Ventilation und Volumen

Eine entscheidende Zielgrösse bei der Atmung und Beatmung ist die Ventilation, also die Eliminierung von Kohlendioxid. Mit dem Frischgaswechsel in den Alveolen der Lunge wird CO2-reiches Gas abgeatmet. Die exspiratorische CO2-Konzentration wird durch den endtidalen CO2 (etCO2) ausgedrückt.

Zur Aufrechterhaltung einer konstanten Kohlendioxid-Konzentration im Blut ist die regelmässige Zufuhr von CO2-armer Luft notwendig. Dieses Volumen wird als Atemminutenvolumen (AMV) bezeichnet. Das für den Stoffwechsel unter Ruhebedingungen notwendige AMV beträgt etwa 70% des idealen Körpergewichts (kg) in in Litern. Unter körperlicher Belastung kann das AMV auf das achtfache gesteigert werden.

Das AMV wird in Portionen, Frequenz genannt, zugeführt. Unter Spontanatmung atmen wir je nach Belastung mit einer Frequenz von 12 bis 18 bpm (breathes per minute) oder mehr. Das mit einer Frequenz ein- und ausgeatmete Volumen wird als Atemzug- oder Tidalvolumen (VTid) bezeichnet. Somit ergibt das Produkt von VTid und Frequenz das AMV.

Mit jeder Frequenz werden die Alveolen und die Atemwege mit Gas befüllt. Da die Atemwege nicht am Gasaustausch teilnehmen wird der diesen zugerechnete Volumenanteil als anatomischer Totraum bezeichnet. Zum funktionellen Totraum werden alle nicht perfundierten Alveolen (z. B. Embolie) zugerechnet. Ein hoher PEEP vergrössert ebenfalls den funktionellen Totraum.

Tidalvolumen und Volutrauma

Unter mandatorischer Ventilation kommt der Wahl des VTid eine grosse Bedeutung zu. Da extreme Volumenbewegungen zu einer Traumatisierung der Alveolen und terminalen Atembewegungen führen kann, sind unter wissenschaftlicher Validierung bestimmte Grenzwerte für das VTid festgelegt worden. Die jeweilige Zuordnung richtet sich nach dem Grad der Lungenvorschädigung.

• Lunge ohne Trauma: VTid < 9 ml pro kg ideales Körpergewicht
• Lunge mit mässigem Trauma: VTid < 8 ml pro kg ideales Körpergewicht
• Lunge mit ausgeprägtem Trauma: VTid < 7 ml pro kg ideales Körpergewicht

In der Konsequenz bedeuten diese Angaben, dass beispielsweise ein 80 kg schwerer Patient nach einer Lungenkontusion mit einem VTid von 0,48 Litern zu beatmen ist. Das hierzu notwendige AMV kann somit nur durch hohe Frequenzen und mit einem damit einhergehenden hohen Anteil an Totraumventilation realisiert werden.

Ein VP-Loop unter mandatorischer Ventilation bildet in einem geschlossenen Schleifenzug Volumenfüllung und den dazu gehörigen Druck ab. Die Steigung der Geraden durch die beiden Umschlagpunkte der Schleife ist ein Mass für die Compliance der Lunge. Eine niedrige Compliance führt zu einer Verschiebung des Loops nach rechts (der notwendige Druck nimmt zu), bei einer hohen Compliance verschiebt sich die Schleife in Richtung Volumen. Eine Änderung des VTid nimmt ebenso Einfluss auf den Loop.