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Lungenvolumina
In einigen Aufgaben des TMS spielen die verschiedenen Lungenvolumina und ihre Bezeichnungen eine Rolle. In ITB III handelt sogar ein kompletter Text aus Textverständnis von diesem Thema.
Dieses Thema ist schnell erklärt und kann euch zum einen oder anderen zusätzlichen Punkt verhelfen, da ihr so den Aufgaben besser folgen könnt. Los geht's!
Wenn wir normal ein- und ausatmen, schöpfen wir dabei nicht die volle Kapazität unserer Lunge aus. Wir könnten sowohl viel tiefer einatmen als auch viel tiefer ausatmen. Das Volumen, welches wir jeweils bei einer normalen Einatmung bzw. Ausatmung bewegen, bezeichnet man als „Atemzugvolumen".
Nach einer normalen Einatmung könntet ihr noch viel mehr Luft einatmen, als ihr es normalerweise tut. Ihr könnt ja mal nach normaler Einatmung anhalten und es ausprobieren. Dieses „mehr" was ihr noch einatmen könntet, aber bei normaler Atmung nicht macht, bezeichnet man als „inspiratorisches Reservevolumen". Inspiration bedeutet Einatmung. Es handelt sich also um die „Einatemreserve".
Umgekehrt könntet ihr nach normaler Ausatmung auch noch tiefer ausatmen, als ihr es normalerweise tut. Dieses „mehr“, was ihr nach normaler Ausatmung zusätzlich ausatmen könntet, bezeichnet man als „exspiratorisches Reservevolumen". Exspiration bedeutet Ausatmung.
Die normale Ausatmung geschieht „passiv", also ohne, dass dafür Muskeln genutzt werden. Um normal auszuatmen, reicht es, wenn die Atemmuskulatur einfach erschlafft. Alles, was darüber hinaus ausgeatmet werden soll, also das exspiratorische Reservevolumen, müsste unter Anstrengung von Muskeln erfolgen, die zu einer „aktiven" Ausatmung führen. Ihr könnt es ja mal an euch ausprobieren.
Die drei Volumina zusammen ergeben das komplette Volumen, welches ihr ein- bzw. ausatmen könnt. Es wird als „Vitalkapazität" bezeichnet.
Wenn man also nach maximal möglicher Ausatmung maximal einatmen würde, würde man genau die Vitalkapazität einatmen. Genauso wenn man nach maximal möglicher Einatmung maximal ausatmen würde.
Die Vitalkapazität ist das Volumen, welches insgesamt maximal ein- bzw. ausgeatmet werden kann.
Ihr könnt euch auch eine Atemkurve vorstellen, die das aktuell in der Lunge befindliche Volumen anzeigt:
Eine Person atmet ein paar Mal normal ein und aus und bewegt dabei nur das Atemzugvolumen, welches ungefähr 500 ml entspricht. Es werden also bei jeder Einatmung etwa 500 ml eingeatmet und danach auch wieder ausgeatmet.
Dann folgt nach normaler Ausatmung eine maximale Einatmung. Wie bereits beschrieben, ist das „mehr" gegenüber der normalen Einatmung dabei das inspiratorische Reservevolumen. Es beträgt bei gesunden jungen Personen ca. 2,5 Liter (Zahlen braucht ihr euch auf keinen Fall zu merken).
Hiernach wird maximal ausgeatmet. Das „mehr" gegenüber der normalen Ausatmung ist das exspiratorische Reservevolumen und beträgt ca. 1,5 Liter.
Beim Atemzugvolumen, dem inspiratorischen Reservevolumen und exspiratorischen Reservevolumen spricht man immer von Volumen, da sie sich nicht weiter unterteilen lassen.
Kapazitäten dagegen sind zusammengesetzt aus mehreren Volumina. Daher bezeichnet man das Volumen, welches insgesamt in der Lunge bewegt werden kann, als Vitalkapazität.
Nun fehlt noch ein weiteres Volumen und drei Kapazitäten, die wir bisher nicht besprochen haben.
Selbst nach maximaler Ausatmung ist immer noch ein bisschen Luft in der Lunge, die wir nicht ausatmen können. Einerseits, weil unsere Muskulatur zur Ausatmung den Brustkorb gar nicht so stark verkleinern kann und andererseits da die Lunge sonst auch „zusammenfallen" würde und sich nicht wieder gut eröffnen könnte. Dieses immer in der Lunge vorhandene Restvolumen bezeichnet man als „Residualvolumen". Residual bedeutet tatsächlich einfach nur „Rest".
Die Vitalkapazität (Gesamtvolumen, welches insgesamt ein- bzw. ausgeatmet werden kann) ergibt zusammen mit dem Residualvolumen die Totalkapazität oder auch Totale Lungenkapazität (TLC = total lung capacity).
Die Totalkapazität ist das Gesamtvolumen, welches sich nach einer maximalen Einatmung insgesamt in der Lunge befindet.
Die Totalkapazität wird auch wieder als Kapazität bezeichnet, da sie sich aus mehreren Volumina zusammensetzt, während das Residualvolumen als Volumen bezeichnet wird, da es sich nicht weiter unterteilen lässt.
Zu guter Letzt lassen sich aus den Volumina noch zwei weitere Kapazitäten zusammenbasteln:
Die Inspirationskapazität (eher selten relevant) und die funktionelle Residualkapazität. Ihr müsst sie auf keinen Fall auswendig lernen, sondern sollt sie einfach nur einmal verstanden haben.
Die Inspirationskapazität ist das Volumen, welches nach einer normalen Ausatmung insgesamt eingeatmet werden kann. Das inspiratorische Reservevolumen ist dagegen das Volumen, welches nach einer normalen Einatmung insgesamt eingeatmet werden kann. Daher setzt sich die Inspirationskapazität aus Atemzugvolumen und inspiratorischem Reservevolumen zusammen und wird als Kapazität bezeichnet.
Die funktionelle Residualkapazität ist das Volumen, welches nach normaler Ausatmung noch insgesamt in der Lunge vorhanden ist und setzt sich daher aus exspiratorischem Reservevolumen und Residualvolumen zusammen.
Relevanz in der Narkosemedizin (Anästhesie)Zu diesem Abschnitt springen
Große Relevanz haben die Lungenvolumina und Lungenkapazitäten in der Anästhesie, bei der Beatmung der Patienten.
Unter Vollnarkose setzt die Atmung von Patienten aus, weshalb eine künstliche Beatmung erfolgen muss. Hierbei wird ein Beatmungsschlauch in oder an die Luftröhre angelegt, wodurch eine Maschine Luft in die Lunge pumpen kann.
Die Maschine wird dabei so eingestellt, dass sie ungefähr der natürlichen Atmung nachahmt. Es wird pro Atemzug also in etwa das normale Atemzugvolumen verabreicht.
Da das Atemzugvolumen von sehr großen Menschen und sehr kleinen Menschen relevant unterschiedlich groß sein kann, wird das Atemzugvolumen anhand der Körpergröße berechnet und liegt meist zwischen 400 und 600 ml.
Außerdem ist die funktionale Residualkapazität sehr relevant:
Der Beatmungsschlauch wird erst in die Atemwege des Patienten gelegt, wenn dieser bereits bewusstlos ist. Im wachen Zustand wäre dies zu unangenehm.
In diesem bewusstlosen Zustand ist die Atemmuskulatur komplett erschlafft, sodass nur noch die funktionale Residualkapazität in der Lunge vorhanden ist. Also wie nach einer normalen, passiven Ausatmung.
Da das Herz in der Narkose normal weiterschlägt und das Blut damit auch durch die Lunge fließt, wird trotzdem noch Sauerstoff aus der Lunge ins Blut aufgenommen, das dann die Organe (am wichtigsten das Gehirn!) versorgen kann.
Ohne eine weitere Atmung ist der Sauerstoff jedoch schnell verbraucht und es würde nach kurzer Zeit zu einem Sauerstoffmangel kommen, der schlimmstenfalls das Gehirn und später andere Organe schädigen kann.
Da es jedoch auch mal wenige Minuten dauern kann, bis der Beatmungsschlauch komplett angelegt und angeschlossen ist, werden die Patienten vor der Vollnarkose mit 100 % Sauerstoff aufgesättigt, während sie noch wach sind. Ihnen wird eine Sauerstoffmaske vorgehalten und sie sollen mehrere Minuten darüber tief ein- und ausatmen.
Während in der normalen Umgebungsluft nur etwa 20 % Sauerstoff enthalten sind, führt diese Sättigung mit 100 % Sauerstoff dazu, dass die funktionelle Residualkapazität, die nach Eintreten der Bewusstlosigkeit noch in der Lunge vorhanden ist, viel mehr Sauerstoff enthält als nach Einatmung von normaler Umgebungsluft, sodass (die meisten) Patienten dadurch 1-3 Minuten problemlos ohne Atmung auskommen und das Blut, welches durch die Lunge fließt, weiterhin vollständig mit Sauerstoff gesättigt wird.
Daher ist die Sättigung mit 100 % Sauerstoff, die sogenannte Präoxygenierung (wörtlich so viel wie „Vor-Sauerstoffaufsättigung“) ein wichtiger Teil der Narkose, bevor die Medikamente gegeben werden, die Bewusstlosigkeit auslösen.
Was erwartet mich im TMS zu diesem Thema?Zu diesem Abschnitt springen
Diese Volumina und Kapazitäten können in Aufgaben aus Medizinisch-naturwissenschaftliches Grundverständnis oder Textverständnis beschrieben werden und ableitbare Aufgaben dazu gestellt werden. Ohne eine Bildskizze kann die Orientierung zu den Volumina und Kapazitäten sehr schwierig sein. Gerade solche Aufgaben, bei denen man „den Überblick" behalten muss und selbst sinnvolle Skizzen anfertigen muss, werden im TMS gerne gestellt.
Beispielaufgabe:
Das bei normaler Ein- und Ausatmung bewegte Lungenvolumen bezeichnet man als Atemzugvolumen. Das Volumen, welches nach normaler Einatmung noch zusätzlich maximal eingeatmet werden kann, bezeichnet man als inspiratorisches Reservevolumen. Das Volumen, welches nach normaler Ausatmung noch zusätzlich maximal ausgeatmet werden kann, bezeichnet man als exspiratorisches Reservevolumen. Auch nach maximaler Ausatmung ist noch immer ein Luftvolumen in der Lunge vorhanden, welches man als Residualvolumen bezeichnet. Die addierten Volumina aus exspiratorischem Reservevolumen, Atemzugvolumen und inspiratorischem Reservevolumen werden unter der Vitalkapazität zusammengefasst. Vitalkapazität und Residualvolumen addiert werden als Totale Lungenkapazität bezeichnet.
Das exspiratorische Reservevolumen und das Residualvolumen ergeben addiert die funktionale Residualkapazität.
Ein Patient hat eine Totalkapazität von 7,4 Litern, ein inspiratorisches Reservevolumen von 3,8 Litern, eine Vitalkapazität von 6,1 Litern und ein Atemzugvolumen 700 ml. Wie ist die funktionelle Residualkapazität des Patienten?
A: 2,4 Liter
B: 2,7 Liter
C: 2,9 Liter
D: 3,1 Liter
E: 3,3 Liter
Erklärung:
Die funktionelle Residualkapazität setzt sich aus Residualvolumen und exspiratorischem Reservevolumen zusammen.
Das Residualvolumen errechnet sich aus Totalkapazität – Vitalkapazität, beträgt also 7,4 – 6,1 = 1,3 Liter.
Das exspiratorische Reservevolumen ergibt sich aus Vitalkapazität – inspiratorischem Reservevolumen – Atemzugvolumen: 6,1 – 3,8 – 0,7 = 1,6 Liter.
Damit beträgt die funktionelle Residualkapazität 1,3 Liter + 1,6 Liter = 2,9 Liter
Zusammenfassung:Zu diesem Abschnitt springen
Es gibt verschiedene Lungenvolumina, die sich unterscheiden lassen:
- Atemzugvolumen (normales Volumen bei Ein- bzw. Ausatmung)
- Inspiratorisches Reservevolumen (das, was nach normaler Einatmung zusätzlich eingeatmet werden kann)
- Exspiratorisches Reservevolumen (das, was nach normaler Ausatmung zusätzlich ausgeatmet werden kann)
- Residualvolumen (das, was immer in der Lunge ist und nicht ausgeatmet werden kann)
Möchte man zusammengesetzte Volumina beschreiben, verwendet man das Wort „Kapazität". Folgende Kapazitäten sind besonders relevant:
- Vitalkapazität: Volumen, das insgesamt maximal eingeatmet bzw. ausgeatmet werden kann
- Totalkapazität / Totale Lungenkapazität: Volumen, das nach maximaler Einatmung insgesamt in der Lunge ist (Vitalkapazität + Residualvolumen)
Weitere Kapazitäten sind:
- Inspirationskapazität: Atemzugvolumen + inspiratorisches Reservevolumen (nur selten relevant)
- Funktionelle Residualkapazität: exspiratorisches Reservevolumen + Residualvolumen
Für den TMS musst du grundsätzlich nichts zwingend auswendig wissen, also auch nichts hiervon. Es kann jedoch in einigen Aufgaben enorm helfen, wenn du alles beschriebene grundsätzlich verstanden hast, die vier Volumina kennst und weißt, was die Vitalkapazität und die Totalkapazität sind.
Damit bist du optimal auf eventuell vorkommende Aufgaben vorbereitet!
