer Anstrengungsschwelle der maximale exspiratorische Fluss bei einem gegebenen Lungenvolumen durch den elastischen Rückstoß der Lunge und den Widerstand der Atemwege stromaufwärts eines flusslimitierenden Segments bestimmt, sodass zusätzliche muskuläre Anstrengung den Fluss nicht erhöhen kann.

Mechanisms

Jeder Atemzug bewegt ein Atemzugvolumen; multipliziert mit der Atemfrequenz ergibt dies die Minutenventilation. Ein fester Anteil jedes Atemzugvolumens füllt die leitenden Atemwege, die keinen Gasaustausch betreiben (anatomischer Totraum), und alle Alveolen, die ventiliert, aber nicht perfundiert werden (alveolärer Totraum), sodass die alveoläre Ventilation die Minutenventilation abzüglich der Totraumventilation ist. Der Luftstrom selbst wird durch die Druckdifferenz erzeugt, die die Atemmuskulatur entlang der Atemwege erzeugt, und wird durch den Atemwegswiderstand behindert. Während einer maximal forcierten Exspiration erzeugt die dynamische Kompression der Atemwege ein flusslimitierendes Segment, sodass oberhalb einer moderaten Anstrengung der erreichbare Fluss bei jedem Lungenvolumen durch den Lungenrecoil und den vorgelagerten Widerstand festgelegt ist und nicht davon, wie stark die Person presst.

Clinical relevance

Ventilation und Luftstrom sind die Größen, die mittels Spirometrie gemessen werden – zum Beispiel forciertes exspiratorisches Volumen und forcierte Vitalkapazität – und ihre Muster unterscheiden breite mechanische Kategorien von Lungenfunktionsstörungen. Das Verständnis der Flusslimitierung erklärt, warum forcierte exspiratorische Messungen reproduzierbar sind. Dieser Eintrag beschreibt Physiologie und Messung und ist keine Grundlage für individuelle Diagnose oder Behandlung.

Evidence & guidelines

Standardisierte Methoden zur Messung von Ventilation und Luftstrom sind in internationalen technischen Stellungnahmen zur Spirometrie und zur Interpretation von Lungenfunktionstests festgelegt, die definieren, wie forcierte exspiratorische Flüsse und Volumina zu erheben und zu berichten sind.

History

Die Physiologie des forcierten exspiratorischen Flusses wurde in den 1960er Jahren geklärt, als Mead, Macklem und Kollegen zeigten, dass der maximale Fluss anstrengungsunabhängig wird, da eine dynamische Atemwegskompression auftritt, was die Grundlage für die forcierte Spirometrie lieferte. Die Standardisierung dieser Messungen wurde seitdem in aufeinanderfolgenden Stellungnahmen der American Thoracic Society und der European Respiratory Society kodifiziert.

Key figures

• Jere Mead
• Peter Macklem
• John B. West

Seminal works

• mead-1967
• graham-2019

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen Minutenventilation und Alveolarventilation?

Die Minutenventilation ist die gesamte pro Minute bewegte Luft (Atemzugvolumen mal Atemfrequenz), während die Alveolarventilation nur der Teil dieser Luft ist, der die gasaustauschenden Alveolen erreicht, nach Abzug des im Totraum verschwendeten Volumens.

Warum kann eine Person den forcierten exspiratorischen Fluss nicht durch stärkeres Pressen erhöhen?

Jenseits eines moderaten Anstrengungsniveaus werden die Atemwege dynamisch komprimiert und es bildet sich ein flusslimitierendes Segment; ab diesem Punkt ist der maximale Fluss durch den elastischen Rückstoß der Lunge und den vorgelagerten Atemwegswiderstand festgelegt, sodass zusätzliche Anstrengung den Fluss nicht erhöht.