01.06.2021

Lunge und Atempumpe: Die beiden Teile des Atmungssystems

Das Atmungssystem besteht aus zwei Anteilen: der Lunge und der Atempumpe. Beide können unabhängig voneinander erkranken und im schlimmsten Fall zu einem Versagen der Atmung (respiratorische Insuffizienz) führen. Ist die Lunge ursächlich für das Atemversagen spricht man von einer „pulmonalen Insuffizienz“, versagt die Atempumpe von einer „ventilatorischen Insuffizienz“. Mit diesem Artikel möchten wir Ihnen einen Überblick über die Unterschiede geben. 

Die Atmung – lebensnotwendige Nebensache

Solange nichts unsere Atmung einschränkt, geschieht sie automatisch und nur in seltenen Fällen sind wir uns ihrer bewusst. Und doch ist sie absolut lebensnotwendig. Jede Zelle im Körper benötigt Sauerstoff (O2) und stirbt bereits nach kurzer Zeit ohne ihn. Außerdem produziert jede Zelle Kohlendioxid (CO2), das sie abgeben muss. Wird das CO2 nicht schnell genug über den Blutstrom und die Lunge abgegeben, erniedrigt es im Blut den pH-Wert und säuert damit den Körper an – es droht eine sogenannte „respiratorische Azidose“.

Damit die Atmung so einfach funktioniert, wie sie sich für einen gesunden Menschen anfühlt, müssen Belüftung (Ventilation), Durchblutung (Perfusion) und der Übertritt der Atemgase (Diffusion) exakt aufeinander abgestimmt sein. In der Lunge geschieht der Gasaustausch: Sauerstoff wird aufgenommen und Kohlendioxid wird abgegeben. Die Atempumpe sorgt für die Grundvoraussetzung, die den Gasaustausch möglich macht: Sie bringt Frischluft in die Lunge hinein und presst „verbrauchte“ Luft aus ihr heraus (Ventilation). Zur Atempumpe gehören das Atemzentrum, der Brustkorb, die Atemmuskulatur und die Nerven, die diese Muskulatur versorgen. 

Die Lunge und die Atempumpe können unabhängig voneinander erkranken. Sie führen dann zu charakteristischen Verschiebungen der Atemgase im Blut. Einige Erkrankungen betreffen beide Teile des Atemsystems (z. B. COPD).

Eine Störung des Gasaustausches in der Lunge führt zur pulmonalen Insuffizienz

Wenn der Gasaustausch in der Lunge gestört wird, spricht man von einer pulmonalen Insuffizienz (pulmo, lat. = Lunge). Gekennzeichnet ist sie durch einen Mangel von Sauerstoff im Blut, einer sogenannten „Hypoxämie“. Der CO2-Anteil im Blut ist bei der pulmonalen Insuffizienz oft normal und manchmal sogar erniedrigt. Dies liegt daran, dass Kohlendioxid leichter übertritt als Sauerstoff – medizinisch spricht man von einer besseren „Diffusionsleitfähigkeit“. Durch eine Erhöhung der Ventilation über die Atempumpe kann der Körper das Kohlendioxid daher meist trotzdem „abatmen“. 

Bei einer pulmonalen Insuffizienz sinkt also der Sauerstoff-Partialdruck im Blut (paO2) während der Partialdruck des Kohlendioxids (paCO2) konstant bleibt oder sogar ebenfalls sinkt. 

Das durch den Sauerstoffmangel entstehende Atemversagen (hypoxämisches Atemversagen) kann mit der Gabe von Sauerstoff abgefangen werden, sofern es nicht zusätzlich zu einer Überlastung der Atempumpe kommt.

Ventilaturische Insuffizienz: Wenn die Atempumpe versagt

Die Atempumpe besteht aus verschiedenen Anteilen. Eine Störung der Atempumpenfunktion, die „ventilatorische Insuffizienz“, kann daher ganz unterschiedliche Ursachen haben. Im gesunden Zustand sendet das Atemzentrum über zentrale und periphere Nervenbahnen Impulse an die Atemmuskulatur. Zieht sich die Muskulatur für die Einatmung (Inspirationsmuskulatur) daraufhin zusammen, weitet sich der Brustkorb und mit ihm die Lunge. Wie bei einem Blasebalg, den man auseinanderzieht, entsteht dadurch ein Unterdruck in der Lunge und die Atemluft strömt ein (Inspiration). Die normale Ausatmung (Exspiration) verläuft passiv: Sobald die Inspirationsmuskulatur sich entspannt, gehen Brustkorb und Lunge wieder in ihre Ursprungsposition zurück und pressen die verbrauchte Luft dabei aus der Lunge heraus. Die Exspirationsmuskulatur wird nur in Situationen genutzt, in denen die Ausatmung verstärkt werden muss: beim Singen, Brüllen, Schreien, Niesen, Räuspern, Pfeifen und vor allem auch beim Husten.

Eine ventilatorische Insuffizienz kommt zustande, wenn es zu einer Überlastung der Atemmuskulatur kommt. Dies kann Folge einer erhöhten Atemlast, einer Schwäche der Atempumpe oder einer Kombination beider Faktoren sein. Dies geschieht zum Beispiel, wenn eine Verlegung oder Verengung der Atemwege (Atemwegsobstruktion) die Atmung erschwert. Aber auch eine Atemantriebsstörung durch Erkrankung des Atemzentrums, neuromuskuläre Erkrankungen oder eine Einschränkung der Muskelmechanik (durch eine Lungenüberblähung oder Verformungen des Brustkorbs) können zu einer ventilatorischen Insuffizienz führen.  

Unabhängig von der genauen Ursache ist bei einer ventilatorischen Insuffizienz die Atempumpe nicht mehr in der Lage, das im Stoffwechsel entstehende Kohlendioxid abzugeben. Im Gegensatz zur pulmonalen Insuffizienz steigt daher der Kohlendioxid-Anteil im Blut, was man als „Hyperkapnie“ bezeichnet. Parallel dazu sinkt die Sauerstoffsättigung im Blut.

Dieses „hyperkapnische Atemversagen“ kann nur durch eine Verbesserung bzw. Wiederherstellung der Ventilation behandelt werden, also je nach genauen Umständen durch eine invasive oder nicht-invasive Beatmung.

Warum das Training der Atemmuskulatur so wichtig ist

Chronische Erkrankungen der Atemwege wie z. B. COPD betreffen häufig sowohl die Lunge als auch die Atempumpe. Die Patient:innen können das Fortschreiten der Erkrankung in der Lunge meist nur bedingt beeinflussen – die Atempumpe hingegen können sie durch regelmäßige Übungen gezielt trainieren und stärken. Durch das Training kann die Atempumpe die Atmung besser unterstützen und ermüdet langsamer. Störungen im Gasaustausch können so mit Hilfe der Atempumpe teilweise kompensiert werden, was den Patient:innen mehr Freiheit und Selbstbestimmung gibt.

Übungen zur Stärkung und Dehnung der Atemmuskulatur werden außerdem im Weaning-Prozess eingesetzt, um Patient:innen auf ihrem Weg zu unterstützen, wieder selbst zu atmen und von der Beatmungsmaschine loszukommen. Auch bei PRiVENT setzen wir individuell auf die Patient:innen abgestimmte Atemübungen ein, um das Weaning zu erleichtern bzw. zu ermöglichen.

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