Inspirationszeit und Lungenfüllung

Die Festlegung der Inspirationszeit ist Mittel zum Zweck der Lungenfüllung. Der Gesamtflow wird sich entsprechend dem Überdruckprinzip auf die angeschlossenen Lungenanteile verteilen. Dabei ist die mögliche Befüllungs- und Entleerungszeit definiert durch Resistance und Compliance. Eine lokal erhöhte Resistance lässt nur kleine Flowraten und somit kleine regionale Lungenvolumina zu. Umgekehrt sorgt eine niedrige Resistance für einen hohen Flow und somit für grosses regionales Volumen.
Die atemmechanischen Gegebenheiten bewirken eine inhomogene Lungenfüllung. Damit lässt sich bei einem konstanten Flow am Ende der Inspiration eine Druckdifferenz nachweisen. Der Druckausgleich findet in Form von Pendelluft in der endinspiratorischen Plateauphase statt.


Die Befüllungs- und Entleerungszeit der Lunge ergibt sich aus den atemmechanischen Werten Compliance und Resistance. Das Produkt aus Resistance und Compliance ergibt ein Funktion, welche Gasaufnahme und -entleerung in Abhängigkeit von der Zeit beschreibt:

R * C = t-e


Diese Funktion besagt, dass die Lunge bei einem vorgegebenen Beatmungsdruck zu Beginn der Inspiration mehr Volumen aufnehmen kann als am Ende der Inspiration. Umgekehrt generiert die Lunge bei einem vorgegebenen und konstanten Flow am Ende der Inspiration den höchsten Beatmungsdruck. Dieser Zusammenhang lässt sich auf die Exspirationsphase übertragen.
Diese für die gesamte Lunge formulierte Aussage kann auf die kleinsten funktionellen Einheiten der Lunge (Alveolen und zuführender Bronchiolus terminalis) modifiziert werden. Auch hier gilt der Zusammenhang von Druck, Volumen und Zeit sowie den hiervon abhängigen Grössen (Flow ist eine Ableitung von Volumen und Zeit). Allerdings sind die atemmechanischen Parameter der Lungeneinheiten aus anatomischen und physiologischen Gründen stark unterschiedlich. Hieraus resultieren Lungenkompartimente mit stark differenter Füllung und Entleerung.
Bei einer Inspiration mit einem hohen Flow (grosses Volumen in kurzer Zeit) können die schnellen Lungenkompartimente, also solche mit kleiner Resistance und hoher Elastizität (niedrige Compliance) schnell viel Volumen aufnehmen und bauen dabei einen hohen Druck auf. Es kommt zu einer partiellen Überblähung der Lunge und somit zu einer inhomogenen Ventilation in Bezug auf den regionalen Gasaustausch. Bei einer vorhandenen eninspiratorischen Plateauphase findet ein Druckausgleich zwischen den Lungenkompartimenten in Form von Pendelluft statt.

Hieraus lässt sich folgern: Um zu Beginn der Inspiration in allen erreichbaren Lungenkompartimenten den gleichen Druck zu realisieren ist eine entsprechend lange Inspirationszeit notwendig. Diese kann über zweierlei Strategien erreicht werden:
1. über die Wahl einer langen endinspiratorischen Plateauphase. Hiermit wird die gesamte Inspirationszeit verlängert.
2. über die Anwahl eines niedrigen Flow, welche ebenfalls eine lange Inspirationszeit nach sich zieht.
Beide Möglichkeiten lassen sich miteinander kombinieren. Die Wahl eines niedrigen konstanten Flow hat gleichzeitig niedrige Inspirationsdrücke zur Folge.