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Danke für Ihr Interesse an dieser Präsentation!
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© 2018 WK-Fortbildungen
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WK-Fortbildungen
wünscht Ihnen ein interessantes
Seminar.
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Anatomie und Physiologie
der Atemwege und der Lunge
- Einfach und kurz zusammengefasst -
Harald Keifert
Fa. WK-Fortbildungen
© 1997 – 2018
www.wk-fortbildungen.de
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Teil 1: Anatomische Grundlagen
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Quelle nicht eruierbar
Anatomischer Überblick:
Aufgaben der Einzelkomponenten kurz gefasst
© H. Keifert, 2013
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▪ knöchernes Gerüst – Nasenseptum
▪ nach unten stehender Naseneingang mit „Filterhaaren“
▪ Filterfunktion für den Bereich > 10 µm
▪ Nasenmuscheln (Conchae)
▪ Nasengänge – Nasennebenhöhlen
▪ hintere Nasenlöcher (Choanen)
▪ „Locus Kiesselbachii“
▪ Nasendach – Riechepithel
▪ Turbulenter Luftstrom ermöglicht guten Kontakt zwischen Luft und
Schleimhaut → Befeuchtung (90 % RF) – Erwärmung (ca. 35°C)
© H. Keifert, 2016
Fokus Nase
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▪ Schlauch aus Muskulatur und Bindegewebe, der von der hinteren Öffnung der Nasenhöhle
bis zum Kehlkopf- bzw. Ösophaguseingang reicht (Länge: 12 – 15 cm)
▪ Nasopharynx: öffnet sich nach vorne in die paarig angelegten Nasenhöhlen (Flimmerepithel)
– Mündung der tuba auditiva – Rachenmandel
▪ Oropharynx: schließt sich an die Mundhöhle an (Schleimhaut ohne Zilien) – weicher
Gaumen – Gaumenmandeln – Zungenmandel
▪ Hypopharynx (Laryngopharynx): gemeinsamer sich überkreuzender Luft- und Speiseweg /
liegt hinter dem Kehlkopf
▪ Um eine Aspiration von Nahrungsbestandteilen zu verhindern, zieht sich beim Schluckakt
die Muskulatur des Pharynx zusammen und transportiert die zerkauten Speisen nach
kaudal. Daneben wird durch die Kontraktionen die Epiglottis über den Eingang des Kehlkopfs
gezogen und dieser damit gegen den Pharynx abgedichtet.
© H. Keifert, 2016
Fokus Pharynx
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© H. Keifert, 2015
Fokus Pharynx
Schematische Darstellung der Überkreuzung von Luft- und
Speiseweg (Schünke et al. 2009)
Begrenzung des Pharynx nach
oben durch das Gaumensegel
Abgrenzung zwischen Oro- und
Hypopharynx durch die Epiglottis
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▪ Schildknorpel – Ringknorpel
▪ Glottis – Epiglottis – Stimmbänder
▪ aufgehängt am Zungenbein
▪ ligamentum cricothyroideum
▪ Hustenreflex bei Reizung
▪ Trennung in obere und untere Atemwege –
Eingang zur Trachea
▪ Koniotomie – Tracheotomie
▪ Husten: Drucksteigerung durch Glottisschluss bei
nachfolgender plötzlicher Öffnung
→ enorme lokale Atemgasflussgeschwindigkeiten!
© H. Keifert, 2016
Fokus Larynx
Quelle nicht eruierbar
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▪ Die Stellknorpel „stellen“ die Stimmbänder zur Stimmbildung und zum
Verschluss der Glottis beim Schlucken, Husten oder Pressen.
▪ Durch die Kontraktionen des Pharynx wird die Epiglottis über den Eingang
des Kehlkopfs gezogen und dieser damit gegen den Pharynx abgedichtet.
▪ Die Epiglottis ist durch eine Knorpelplatte verstärkt. Beim Schluckakt senkt
sie sich über die Stimmritze. Durch gleichzeitiges Nachobentreten des
Kehlkopfes wird der Kehlkopfeingang fest verschlossen (Larynxelevation).
© H. Keifert, 2016
Fokus Larynx
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© H. Keifert, 2016
Fokus Larynx
Schluckreflex
▪ Auslösung durch Mechano-, Chemo- und Thermorezeptoren in der Mundhöhle und im
gesamten Pharynxbereich
▪ Effizienz der Reflexauslösung ist u.a. vom Ort des Stimulus abhängig: leichter am
vorderen Gaumenbogen - an dorsaler gelegenen Arealen ist mehr Druck erforderlich.
Triggerpunkte
▪ Die Haupttriggerpunkte ändern sich mit zunehmendem Alter.
▪ Bei jüngeren Menschen wird der Schluckreflex bei der Boluspassage an den vorderen
Gaumenbögen ausgelöst.
▪ ab ca. 60 J.: Verlagerung der Triggerpunkte nach dorsal in Richtung Zungenbasis:
Valleculae, Epiglottis, unterer Pharynx
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© H. Keifert, 2016
Fokus Larynx
Innervation
⚫ N. trigeminus (V)
⚫ N. facialis (VII)
⚫ N. glossopharyngeus (IX)
⚫ N. vagus (X)
⚫ N. hypoglossus (XII)
⚫ N. recurrens
⚫ N. laryngeus
55 Muskeln
⚫ M. levator labii superioris⚫ M. levator labii superioris alaeque
nasi⚫ M. zygomaticus major⚫ M. zygomaticus minor⚫ M. risorius⚫ M. depressor labii inferioris⚫ M. depressor anguli oris⚫ M. orbicularis oris⚫ M. buccinator⚫ Platysma⚫ M. temporalis⚫ M. masseter⚫ M. pterygoideus medialis⚫ M. pterygoideus lateralis⚫ M. palatoglossus⚫ M. genioglossus⚫ M. styloglossus⚫ M. hyoglossus⚫ M. longitudinalis superior linguae⚫ M. longitudinalis inferior linguae⚫ M. transversus linguae⚫ M. verticalis linguae⚫ M. mylohyoideus⚫ M. digastricus anterior⚫ M. geniohyoideus⚫ M. hyoglossus⚫ M. tensor veli palatini⚫ M. levator veli palatini
⚫ M. levator veli palatini⚫ M. uvulae⚫ M. styloglossus⚫ M. salpingopharyngeus⚫ M. palatoglossus⚫ M. palatopharyngeus⚫ M. stylopharyngeus⚫ M. stylohyoideus⚫ M. digastricus posterior⚫ M. constrictor pharyngis
superior⚫ M. thyreohyoideus⚫ M. thyrohoideus⚫ M. sternohyoideus⚫ M. sternothyroideus⚫ M. omohyoideus⚫ M. constrictor pharyngis
medius⚫ M. constrictor pharyngis
inferior⚫ M. cricopharyngeus⚫ M. aryepiglotticu⚫ M. thyroarytenoideus⚫ M. cricoarytaenoideus
lateralis⚫ M. arytenoideus transversus⚫ M. arytenoideus obliquus⚫ M. cricoarytaenoideus
posterior⚫ M. cricothyroideus⚫ M. ventricularis⚫ M. vocalis
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© H. Keifert, 2015
Fokus Larynx
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▪ reicht vom Ringknorpel (HWK 6) bis zur Carina (BWK 5)
▪ Länge 11 – 13 cm / Durchmesser 1,5 – 2 cm
▪ 12 – 15 c-förmige Knorpelspangen, nach hinten durch Bindegewebe-
Muskelschicht verschlossen (Pars membranacea)
▪ in- und exspiratorische Querschnittveränderung, vor allem beim Husten
▪ große Längselastizität
▪ individuell unterschiedliche Querschnittformen
▪ Die Knorpelspangen der Trachea und der großen Bronchien verhindern
weitgehend deren Kollabieren.
© H. Keifert, 2016
Fokus Trachea
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▪ Die muskulös-elastische Trachealhinterwand wölbt sich beim Hustenstoß tief in
das Tracheallumen vor. Durch die Querschnittsverringerung wird der Luftstrom
stark beschleunigt → Sekret wird vom Luftstrom mitgerissen.
▪ Bei Stabilitätsverlust der Trachea (z. B. Tracheomalazie oder
Säbelscheidentrachea) kollabiert das Restlumen, der Luftstrom bricht
zusammen → Sekretverhalt
▪ Bei exspiratorischer Atemmuskelschwäche (z. B. neuromuskuläre
Erkrankungen) reicht der Druck zur Vorwölbung der Tracheahinterwand
ggf. nicht aus, der Luftstrom wird nicht ausreichend beschleunigt
→ Sekretverhalt
© H. Keifert, 2016
Fokus Trachea
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© H. Keifert, 2015
Fokus Trachea
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© H. Keifert, 2015
Fokus Trachea: Querschnittformen
Ludemann C, Witte U, Z Prakt Anästh 7, 212 - 217
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© I. Berweiler, 2017
Säbelscheidentrachea
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© H. Keifert, 2016
Fokus Bronchien
Hauptbronchus
▪ Durchmesser ca. 8 -10 mm
▪ linker Hauptbronchus: Abspreizungswinkel 40 – 60°
▪ rechter Hauptbronchus: Abspreizungswinkel 20 – 30°
Lappenbronchien – Segmentbronchien – Subsegmentbronchien – terminale Bronchien
▪ Durchmesser abfallend bis unter 1 mm
▪ Mit fortschreitender Teilung nehmen Becherzellen und Flimmerepithel ab.
▪ Knorpelanteile werden zunehmend geringer, die Bronchien werden von der elastischen
Spannung des Lungengewebes offengehalten.
▪ Nach den peripheren (terminalen) Bronchien beginnt der respiratorische Abschnitt des
Atemwegssystems und der Übergang ins Lungengewebe (Parenchym).
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© H. Keifert, 2016
Fokus Bronchien
o Der Bronchialbaum teilt sich ent-
sprechend der Segmentierung der
Lungenflügel in Lappen- und Segment-
bronchien.
o Der rechte Hauptbronchus teilt sich in
3 Lappen-, diese in 10 Segment-
bronchien.
o Der linke Hauptbronchus teilt sich in
2 Lappen- und 9 Segmentbronchien.
o Der Mittellappenbronchus fehlt links,
an seiner statt geht vom Oberlappen-
bronchus die Lingula ab.
o Anatomische Varietäten sind häufig.
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© I. Berweiler, 2016
Lungenlappen und -segmente
rechte linkeLunge Lunge
Quelle
: W
. K
ahle
Taschenatlas
der
Anato
mie
Thie
me
Verlag
Stu
ttgart
OL = Oberlappen ML = Mittellappen UL = Unterlappen
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Bronchialbaum
© H. Keifert, 2016
Quelle nicht eruierbar
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© H. Keifert, 2016
Bronchialbaum
ab der 17. Generation: Zunahme der Alveolardichte und somit des Gasaustauschs
• Der Durchmesser der Bronchien nimmt bis
zur 6. Generation schnell ab, wobei der
Gesamtquerschnitt gleich bleibt.
• Bis ca. zur 12. Generation nimmt der Durch-
messer nur noch bis auf ca. 1 mm ab und
wird dann nicht mehr geringer → sprung-
hafter Anstieg des Gesamtquerschnitts
• Die Strömungsgeschwindigkeit der Atemluft
geht daher stark zurück.
• Der Atemwegswiderstand steigt daher nicht
übermäßig an.
• In den Azini wandern die Atemgase fast
ausschließlich durch Diffusion.
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© M. Kurray, 2013
Die Atemwege: Größenverhältnisse
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© I. Berweiler, 2016
Querschnitte
Abb.: F.Netter Ciba/Thieme Verlag Stuttgart
▪ Im Bereich der bronchoskopisch
einsehbaren Atemwege entspricht die
Summe der Querschnitte dem der
Trachea.
▪ Unterhalb der Subsegmentbronchien
nimmt der Querschnitt stark zu. Die
Strömungsgeschwindigkeit der Atemluft
geht daher stark zurück.
▪ In den Azini wandern die Atemgase fast
ausschließlich durch Diffusion.
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© H. Keifert, 2016
Quelle: J.W. Rohen Schattauer-Verlag Stuttgart
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© H. Keifert, 2015
Fokus Bronchien
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▪ Die terminalen Bronchiolen verzweigen sich in die sogenannten
respiratorischen Bronchiolen.
▪ Gasaustauschende Atemwege
▪ Bronchioli respiratorii (beinhalten bereits Alveolen in ihren Wänden)
▪ Ductuli alveolares (Alveolargänge, deren Wand aus Alveolen besteht)
▪ Saccus alveolaris (besteht aus Alveolen)
▪ Alveolen
Die Alveolen im Versorgungsbereich eines Bronchiolus terminalis
bilden die kleinste Lungeneinheit, den Azinus.
Er umfasst 1500 – 4000 Alveolen.
© H. Woehrle, H. Keifert, 2016
Gasaustauschsystem: Bestandteile
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© I. Berweiler, 2016
Azinus
Bronchiolus respiratorius
Bronchiolus terminalis
Sacculus alveolaris
Abb.: Benninghoff; Urban & Schwarzenberg
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▪ ca. 200 – 500 Mio Alveolen
▪ ca. 25 Mio bei Geburt
▪ Oberfläche: 100 m2 bei mittlerer
Inspirationslage
▪ Durchmesser jeder Alveole: ca. 0,1 – 0,2 mm
▪ eingeschlossen von Kapillaren
▪ ausgekleidet durch den Surfactant
▪ mit ca. 1000 Kapillarsegmenten
© H. Woehrle, H. Keifert, 2016
Alveolen: Allgemeine Infos
Quelle nicht eruierbar
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Jede Kapillar- und Alveolarwand
besteht aus einer einzelnen Zellschicht,
die durch eine dünne Basalmembran
voneinander separiert werden.
Daher beträgt die Barriere zwischen Luft in
den Alveolen und Blut in den Kapillaren
lediglich 0,1 – 1,5 µm.
© H. Woehrle, H. Keifert, 2013
Alveolen: Aufbau
Quelle nicht eruierbar
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▪ Der Surfactant ist ein Lipoprotein, das die Innenoberfläche der Alveole auskleidet und die
Ausdehnung während der Einatmung erleichtert (Reduktion der Oberflächenspannung).
▪ Menge: 10 – 15 ml/kg KG
▪ Synthese: Alveolozyten Typ II
▪ Speicherung: in den Vesikeln der Alveolozyten Typ II (sog. Lamellenkörper)
▪ Sezernation per Exozytose
▪ Mit abnehmendem Radius der Alveole (Exspiration) nimmt die Dicke des Surfactant-Films zu
→ die Oberflächenspannung sinkt, ein Kollaps der Alveole wird verhindert, die Dehnung in
der nachfolgenden Inspiration erleichtert!
▪ Verstärkung lokaler Abwehrmechanismen / Barriere gegen Mikroorganismen
▪ antioxidative Wirkung
© H. Keifert, 2016
Fokus Surfactant (surface active agent)
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Quelle nicht eruierbar
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© H. Woehrle, H. Keifert, 2016
Alveolen: Aufbau
Alveolen sind kugelförmige Strukturen.
▪ Sie haben gemeinsame Trennwände (→ Interalveolarsepten).
▪ Diese Septen bestehen aus einer dünnen Bindegewebsschicht, die
lumenseitig von Alveolarepithel aus Pneumozyten ausgekleidet sind.
▪ In die Bindegewebsschicht sind dichte Kapillarnetze integriert.
▪ Kohn-Poren sind feinste Poren in den Alveolarsepten, die benachbarte
Alveolen miteinander verbinden.
▪ Sie unterstützen die parallele Belüftung und die gleichmäßige Verteilung der Luft
zwischen den Alveolen.
▪ Sie dienen möglicherweise auch zur Verteilung des Surfactant.
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© H. Keifert, 2016
Alveolen: Aufbau
▪ Alveolare Deckzellen bilden die Alveolarwand (Typ I-Pneumozyten).
▪ Alveolare Granulozyten (Typ II-Pneumozyten) speichern und sezernieren
den Surfactant.
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© H. Keifert, 2016
Quelle: Benninghoff, Urban und Schwarzenberg
▪ Die Beweglichkeit der oberen Rippen liegt in
erster Linie in der Frontalebene.
▪ Eine tiefe Inspiration hebt sie nach vorne oben.
▪ Das Sternum macht die Bewegung eines
Pumpenschwengels.
▪ Die Beweglichkeit der unteren Rippen liegt in
der Frontal- und Sagittalebene.
▪ Eine tiefe Inspiration hebt sie nach vorne
und seitlich.
▪ Erweiterung der unteren Thoraxapertur
Anatomie: Fokus Rippen
▪ 12 Brustwirbel – 12 Rippenpaare
▪ 1 – 7: sternale Rippen
▪ 8 – 10: asternal
▪ 11 – 12: enden frei in der Muskulatur („unechte Rippen“)
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© H. Keifert, 2015
Quelle: Benninghoff, Urban und Schwarzenberg
. . . wölbt sich in Form zweier durch eine
Sehnenplatte miteinander verbundener Kuppeln in
den Brustraum vor.
Ursprung am unteren Ende des Sternum,
den Innenflächen der 7.-12. Rippe und an den
1.-3. Wirbelkörpern der LWS.
Die Muskelfasern münden gemeinsam in das
Centrum tendineum.
Anatomie: Fokus Zwerchfell
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Das Zwerchfell (Diaphragma) ist unser Hauptatmungsmuskel.
– Abflachen des Diaphragmas bei Kontraktion
– . . . mit der Pleura verwachsen: appositionelle Zone (7 – 10 cm)
→ erhöht beim Tiefertreten das Brustraumvolumen und erzeugt dabei einen
negativen Druck, der das Einströmen der Luft in die Lungen unterstützt.
© H. Woehrle, H. Keifert, 2016
Anatomie: Fokus Zwerchfell
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© I. Berweiler, 2016
Anatomie: Fokus Zwerchfell
▪ Es wird innerviert durch den N. phrenicus, der in Höhe C3 - C5 das Halsmark verlässt und
beidseitig durch die obere Thoraxapertur und das Mediastinum zum Zwerchfell zieht.
▪ Zur Einatmung kontrahiert sich das Zwerchfell und flacht ab, in der Ausatmung wölbt es
sich, von der Rückstellkraft der Lungen gezogen, wieder in den Brustraum vor.
▪ In Ausatemstellung liegt das Zwerchfell an den Rippen an. Bei tiefer Einatmung löst es
sich von der Brustwand ab und vergrößert den Brustraum erheblich. Es eröffnet sich ein
Raum (Rezessus costo-diaphragmaticus), in den sich, vor allem dorsobasal, die Lungen
ausdehnen.
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Gesunder in Ruhe Gesunder unter Belastung
Ventilation: bewegte Darstellung
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I. M. sternocleidomastoideus
II. M. scalenus
III. M. pectoralis major und minor
IV. M. serratus anterior
V. M. trapezius
VI. Mm. intercostales externi
Sie helfen bei einem hohem Atemvolumen den Thorax während der
Inspiration zu heben.
– Bauchatmung – Thoraxatmung
– bei körperlicher Anstrengung
– bei krankheitsbedingt erhöhter Atemarbeit
© H. Woehrle, H. Keifert, 2016
Anatomie:
Fokus inspiratorische Hilfsmuskulatur
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© I. Berweiler, 2016
Quelle
: P
latz
er
W. T
hie
me-V
erlag
Stu
ttgart
Anatomie:
Fokus inspiratorische Hilfsmuskulatur
▪ Durch Verändern der Geometrie des Schulter-
gürtels (z. B. bei angehobenen Armen) können
auch Muskeln die Atmung unterstützen, die
sonst primär nicht erweiternd auf den
knöchernen Thorax wirken.
▪ Um die Wirkung der Brustmuskulatur zu
verbessern müssen ggf. die Schultern
hochgezogen und der Schultergürtel fixiert
werden.
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Es gibt keine primäre Exspirationsmuskulatur!
→ Die Exspiration verläuft durch die Rückstellkräfte der Lunge und des knöchernen
Thorax passiv und erfordert keine Muskelarbeit. Das Zwerchfell hat sich entspannt.
Hilfsmuskulatur bei der Exspiration
I. Mm. intercostales interni
II. M. transversus abdominis
III. M. rectus abdominis
IV. M. obliquus abdominis
▪ Sie unterstützen die Ausatmung
− bei hohem Atemvolumen / bei Atemwegsobstruktion / bei hoher Atemlast
▪ Sie unterstützt beim Husten und Niesen.
© H. Woehrle, H. Keifert, 2016
Anatomie:
Fokus exspiratorische Hilfsmuskulatur
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© I. Berweiler, 2016
Exspiratorische Atemmuskulatur
▪ Den wirkungsvollsten Anteil an der Unterstützung der Exspiration haben die
Bauchmuskeln, sie drängen durch die Bauchpresse das Zwerchfell empor.
▪ Gemeinsam mit den Mm. intercostales interni wirken sie auch die Rippen bzw. den
Brustkorb absenkend.
▪ M. obliquus abdominis
▪ M. transversus abdominis
▪ M. rectus abdominis (v.a. Rippensenkung, Bauchpresse nur aus tiefer Inspiration)
▪ Mm. intercostales interni
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M. sternocleidomastoideus
/ M. scalenus
externe Interkostal-
muskulatur
Zwerchfell
ANTERIOR
interne
Interkostalmuskulatur
Bauchmuskulatur
POSTERIOR
© H. Woehrle, H. Keifert, 2013
Atmungs-
muskulatur
Quelle nicht eruierbar
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Atempumpe
▪ Die Atempumpe ist Steuerung und Motor der Atmung.
▪ Sie sorgt dafür, dass das gasaustauschende Organ Lunge seine Aufgabe
erfüllen kann.
▪ Eine Störung der Atempumpe führt immer zu einer Störung der Ventilation.
© I. Berweiler, 2016
▪ Gehirn
▪ Nerven
▪ Muskel
▪ knöcherner Thorax
Atempumpe
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Mit Ihrem Smartphone direkt zu
den aktuellsten Informationen!
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Teil 2: Physiologische Grundlagen
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Einzelkomponenten der Atmung
Vier Komponenten des Atmungsprozesses:
▪ Atmungsregulation
▪ Ventilation – Perfusion
▪ Pulmonaler Gasaustausch
▪ Transport von Sauerstoff (O2) und Kohlendioxid (CO2)
© H. Woehrle, H. Keifert, 2016
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Atmungsregulation
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Atmungsregulation: Ziele
▪ Aufrechterhaltung angemessener Mengen von Sauerstoff und
Kohlendioxid (angepasst an die aktuelle Stoffwechselsituation)
▪ Dieses Ziel wird durch die Steuerungsmechanismen des
Atemzentrums sowie anderer Instanzen erreicht.
© H. Woehrle, H. Keifert, 2016
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© I. Berweiler, H. Keifert 2018
Atmungsregulation
Die oberste Kontrolle über die Atmung obliegt dem
Großhirn → Willkürliche Atmung
Der Rhythmusgenerator für den Wechsel von Ein- und
Ausatmung sitzt im verlängerten Rückenmark (Medulla
oblongata) → Unwillkürliche Atmung
Zentrale Chemorezeptoren messen pH-Wert in
Arealen an der Medulla oblongata.
Periphere Rezeptoren messen den Sauerstoff-
und den Kohlendioxidpartialdruck
→ Aortenbogen, Glomus caroticum
Dehnungsrezeptoren in Trachea, Bronchien und
Bronchiolen: Hering-Breuer-Reflex (vagale Afferenzen)
Dehnungsrezeptoren der Muskelspindeln an Sehnen
und der Muskulatur sowie der Thoraxwand
Unspezifische Reize (Kälte, Schmerz, Fieber,
Hormone)
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© H. Keifert, 2014
Atmungsregulation
Quelle nicht eruierbar
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© I. Berweiler, 2016
Unterschreitet der paO2 100 mmHg steigt die Impulsfrequenz
der Sensoren steil an. Gleichzeitiger paCO2-Anstieg und pH-
Abfall verstärken den Effekt.
Anstieg des paCO2 von 40 mmHg auf 70 mmHg verzehnfacht
das Atemzeitvolumen.
Bei chronischem paCO2-Anstieg nimmt der zentrale
Atemantrieb aber wieder ab.
Dehnungsrezeptoren in der Tracheal- und Bronchialwand
melden Informationen über die Atemtiefe, Muskelspindeln die
Spannung in der Atemmuskulatur.
Atmungsregulation
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© H. Woehrle, H. Keifert, 2013
Atmungsregulation
Quelle nicht eruierbar
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Ventilation – Perfusion
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Ventilation – was ist das?
© H. Woehrle, H. Keifert, 2017
▪ Mechanische Beförderung von Luft in die Lunge und aus der Lunge heraus
(Inspiration / Exspiration)
▪ Hierbei spielt die Atemmechanik eine wichtige Rolle:
▪ Compliance
→ Elastische Eigenschaften der Lunge: Dehnbarkeit der Lunge
(alveoläre Oberflächenspannung)
→ Elastische Eigenschaften der Thoraxwand: Dehnbarkeit des Thorax
▪ Resistance
→ Der Atemwegswiderstand nimmt von proximal nach distal ab.
Jede Änderung einer dieser Komponente führt zur Veränderung der zu leistenden Atemarbeit!
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Exsp.
Reserve-
Volumen
Atemzugvolumen
Atemhubvolumen(VT)
Residualvolumen(RV)
Totalkapazität
(TLC)
Inspiratorische Kapazität
(IC)
Funktionelle Residualkapazität
(FRC)
Vitalkapazität
(VC)Insp.
Reserve-
volumen
Maximale Inspiration
Maximale Exspiration
Zeit (s)
6.0
4.5
3.0
1.5
0
Variierendes
Atemzugvolumen
Vo
lum
en
(l)
© H. Woehrle, H. Keifert, 2014
Ventilation: Fokus Atemvolumina
Quelle nicht eruierbar
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Ventilation: alveoläre Ventilation
© H. Keifert, 2018
▪ Anteil des Inspirationsvolumens, das tatsächlich am Gasaustausch teilnimmt
▪ Einflussfaktoren:
o Atemfrequenz – Atemzugvolumen
o Je schneller und oberflächlicher die Atmung, desto mehr nimmt die Totraumventilation
auf Kosten der alveolären Ventilation zu.
o Totraumquotient: Verhältnis Totraumvolumen zu Atemzugvolumen liegt bei 0,3.
Beispiel: 150 ml / 450 ml = 0,3
o Eine Steigerung des Quotienten führt im weiteren Verlauf zu einer Hyperkapnie
und zu einer Zunahme der Atemarbeit.
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Ventilation: weitere Lungenvolumina
closing capacity (CC)
Kommt es während einer langsamen Exspiration zu einem ersten Verschluss terminaler Luftwege, dann
wird das zu diesem Zeitpunkt in der Lunge verbleibende Volumen als Verschlusskapazität bezeichnet.
closing volume (CV)
Subtrahiert man von der CC das Residualvolumen erhält man das Verschlussvolumen.
Funktionelle Residualkapazität (FRC)
Summe von exspiratorischem Reservevolumen und Residualvolumen (ca. 3 – 3,5 l)
1. Welche Bedeutung haben diese Zusammenhänge in der praktischen Tätigkeit?
2. Welche Bedeutung haben diese Zusammenhänge für die Einstellung des Respirators?
© H. Keifert, 2014
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Ventilation: Fokus CC – CV – FRC
© H. Keifert, 2014
Quelle nicht eruierbar
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Ventilation: Fokus Compliance – Elastance
C = V/p
Druck, der aufgebracht werden muss, um eine bestimmte
Volumenänderung in der Lunge zu erreichen.
→ Eigenschaften der Lunge und des Thorax (Dehnbarkeit,
„Steifigkeit“)
→ Praktische Relevanz
© H. Keifert, 2014
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© H. Keifert, 2014
Quelle nicht eruierbar
Ventilation: Fokus Compliance – Elastance
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R = p/Flow
Druckänderung, die notwendig ist, um die Luft mit einer bestimmten
Geschwindigkeit in die Lunge zu leiten
→ Eigenschaften der Atemwege
→ Praktische Relevanz
Hagen-Poiseuille-Gesetz:
Der Strömungswiderstand ist umgekehrt proportional zur 4. Potenz des
Radius eines Bronchus. Halbiert sich der Radius, nimmt der Atemwegs-
widerstand um den Faktor 16 zu.
© H. Keifert, 2015
Ventilation: Fokus Resistance
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© H. Keifert, 2014
Fokus Totraum
Anteil des Respirationstrakts, der nicht am Gasaustausch teilnimmt.
▪ Anatomischer Totraum
▪ Alveolärer Totraum
▪ Funktioneller Totraum
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© H. Woehrle, H. Keifert, 2016
Fokus Totraum: anatomischer Totraum
Bei jedem Atemzug verbleibt ein Teil des Inspirationsvolumens in den
luftführenden Atemwegen . . .
– . . . und erreicht somit nicht die Alveolen,
– und nimmt somit auch nicht am pulmonalen Gasaustausch teil.
– Anatomischer Totraum: ca. 2 ml/kg KG
– Reduktion durch Intubation (ca. 80 ml) oder Tracheotomie (ca. 50 ml)
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Fokus Totraum: alveolärer Totraum
© H. Keifert, 2016
▪ Der alveoläre Totraum beinhaltet die Anteile der Alveolen, die aufgrund
pathologischer Veränderungen nicht am Gasaustausch teilnehmen.
− Minderdurchblutung (LAE – Schock etc.)
→ Totraumventilation
− Minderbelüftung (Dystelektase – Atelektase etc.)
→ venöse Beimischung / pulmonaler Rechts-Links-Shunt
▪ Der alveoläre Totraum ist bei Gesunden unter Spontanatmung minimal.
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Summe des anatomischen und alveolären Totraums
Fokus Totraum: Funktioneller Totraum
© H. Keifert, 2014
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Systemischer Kreislauf
Pulmonaler Kreislauf
© H. Woehrle, H. Keifert, 2016
Das Herzzeitvolumen ist in
beiden Kreisläufen identisch,
allerdings sind im
Pulmonalkreislauf die Drücke
und Widerstände geringer!
Perfusion – was ist das?
Körperkapillaren
Lungenkapillaren
Quelle nicht eruierbar
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▪ Pulmonaler Kreislauf
Niederdrucksystem: transportiert das venöse Blut vom Herzen zur Lunge
In der Lunge gibt das Blut sein Kohlendioxid ab und nimmt Sauerstoff auf. Das
oxygenierte Blut gelangt zurück zum Herzen, bevor es in den systemischen Kreislauf
geleitet wird.
Die Lungenperfusion ist sehr inhomogen und hängt erheblich von der Schwerkraft ab.
▪ Systemischer Kreislauf
Hochdrucksystem: transportiert das arterielle Blut vom Herzen zu allen Zellen des
Körpers und bringt das verbrauchte Blut zurück zum Herzen.
SVR ~ PVR x 10
© H. Woehrle, H. Keifert, 2014
Kreislaufsystem
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Ventilation und Perfusion
Begriffsklärungen – Praktische Bedeutung
▪ Ventilations-Perfusions-Verhältnis
o Valv / HZV = 0,8
▪ Euler-Liljestrand-Mechanismus = Hypoxisch-pulmonale Vasokonstriktion
▪ shunt in time
▪ Intrapulmonaler (funktioneller) Rechts-Links-Shunt
(Perfusion „ohne“ Ventilation): max. 5 %
© H. Keifert, 2016
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© H. Keifert, 2017
Kreislaufsystem und Sauerstoffbilanz
Wie entstehen die unterschiedlichen Angaben der Hüfner-Zahl?
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Fokus Blutbildung: das ist neu!
© H. Keifert, 2017
▪ Die Lunge beteiligt sich in erheblichem Umfang an der Blutbildung.
▪ Der Fokus scheint auf der Bildung von Thrombozyten zu liegen.
▪ . . . entdeckt durch eine spezielle Aufnahmetechnik
▪ Schlüsselzellen bei der Bildung sind Blutstammzellen und
Megakaryozyten.
Nature 2017; 544 (7648): 105-109
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Pulmonaler Gasaustausch
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Atemgase
© H. Keifert, 2018
Gesamtluftdruck trockener Luft auf Meereshöhe: 760 mmHg
(höhenabhängige Schwankungen)
→ Jedes Gas hat einen prozentualen Anteil und seinen eigenen Partialdruck.
▪ Stickstoff: 78 % → 592 mmHg
▪ Sauerstoff: 21 % → 159 mmHg
▪ Edelgase gesamt: 1 % → 8 mmHg
▪ Kohlendioxid: 0,034 % → 0,25 mmHg
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Atemgase
© H. Keifert, 2018
Bei der Inspiration wird die Luft mit Wasserdampf („gasförmiges Wasser“) gesättigt. Der Wasser-
dampf nimmt seinen eigenen Anteil ein – die Partialdrücke der anderen Gase vermindern sich.
Auf dem Weg in die Alveolen vermischt sich die Frischluft mit dem aus den Alveolen stammenden
CO2-angereichertem Gas.
Nach der Einatmung herrschen in der Alveole die folgenden Partialdrücke:
▪ pN2 = 574 mmHg
▪ pO2 = 100 mmHg pO2 (Pulmonalarterie) = 40 mmHg → O2 diffundiert ins Blut.
▪ pCO2 = 39 mmHg pCO2 (Blut) = 45 mmHg → CO2 diffundiert in die Alveole.
▪ pH2O = 47 mmHg
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Fokus: Kohlendioxid
© H. Keifert, 2014
▪ . . . durchdringt sehr leicht alle biologischen Membranen
▪ . . . ca. 25-fache Diffusionsfähigkeit im Vergleich zu Sauerstoff
▪ . . . ca. 20-fache Löslichkeit im Vergleich zu Sauerstoff
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M = Diffusionsstrom
K = Krogh-Diffusionskoeffizient
F = Fläche
d = Dicke
Δp = Partialdruckdifferenz
M = K ΔpF
d
.
.
Qu
elle
n n
icht e
ruie
rba
r
© H. Woehrle, H. Keifert, 2013
Fokus: pulmonaler Gasaustausch
Ein darstellendes Maß für den Gasaustausch ist
der Partialdruck.▪ Sauerstoff = pO2
▪ Kohlendioxid = pCO2
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1. Ventilation: der mechanische Transport von Luft in die
Lunge (Verteilung) und aus der Lunge heraus
2. Diffusion: der Gastransport zwischen Luft, Teilen der
Lunge und dem Blutstrom
3. Perfusion: die Blutbewegungen in das pulmonale
Kapillarbett und aus ihm heraus
© H. Woehrle, H. Keifert, 2014
Pulmonaler Gasaustausch: Komponenten
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Sauerstoffaufnahme
© I. Berweiler, 2016
Sauerstoffgehalt der Luft: 21 %
Pro Liter Atemluft werden 210 ml O2 eingeatmet (21 % von 1 Liter) und 170 ml
O2 wieder ausgeatmet → 40 ml O2 / l Luft werden aufgenommen = 4 %
Sauerstoffaufnahme in Ruhe:
⚫ Pro Minute → ca. 0,3 Liter(AF x AZV = 15 x 0,5 l = 7,5 l x 0,04 = = 300 ml)
⚫ Pro Stunde → 18 Liter
⚫ Pro Tag → 450 Liter
Hierzu müssen pro Tag etwa 10 000 Liter Luft geatmet werden.
Unter Belastung kann die Sauerstoffaufnahme auf
bis zu 3l/min gesteigert werden.
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Sauerstoffaufnahme
© I. Berweiler, 2016
Kontaktzeit des Erythrozyten an der Alveole:
▪ in Ruhe ≈ 0,75 s
▪ unter Belastung ≈ 0,25 s
→ Zeit für die Sauerstoffaufnahme
Kontaktzeit bei Fibrose / Emphysem:
▪ in Ruhe oft ausreichend
▪ unter Belastung zu kurz
→ Hypoxämie
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Fokus Sauerstoff
Sauerstoffpartialdruck – Sauerstoffgehalt
© H. Keifert, 2014
Wo ist da eigentlich
der Unterschied?
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Parameter Normal Hypoxämie Anämie
paO2 90 mmHg 45 mmHg 90 mmHg
SaO2 98 % 80 % 98 %
Hb 15 g/dl 15 g/dl 7,5 g/dl
CaO2 200 ml/l 163 ml/l 101 ml/l
Änderung der
CaO2 18,6 % 49,5 %
Sauerstoffpartialdruck – Sauerstoffgehalt
© H. Keifert, 2013
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Wie viel Hypoxämie
verträgt der Mensch?
Grocott, M et al.: NEJM 2009, 360: 140-9
© H. Keifert, 2013
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Wie viel Hypoxämie
verträgt der Mensch?
© H. Keifert, 2013
Grocott, M et al.: NEJM 2009, 360: 140-9
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© H. Keifert, 2013
Fokus: Sauerstoffbindungskurve
Interpretation – Effekte – Praxisrelevanz
Quelle nicht eruierbar
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Wie interpretieren Sie die folgende
Situation?
32-jährige Patientin
vorstellig beim Hausarzt
„Grippewelle“ im Freundeskreis
seit 1 Tag Husten und „bekommt schlecht Luft“, AF = 29/min
Sinustachykardie: 129/min, T = 39.2°C rektal
Blutgasanalyse:
pkapO2 = 62 mmHg
pkapCO2 = 28 mmHg
pH = 7.51
Antibiotikum, viel Trinken, Ruhe, nach Hause geschickt
Der paO2 ist auch von der Ventilation abhängig!
„Bereinigter“ paO2 = paO2 – 1,66 x (40 – paCO2)
= 62 – 1,66 x (40 – 28) =
= 42 mmHg
© H. Keifert, 2013
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Alveole:
pO2 = 100 mm Hg
pCO2 = 40 mm Hg
Pulmonalarterie:
(venöses Mischblut)
pO2 = 40 mm Hg
pCO2 = 46 mm Hg
Pulmonalvene:
(arterielles Blut)
pO2 = 100 mm Hg
pCO2 = 40 mm Hg
Inspirationsluft:
pO2 = 150 mm Hg
pCO2 = 0 mm Hg
Exspirationsluft:
(Mittelwerte)
pO2 = 114 mm Hg
pCO2 = 29 mm Hg
Quelle: J. Rathgeber
Gewebe:
pO2 = 40 mm Hg
pCO2 = 46 mm Hg
© H. Keifert, 2016
Zusammenfassung
Blutstrom – Partialdrücke
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CO2-Transport
© H. Keifert 2014
o 70 % chemisch gebunden als Bicarbonat
(Haupttransportmechanismus)
Wie funktioniert dieser Haupttransportmechanismus?
Oxy-Hb
o 10 % physikalisch gelöst im Blut
CO2 ist in Wasser 21 mal löslicher als O2.
o 20 % gebunden an Hämoglobin (Carbamino-Hb)
CO2
CO2CO2
CO2
Carbamino-Hb
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Das mukoziliäre Transportsystem besteht aus:
– Flimmerepithelzellen mit Flimmerhärchen → 12 – 20/sec
– Wässrige, dünnflüssige Solschicht
– „Konsistentere“ Gelschicht
▪ fließt auf der wässrigen Solschicht
▪ fängt Fremdkörper durch „Klebkraft“ ab.
▪ wird durch die Zilien bewegt → ca. 2 cm/min
▪ Feuchtegehalt ist ausschlaggebend für Transport.
Funktionsvoraussetzungen:
– Anzahl, Struktur und koordinierte Aktivität der Zilien
– Temperatur: 37°C
– absolute Feuchtigkeit: 44 mg/l
– ca. 100 ml Sekret/d
© H. Keifert, 2017
Mukoziliäres Transport- und Clearance-System
Quelle nicht eruierbar
Epithelzellen mit
Zilien
Solschicht: periziliäre
Flüssigkeit aus den
submukösen Drüsen
(Gleitschicht)
Was heißt das konkret?
Gelschicht: muzin-
reicher Schleim u.a.
aus den Becher-
zellen und sub-
mukösen Drüsen
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▪ Die Zilien des Flimmerepithels ragen nur
beim Vorwärtsschlag mit ihren Spitzen in
die Gelphase hinein.
▪ Beim Rückschlag ziehen sie sich in die
Solschicht zurück.
Abb.: unbekannt
Abb.: unbekannt
Epithelzelle
Bronchiallumen
Solphase
Gelphase
1
7
23
4
6
5
8
Quelle nicht eruierbar
Mukoziliäres Transport- und Clearance-System
© H. Keifert, 2015
Sinkende Transportgeschwindigkeit durch:
▪ hohe O2- oder CO2-Konzentrationen
▪ Parasympathomimetika
Höhere Transportgeschwindigkeit durch:
▪ β-Sympathomimetika
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Störung der mukoziliären Clearance
Aus dem dichten Zilienrasen des Flimmerepithels . . .
© I. Berweiler, 2016
Quelle nicht eruierbar
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. . . macht die chronische Entzündung eine Wüste!
© I. Berweiler, 2016
Quelle nicht eruierbar
Störung der mukoziliären Clearance
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Folgen der chronischen Entzündung:
o Schleimhautverdickung
o Hypertrophie der glatten Muskulatur
→ Enge
o Hypertrophie der submukösen
Schleimdrüsen
→ vermehrte Schleimproduktion
o Degeneration der Knorpel
→ Instabilität
Abb.: unbekannt
Abb.: unbekannt
Quelle nicht eruierbar
© I. Berweiler, 2016
Störung der mukoziliären Clearance
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Weitere „Clearance-Mechanismen“
▪ Husten zum Entfernen großer Partikel
▪ Hustenreflex: die sensible Innervation der Atemwege erhält unter
anderem Impulse durch Berührungs- und Dehnungsrezeptoren
▪ Alveolarmakrophagen der terminalen Bronchien
▪ Anorganische Substanzen verbleiben problemlos mit den Makro-
phagen in der Peripherie, können aber auch eine Fibrose auslösen.
▪ Antimikrobielle Peptide des respiratorischen Epithels (Defensine,
Surfactantproteine)
▪ Epithelzellen kommunizieren mit Immunsystem und bilden bei
Antigenkontakt spezifische Zytokine
© H. Keifert, 2015
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- 6 bis - 8 mbar - 3 bis - 5 mbar
Inspiration Exspiration
Quelle: J. Rathgeber
© H. Keifert, 2016
Fokus Pleura: intrapleuraler Druck
Die Lunge bleibt an der Thoraxinnenseite „haften“.
Pleura visceralis
Pleura parietalis
Pleura mediastinalis
Pleura diapharagmatica
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© H. Keifert, 2014
Fokus transpulmonaler Druck
TPP = Palv – Ppleu
▪ transpulmonaler Druck
▪ alveolärer Druck
▪ Pleuradruck
o Welcher Zusammenhang besteht zwischen diesen beiden Drücken im
Kontext der Beatmung?
o Welche Konsequenzen lassen sich für die tägliche pflegerische Praxis
ableiten?
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Vielen Dank!
Harald Keifert
Fa. WK-Fortbildungen
© 1997 – 2018
www.wk-fortbildungen.de