Atemgrenzwert
Medizinische Expertise: Dr. med. NonnenmacherQualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer
Letzte Aktualisierung am: 24. März 2024Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.
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Der Atemgrenzwert ist das maximal zu erreichende Atemzeitvolumen und wird in der Regel auf eine Minute gerechnet. Die Normwerte liegen durchschnittlich bei 120 bis 170 Litern, wobei v.a. altersspezifische Schwankungen zu verzeichnen sind. Ein stark verminderter Atemgrenzwert verweist auf Ventilationsstörungen wie die Hypoventilation.
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Was ist der Atemgrenzwert?
Die menschliche Atmung ist physiologisch durch verschiedene Volumina gekennzeichnet. Diese Volumina beschreiben die Atemluft in der Lunge und den Atemwegen. Die Raumgrößen sind als Atemgasvolumina, Atemvolumina oder Lungenvolumina bekannt. Die Pneumologie misst die verschiedenen Volumina über Verfahren wie die Spirometrie.
Der Atemgrenzwert ist ein Atemzeitvolumen. Als solches wird das Volumen an Atemluft bezeichnet, das innerhalb einer bestimmten Zeitspanne ein- und ausgeatmet werden kann. Die Messung des Atemgrenzwerts erfolgt bei maximalem Atemzugvolumen und maximaler Atemfrequenz und wird durch Hyperventilation erreicht. Damit entspricht der Atemgrenzwert jenem Atemzeitvolumen, das ein Proband durch willkürliche Atmung maximal erreichen kann.
Als Zeiteinheit wird für das Atemzeitvolumen in der Regel eine Minute angesetzt. Unter physiologischen Bedingungen ergibt sich das Atemminutenvolumen aus der Atemfrequenz mal dem Atemzugvolumen. Unter Belastung oder unter den Bedingungen eines Atemgrenzwerttests kommt es zu einer Vervielfachung des physiologischen Atemminutenvolumens. Bei Sportlern ist eine Vervielfachung bis um das 15-fache denkbar.
Funktion & Aufgabe
Die Gewebearten sind auf die Versorgung mit Sauerstoff angewiesen. Wenn die Organe und Gewebe über eine gewisse Zeit nur wenig oder gar kein Sauerstoff erreicht, sterben sie irreversibel ab. In den Lungenalveolen findet neben der Aufnahme von Sauerstoff auch die Abgabe von Kohlenmonoxid statt. Wenn diese Abgabe behindert ist, treten Vergiftungserscheinungen ein.
Die menschlichen Atemvolumina stellen sicher, dass genügend Gasaustausch stattfinden kann und die Organe und Gewebe so mit ausreichend Sauerstoff versorgt werden. Ein Erwachsener atmet zu diesem Zweck durchschnittlich rund 12 bis 15 mal in der Minute. Mit jedem Atemzug nimmt er ein Atemzugvolumen von etwa 500 bis 700 Millilitern auf. Das ergibt ein durchschnittliches Atemminutenvolumen von etwa acht Litern. Dieses Volumen entspricht dem Volumen, zu dem die physiologische Lungenatmung alle Körpergewebe und Organe innerhalb einer Minute in einem idealen Maß mit Sauerstoff versorgt.
Der Atemgrenzwert ergibt sich wiederum nicht aus den physiologischen Atembedingungen, sondern entspricht dem maximal möglichen Atemminutenvolumen. Zur Messung wird dem Patienten das Mundstück eines Pneumotachographen in den Mund gegeben. Daraufhin wird er angewiesen für zehn Sekunden maximal zu hyperventilieren. Der gemessene Wert wird auf eine Minute umgerechnet.
Die Norm für den Atemgrenzwert beträgt in der Minute zwischen 120 und 170 Litern. Alters- und größenspezifisch kann es zu Schwankungen kommen. Wenn der Atemgrenzwert stark vermindert ist, liegt vermutlich eine Ventilationsstörung vor, die über Untersuchungen wie die Spirometrie, den Tiffeneau-Test oder die Bodyplethysmographie näher bestimmt werden kann.
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Krankheiten & Beschwerden
Bei restriktiven Hypoventilationen ist die Dehnbarkeit der Lunge oder des Thorax (Brustkorb) eingeschränkt. Auch Traumata des Thorax sind denkbare Ursachen. Dasselbe gilt für neuromuskuläre Erkrankungen, für Verwachsungen oder Lungenödeme. Häufig entspricht eine restriktive Hypoventilation auch einer Lungenentzündung (Pneumonie).
Obstruktive Ventilationsstörungen unterscheiden sich von restriktiven in ihrer Ursache. Neben einem erhöhten Strömungswiderstand, liegt bei diesen Erkrankungen in der Regel ein erhöhter Atemwiderstand vor. Die Atemwege neigen zum Kollaps und die Patienten haben vor allem beim Ausatmen Probleme. Neben Asthma bronchiale können mechanische Ursachen wie die zystische Fibrose der Mukoviszidose oder die chronische Bronchitis eine obstruktive Ventilationsstörung verursachen. Ebenso denkbar ist ein Mangel an elastischen Fasern, der die Atemzugkräfte vermindert.
Bei einer Hypoventilation ist der pulmonale Gasaustausch eingeschränkt. In einer Folge dessen stellen sich Hyperkapnien, Hypoxämien und respiratorische Azidose ein. Die CO2-Abatmung der Patienten ist geringer als die Produktion. Aus diesem Grund liegt im Blut ein erhöhter CO2-Partialdruck vor. Als Ursachen kommen neben den genannten Krankheiten zum Beispiel auch eine Parese der Atemmuskulatur in Frage, der meist eine Läsion des Nervus phrenicus vorausgeht. Auch eine Schädigung des Atemzentrums im zentralen Nervensystem kann Hypoventilationen bedingen.
Manchmal liegt statt einer Schädigung nur eine zentralnervöse Fehlregulierung vor, so zum Beispiel durch medikamentöse Einflussnahmen auf das Zentralnervensystem. Hypoventilationen prägen außerdem Krankheitsbilder, wie das Pickwick-Syndrom. Um die Ursache einer Hypoventilation und eines so verminderten Atemgrenzwerts einzugrenzen, sind die genannten Zusatzuntersuchungen erforderlich.
Quellen
- Bungeroth, U.: BASICS Pneumologie. Urban & Fischer, München 2010
- Faller, A. et al.: Der Körper des Menschen. Thieme, Stuttgart 2008
- Piper, W.: Innere Medizin. Springer, Berlin 2013