„Grundlagen der Atemphysiologie und Beatmungstechnik“

(Ausarbeitung des Fragenkatalogs 1)

List of questions Physiologie und Aufbau ........................................................................................................................... 4

1. Physiologische Unterschiede zwischen Spontanatmung und kontrollierter Beatmung ............. 4

2. Sauerstofftransport im Blut ......................................................................................................... 4

3. Atemwege? Obere & Untere Atemwege? Luftleitende- & Gasaustauschende Abschnitte? ...... 4

4. Aufbau der Lunge? ...................................................................................................................... 4

5. Alveole, Schichten, Größe, Form ................................................................................................. 4

6. Diffusion Alveole: welche Faktoren beeinflussen sie? ................................................................ 5

7. Surfactant, Bedeutung des Surfactant? ...................................................................................... 5

8. Oberflächenspannung ................................................................................................................. 6

9. Wie unterscheiden sich die Obeflächenspannung von Wasser u. Lungentrakt? ........................ 6

Modelle der Lunge und Atemmechanische Größen ............................................................................... 6

10. Laplace Gesetz ......................................................................................................................... 6

11. Ableitung Laplace Gesetz ........................................................................................................ 7

12. Von welchen Faktoren hängt die Elastizität der Lunge ab ...................................................... 7

13. Wie verhält sich der Youngs modulus bei Dehnung der Lunge? Welche ultimate yield Werte

erreicht die Lunge? .............................................................................................................................. 7

14. Hookesches Gesetz .................................................................................................................. 8

15. Elastizitätsmodul ..................................................................................................................... 8

16. Indentation Test, Elastische Konstanten ................................................................................. 8

17. Scherkräfte .............................................................................................................................. 9

18. Was ist die Compliance? Ursachen einer verminderten Compliance? ................................... 9

19. Was ist die Resistance? Ursachen einer erhöhten Resistance? ............................................ 10

20. Was ist das Tidalvolumen (Vtid)? ............................................................................................ 10

21. Welchen Einfluß hat das Vtid auf den Gasaustausch? ............................................................ 10

22. Lungenmodelle- Analogien ( Lungensystem - Elektrisches Modell ) ..................................... 10

23. Bernoulli-Gleichung ............................................................................................................... 11

24. Kontinuitätsgleichung ............................................................................................................ 12

25. Stationäre Strömung ............................................................................................................. 12

1 Falls nicht anders gekennzeichnet wurde zur Ausarbeitung der Fragen das Skript (Aloy, 2012) herangezogen.

26. Boyle-Mariott´sche Gesetz .................................................................................................... 12

27. Hagen-Poiseuillesches Gesetz ............................................................................................... 12

28. Navier Stoksche Gleichung .................................................................................................... 13

29. Turbulente Strömung ............................................................................................................ 13

30. Joule Thomson Effekt (Gasverflüssigung).............................................................................. 13

Respirator .............................................................................................................................................. 13

31. Aufbau eines konventionellen Respirators, Bestandteile ..................................................... 13

32. Anforderungen an einen Respirator ...................................................................................... 14

33. Monitoring auf der Intensivstation ....................................................................................... 14

34. Druckmessung –Systeme ....................................................................................................... 14

35. Volumenmonitoring ( Hitzedraht - Ultraschall ) .................................................................... 15

36. Elektronische Triggerung - Aufbau - wozu ? .......................................................................... 15

37. Sauerstoffmessung – Prinzip ................................................................................................. 15

38. Pulmonalarterienkatheter : was kann gemessen werden .................................................... 16

39. Kapnometrie .......................................................................................................................... 16

40. Was ist die Pulsoximetrie ? ................................................................................................... 16

41. Befeuchtung u. Erwärmung des Atemgases.......................................................................... 16

42. Entwöhnung vom Respirator (WEANING) - wie? .................................................................. 17

Beatmungsformen ................................................................................................................................. 19

43. Welche unterschiedlichen Beatmungsformen gibt es? ........................................................ 19

44. Wie wird die Effizienz der Beatmung beurteilt? ................................................................... 20

45. Atemwegsspitzendruck-plateaudruck ................................................................................... 20

46. Volumenkontrollierte Beatmung .......................................................................................... 20

47. Druckkontrollierte Beatmung ................................................................................................ 21

48. BIPAP (Biphasic positive airway pressure) ............................................................................ 22

49. Was versteht man unter CPAP? ............................................................................................ 23

50. Hochfrequenzbeatmung ........................................................................................................ 23

51. Was versteht man unter Hochfrequenzoscillation................................................................ 23

52. Was versteht man unter Hochfrequenzjetventilation .......................................................... 23

53. Freistrahl (Jet-Strahl) Chakteristik ......................................................................................... 24

54. Was versteht man unter Combined High Frequency Jet Ventilation? .................................. 24

55. Was versteht man unter einem Rekruitment der Lunge?..................................................... 25

56. PEEP. Wirkungen ? Nachteile ? ............................................................................................. 25

57. Was ist eine Atelektase? ....................................................................................................... 25

58. Funktionelle Residualkapazität.............................................................................................. 26

Lungenversagen .................................................................................................................................... 26

59. Pathophysiologie des Lungenversagens ................................................................................ 26

60. Beatmungsbedingte Lungenschädigung ............................................................................... 26

61. Rechts-Links-Shunt, venöse Beimischung ............................................................................. 27

62. Klinische Zeichen einer respiratorischen Insuffizienz ........................................................... 27

63. Was versteht man unter Hyperkapnie? ................................................................................ 27

64. Was bedeutet eine Hypoxaemie? ......................................................................................... 28

65. CO2-Elimination mittels Beatmung? ...................................................................................... 28

66. Extrakorporale Membranoxygenierung - ECMO Prinzip ....................................................... 29

67. Was ist ein ARDS ? klinische Parameter Labor O2 u.CO2 ...................................................... 29

68. Verschiedene Therapiemaßnahmen beim ARDS: kinetische Therapie und Bauchlage ........ 29

69. Was versteht man unter einer : Lung Protective Ventilation Amato Mead ......................... 30

70. Was versteht man unter Barotrauma? ................................................................................. 30

71. Was versteht man unter einem Volutrauma? ....................................................................... 30

72. Low Tidal Volume Injury – PEEP ............................................................................................ 30

Bibliography ........................................................................................................................................... 31

Physiologie und Aufbau

1. Physiologische Unterschiede zwischen Spontanatmung und kontrollierter Beatmung

Bei der physiologischen Spontanatmung handelt es sich um eine Unterdruckbeatmung. Der

Atemfluss wird durch den Unterdruck im Pleuraraum eingeleitet. Dieser ist zu Beginn der Inspiration

niedriger als der Druck im Nasopharynx. Mit Inspiration kehren sich die Druckverhältnisse um und die

Exspiration wird eingeleitet.

Bei der maschinellen Beatmung wird mit einem Beatmungsgerät durch einen Endotrachealtubus

bzw. eine Trachealkanüle ein hoher Druck im Nasopharynx erzeugt, wodurch Luft in die Lungen

geleitet wird. Die Überdruckbeatmung ist das Standardverfahren zur Beatmung von Patienten, die

eine respiratorische Insuffizienz aufweisen.

2. Sauerstofftransport im Blut

In den Kapillaren wird der größte Anteil des Sauerstoffs im Blut an das Hämoglobin der Erythrozyten

gebunden, das dann als oxygeniertes Hämoglobin vorliegt.

3. Atemwege? Obere & Untere Atemwege? Luftleitende- & Gasaustauschende

Abschnitte?

Obere Atemwege: Nasenhöle, Rachen (Pharynx), Kehlkopf

Untere Atemwege: Luftröhre (Trachea), Bronchialsystem der Lunge

Luftleitende Abschnitte: Nasenhöle, Kehlkopf, Luftröhre (Trachea), Bronchien, Bronchiolen,

Bronchioli terminalis

Gasaustauschende Abschnitte: Bronchioli respiratori, Alveolen

4. Aufbau der Lunge?

Die beiden Lungen gliedern sich in Lappen, Segmente, Läppchen und Azini.

Rechte Lunge: besteht aus 3 Lappen: Ober-, Mittel-, Unterlappen

Linke Lunge: besteht aus 2 Lappen: Ober-, Unterlappen

Segmente sind pyramidenförmige Einheiten der Lunge, deren Spitzen zur Hilusregion

gerichtet sind (rechts: 10, links: 9)

5. Alveole, Schichten, Größe, Form

Dort findet die Diffusion statt. (kleinste Einheit der Lunge) Der Übertritt von O2 aus den

Alveolen in das Blut bzw. von CO2 aus dem Blut in die Alveolen bezeichnet man als Diffusion.

(Diffusionsstörungen: Diffusionsblock, Flüssigkeitsansammlung, Entzündungen, Atelektasen).

Die Alveolen haben die Form kleiner Bläschen, die dem Lungengewebe insgesamt ein

schwammartiges Aussehen geben. Sie sind weinrebenartig um einen Alveolargang herum zu

Alveolarsäckchen zusammengefasst, die an den Enden der Bronchiolen ansetzen.

Eine einzelne Alveole hat eine rundliche bis polygonale Grundform und besitzt einen

Durchmesser, der während der Exspiration etwa 50-150 µm beträgt und während der Inspiration auf

200-300 µm anwachsen kann. Der Mensch verfügt über eine geschätzte Anzahl von 300 bis 400

Millionen Alveolen, die interindividuell variieren kann. Gemeinsam bilden sie eine

Gasaustauschfläche, die zwischen 80 und 120 m2 liegt.

6. Diffusion Alveole: welche Faktoren beeinflussen sie?

Beim Intensivpatienten findet sich oft als Ursache einer Gasaustauschstörung eine Diffusionsstörung.

Das heißt, dass der Gasaustausch durch die alveolo-kapilläre Membran gestört ist.

Ursachen:

Verlängerung der Diffusionsstrecke (Diffusionsblock)

Vermehrte interstitielle Flüssigkeit

Vermehrte alveoläre Flüssigkeitsansammlung (z.B. Lungenödem)

Nicht kardiogene Ursache - ARDS

Pneumonische Infiltrate, Entzündungen

Verkleinerung der Gasaustauschflächen durch Atelektase, Pneumothorax

7. Surfactant, Bedeutung des Surfactant?

Die Alveolazellen Typ II produzieren den Surfactant. Er bildet einen Film auf der

Alveolaroberfläche: Phospholipid mit Lipidanteil von 90% und Proteinanteil von 10%. Die

Surfactantmoleküle besitzen 2 Pole, einen hydrophilen, der sich der Alveolarmembran anlagert und

einen hydrophoben, der in den Alveolarraum weist.

Die Funktion des Surfactant ist eine Herabsetzung der Oberflächenspannung an der Grenzfläche

zwischen Alveolargewebe und Luft.

Bei der Inspiration nimmt bedingt durch die Vergrößerung des Durchmessers der Alveole die

Dichte der an einander liegenden Surfactantmoleküle ab. Die Oberflächenspannung wird erhöht.

Damit einhergehend lässt sich auch der Unterschied im Vergleich der E-Module zu Gummi erklären.

Zu Beginn ist die Kurve flach, dann steigt Sie stark an.

Bei der Exspiration kommt es zu einer Verkleinerung des Alveolendurchmessers und damit wird

die Oberflächenspannung reduziert. Die Lungendehnbarkeit wird erhöht und erleichtert somit die

Lungenblähung für den nächsten Atemzug.

Der Surfactant reduziert die Oberflächenspannung, die für H2O 70 dyn/cm ist um das 15-20 fache.

Ein Surfactantmangel (siehe Biotrauma) bzw. Verlust hat zu Folge:

Anstieg der Oberflächenspannung, eine Atelektasenbildung, Verminderung der Compliance, Abfall

der FRC.

[If surfactant is missing the surface tension of water would lead to a fast collapse of the alveole. (Water as polar molecule would like to connect with another polar molecule. Because of the small size of the alveole this would lead to a collapsing force that would b so strong that we could not open it again! Surfactants float on top on the surface of the water and decrease the force that pulls the alveols together...) Surfactant is a PHOSPHOLIPID!]

8. Oberflächenspannung

Alveolen unterscheiden sich grundsätzlich von Seifenblasen (Laplacesches Gesetz) aufgrund ihrer

variablen Oberflächenspannung. Die Oberfläche der Alveolen ist innen mit einem Flüssigkeitsfilm

belegt. Es besteht eine Grenzfläche zwischen Gas(phase) und Flüssigkeitsphase (Wasser/Luft).

Die vorhandene Oberflächenspannung wirkt somit verkleinernd, so daß die Lunge die Tendenz des

Zusammenziehens aufweist. Dem entgegen wirkt der im Flüssigkeitsfilm vorhanden Surfactant.

9. Wie unterscheiden sich die Obeflächenspannung von Wasser u. Lungentrakt?

Die in der Lunge bestehende Oberflächenspannung ist eine Kraft, die einer Dehnung der Lunge

entgegenwirkt. Es besteht in der Alveole eine Grenzflächensituation in Form einer flüssigen-

gasförmigen Phase. Die Retraktionskraft der Lunge spiegelt sich in der sogenannten transmuralen

Druckdifferenz der Lunge wieder. Sie ist das Resultat der Differenz zwischen Innendruck und

Außendruck.

Modelle der Lunge und Atemmechanische Größen

10. Laplace Gesetz

Der für das Offenhalten der Alveolen notwendige Druck p ist von der Oberflächenspannung (σ) und

dem Radius r der Alveole abhängig:

𝑝 =2𝜎

𝑟

Druck in einer Kugel ist proportional zur Spannung und umgekehrt proportional zur Ausdehnung.

Beschreibt das Verhalten einer Seifenblase bei der die Spannung an der Oberfläche konstant ist. Wird

daher gerne als vereinfachtes Modell für die Alveolen verwendet.

11. Ableitung Laplace Gesetz

Oberfläche Kugel: 𝐴 = 4 𝜋 𝑟²

Änderung der Oberfläche: 𝑑𝐴 = 8 𝜋 𝑑𝑟

Volumen Kugel: 𝑉 = 4

3 𝜋 𝑟³

Änderung des Volumen: 𝑑𝑉 = 4 𝜋 𝑟² 𝑑𝑟

Oberflächenspannung: 𝝈 = 𝑑𝑊

𝑑𝐴

Arbeit zur Veränderung der Oberfläche: 𝑑𝑊 = 𝜎 ∗ 𝑑𝐴 = 𝜎 8 𝜋 𝑑𝑟

Volumenarbeit: 𝒅𝑾 = 𝑝 𝑑𝑉 = 𝑝 4 𝜋 𝑟² 𝑑𝑟

𝜎 8 𝜋 𝑑𝑟 = 𝑝 4 𝜋 𝑟² 𝑑𝑟

→ 𝒑 =𝟐𝝈

𝒓

12. Von welchen Faktoren hängt die Elastizität der Lunge ab

Oberflächenspannung der Lunge

Surfactant

Das elastische Fasergerüst der Lunge E-Modul

Die typisch anatomische Strukturierung der Alveolen, die einen Kollaps durch eine

Retraktionskraft benachbarter Alveolen zu verhindern versucht

13. Wie verhält sich der Youngs modulus bei Dehnung der Lunge? Welche ultimate yield

Werte erreicht die Lunge?

Vergleich:

Stahl: 210 000 N/mm²

Gummi: 0,01 N/mm²

Lungengewebe: 0,01 N/mm²

Je weiter die Lunge gedehnt wird, desto steifer wird sie! (Youngs-Modul nimmt zu, siehe Figure 1).

Bei Gummi ist dieses Verhalten umgekehrt. Zu Beginn fällt es schwer einen Ballon aufzublasen, dann

wird es leichter. Dieses Versteifen der Lunge ist teilweise auf die geringere relative Surfactantdichte

zurück zu führen, welche eine erhöhte Oberflächenspannung bewirkt.

Figure 1.Lunge im Zugversuch. E-Modul nimmt mit steigender Dehnung zu (steilere Kurve) da sich die Fasern strecken.

14. Hookesches Gesetz

Gilt im elastischen Bereich von Materialien. Beschreibt das Elastizitätsmodul, bzw. die Steifigkeit von

Materialien welche pures elastisches Verhalten (Federmodel) ausweisen.

15. Elastizitätsmodul

Figure 2. Youngs modulus of the lung. Atelektasen “versteifen” das Gewebe.

16. Indentation Test, Elastische Konstanten

Hierbei wird zur Messung der Steifigkeit ein Probekörper (zuvor festgelegte Masse) in das Material

eingedrückt, dessen Geometrie bekannt ist. Die Geschwindigkeit wird konstant gehalten, die

Eindrücktiefe vor dem Test festgelegt. Aus der Steigung der Kurve, S, wird der reduzierte

Elastizitätsmodul, 𝐸𝑟, berechnet.

𝐸𝑟 = √𝜋

𝐴𝑝∗

𝑆

2=

𝐸

1−𝜐² mit der Querkontraktionszahl,υ=0.1 für Lungengewebe.

Neben dem E-modul gibt es auch das Kompressionsmodul, κ. Dieses gibt an inwiefern sich ein

Volumen zusammendrücken lässt ist ist somit in weitesten Sinne ein 3D- Analagon zum

Elastizitätsmodul. Die Formel hierzu lautet: 𝜅 = −𝑉 ∗𝑑𝑝

𝑑𝑉

die querkontraktionszahl oder auch „poissons ratio“ genannt handelt von der seitlichen Änderung

des Volumens verglichen mit der Änderung in die Längsrichtung der Belastung.

17. Scherkräfte

Kräfte die tangential an eine Fläche angreifen. Bei der maschinellen Beatmung können Scherkräfte

von bis zu 140 cm H2O auftreten, falls die Maschine falsch eingestellt wurde. Normierte Kräfte

erzeugen sogenannte Scherspannungen, τ. Maß für die Verformung durch Scherkräfte ist der

Scherwinkel, θ2. Kollabierte, steife Aviolen (siehe Hagen-Poiseuillesches Gesetz12) können durch

das Wiedereröffnen aufgrund von Scherkräften geschädigt werden. Dies wird auch als Low-Tidal-

Volume-Injury bezeichnet. Zusätzlich zu diesen Ermüdungsbruch der Aveolen wird das

Lungengewebe überdehnt und Hautzellen im Inneren der Aveolen und Bronchien abgeschert, sodass

sie ihre Funktion verlieren können. Bei einem Druck von 30 cm H2O können somit effektive Drücke

von bis zu 135 cm H2O aufgrund solcher Scherspannungen entstehen. Scherkräfte regeln zudem den

Blutdruck und besitzen eine wichtige Rolle in der Entstehung von Atherosklerosen.

Nach Mead ( Formel unten ) tritt bei einem applizierten Druck von 30 cm H2O eine Scherspannung

auf, die einem effektiven Druck von 135 cm H2O entsprechen würde.

Schubspannungen in den Venen sind deutlich kleiner als in den Arterien.

18. Was ist die Compliance? Ursachen einer verminderten Compliance?

(=Befolgung) Maß für Dehnbarkeit der Lunge.

Verhältnis zw. Volumenänderung und dazu notwendigen Druck. C = V(ml) / p(mbar)

Erwachsener = ca. 100 ml/mbar || Beatmet = ca. 65 ml/mbar

2 𝑡𝑎𝑛(𝜃) =

𝑉𝑒𝑟𝑠𝑐ℎ𝑖𝑒𝑏𝑢𝑛𝑔𝐻öℎ𝑒

⁄

Abhängig von Dehnbarkeit, intrapulmonalem3 Flüssigkeitsgehalt und Surfactant

Vermin. Compliance: Parenchymveränderungen, Surfactant-Störungen, Volumenverminderung

19. Was ist die Resistance? Ursachen einer erhöhten Resistance?

(=Wiederstand) Maß für Atemwegswiederstand.

Verhältnis zw. Druckdifferenz und Gasvolumen. R = p (mbar/l/s) / V

R = (Spitzendruck – Plateaudruck) / Flow (l/sec)

Erwachsener = 2-4 mbar/l/s || Beatmet = 4-6 mbar/l/s

Erhöhte Resistance: Schleimhautschwell., Bronchospasmus, Fremdkörper, Tumorstenose

20. Was ist das Tidalvolumen (Vtid)?

Vtid ist das Atemzugsvolumen/ Atemhubvolumen zwischen Einatmung und Ausatmung wenn keine

zusätzliche Anstrengung erfolgt. Bei Erwachsenen beträgt es zwischen 350 ml und 850 ml.

21. Welchen Einfluß hat das Vtid auf den Gasaustausch?

Je höher das Atemzugsvolumen ist, desto geringer ist der Kohlendioxidpartialdruck da mehr

Sauerstoff in die Lungen gelangt. Als Totraumvolumen bezeichnet man jenen Anteil des

Atemzugvolumens welcher nicht in die Aveolen gelangt und somit auch nicht am Gasaustausch

teilnimmt.

22. Lungenmodelle- Analogien ( Lungensystem - Elektrisches Modell )

Zur Modellierung des Lungenverhaltens auf unterschiedliche Parameteränderungen wurden zwei

Modelle entwickelt. Das elektrische Lungenmodel und das mechanische Model der Lunge.

Folgende Tabelle (Table 1) zeigt die Anaolgien zwischen den beiden Modellen und ihres

pathologischen Konterparts.

Elektrisches Model Lunge (pathologisch) Mechanisches Model

Kapazität [C] Compliance [C] Federsteifigkeit [k]

Widerstand [R] Resistance [R] Viscoser Dämpfer [c]

Induktivität [L] Inertance [I] Masse [m]

Spannung [U] Druck [p] Kraft [F]

Ladung [Q] Füllvolumen [V] Weg [x]

3 intrapulmonal: inside the lung, intrapleural, between outside of lungs and pleura. Must be a negative pressure to hold the lungs open. If airflow into this cavity, then the lungs will collapse…

Strom [I] Flow [𝜕𝑉

𝜕𝑡]

Geschwindigkeit [�̇�]

Stromdichte [𝜕𝐼

𝜕𝑡]

Zeitliche Änderung

des Flow [(

𝜕𝑉

𝜕𝑡)

2

] Beschleunigung [�̈�]

Table 1.Models of the lung.

Elektrische Modele des Lungensystem:

Falls nur quasistatisches Lungenverhalten modeliert werden soll, so reicht ein einfaches RC- Model

bei dem Widerstand und Kapazität in Serie geschaltet sind. Bei höheren Frequenzen muss jedoch

zum RIC-Model (see Figure 3) gewechselt werden. Hierbei befindet sich ein induktiver Widerstand

zwischen Widerstand und Kondensator. Möchte man das Model noch erweitern, so bietet das

DUBIOS Model die Möglichkeit die unterschiedlichen Eigenschaften der Atemwege und des

Lungengewebes zu berücksichtigen.

Figure 3. Links: RIC Model der Lunge. Am Input des Schwingkreise wird der Atemwegsdruck gelegt, während der Aveolardruck zwischen Induktivität und Kapazitivität gemessen werden kann. Rechts: DUBOIS- Model der Lunge mit kompressibilität der Luft in der Lunge als Kapazität Cg.

Um auch die Inertance (Trägheit der Lunge) zu berücksichtigen, können R, L und C in Reihe

geschaltet werden. Somit ergibt sich eine Eigenfrequenz von 𝑓 =1

2∗𝜋∗√(𝐼∗𝐶). Bei einer Atemfrequenz

von 10 Hz und einer Compliance von 0.1 L/mbar folgt somit die Inertance zu: 2.5*10-3 mbar s²/L.

23. Bernoulli-Gleichung

Gibt die Strömungsverhätnisse in einem (idealen) Rohr an. Die Bernoulli Gleichung besteht aus drei

Anteilen:

Höhendruck (𝜌 ∗ 𝑔 ∗ ℎ),

Geschwindigkeitsdruck (1

2∗ 𝜌 ∗ 𝑣²)

statischen Druck (p).

Lässt sich die Flüssigkeit nicht zusammendrücken, so ist die Summe aller drei Drücke konstant:

𝜌 ∗ 𝑔 ∗ ℎ1 +1

2∗ 𝜌 ∗ 𝑣1

2 + 𝑝1 = 𝜌 ∗ 𝑔 ∗ ℎ2 +1

2∗ 𝜌 ∗ 𝑣2

2 + 𝑝2 = 𝑝𝑔𝑒𝑠

Blut ist jedoch weder inkompressibel, noch sind die Blutgefäße ideal Rohre. Somit muss die

Bernoulligleichung durch zusätzliche Verlustterme ergänzt werden. Die Energiegleichung nach

Bernoulli ergibt sich wenn das Volumen der Flüssigkeit bekannt ist und auf beiden Seiten

hineinmultipliziert wird (frei nach Energie= p*dV).

24. Kontinuitätsgleichung

Die Kontinuitätsgleichung besagt das Masse weder verloren noch gewonnen werden kann, wenn sich

im durchströmten System keine Senken oder Quellen befinden. Mathematisch ausgedrückt liest sie

sich als �̇� = 𝐴𝑖 ∗ 𝑣𝑖 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡. mit konstanten Volumenstrom [m³/sec].

25. Stationäre Strömung

Eine konstante Strömung liegt vor wenn sich die Geschwindigkeit der Strömung und deren

Volumenfluss nicht ändert. Zur Charakterisierung der Strömung reicht es einen Punkt im System zu

kennen um das Verhalten aller anderen Punkte vorauszusagen.

26. Boyle-Mariott´sche Gesetz

Hierbei handelt es sich um einen Sonderfall der Bernoulligleichung in einen abgeschlossenen System

bei konstanter Temperatur. Das BM-Gesetz lautet:

𝑝1 ∗ 𝑉1 = 𝑝2 ∗ 𝑉2 = 𝑊𝑔𝑒𝑠 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡.

Ist der Druck der Atmosphäre größer als der Gegendruck der Aveolen, so fließt Luft hinein. Und

umgekehrt fließt Luft hinaus (Exspirationsphase). Aus einer Sauerstoffflasche welche mit 200 bar

kombrimierte Luft gefüllt ist und ein Fassungsvolumen von 25 L hat, kann somit ein Volumen von

5000 L bei 1 bar Atmosphärendruch gewonnen werden.

27. Hagen-Poiseuillesches Gesetz

Die Druckdifferenz (und somit der Widerstand eines Gefäßes) steigt invers mit der 4ten Potenz

des Radiuses in einer laminaren (Reynolds!), stationären, inkompressiblen Flüssigkeit. Aveolen haben

einen sehr kleinen Radius und sind somit viel steifer als größere Gefäßwände.

Als Herleitung gilt: Da sich bei einer stationären, inkompressiblen, laminaren Strömung die

Flüssigkeitspartikeln an einer Rohrwand nicht bewegen muss die Schubkraft4 an der Rohrwand gleich

der Reibungskraft5 an der Wand sein. Somit ergibt sich folgende Gleichung:

𝚫𝒑 = (8 ∗ 𝜂 ∗ 𝑙

𝜋∗ �̇�) ∗

𝟏

𝒓𝟒

4 𝑝 =

𝐹

𝐴→ 𝐹𝑆𝑐ℎ𝑢𝑏 = (𝜋 ∗ 𝑟2) ∗ (𝑝1 − 𝑝2)

5 𝐹𝑅 = −𝜂 ∗ (2 ∗ 𝜋 ∗ 𝑟 ∗ 𝑙) ∗ 𝑑𝑉𝑑𝑟⁄

28. Navier Stoksche Gleichung

Gleichung welche die Strömung von newtonschen Flüssigkeiten (und Gasen) beschreibt und die

Euler-Gleichungen um einen inneren Reibungsterm und einen Viskositätsterm ergänzt.

𝜌 ∗ 𝑣𝑖,𝑡 = 𝜌 ∗ 𝐹𝑖 −𝜕𝑝

𝜕𝑖+ 𝜂 ∗ 𝑦 ∗ ∆𝑣𝑖with i=x,y,z

29. Turbulente Strömung

Die Reynoldszahl ist eine dimensionslose Kenngröße welche angibt ab wann eine Strömung vom

laminaren Bereich in den turbulenten Bereich übertritt und statt der gerichteten Flusslinien Wirbel

ausbildet. Sie hängt ab von der Strömungsgeschwindigkeit, dem Innendurchmesser des Rohres, der

Zähigkeit der Flüssigkeit und deren Dichte.

𝑅𝑒 =𝑣∗𝜌∗𝑑

𝜂 für 𝑅𝑒 ≥ 2320 liegt eine turbulente Strömung vor.

30. Joule Thomson Effekt (Gasverflüssigung)

Nimmt bei Gasen das Volumen zu, ohne Verrichtung einer Volumsänderungsarbeit gegen externen

Druck, so kühlt das Gas ab. Dies beruht auf die gewonnene potentielle Energie, welche bei

gleichbleibender Gesamtenergie nur durch eine Reduktion der kinetischen Energie erzielt werden

kann. Da Temperatur ein Maß für die mittlere kinetische Energie der beteiligten Teilchen im System

ist, führt eine solche Reduktion zur Abkühlung.6

Respirator

31. Aufbau eines konventionellen Respirators, Bestandteile

Mikroprozessor (programmierbar, meist SPS)

Sauerstoff-Mischer (Einstellbares Mischverhältnis zwischen O2 und Luft)

Sensoren

Aus der Messung der folgenden Sensoren erfolgt die Bestimmung von FIO2, der

Respirationsfrequenz, dem Atemzugsvolumen, dem Minutenvolumen, der Compliance und

Resistance.

o O2- Sensor7

o Drucksensor/ Druckmessung (2 Stück [Ex-/ und Inspiration])

Während der Inspiration im Exspirationsschlauch und während der Exspiration im

Inspirationsschlauch. Statische Druckermittlung und druckabhängige Steuerung des

Flows um Spitzendrücke zu vermeiden.

6 Somit kann auch mit einem Feuerzeug oder Feuerlöscher gekühlt werden. 7 Sauerstoffsättigung sollte bei 98-100% liegen. 90% ist bereits als kritisch zu betrachten.

o Temperatursensor

o Flowsensor (im Exspirationsschlauch)

32. Anforderungen an einen Respirator

Anfeuchtung des Atemgases auf 75- 80% relative Luftfeuchtigkeit (im Bezug auf 37°C).

Atemgastemperatur von ca. 33 -34 °C.

Nicht mehr als 7 mg H2O/L Atemgas an Wasserverlust.

Möglichkeit zur Alamierung falls Grenzwerte über(unter/-)schritten werden.

33. Monitoring auf der Intensivstation

Überwachung der Compliance und Resistance. Umfasst außerdem:

Beatmungsmonitoring

o (Stenosealarm, Diskonnektionsalarm).

o arterielle Blutgasanalyse.

o Kapnometrie.

Katheder in Lunge:

o Sauerstoffangebot

o Sauerstoffverbrauch

o Intrapulm. Recht-Links Shunt.

Atemmechanik

o Compliance

o Resistance

Monitoring durch Maschinen:

o Atemvolumenüberwachung (Tidalvolumen, Minutenvolumen).

o Atemfrequenzüberwachung.

o Apnoemonitoring.8

o Inspiratorische O2-Konzentration.

o Inspiratorische Atemgastemperatur.

o Logistikalarme (Gasmangelalarm, Stromausfallalarm).

o Gerätestörung (Fehlfunktion von Hard- oder Software).

34. Druckmessung –Systeme

Obere und untere Druckgrenze müssen festgeleget werden.

Ursachen für Zunahme des Beatmungsdruckes:

Extrapulmonal:

Abknicken von Schläuchen oder Tubus

Verlegung des Tubus

Cuffhernie

8 Als Apnoe wird es bezeichnet wenn über einen bestimmt festgelegeten Zeitraum kein Atemvorgang erfolgt. Für eine genauere Definition müsst ihr selbst nachschlagen. Waren glaub ich 4 sek...

Intrapulmonal:

Bronchospasmus

Leackage im respiratorischen System

Pneumothorax

„Gegenatmen“

Nachlassung der Muskelentspannung

35. Volumenmonitoring ( Hitzedraht - Ultraschall )

Überwachung des Atemhubvolumens und Atemminutenvolumens. Die Ursachen für das Abnehmen

des Atemminutenvolumens müssen bei volumsunterstützter und druckunterstützter Beatmung

differenziert betrachtet werden.

Wenn der Flowsensor falsch eingestellt ist, der Patient hyperventiliert, oder das Gerät eine Störung

hat, so kann das Atemminutenvoluen über die zulässige obere Grenze hinaus ansteigen.

36. Elektronische Triggerung - Aufbau - wozu ?

Ein Drucksensor wandelt elektronisch den vom Patienten erzeugten Unterdruck über einen

Drucksensor in Spannung um. Sollte jener Spannungswert geringer sein als jener der Triggerschwelle,

wird bei Erfüllen der Bedingungen für einen Triggerimpuls ein Inspirationshub ausgelöst (see Figure

4).

Figure 4.Elektronische Triggerung- Wirkungsprinzip. Kompensator vergleicht die Spannung des Drucksensors mit der am Kompensator voreingestellten Triggerschwelle. Der Operationsverstärker verstärkt das Signal, sodass ein Inspirationshub ausgelöst werden kann.

37. Sauerstoffmessung – Prinzip

Siehe Kapnometrie und Pulsoximetrie

38. Pulmonalarterienkatheter : was kann gemessen werden

Herzzeitvolumen

Pulmonalkapillärer Verschlussdruck – PCWP (Wedge-Druck), dieser Druck wird mit dem linken

Vorhofdruck gleichgesetzt

Zentralvenöser Druck – ZVD

39. Kapnometrie

Kapnometrie bezeichnet die Messung des CO2- Gehaltes in der Atemluft mithilfe von

Infrarotspektroskopie. Hierbei wird die Tatsache genutzt das CO2 infrarotes Licht absorbiert.

Gemessen wird die Lichtintensität nach Durchgang eines Proberaumes der mit Atemluft gefüllt ist. Je

höher die CO2 Konzentration ist, desto mehr Moleküle würden das infrarote Licht absorbieren. Es

wird entweder der paCo2 angezeigt, oder der prozentuelle Co2 Anteil.

40. Was ist die Pulsoximetrie ?

Ähnliches Prinzip zur Kapnometrie. Messung der Sauerstoffkonzentration (im kapillaren Blut) und des

Pulses mithilfe der Absorbtionseigenschaften des Blutes (see Figure 5). Je nach Sauerstoffsättigung

ändert sich das Absorptionsverhalten von Blut. Deoxygeniertes Blut absorbiert mehr rotes Licht als

oxygeniertes Blut. Mangelnde Kapillardurchblutung (z.B. durch Schock, oder Alterserscheinungen)

kann dieses Verfahren jedoch verfälschen! Gemessern wird nur die Absorbtion des pulsierenden

(=arteriellen) Blutes. Die Stärke des Signales ist direkt proportional zur arteriellen

Sauerstoffsättigung.

Figure 5. Pulsoxiometrie. Zwei Lichtwellen, rotes Licht und infrarotes Licht, werden durch ein Körperteil gesendet. Während infrarotes Licht ungehindert passiert, wird rotes Licht teilweise vom desoxiogenierten Blut absorbiert.Der Anteil des oxiogenierten Blutes zum Gesamthämoglobinwert gibt die Sauerstoffkonzentration an.

41. Befeuchtung u. Erwärmung des Atemgases

Notwendig bei jeder Form der maschinellen Beatmung und bei hochfrequenten

Beatmungstechniken.

Das einfachste Prinzip basiert auf Verdunster welche Wasserdampf erzeugen. Die beiden gängigen

Formen sind:

Durchströmungsverdunster

Atemgas strömt durch beheiztes Wasserbad.

Oberflächenverdunster

Luft des Inspirationsflow wird über die Oberfläche eines beheizten Wasserbades gelenkt,

nimmt Wasserdampf auf und erhitzt sich somit.

Sollte Kondenswasser in den Schläuchen vermieden werden, so geschieht die Anfeuchtung und

Erhitzung der Atemluft über Schläuche mit Heizdrähten welche von mit Wasserdampf gesättigter

Atemluft durchflossen werden. Je nach Temperatur kann die Luft nur einen gewissen Anteil an

Wasserdampf aufnehmen. Kühlt bereits vollständig gesättigte Luft wieder ab, so kondensiert das

Wasser an jenen Flächen die der Luft zugewandt sind und kühler sind als die relative Umgebung.

𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑒 𝐹𝑒𝑢𝑐ℎ𝑡𝑖𝑔𝑘𝑒𝑖𝑡 =𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑒 𝐿𝑢𝑓𝑡𝑓𝑒𝑢𝑐ℎ𝑡𝑖𝑔𝑘𝑒𝑖𝑡

𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎𝑙𝑒, 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑒 𝐿𝑢𝑓𝑡𝑓𝑒𝑢𝑐ℎ𝑡𝑖𝑔𝑘𝑒𝑖𝑡∗ 100 =

𝑝

𝑝(𝑇)∗ 100

42. Entwöhnung vom Respirator (WEANING) - wie?9

Ziel ist die Spontanatmung der Patientin schnellstmöglich wieder herzustellen während des Weaning-

Prozesses. Die Aggresivität der Beatmung, welche schwere Folgen für die betroffenen Organsysteme

haben kann wird schrittweise zurückgenommen. Durch die lange Beatmung ist die Atemmuskulatur

nun untrainiert, was die Atmung erschwert. Die Patienten sind ängstlich, schnell erschöpft und oft

auch psychisch abhängig vom Respirator.

Beginn des Weanings wenn folgende Punkte erfüllt sind:

Fähigkeit zur Spontanatmung

PEEP ≤ 5-8 cm H2O

pH ≤ 7.25

Temperatur ≤ 38°C

PaO2/FiO2 > 150- 200

relative hämodynamische Stabilität

Neben dem Einsatz von Schmerzmitteln und der wiederholten, geduldigen Erklärung der

Vorgehensschritte und der damit verbundenen Folgen um den Patientinnen die Angst zu reduzieren,

muss folgende Schritte während des Weanings durchgeführt werden:

Atemhilfe

9 Folgende Antwort wurde vorwiegend jener Quelle entnommen: (Mittermayer, 2005)

Als Atemhilfe können sowohl druckunterstütze Beatmung (bsp.: ASB), als auch

volumenkontrollierte Beatmungsformen (IMV, SIMS) dazu verwendet werden die bestehende

Spontanatmung der Patienten zu stärken um sie von der künstlichen Beatmung zu entwöhnen.

Bei der interminent madatorischen Ventilation (IMV, see Figure 6) besteht eine Spontanatmung

des Patienten, jedoch reicht das Atemvolumen nicht aus. Hierzu wird vom Respirator das fehlende

Volumen mithilfe kontrollierter Beatmung als Beatmungshub (Vtid) verabreicht.

Um zu verhindern das der Respirator während der spontanen Ausatmung das Luftvolumen in die

Lunge einbläst wird ein variabler Flowtrigger angewandt. Der Atemhub erfolgt somit syncrhonisiert

mit der Atmung des Patienten. Diese Erweiterung des IMV wird als synchronisierte IMV (SIMV)

bezeichnet (see Figure 6, rechtes Bild).

Figure 6. Links: IMV- Beatmung. In den Phasen in denen keine Spontanatmung besteht wird das zusätzliche Volumen durch den Respirator zugefügt. Rechts: IMV synchronisiert mit der spontanen Atmung.

Trigger

Falls zu Beginn der Entwöhnungsphase nur eine geringe Spontanatmung möglich ist oder die

Patientin schnell ermüdet, so kann auch die assistierte, druckunterstütze , flowgesteuerte

Beatmungshilfe (Assisted spontanous breathing, ASB, see Figure 7) verwendet werden. Bei diesem

assistierten (!) Beatmungsverfahren setzen die Patienten nur einen schwachen Trigger, welcher die

Atemfrequenz und den zeitlichen Ablauf der Atmung bestimmt. Dadurch wird der Kreislauf der

Patienten weniger belastet als bei der maschinell, kontrollierten Beatmung.

Figure 7. ASB. Bei einem Abfall des Flows auf 3/4 des maximalen Flows, bei Gegenatmung der Patientin oder spätestens nach 4 sek erfolgt die passive Expiration.

Frequenz senken

Eine Senkung der Atemfrequenz durch eine Verminderung des Minutenvolumens erhöht den Anreiz

für den Patienten zur Spontanatmung.

Abbau des PEEP

Der untere Druck sollte schrittweise (1- 3 mbar) abgebaut werden. Bei zu abrupter Senkung beseht

die Gefahr eine Shunt-Zunahme und weiteres Komplikationspotential.

Reduzierung des inspiratorischen Sauerstoffgehaltes

Sedierung/ Analgesie (Schmerzmittel reduzieren)

Hierbei werden die Nachschlafphasen zur Erholungszeit genutzt. Die Verabreichung von

Schmerzmittel sollten kontinuierlich reduziert werden um der Entzugssymptomatik entgegen zu

wirken.

Beatmungsformen

43. Welche unterschiedlichen Beatmungsformen gibt es?

BIPAP – Biphasic Positive Airway Pressure – Zeitgesteuerte druckkontrollierte Beatmung(PCV)

I:E=1:2. Spontanatmung auf beiden Druckniveaus möglich.

PLV – Pressure Limited Ventilation – Drucklimitierte Beatmung (ist aber VCV!)

PCV – Pressure Controlled Ventilation – Druckkontrollierte Beatmung

APVR – Airway-pressure release ventilation - Druckkontrollierte Beatmung

Wie BIPAP, jedoch mit inversen I:E Verhältnis. Für spontanatmende ARDS- Patientinnen.

IMV – Intermittierende mandatorische Ventilation (VCV)

SIMV – Synchronisierte intermittierende mandatorische Ventilation (VCV)

ASB – Assisted Spontaneous Breathing – Assistierte, druckunterstützte, flowgesteuerte Atemhilfe

VCV- Volume controlled ventilation

44. Wie wird die Effizienz der Beatmung beurteilt?

Freiraum für eigene Interpretationen... :)

45. Atemwegsspitzendruck-plateaudruck

Bei der volumengesteuerten Beatmung mit konstantem Flow ergibt sich ein kurzfristiger

Spitzendruck, der in der Plateauphase (inspiratory hold) auf den sogenannten Plateaudruck abfällt.

Die inspiratorischen Beatmungsdrücke sind bei der volumengesteuerten Beatmung ein Freiheitsgrad

und abhängig von Tidalvolumen, Widerstand (Resistance) und Dehnbarkeit (Compliance) der Lunge.

Der eingestellte Druck (P max) wird bei der druckgesteuerten Beatmung durch einen hohen Flow am

Anfang der Inspirationsphase rasch erreicht, dann nimmt der Flow wieder ab. Es kann nachfolgend so

lange Beatmungsgasgemisch vom Gerät zugeführt werden, bis die Inspirationszeit abgelaufen ist.

Hier ist das Tidalvolumen der Freiheitsgrad. Der Flow wird bei dieser Form als dezelerierender

(langsamer werdender) Flow bezeichnet.

Der Spitzendruck ist von 4 Faktoren abhängig:

Resistance

Compliance

Inspirationsflow

Hubvolumen

46. Volumenkontrollierte Beatmung

Die Patientin wird mit einen vorab festgelegeten Volumen an Atemluft unter konstantem Luftfluß10

beatmet. Gemeinsam mit der druckkontrollierten Beatmung ist die volumenkontrollierte Beatmung

eine der beiden kontrollierten Beatmungsformen bei der die „Beatmungsmaschine“ zur Gänze die

Atemarbeit übernimmt. Neben der kontrollierten Beatmung11 existiert auch die Beatmungsform der

assistierten Beatmung12.

10 Flow=Volumen/Zeit. [l/min] Kontrollgröße bei der maschinellen Beatmung. 11 Auch bekannt als Controlled Mechanical Ventilation (CMV). 12 Nicht Invasive Beatmung (NIB).

Probleme entstehen durch das vorgegebene Volumen wenn Spitzendrücke erreicht werden. Hierbei

kann es zu Lungenschädigungen kommen wie z.B. das Platzen der Aveolen der Lungen. Um dies zu

vermeiden sollte der Inspirationsflow niedrig sein (see Figure 8).

Figure 8. Change of flow.

Durch das langsame Einblasen der Luft kann die Lunge gleichmäßig ventiliert, der Beatmungsdruck

niedrig gehalten und die Zeit der inspiratorischen Pause reduziert werden.

Bei zu hohem Druck entstehen folgende Nebeneffekte:

Barotraum (Spitzendruck während der Einatmung steigt an)

Gesunde Lungensegmente werden aufgebläht.

Während der inspiratorischen Pause kommt es zu Luftverschiebungen in der Lunge aufgrund

der Druckdifferenzen.

47. Druckkontrollierte Beatmung13

Eingestellt werden hierbei der obere Druck (Inspirationsdruck), der untere Druck (positiv

endexpiratorischer Druck, PEEP) und die Inspirationszeit. Die Differenz der beiden Drücke ergibt das

Atemzugsvolumen (Tidalvolumen). Über die Regelgrößen Zeit und Frequenz wird das

Atemminutenvolumen (AMV=VT*f) eingestellt.

Da der Druck konstant ist, ist der Flow zu Beginn maximal und nimmt dann mit zunehmender

Füllung der Lunge ab, da der passive Lungendruck durch das zugeführte Volumen dem eingestellten

Druck entgegenwirkt (see Figure 9 ). Dies hat zur Folge das keine (!) hohen Spitzendrücke entstehen.

Daher ist diese Beatmung schonender und wird daher auch häufiger eingesetzt.

13 Pressure Controlled Ventilation (PCV)

Vor allen für Erkrankungen mit einhergehenden Abdichtungsverlust der Lunge (Luft fließt

durch Löcher in der Lunge) eignet sich diese Beatmungform, da der Verlust durch den erhöhten Flow

teilweise ausgeglichen werden kann.

Figure 9.Druckkontrollierte Beatmung. Verlauf des Flows.

48. BIPAP (Biphasic positive airway pressure)

Druckregulierte Beatmungsform. Im Gegensatz zur kontrollierten (!) Beatmungsform des CPAP

(Continuous positive airway pressure) bei der eine zuvor festgelegtes PEEP eingestellt wird, handelt

es sich bei BIPAP um eine assestierte (!) Beatmungsform bei der zwei variable Drücke14 eingestellt

werden. Bei Bipap ist eine Spontanatmung des Patienten ist auf beiden Beatmungsniveaus möglich

(see Figure 10).

Figure 10.Bipap, CPAP and PCV. Spontanatmung durch schwarze Ellipsen eingezeichnet.

Mindestvolumen (MV): 𝑀𝑉 = 𝑉𝑡𝑖𝑑 ∗ 60(𝑡1 + 𝑡2)⁄

14 IPAP and EPAP im Verhältnis I:E=1:2

Volumen: 𝑉𝑡𝑖𝑑 = (𝑝1 − 𝑝2) ∗ 𝐶 mit p1=Plateudruck, p2=PEEP und C= Compliance.

49. Was versteht man unter CPAP?

Ein kontinuierlich angelegter positiver Atemdruck von 40-60 mbar soll angelegt über einen Zeitraum

von 20- 60 Sekunden kollabierte Atemwege wieder öffnen um somit die Spontanatmung zu

erleichtern.

50. Hochfrequenzbeatmung

Bei der Hochfrequenzbeatmung (High Frequency Oscillation Ventilation, HFOV) wird ein hoher

kontinuierlicher alveolärer Distentionsdruck (ähnlich der CPAP-Beatmung) mit Hilfe eines hohen

Gasflusses im Beatmungssystem (nicht zum Patienten) aufgebaut. Der Mechanismus des

Gastransports zum Patienten unterscheidet sich grundlegend von anderen Beatmungsformen. Vor

allen bei ARDS-Patient(inn)en wird diese Beatmungsform verwendet.

51. Was versteht man unter Hochfrequenzoscillation

Die Hochfrequenzoscillation ist eine hochfrequente Beatmungstechnik bei der das vorhandene

Frischgas bezw. Beatmungsgas über eine Membran in (sinusähnliche) Schwingungen versetzt wird.

Bei den hochfrequenten Jet-Beatmungstechniken wird das pulsierende Frischgas stattdessen von

einer Düse abgegeben sodass der austretende Strahl einem Freistrahl ähnelt.

Mittels einer Kolbenpumpe, Membran oder sontigem werden sinusartige Druckschwankungen

erzeugt die in die Lunge geleitet werden. Mittels eines kontinuierlichen Atemgasquerstromes-( Bias-

Flow) wird Frischgas zugeleitet welches „ave. recruitment“ bewirkt. Der Kolben hat den Vorteil einer

positiven Expiration, da durch das zurückziehen des Kolbens die Lunge entlüftet wird und somit „air-

trapping“ reduziert wird.

52. Was versteht man unter Hochfrequenzjetventilation

Jet-Ventilation ist eine spezielle Beatmungsform für operative Eingriffe an den Atemwegen in

Narkose. Man versteht darunter die stoßweise Applikation von Beatmungsgas unter hohem Druck

durch dünne und ungeblockte Leitungen in die nach außen offenen Atemwege. Der wesentliche

Unterschied zur konventionellen Beatmung liegt vor allem darin, dass bei der Jet-Ventilation dem

Totraum eine weit geringere Bedeutung zukommt und nicht nur auf alveolärer Ventilation beruht.

Der Gasaustausch ist das Ergebnis mehrerer sich addierender und unterstützender Mechanismen, die

zusammen zu einer kontinuierlichen Auswaschung der Lunge mit frischem (sauerstoffreichem) Gas

und zur Entfernung von verbrauchtem (kohlendioxidreichem und sauerstoffarmen) Gas führen.

Da relativ große Gasvolumina durch englumige Leitungen und Düsen hindurchfließen, werden die

Gaspartikel auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt. Dadurch entstehen die charakteristischen

Strömungsgeräusche, welche die Verwendung des „Jet“-Begriffs rechtfertigen. Es hat sich

eingebürgert bei <1 Hz (meh als 60x pro Minute) von Nieder- oder Normofrequenter Jet-Ventilation

(NFJV) und bei 1–10 Hz von Hochfrequenz Jet-Ventilation (HFJV) zu sprechen.

Das Jet Gas wird über einen im Tubus liegenden Katheter oder einen speziellen Adapter

appliziert.

Aufgrund der plötzlich auftretenden Druckänderung muss der Joule Thompson Effekt

berücksichtigt werden, damit sich das Atemgas nicht zu sehr abkühlt.

53. Freistrahl (Jet-Strahl) Chakteristik

Von einem Freistrahl (see Figure 11) spricht man wenn aus einer Düse eine Strömung in eine freie

Umgebung ohne Wandbegrenzung gerichtet wird. Während nahe der Düse noch alle

Strömungspartikel das selbe Geschwindigkeitsprofil besitzen, flacht jenes Profil mit der Entfernung

zur Düse stark ab. Der Gesamtimpuls bleibt jedoch erhalten. Das umgebende Gas (oder die

Flüssigkeit) wird aufgrund des Druckunterschiedes15 vom Strahl angezogen und vermischt sich mit

den Strömungspartikeln aus der Drüse. So auch bei der JET-Beatmung, woebei hier die Reibung der

Luftpartikeln die umgebende Luft mit den Strahl mitführt („Air Entrainment“).

Figure 11.Freistrahl aus einer Düse.

54. Was versteht man unter Combined High Frequency Jet Ventilation?

Wurde 1982 von El-Baz eingeführt. Es wurden zwei hochfrequente Beatmungsformen ( HFPPV und

HFO ) miteinander kombiniert. Auf eine Basisfrequenz von 60 Atemzügen pro Minute (1 Hz) wurden

hochfrequente Gasimpulse ( bis 3000 pro Minute) überlagert.

In weiterer Folge wurden verschiedene Arten der Hochfrequenzbeatmung mit unterschiedlichen

Formen konventioneller Beatmung kombiniert.

15 Laut Bernoulligesetz (Bernoulli-Gleichung)

Effekt der Kombination einer konventionellen Beatmung mit einer Hochfrequenzbeatmung:

Die CO2 Elimination ist durch den konventionellen Beatmungsteil gewährleistet. Die Oxygenierung

wird durch den hochfrequenten pulsatilen Teil der Beatmung verbessert. Daher werden diese

Verfahren bei ARDS- Patientinnen angewandt.

55. Was versteht man unter einem Rekruitment der Lunge?

Verbesserung der Oxygenierung durch Wiedereröffnung von gasaustauschender Fläche

Alveoleneröffnung.

56. PEEP. Wirkungen ? Nachteile ?

Wirkung:

Vergrößerung der funktionellen Residualkapazität (FRC)16

Verhinderung der Kollabierung der Aveolen während der Ausatmung

Eröffnen (rekrutieren) von atelektastischen Lungenbezirken (alveolar recruitment)

Die Aveolen dehnen sich nicht aus, liegen aneinander und können nicht mehr belüftet

werden. Die Gausaustauschfläche wäre somit reduziert, weshalb die Atemarbeit erhöht

wäre. Der PEEP öffnet solche Bereiche, sodass es nicht zum Verschluss kommt.

Verringerung der intrapulmonalen Rechts- Links-Shunts

↗ Compliance

Nachteile:

Barotrauma

Abfall des Herzminutenvolumens

Aufgrund erhöhten Druckes im Brustraum wird der venöse Rückstrom zum Herzen reduziert.

Niere, Leber, Milz werden ebenfalls weniger stark durchblutet.

der intrakranielle Druck steigt.

57. Was ist eine Atelektase?

Unter einer Atelektase versteht man ein Belüftungsdefizit der Lunge oder von Teilabschnitten der

Lunge. Es kann sich um eine fehlende oder um eine unvollständige Belüftung handeln.

16 Gasvolumen das nach einer normalen Ausatmung (in Ruhe) noch in der Lunge verbleibt.

58. Funktionelle Residualkapazität

Gasvolumen das nach einer normalen Ausatmung (in Ruhe) noch in der Lunge verbleibt.

Lungenversagen

59. Pathophysiologie des Lungenversagens

Die diagnostischen Kriterien für die akute Lungenschädigung ( acute lung injury - ALI ) und das akute

schwere Lungenversagen ( severe respiratory failure –ARDS ) sind:

1. Akuter Beginn

2. Bilaterale Infiltrate im Thoraxröntgen

3. Wedge-Druck < 18 mm Hg beziehungsweise kein Hinweis auf erhöhten Vorhofdruck

4.Eingeschränkte Oxygenierung durch

eine PaO2/FIO2 ratio < 300 torr (< 40kPa) bei der akuten Lungenschädigung - ALI

und eine PaO2/FIO2 ratio < 200 torr (< 27 kPa) beim akuten schweren Lungenversagen –

ARDS

PaO2 (Sauerstoffpartialdruck im arteriellen Blut)

FiO2 (Sauerstoffanteil der Atemluft)

60. Beatmungsbedingte Lungenschädigung

Barotrauma

Volutrauma

Low- Tidal- Volume- Injury

Biotrauma

Beatmung erzeugt einen Mangel an Surfactant.

61. Rechts-Links-Shunt, venöse Beimischung

Wie bereits bei der Wirkung des PEEP besprochen, führt eine Durchblutung von nichtbelüfteten

Aveolen zu einem herabgesetzten Sauerstoffgehalt. Arterielles Blut vermischt sich mit venösem Blut

was auch als Rechts-Links-Shunt17 oder venöse Beimischung bezeichnet wird.

Ursachen hierfür:

Atelektasen

ARDS (auch bekannt als Schocklunge oder schweres Lungenversagen)

Pneumothorax, Hämatothorax

Pneumonie, Lungenödem

Durch Erhöhung des FiO2 kann der Anstieg des Shunt Perfusion in Abhängikeit zum totalen

Herzvolumen wieder reduziert werden. Bei gesunden Menschen beträgt jener Anteil 1-5 %.

62. Klinische Zeichen einer respiratorischen Insuffizienz

Zu diesen zählen: Steigerung der Atmungfrequenz (Tachypnoe >35/min),Abnahme des

Atemzugsvolumens, Einsatz der Atemhilfsmuskulatur, Tachycardie, Hypertonie, ↗ des HZV, ...

63. Was versteht man unter Hyperkapnie?

Ab einen Kohlendioxitpartialdruck (paCO2) von >45 mmHg spricht man von Hyperkapnie. Sinkt der

paCO2 Wert unter 35 mm/Hg so spricht man stattdessen von einer Hypokapnie. Gemeinsam mit der

arteriellen Hypoxie18 (paO2 < 70 mmHg) bilden die beiden zuvorgenannten Krankheitsbilder

respiratorische Insuffizienzen.

Hypoventilation (unzureichende Abatmung von CO2) oder metabolische Störungen führen zur

Ausbildung der Hyperkapnie. Steigt der Kohlenstoffpartialdruck weiter an, kommt es ab 80 mmHg

zur sogenannten CO2-Narkose, Hypotonie, Herzrythmusstörungen und der Gefahr der Hypoxie.

Eine bewusst zugelassene permessive Hyperkapnie (als Beatmungsstrategie) wird hingegen dazu

verwendet die Beatmungsdruckamplitude gering zu halten und die Lunge zu schützen (Wolfgang,

2012).

17 Ein Shunt ist ein Kurzschluss zwischen Venen und Aterien. 18 Auch als Hypoxämie bezeichnet. Abfall des arteriellen Sauerstoffgehaltes.

64. Was bedeutet eine Hypoxaemie?

Hierbei ist der paO2 erniedrigt (siehe „Was versteht man unter Hyperkapnie?“). Oft wird eine

Hypoxaemie auch von einer Hyperkapnie begleitet. Diagnose mittels Pulsoxiometrie (siehe „Was ist

die Pulsoximetrie ?“).

65. CO2-Elimination mittels Beatmung?19

Über die Steuerung von Vtid, der Atemfrequenz (↗) und der inspiratorischen Druckdifferenz (↗)

kann der paCO2 reguliert werden. Vorwiegend wird die Atemfrequenz reguliert, da Druckerhöhung zu

Spitzendrücken führen kann.

Im ECMO20- Verfahren (see Figure 12) wird die CO2-Elimination über den Frischgasfluss geregelt.

Hierzu wird eine Pumpe mit nachgeschalteter Membranlunge an einen venös-venösen Bypass

gehängt.

Figure 12.EMCO-Verfahren: Mithilfe einer Membranlunge wird der CO2-Gehalt im Blut gesenkt.

Solange das Herz des Patienten noch ausreichend funktioniert kann neben EMCO kann auch die

Druckdifferenz zwischen Arterien und Venen zur CO2-Elimination genutzt werden sodass keine

Pumpe mehr benötigt wird. Im pumpenfreie ILA21- Verfahren wird dieser at.-ven. Bypass mit einer

Membranlunge gekoppelt, wobei wieder die Höhe des Frischgaszuflusses die CO2-Elimination steuert.

Die Geschwindigkeit des Gausaustausches ist bei EMCO höher als bei ILA, die Sauerstoffsättigung

besser, der Aufwand jedoch umso größer.

19 Folgende Frage wurde teilweise unter Hilfestellung folgender Quelle beantwortet: (Oczenski, 2015) 20 Pumpenbetriebene extracorporale Membranoxygenierung (EMCO) 21 pumpenfreie arterio-venäse extrakorbale Lungenunterstützung

66. Extrakorporale Membranoxygenierung - ECMO Prinzip

Siehe hierzu “CO2-Elimination mittels Beatmung?“ Als Maßnahme bei ARDS-Patientinnen falls

konventionelle Beatmungstechniken fehlgeschlagen sind. Weiters kann auch die

Hochfrequenzventilation stattdessen verwendet werden für dies Patienten.

67. Was ist ein ARDS ? klinische Parameter Labor O2 u.CO2

Akutes, schweres Lungenversagen.

PaO2/FIO2 ratio < 200 tor (< 27 kPa ) 22

68. Verschiedene Therapiemaßnahmen beim ARDS: kinetische Therapie und Bauchlage23

Grundsätzlich werden intubierte Personen mit erhöhtem Oberkörper gelagert, falls sie

hämodynamisch stabil sind. Bei Patienten mit klinischem Lungenversagen kann der pulmonale

Gasaustausch jedoch durch Bauchlage24 oder kontinuierliche axiale Lagerungswechsel („kinetische

Therapie“) begünstigt werden.

Bauchlagerung:

Die Schwerkraft und der hydrostatische Druck führen zu einer Kompression der dorsal liegenden

Lungenanteile in Rückenlage. Es bilden sich somit Atelektasen, die FRC nimmt ab. Da das Blut

gravitationsbedingt „nach unten fließt“ werden solche Bereiche jedoch gut durchblutet, was

intrapulmonale R/L-Shunts zur Folge hat. Weiters erhöht sich die Totraumventilation und der

pulmonale Gasaustausch verschlechtert sich immer mehr. Das Wirkprinzip bei der Bauchlagerung

lautet: hinunter mit den guten Lungenarealen. Dorsale Atelektasen sollen wiedergeöffnet

(rekrutiert) werden aufgrund des erhöhten transpulmonalen Druckes, der Druck welchen das Herz

auf die Lunge ausgeübt hat entfällt. Auf diese Weise wird die Gasaustauschfläche erhöht. Nachteilig

wird jedoch auch die Sauerstoffsättigung erniedrigt.

kinetische Therapie:

Kontinuierliche Drehung der Patientin um ihre Längsachse. Oftmals mit speziellen Bettsystemen

erreicht. Pausen in den Lagen sollten nicht länger als 20 Minuten anhalten um das erneute Auftreten

von Aveolienverschlüssen zu vermeiden. Die tägliche Rotationszeit beträgt jedoch mindestens 20h

über mindestens drei Tage hinweg. Alle anderen pflegerischen Maßnahmen müssen somit

genauestens geplant werden.

22 PaO2 (Sauerstoffpartialdruck im arteriellen Blut) .FiO2 (Sauerstoffanteil der Atemluft)

23 Diese Frage wurde größtenteils mithilfe folgender Quelle beantwortet: (Wolfgang, 2012, S. 576-582) 24 Erste Verbesserungen bereits nach einer Stunde, jedoch im Regelfall bis zu 12h Bauchlagerung.

Vorteile hierbei sind die verbesserte Oxygenierung, Verbesserung der Perfusionsverhältnisse,

Verringerung der Intensivbehandlungsdauer, ...

69. Was versteht man unter einer: Lung Protective Ventilation Amato

„Lungenprotektive Beatmung“ ist ein Sammelbegriff für Strategien zur Minimierung der

beatmungsinduzierten Lungenschäden. Viele von ihnen basieren auf Ventilatoreinstellungen zur

Vermeidung von Überdehnung und zyklischem Kollabieren der Lungen.

Bei der lungenprotektiven Beatmung werden die Beatmungsdrücke und -volumina begrenzt .

Ziel:

Gasaustauch verbessern

Atelelektasen öffnen

Alveolen offenhalten

Niedrige Druckamplitude

Spontanatmung

Reduzierung beatmungs-assoziierte Schäden

70. Was versteht man unter Barotrauma?

Lungenschädigung mit einhergehenden Pneumothroax. Ausgelöst durch zu hohen Beatmungsdruck.

Anstieg des inspiratorischen Spitzendruckes.

71. Was versteht man unter einem Volutrauma?

Zu hohes Atemzugsvolumen führt zur Überdehnung der Lunge und somit zur Ödembildung.

72. Low Tidal Volume Injury – PEEP

Atelektrauma: Ein endexspiratorischer Kollaps alveolärer Strukturen durch einen zu niedrigen PEEP

bedingt eine alveoläre Schädigung.

Die beatmungsbedingte Wiedereröffnung kollabierter Alveolen führt zu großen transalveolären

Scherkräften mit zusätzlicher Schädigung von Alveolen.“ Ermüdungsbrüche“ alveolärer Strukturen.

Bibliography

Aloy, P. (10. 01 2012). Moderne Beatmungstechnik in der Intensivmedizin. Abgerufen am 10. 01 2015

von http://www.aloy.at/166.0.html

Mittermayer, C. (2005). Weaning- Entwöhnung vom Respirator. In Die Pflege des beatmeten

Menschen (S. 60-73). Hannover: Brigitte Kuntz Verlag.

Oczenski, W. a. (2015). "ÖGARI-Leitlinien zur invasiven Beatmung von Intensivpatienten.".

Wolfgang, O. (2012). Atem- Atemhilfen (9 Ausg.). Stuttgart: Thieme.

LIST OF FIGURES

Figure 1.Lunge im Zugversuch. E-Modul nimmt mit steigender Dehnung zu da sich die Fasern

strecken. .................................................................................................................................................. 8

Figure 2. Youngs modulus of the lung. .................................................................................................... 8

Figure 3. Links: RIC Model der Lunge.Am Input des Schwingkreise wird der Atemwegsdruck gelegt,

während der Aveolardruck zwischen Induktivität und Kapazitivität gemessen werden kann. Rechts:

DUBOIS- Model der Lunge mit kompressibilität der Luft in der Lunge als Kapazität Cg. ...................... 11

Figure 4.Elektronishce Triggerung- Wirkungsprinzip. Kompensator vergleicht die Spannung des

Drucksensors mit der am Kompensator voreingestellten Triggerschwelle. Der Operationsverstärker

verstärkt das Signal, sodass ein Inspirationshub ausgelöst werden kann. ........................................... 15

Figure 5. Pulsoxiometrie. Zwei Lichtwellen, rotes Licht und infrarotes Licht, werden durch ein

Körperteil gesendet. Während infrarotes Licht ungehindert passiert, wird rotes Licht teilweise vom

desoxiogenierten Blut absorbiert.Der Anteil des oxiogenierten Blutes zum Gesamthämoglobinwert

gibt die Sauerstoffkonzentration an. ..................................................................................................... 16

Figure 6. Links: IMV- Beatmung. In den Phasen in denen keine Spontanatmung besteht wird das

zusätzliche Volumen durch den Respirator zugefügt. Rechts: IMV synchronisiert mit der spontanen

Atmung. ................................................................................................................................................. 18

Figure 7. ASB. Bei einem Abfall des Flows auf 3/4 des maximalen Flows, bei Gegenatmung der

Patientin oder spätestens nach 4 sek erfolgt die passive Expiration. ................................................... 19

Figure 8. Change of flow. ....................................................................................................................... 21

Figure 9.Druckkontrollierte Beatmung. Verlauf des Flows. .................................................................. 22

Figure 10.Bipap, CPAP and PCV. Spontanatmung durch schwarze Ellipsen eingezeichnet. ................. 22

Figure 11.Freistrahl aus einer Düse. ...................................................................................................... 24

Figure 12.EMCO-Verfahren: Mithilfe einer Membranlunge wird der CO2-Gehalt im Blut gesenkt. .... 28

INDEX

A

Atemdruck

Inspirationsdruck · 20

PEEP · 20, 22

Atemvolumen

Atemminutenvolumen · 20

Atemzugsvolumen · 20

Mindestvolumen (MV) · 21

Atmung

inspiratorische Pause · 20

Atmung (Mangel) · 24

CO2-Narkose · 24

B

Beatmung

assistierte Beatmung · 19

druckkontrollierte Beatmung · 19

kontrollierte Beatmung · 19

Spitzendrücke · 19

volumenkontrollierte Beatmung · 19

Beatmung (assistiert)

ASB · 18

Beatmung (assistierte)

BIPAP · 21

Beatmung (kontrolliert)

IMV · 17

Beatmung (volumenkontrolliert)

IMV · 17

G

Gasaustausch

EMCO · 24

ILA (pumpenfrei) · 25

L

Lunge (Modelle) · 10

DUBIOS · 11

RIC- Model · 11

Lungenschädigungen

ARDS · 25

Low Tidal Volume Injury · 9

Lungenschädigungen (Beatmungsbedingt)

Barotrauma · 20

M

Mechanik der Lunge

Elastizitätsmodul (reduzierte Form) · 9

Hook'sche Elastizität · 8

Kompressionsmodul, k · 9

Scherkräfte · 9

Widerstand · 10

Zugversuch · 8

R

Respirator · 13

Mechanik der Lunge

Laplace Gesetz · 7