(Aus dem Institut fiir allgemeine und experimentelle Pathologie der deutschen Universit~t in Prag [Vorstand Prof. A. Biedl].)

t~ber die Durchmischungsverh~ltnisse in der Lunge bei der Bestimmung des zirkulatorischen

Minutenvolumens. Von

Privatdozent Dr. Robert Wei l l .

In einer frfiheren Mitteilung 1 haben wir Versuche verSffentlieht, in welehen die Durehmischungsverh~ltnisse der Lungenluft bei der Krogh-Lindhardsehen ,, Gleichgewiehtsmethode" ( dreimalige Einatmung der Stiekoxydulmischung nach einer mitteltie/en Initialausatmung) ztu" Bestimmung des zirkulatorischen Minutenvolumens geprfift wurden. In den jetzt mitzuteilenden Untersuchungen wurde die sog. ,,Residual- luftmethode" (eine einmalige Einatmung des Stickoxydulgemisehes nach einer maximalen Ausatmtmg) einer ghnlichen Priifung unterzogen.

Des Prinzip der Untersuehung wurde beibehalten. Es wurden vor der Atempause zwei Alveolarluftproben, nach der Atempause eine Alveolarluftprobe entnommen. Die Ausnfitzung wurde aus der ersten und dritten Probe einerseits und aus der zweiten und dritten Probe andererseits bereehnet.

Wenn wir den Sauerstoff-, bzw. den Stiekoxydulgehalt der drei Alveolarluftproben mit 01, 02, 03, bzw. St1, St2, St 3 und den Barometer- stand mit B bezeiehnen, so mfissen beide aus diesen Daten berechnete Werte der Ausnfitzung:

St1 -- St3 St 1 -~ St~ B -- 47 und 0 1 _ 0 3 X 0,405 X 2 76

St~ - S% St2 ~ St3 B -- 47 ~02- -0~ X 0,405 X 2 76

gleich sein. Die Erfiillung dieser Forderung beweist, daI~ zwischen der ersten und der zweiten Alveolarluftprobe nur solche Untersehiede be- stehen, welehe yon der Absorption der Gase durch des Btut - - deren MaB eben die Ausnfitzung ist - - herriihren. Stimmen die beiden Werte der Ausnfitzung nicht iiberein, so bedeutet des, dal~ fiir die Unterschiede im Gasgehalt der beiden ersten Alveolarluftproben aueh andere Momente,

358 Robert WeiB: l~ber die Durehmischungsverh~ltnisse in der Lunge

in erster Reihe eine unvollstgndige Durchmischung der Lungenluft, ver- antwor~lich gemacht werden miissen.

Die Teehnik wurde ~hnlieh einem yon S o n n e 2 benfitzten Verf~hren zweeks Vermeidung yon Alveolarluftentnahmen in evakuierte GefgBe abgegndert. Die Versuchsperson a tmete s tar t durch einen Dreiweg- hahn durch einen Vierweghahn. An einem Sehenkel des Hahnes ist das Mundstfick angebracht. Dieser Schenkel kann je naeh der Stelhmg des Stempels des H~hnes mit einem der drei anderen Sehenkel ver- bunden oder ganz verschlossen werden. Einer der drei freien Sehenkel ftihrt zur AuSenluft, zwei Schenkel werden mittels welter Sehl~uche und einer G~belr6hre mit dem Spirometer verbunden. An einem Sch]aueh sind zwei mit Queeksilber geffillte Gassammetgefg[~e, am anderen Schlauch ein Gassammelgefgl3 zur Entnahme yon Alveolarluftproben angebraoht.

Die Vorbereitung zum Versuch wird auf die fibliche Weise vor- genommen. Der Versuch wird auf die Weise durchgeffihrt, dab die Versuehsperson dureh den Vierweghahn mit verschlossener Nase zu- n~chst Aul]enluft atmet. Naeh einer entspreehenden Aus~tmung in die Aul~enbfft wird sie durch Drehung des Vierweghahnes mittels jenes Schenkels, welcher zwei G~ssammelgef~I~e tr£gt, mit dem Spirometer verbunden. Je tz t folgen die erforderlichen Mischrespirationen und an- schlieBend zwei Alveolarluftentnahmen. Die Alveolarluftproben werden auf folgende Weise entnommen. Naeh den gew/insehten Mischrespi- rationen a tmet die Versuchsperson ungef~hr einen Liter aus. Der Ver- suchsleiter dreht im selben Augenblick den Hahn zum anderen Schlaueh, weleher ein Gassammelgef~8 tr~gt. Die Versuchsperson setzt die Aus- a tmung fort und bl~st wieder etwa 1 Liter Luft dureh diesen Schlaueh in das Spirometer. Hierauf folgt die eigentliche Versuehsperiode, die Atemp~use. W~hrend dieser Atemp~use ha t man Mul~e, in zwei der ~n die beiden Sehl/~uche angesehlossenen Gassamme|rShren die Alveolar- hfftproben yon beiden Ausatmungen fiber Queeksilber ~ufzufangen. Nach der Atemp~use dreht man den Hahn wieder zu dem Sehl~uch, weleher zwei G~ssammelrShren tr~gt (deren eine mit der ersten Alveolar- luftprobe bereits geffillt ist). Die Versuchsperson a tmet naeh der Atem- pause den Rest ihres Lungeninhalts aus. Der Hahn wird zur Aul3en- luft gedreht und aus der letzten Ausatmung wird die dritte Alveo]~r- luftprobe entnommen.

Diese Versuehs~nordnung mSehte ieh ffir alle Versuche empfehlen, in welehen Alveolarluftproben in kurzen Abst~nden entnommen werden sollen, so z. B. f/Jr die Bestimmung des zirkulatorischen Minutenvolumens w/~hrend tier Arbeit. In diesen Versuehen muI] die eigentliehe Versuchs- periode, die Atempause, ~uf etwa 5 Sekunden oder noeh weniger her~b- gedriiekt werden. Dabei mul~ die erste Alveolarluftprob~ vor der Atem- pause in ein evakuiertes Gef~l~ aufgenommen werden, weil man w~hrend der kurzen Zeit bis zur nhehsten Ausatmung am Ende der Atemp~use

bei der Bestimmung des zirkulatorischen Minutenvolumens. 359

nicht genug Luf t in ein quecksilbergeffilltes Gef~i3 eintreten lassen kann. Dies kann aber ohne weiteres gemaeht werden, wenn man, wie oben besehrieben, die eine Ausa tmung in einen, die andere Ausa tmung in den anderen Schlauch ausftihren 1/~l~t. Unter solchen Umst/~nden hat man reiehlieh Zeit, die gewiinsehten Gasmengen in queeksilbergefiillte Gef/~Be zu sammeln.

3.6. R.W.

4.6.

20.1.

18.1.

16. 1.

19.1.

2.6 . B. Emphysem

I .

A l v e o l a r l u f t p r o b e n °/0

II. IIL I. Corr.

14.18 25;25

15%4 1%57

15~5 19,42

14~8 20,08

15~9 12;20

14~5 17,95

5,67 11,33 14A0 10,87 14,90 72,13 --

I I . Corr .

23,28

14~4 16,26

14~0 18,46

13~7 lS;47

10,21

13~6 15,45

]3~2 13121

A u s n i i t z u n g ccm

~ s I I I .

58,1

62,9

4~7,5

4&,3

37,0

40,7

31,0

I I . b is I I I .

57,5

70,3

52,4

45,6

45,8

55,5

39,0

. i Initial- ~ aus - ~ a t m u n g

*/o

bis zur Residual-

luft

1] 5 bis zur Residual-

luft

1( bis zur Residual-

luft 2200 ccm

1~ 1600 ccm

2~ 1500 ccm

31 1100 ccm

2~ bis zur Residual-

luft

Die Prfifung der Luf tdurchmischung bei der Residual luf tmethode wurde auf die Weise vorgenommen, dab die Versuehsperson zwecks Herstel lung eines Stickoxydutgemisches in der Lunge aus dem Spiro- meter nur eine tiefe E ina tmung machte und den Atem 1 - -3 Sekunden lang anhielt. Hierauf wurde auf die oben beschriebene Weise die E n t n a h m e yon Alveolarluftproben vorgenommen. Die Vorperiode

360 Robert WeiI3: Uber die Durchmischungsverhi~ltnisse in der Lunge

bestand also nur aus einer tiefen Einatmung und einer die Diffusion f6rdernden kurzen Pause. Die eigentliche Versuchsperiode begann mit zwei Ausatmungen, bzw. Alveolarluftentnahmen, setzte sich in einer 8--10 Sekunden langen Atempause fort und endete mit einer drit ten Ausatmung, bzw. Alveolarluftentnahme. Um die Durchmischungs- verh~ltnisse gfinstiger zu gestalten, wird die letzte Ausatmung vor der Einatmung des Stickoxydulgemisches maximal bis zur Residualluft aus- geftihrt. Die Aussiohten einer guten Durchmischung sind offenbar gfinstiger, wenn die Einatmung in eine m6glichst entleerte Lunge er- folgt. In den folgenden Versuchen haben wir die Tiefe der der Einatmung des Stiekoxyduls vorangehenden Ini t ialausatmung variiert und ihren Einflul~ auf die Durchnlischung gepriift. Als Mai~stab fiir den Grad der Durchmisehung wurde die ~bere ins t immung der beiden Werte der Ausnfitzung verwertet, welche aus der ersten und dri*ten Alveolar- luftprobe einerseits und aus der zweiten und dri t ten Probe andererseits berechnet werden konnten. An dem zur Aul~enluft ffihrenden Sehenkel des Vierweghahnes war ein Lov~nsches Atenlventil angebracht, dessen Ausatmungskapsel zu einer Gasuhr fiihrte. An dieser konnte die Tiefe der Ini t ialausatmung abgelesen werden. Die Versuche wurden ohne Einhaltung von Standardbedingungen ausgeffihrt (s. vorstehende Tabelle).

Die Versuche ergeben bei der gesunden Versuehsperson R. W. eine ziemlich gute Durchmisehung, wenn die Ini t ialausatmung bis zur Resi- dualluft erfolgte. Die Unterschiede der beiden Werte der Ausniitzung, deren Ausgangspunkte aus verschiedenen Tiefen entnommene Alveolar- luftproben bildeten, betrngen bis zu 11,5°/0 . Der Untersehied ist grSl~er, als er bei der Gleichgewichtsmethode bei derselben Versuchsperson und auch bei Patienten zu beobachten war.

Die ~3bereinstimmung der beiden Werte geht ganz verloren, wenn die Ini t ialausatmung zwar tie/, aber nicht maximal ist. Der Untersehied betrggt z. B. bei einer Ini t ialausatmung yon 1100 cam, welche bei der normalerweise mit 600 ccm Atemtiefe atmenden Versuchsperson immer- hin eine tiefe Ausatmung bedeutet, 350/0 . Mit zunehmender Tiefe der Ini t ialausatmung nimmt der Unterschied zwischen den beiden Werten der Ausntitzung ab. Bei einem emphysematSsen Patienten B. betrug der Unterschied trotz der maximalen Ini t ialausatmung 250/0 .

Wir kSnnen also die Durchmischung bei der Residualluftmethode ffir hinl~nglich erkl£ren - - allerdings nicht so vollstgndig wie bei der Gleichgewichtsmethode - - wenn nur die Einatmung des Stickoxydul- gemisches in eine mSgliehst entleerte Lunge erfo|gt. Enth~Llt die Lunge gr61~ere Luftmengen (infolge einer nicht bis zur Residualluft gehenden Ini t ia lausatmung oder beim Emphysem), dann ist die Luftmischung naeh einer Mischrespiration ungeniigend.

Diese Versuche scheinen uns auch ffir die anderen Methoden zur Best immung des Minutenvolumens yon Bedeutung. Die Atemtechnik

bei der Bestimmung des zirkulatorischen Minutenvolumens. 361

der Methoden zur Bestimmung der Gasspannungen in gemischtem ven6sem Blur ist im Wesen identiseh teils mit der der Gleiehgewiehts- methode, teils mit der der Residualluftmethode. Es handelt sieh bei diesen Methoden im Prinzip um folgendes: Man atmet eine sauerstoff- arme (I--2°/0) und kohlens/iurereiche (7--80/0) Stickstoffmischung mit der entsprechenden Anzahl yon Mischrespirationen ein. Davon, ob die entstandene Mischung den ven6sen Gasspannungen entsprieht, fiberzeugt man sich so, dab man diese Gasmisehung w/~hrend einer Atem- pause in der Lunge eingeschlossen h/~lt und am Anfang, bzw. am Ende der Atempause sieh yon der Zusammensetzung der Alveolarluft tiber- zeugt. Wenn man sie gleichbleibend finder, so wareu die ven6sen Gas- spannungen erreieht. Diese Methoden machen also yon derselben Teehnik Gebrauch wie die Stickoxydulmethoden: Vorperiode = Misoh- respirationen zur Erzeugung einer homogenen Gasmischung in der Lunge und Hauptperiode = Atempause mit einer vorangehenden und einer nachfolgenden Alveolarluftentnahme.

Eine homogene L~fftmisehung ist sowohl fiir die Stickoxydulmethode als auch fiir die Methoden zur Bestimmung der ven6sen Gasspannungen yon grundlegender Bedeutung. Nun ist naeh unseren Befunden, wenn die Versuche nach der Residualluftmethode ausgefiihrt werden, keine hinl/~ngliche Gleiehm~l~igkeit zu erwarten, wenn die Initialausatmung nieht maximal war. Eppinger, Kisch und Schwarz 3 besehrieben ihre Methode zur Bestimmung der ven6sen Gasspannungen w~hrend der Arbeit so, dal3 die Patienten naeh einer tieJen Ausatmung ~ nicht wie in der Ruhe drei t~efe Atemziige taten, sondern bloB eine tiefe Misch- respiration. Diese Anordnung diirfte kaum eine Gleichm/~Bigkeit der Lungenluft garantieren. Die Durchmischung ist mit der Stickoxydul- methode aueh beim gesunden Mensehen nur dann vollst/~ndig, wenn die Initialausatmung nicht nu t tie/, sondern maximal war. In den Methoden zur Bestimmung der ven6sen Sauerstoffspannung sind die Aussichten yon vornherein ungiinstiger. Bei der Stiekoxydulmethode kommt ein Gemiseh zur Einatmung, welches einen zu den am leichtesten diffun- dierenden Gasen geh6renden Stoff enth/~lt, das Stickoxydul, und Sauer- stoff in einer Konzentration, welche mit der in der Alveolarluft vor- handenen beinahe identisch ist. Bei der Bestimmung der ven6sen Sauer- stoffspannung atmet man ein Gemisch mit einem yon der Alveolar- luft sehr abweiehenden Sauerstoffgehalt ein. Die Durchmischung ist in letzterem Falle uniter sonst gleichen Bedingungen offensichtlich schlechter. Augerdem wurde in unseren Versuchen nach der Misch- respiration eine kurze, die Diffusion fSrdernde Atempause eingeschattet.

Wenn wir nun fiberlegen, welchen EinfluB ein aus einer schlechten Durchmischung erwachsender Fehler bei der Bestiinmung der ven6sen Gasspannungen auf die Ausniltzung, bzw. auf das Minutenvolumen haben kann, so kommen wit zu folgendem SchluB: L/il3t man in die

36'2 Rober~ WeiS: t3ber die Durchmischungsverh~ltnisse in der Lunge.

sauerstoffreiche (etwa 15°/0) Lungenluft eine sauerstoffarme (20/0) Gas- mischung einatmen, so werden die tieferen Schichten der Alveolarhfft im Falle einer ungeniigenden Durehmischung sauerstoffreicher sein als die oberen. Wenn man zwei Alveolarluftproben naeheinander entnehmen wfirde, dann w~Lre die zweite Probe sauerstoffreicher. L~Bt man aber zwischen der ersten und der zweiten Probe eine Atempause verstreiehen, dann kann die zweite Probe infolge der inzwischen vor sich gegangenen Sauerstoffabgabe an das Blur Sauerstoff/~rmer geworden sein, ja, sie kann der ersten Probe vOllig gleieh werden. Diese Gleichheit der Alveolar- hfftproben kann f~lschlich als Identitgt mit den ven6sen Gasspannungen gedeutet werden. Doch kann eine Gleiehheit der Alveolarluftproben nur bei vollstgndig homogener Alveolarluft in diesem Sinne aufgef~l]t werden. Bei unvollst~ndiger Durchmischung ist die Gleichheit der beiden Proben ein Zltfallsbefund und ihr Sauerstoffgehalt ist h6her ~ls der im ven6sen Blute herrschenden Spannung entspricht. Dadurch k~nn eine zu niedrige Ausniitzung, bzw. Ausntitzungskoeffizient, und ein zu hohes Minutenvolumen vorget/~uscht werden. Mancher yon Eppinger, Kisch imd Schwarz beobachtete ungew6hnlich niedrige (15°/0 bei kSrperlicher Arbeit!) Ausniitzungskoeffizient diirfte damit erkl~Lrt werden.

Zusammenfassend kann m~n die Durchnlischung der Lungenluft bei der Krogh-Lindhardschen Residualhfftmethode ffir genfigend halten, wenn sie auch hinter der mit der Gleichgewiehtsmethode erreichbaren zuriiekbleibt.

Wenn die Lunge vor der Stichoxydulatmung nicht mSglichst ent- leert wird oder nicht entleert werden k~nn, dann ist die Durchmischung ungeniigend.

Bei der Bestimmung der Gasspannungen im gemischten venSsen Blur kann eine schlechte Durchmischung eine zu geringe Ausniitzung und ein zu hohes Minutenvolumen vort/iusehen.

Literaturverzeichnis. 1 Weifl, R. : ~Vien. med. Wochenschr. 1927. Nr. 40. - - 2 Soothe: dourn, of Physiol.

52, 75. 1918. - - 3 Eppinger, Kisch und Schwarz: Das Versagen des Kreislaufs. Berlin 1927. 55. - - 4 Eppinger, v. Papp und Schwarz: (~ber das Asthma cardiale. Berlin 1924. 121.