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Lungenbeatmung ist der mechanische Prozess der Erneuerung von Alveolargas. Lungen werden als äquivalente RC-Schaltkreise modelliert: Compliance C_L (analog zur Kapazität) speichert elastische Energie; Der Atemwegswiderstand R_VA (analog zum Widerstand) leitet Energie ab. Die Zeitkonstante = R·C bestimmt die Füll- und Entleerungsrate: Wenn lang ist (Obstruktion: R oder Hyperinflation: C ), führt eine unvollständige Exspiration zu Lufteinschlüssen.

Die alveoläre Ventilationsgleichung (V_A = k·V_CO/PaCO) ist das Grundgesetz der Ventilation: PaCO hängt nur von der alveolären Ventilation ab (nicht von der Gesamtventilation: Der anatomische Totraum, ~150 ml, spielt keine Rolle). Hypoventilation PaCO (Hyperkapnie, respiratorische Azidose); Hyperventilation PaCO (Hypokapnie, respiratorische Alkalose). Durch mechanische Beatmung wird V_A angepasst, um PaCO zu normalisieren.

Die Young-Laplace-Gleichung erklärt, warum Tenside wichtig sind: Ohne sie wäre der alveoläre Kollapsdruck (2/r) 2×70/75×10 1867 Pa = 19 cmHO und wäre mit der Atemmuskulatur nicht zu überwinden. Das Tensid reduziert auf ~5 mN/m (und sinkt bei Ausatmung weiter als r), stabilisiert die Alveolen und verhindert einen Kollaps (Atelektase). Sein Fehlen führt bei Frühgeborenen zum Atemnotsyndrom des Neugeborenen.

Das Tiffeneau-Verhältnis (FEV/FVC) ist der zentrale spirometrische Parameter: < 0,70 definiert Obstruktion (Asthma, COPD); Eine verringerte FVC bei normalem FEV/FVC definiert eine Einschränkung (Lungenfibrose, Muskelschwäche). Die gesamte Atemarbeit (W_elást + W_resist) spiegelt den Energieaufwand der Beatmung wider: In der normalen Lunge beträgt er 12 % des gesamten Energieaufwands; Bei schwerer COPD kann sie 3040 % erreichen und zu Müdigkeit und Hyperkapnie beitragen.

Der Atemwegswiderstand R_VA 1/r (Poiseuille) reagiert äußerst empfindlich auf das Kaliber der Bronchien: Eine Reduzierung des Radius um 20 % vervierfacht R_VA. Bei Asthma verringert der Bronchospasmus r, erhöht R_VA, erhöht die Atemarbeit und kann Atemversagen verursachen. Bronchodilatatoren (-Agonisten) entspannen die glatte Muskulatur der Bronchien, erhöhen r und reduzieren R_VA.

>Modell

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Beschreibung

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