Atemarbeit
Englisch: respiratory working
Definition
Als Atemarbeit bezeichnet man die während der Atmung geleistete Druck-Volumen-Arbeit gegen bestimmte Atemwiderstände. Sie schafft die zur Inspiration benötigte Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Lunge (intrapulmonaler Druck) und dem Atmosphärendruck. Die Atemarbeit führt dazu, dass sich Gasvolumen in die Lunge bewegt, um Druckdifferenzen auszugleichen.
Hintergrund
Die Atemarbeit wird durch die Atemmuskulatur und die Atemhilfsmuskulatur geleistet. Sie wird vor allem bei der Inspiration erbracht, da die normale Exspiration überwiegend als passiver Vorgang angesehen wird. Die Atemarbeit kann als Druck-Volumen-Diagramm graphisch dargestellt werden, daraus resultiert die Compliance der Lunge.
Widerstände
Bei der Atmung müssen elastische und visköse Widerstände überwunden werden. Bei langsamer Atmung sind die viskösen Widerstände gering und die Druck-Volumen-Kurve wird primär über die elastischen Eigenschaften der Lunge bestimmt.
Elastischer Atemwiderstand
Der elastische Atemwiderstand, die Elastance, ist durch die Oberflächenspannung des Flüssigkeitsfilms der Alveolen und die elastischen Fasern der Lunge bedingt. Die Lunge steht durch diese Kräfte unter Zugspannung und hat deshalb die Tendenz, sich zu verkleinern. Ein Kollabieren der Lunge wird dadurch verhindert, dass die Lunge über den luftfreien Pleuraspalt an der Innenwand des Thorax befestigt ist. Durch die Kapillarkräfte im Pleuraspalt folgt die Lunge den Thoraxbewegungen. Die im Spalt befindliche Pleuraflüssigkeit ermöglicht eine freie Verschieblichkeit der Pleurablätter gegeneinander. Um die Zugspannung der Lunge zu überwinden, muss während der Inspiration ein bestimmtes Maß Arbeit geleistet werden. Die Exspiration erfolgt hingegen weitgehend passiv, da die Lunge zur Verkleinerung ihres Volumens tendiert und der Thorax während der Exspiration der Lunge passiv folgt.
Visköser Atemwiderstand
Der visköse Atemwiderstand, die Viscance, setzt sich aus den Strömungswiderständen der luftleitenden Atemwege, den nichtelastischen Gewebewiderständen und sehr geringen Trägheitswiderständen zusammen.
Der Strömungswiderstand oder Atemwegswiderstand, auch Resistance genannt, kann vereinfacht nach dem Ohm-Gesetz aus der Druckdifferenz zwischen Alveolen und atmosphärischem Druck ("Außendruck"), dividiert durch die Atemstromstärke, berechnet werden. Die Druckdifferenz zwischen Alveolen und Außendruck ist die treibende Kraft der Atemgasbewegung. Die Strömung innerhalb der Atemwege ist teilweise laminar, vor allem im Bereich der Verzweigungsstellen der Bronchien jedoch auch turbulent. Der größte Teil des Widerstandes entsteht unter physiologischen Bedingungen proximal der kleinen Bronchien. Die Resistance trägt etwa 80-90% zum viskösen Atemwiderstand bei.
Der Gewebewiderstand ("tissue viscance", tissue friction") entsteht durch die Gewebereibung und die nichtelastische Deformation der Gewebe. Er ist jedoch mit ca. 10% ein verhältnismäßig kleiner Widerstand.