Atemwegswiderstand und seine Einflussgrößen
Was den Strömungswiderstand der Atemwege bestimmt und wie Bronchialtonus, Schleimhaut und Atemweg ihn verändern.
Das Wichtigste in Kürze
- Der Atemwegswiderstand ist der Strömungswiderstand der luftleitenden Wege, berechnet als Druckdifferenz Mund–Alveolen geteilt durch die Atemstromstärke.
- Nach Hagen-Poiseuille geht der Radius in vierter Potenz ein: Halber Radius ergibt den sechzehnfachen Widerstand.
- Parasympathikus (Acetylcholin, M3), Kontraktion der Bronchialmuskulatur und Schleimhautschwellung erhöhen den Widerstand.
- Adrenalin nach Sympathikusaktivierung erweitert die Bronchien über β2-Rezeptoren und senkt den Widerstand.
- Nasenatmung verursacht einen höheren Widerstand als Mundatmung.
Worum es geht
Wie leicht Luft in die Lunge strömt, hängt vor allem von der Weite der Bronchien ab. Diese Weite stellt das vegetative Nervensystem ein. Asthmamittel wie Salbutamol setzen genau an diesem Punkt an.
Begriff Atemwegswiderstand
Der Atemwegswiderstand ist der Strömungswiderstand, den die luftleitenden Wege dem Atemstrom entgegensetzen. Man berechnet ihn als Quotienten aus der Druckdifferenz zwischen Mund und Alveolen und der Atemstromstärke: \(R = \Delta p / \dot V\). Mit \(\Delta p\) in kPa und \(\dot V\) in L/s ergibt sich R in kPa·s/L. Je höher der Widerstand, desto mehr Druck muss die Atemmuskulatur für denselben Luftstrom aufbauen.
Entscheidend ist der Querschnitt. Bei laminarer Strömung gilt das Gesetz von Hagen-Poiseuille.
\[R = \frac{8\,\eta\,l}{\pi\,r^4}\]
\(\eta\) ist die Viskosität der Luft, \(l\) die Länge und \(r\) der Radius des Atemwegs.
Der Radius geht in vierter Potenz ein. Halbiert er sich, steigt der Widerstand auf das Sechzehnfache, denn \(2^4 = 16\). Schon kleine Verengungen wirken deshalb stark.
Vegetative und lokale Einflüsse
Den Querschnitt der Bronchien bestimmt vor allem der Tonus ihrer glatten Muskulatur. Diese Muskulatur bewegt keine Luft und treibt die Einatmung nicht an. Sie stellt nur die Weite der Röhre ein. Kontrahiert sie, wird das Lumen enger und der Widerstand steigt.
Den Tonus steuert das vegetative Nervensystem. Der Parasympathikus setzt über den N. vagus Acetylcholin frei. Es wirkt an M3-Rezeptoren und verengt die Bronchien. Bei Sympathikusaktivierung schüttet das Nebennierenmark Adrenalin aus. Es erschlafft die Muskulatur über β2-Rezeptoren und senkt den Widerstand. Eine Schwellung der Schleimhaut, etwa bei Entzündung oder Asthma, engt das Lumen von innen ein.
| Einfluss | Wirkung auf das Lumen | Atemwegswiderstand |
|---|---|---|
| Parasympathikus (Acetylcholin, M3) | Bronchokonstriktion | steigt |
| Kontraktion der Bronchialmuskulatur | Verengung | steigt |
| Schleimhautschwellung | Verengung von innen | steigt |
| Adrenalin (β2) | Bronchodilatation | sinkt |
Die Pharmakologie nutzt genau diese Achsen. β2-Sympathomimetika wie Salbutamol und Muscarinrezeptor-Antagonisten wie Tiotropium erweitern die Bronchien.
Nasen- und Mundatmung
Auch der Weg der Luft zählt. Die Nase ist eng und durch die Nasenmuscheln gewunden. Die Luft strömt dort verwirbelt an einer großen Schleimhautfläche vorbei. Deshalb verursacht Nasenatmung einen höheren Widerstand als Mundatmung.
Wechselt man auf Mundatmung, sinkt der Atemwegswiderstand. Das geschieht bei schwerer körperlicher Arbeit von selbst. Bei hohem Atemzeitvolumen atmet man zusätzlich durch den Mund.
Quiz
Aussage 1
Verringert sich der Radius eines Atemwegs auf die Hälfte, steigt sein Strömungswiderstand bei laminarer Strömung etwa auf das Sechzehnfache.
Der Radius geht nach Hagen-Poiseuille in vierter Potenz ein, und \(2^4 = 16\).
Aussage 2
Adrenalin aus dem Nebennierenmark verengt über β2-Rezeptoren die Bronchien und erhöht so den Atemwegswiderstand.
Adrenalin erschlafft über β2-Rezeptoren die Bronchialmuskulatur. Der Atemwegswiderstand sinkt.
Aussage 3
Wer bei Belastung von Nasen- auf Mundatmung umstellt, senkt damit seinen Atemwegswiderstand.
Die enge, gewundene Nase hat einen höheren Widerstand als der Mund. Mundatmung umgeht ihn.
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