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Wir alle wissen, wie wichtig eine gleichmäßige Atmung für gesunde Lungen ist. Doch unter bestimmten Bedingungen kann dieses Muster gestört werden und zu einer ungleichmäßigen Belüftung führen. Dieser Effekt wird als Pendelluft bezeichnet und hat erhebliche Auswirkungen auf die Atmung.
Was ist Pendelluft?
Pendelluft tritt auf, wenn verschiedene Regionen der Lunge unterschiedliche Dynamiken der Ein- und Ausatmung aufweisen. Wenn beispielsweise eine Region einen höheren Widerstand aufweist als eine andere, wird der inspiratorische Luftstrom von der Region mit höherem Widerstand abgelenkt. Das führt zu einem unterschiedlichen Druckniveau in den verschiedenen Regionen der Lunge. Wenn der inspiratorische Fluss stoppt, entsteht ein Druckunterschied, der dazu führt, dass Luft zwischen den Regionen ausgetauscht wird, bis sich die Drücke ausgeglichen haben.
Unterschiede in der Compliance (also der Elastizität) der Regionen können die Auswirkungen von Pendelluft verstärken. Wenn eine Region mit höherem Widerstand auch eine größere Compliance aufweist, ist ein größerer Luftaustausch erforderlich, um die Drücke in der Lunge auszugleichen. Dieses Phänomen wurde erstmals 1956 von Otis et al. beschrieben und analysiert.
Wann tritt Pendelluft auf?
Klinisch kann Pendelluft bei der Beatmung von Patienten mit einseitigen Brust- oder Lungenverletzungen beobachtet werden. In einigen Fällen sieht man, dass sich die beiden Lungenphasenverschoben aufblähen und zusammenziehen. In subtileren Fällen kann Pendelluft als allmählicher Druckabfall während einer endinspiratorischen Pause beobachtet werden. Es gibt auch Hinweise darauf, dass Pendelluft bei bronchoverengten Asthmatikern, Patienten mit chronisch obstruktiver Lungenerkrankung und unter bestimmten Bedingungen bei der Beatmung auftreten kann.
Pendelluft bei hoher Atemfrequenz
Bei Atemfrequenzen, die deutlich höher sind als im Ruhezustand, kann Pendelluft auch durch das Ansprechen der Luftmasse in parallelen Lungenregionen auf schnelle Druckänderungen verursacht werden. Diese Form von Pendelluft könnte den Gasaustausch bei der Hochfrequenzbeatmung unterstützen, obwohl sie in der ursprünglichen Analyse von Otis et al. nicht explizit erwähnt wurde.
Die Auswirkungen von Pendelluft in der Bronchialstruktur
Die Auswirkungen von Pendelluft werden komplexer, wenn mehrere Verzweigungen der Bronchien betroffen sind. In solchen Fällen wirken sich die Effekte von Pendelluft in einem Verzweigungsbaum auf die gesamte Lunge aus. Dies hat Auswirkungen auf die Belüftung der Alveolen und kann zu einem unsicheren Gasaustausch führen. Eine numerische Modellierung könnte hier helfen, das Ausmaß und die Auswirkungen von Pendelluft in einer bronchoverengten Lunge quantitativ zu erfassen.
Untersuchung der Pendelluft mit einem numerischen Modell
Das Ziel dieser Studie ist es, die Definition, Ursachen und Auswirkungen von Pendelluft zu klären. Dazu werden analytische Ansätze verwendet, um eine allgemeine quantitative Definition von Pendelluft zu formulieren. Anschließend wird diese Definition auf eine komplexere bronchoverengte Struktur angewendet. In einem in silico Modell wird der Einfluss von Pendelluft auf den Atemfluss und die Belüftung untersucht. Darüber hinaus werden die Frequenzabhängigkeit des Pendelluftvolumens und die Bedingungen für die Bedeutung der Inertanz der Atemwege analysiert.
Die Untersuchung von Pendelluft ist von großer Bedeutung für das Verständnis von Atemwegserkrankungen und mechanischer Beatmung. Mit der Anwendung von numerischen Modellen können wir tiefer in dieses faszinierende Phänomen eintauchen und die Auswirkungen auf unsere Atmung besser verstehen.
