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Mechanismus

Der übergreifende Atemmechanismus zur Beatmung von Alveolen gliedert sich in vier Aspekte: Lungenkonformität, Einhaltung der Brustwand, Atemwegswiderstand und Beatmungsgeschwindigkeit. Diese Komponenten erleichtern das Prinzip, dass mit der Ausdehnung der Lunge der Luftdruck in den Alveolen abfällt und Luft in die Lunge gelangt. Wenn das Lungenvolumen abnimmt, steigt der Druck und zwingt Luft aus den Lungen.,

Die Einhaltung der Lunge basiert auf den elastischen Eigenschaften des die Alveolen umgebenden Stützgewebes und der Oberflächenspannung der Alveolen. Die mathematische Gleichung lautet:

• Lungenkonformität = 1 / Elastanz oder Änderung des Lungenvolumens/Änderung des Lungendrucks

Elastische Eigenschaften werden am besten durch Gummibänder veranschaulicht. Wie leicht und kraftvoll kehrt das Gewebe bei Dehnung in seine ursprüngliche Konfiguration zurück? Die Elastizität wird durch den Gehalt an Elastin (dehnbare Fasern) und Kollagen (steife Strukturfasern) im Lungengewebe gesteuert., Die Oberflächenspannung der Alveolen beschreibt die Leichtigkeit, mit der sich die Alveolen ausdehnen können. Eine hohe Oberflächenspannung neigt dazu, Alveolen zu kollabieren und sich nicht mit Belüftung auszudehnen. Die Oberflächenspannung wird durch Typ-II-Pneumozytenzellen in der Lunge verringert, die eine flüssige Sekretion erzeugen, die aus etwa 40% Dipalmitoylphosphatidylcholin, 40% anderen Phospholipiden und 20% anderen Lipiden besteht.

Die Brustwandkonformität basiert in ähnlicher Weise auf elastischen Eigenschaften., Dies ist jedoch eher ein Gleichgewicht zwischen dem elastischen Rückstoß der Brustwand, der versucht, das Lungenvolumen zu erhöhen, und den elastischen Eigenschaften der Lunge, die versuchen, das Lungenvolumen zu verringern.

Der Atemwegswiderstand basiert auf dem physikalischen Prinzip des Ohmschen Gesetzes, wobei:

Wenn man die Mathematik betrachtet, ist es wichtig, einige grundlegende Annahmen zu treffen. Die Viskosität der Luft ändert sich nicht und die Länge der Atemwege ändert sich nicht. Dies bleibt die einzige Variable in der Gleichung, die sich physiologisch an den Durchmesser der Atemwege anpasst., Der Atemwiderstand wird daher hauptsächlich durch den Atemwegsdurchmesser gesteuert. Durchmesseränderung hat drei primäre Ätiologien: intraluminal, wie Sekrete, die die Atemwege blockieren; intramural, wie Ödeme oder der interstitielle Raum; oder extraluminal, wie Verlust von interstitiellem Kollagen und elastischem Traktionsgewebe.

Schließlich erhöht die Beatmungsrate den Sauerstoffaustausch aus der Umgebungsluft in die Lunge und entfernt Kohlendioxid aus der Lunge, um günstige Konzentrationen dieser Gase aufrechtzuerhalten, um die Diffusion zu erleichtern.,

Diffusion

Diffusion ist das Prinzip, dass sich Substanzen passiv von einem Bereich höherer Konzentration in einen Bereich niedrigerer Konzentration bewegen. Die Beatmung dient dazu, eine Umgebung zu schaffen, in der sich Sauerstoff in hoher Konzentration in der Lunge und Kohlendioxid in geringerer Konzentration in der Lunge befindet, relativ zu Lungenkapillaren. Ebenso wichtig für die Diffusionsrate ist jedoch die Löslichkeit eines Gases in Flüssigkeit, Gasdichte und verfügbarer Oberfläche für die Diffusion innerhalb der Lunge., Kohlendioxid ist unter physiologischen Bedingungen sehr gut löslich; Daher ist Sauerstoff hier der begrenzende Faktor. Gasdichten sind unter physiologischen Bedingungen vernachlässigbar. Die gesamte verfügbare Oberfläche ist jedoch eine sehr wichtige Variable in der Lungenpathologie. Wenn die gesamte Alveolaroberfläche relativ zur verfügbaren Arteriolarperfusion abnimmt, nimmt der verfügbare potenzielle Raum zur Diffusion von Sauerstoff in Blut ab. Eine Fehlbildung in einem dieser Parameter kann zu Hypoxie führen. Die primäre Notation zur Überwachung des Diffusionsgradienten von Sauerstoff ist der A-a-Gradient., A-ein Sauerstoffgradient wird berechnet als:

• A-ein Sauerstoffgradient = PAO – PaO

PaO wird durch arterielles Blutgas gemessen, während PAO unter Verwendung der Alveolargasgleichung berechnet wird:

• PAO = (FiO2 x ) – (PaCO2 ÷ R)

Wobei FiO2 der Anteil des inspirierten Sauerstoffs (0,21 bei Patm ist der atmosphärische Druck (760 mmHg auf Meereshöhe), PH2O ist der Partialdruck von Wasser (47 mmHg bei 37 Grad C), PaCO2 ist die arterielle Kohlendioxidspannung und R ist der Atemquotient. Der Atemquotient ist ungefähr 0.,8 im stationären Zustand, variiert jedoch je nach relativer Auslastung von Kohlenhydraten, Proteinen und Fett.