Atemwegswiderstand
- Konzept
- Prüfungsrelevanz: mittel
Je enger ein Rohr, desto schwerer lässt sich Luft hindurchdrücken. Eine Halbierung des Radius versechzehnfacht den Widerstand.
Auch genannt: Hagen-Poiseuille-Gesetz in den Atemwegen, Bronchokonstriktion
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Worum es geht
Der Atemwegswiderstand ist der Widerstand gegen den Luftstrom; nach dem Hagen-Poiseuille-Gesetz hängt er von der vierten Potenz des Radius ab. Der größte Teil des Widerstands liegt in den mittelgroßen Bronchien, nicht in den Bronchiolen, weil die Bronchiolen so zahlreich und parallel geschaltet sind. Tonus der glatten Muskulatur, Schleim, Ödem und Lungenvolumen verändern ihn.
Wie es funktioniert, Schritt für Schritt
- In der Trachea und den großen Bronchien ist die Strömung schnell und turbulent.
- In den mittelgroßen Bronchien ist der Gesamtquerschnitt noch klein, daher konzentriert sich dort der Widerstand.
- Weiter distal vervielfachen sich die Verzweigungen, die Gesamtfläche wächst, und der Widerstand jeder Ebene sinkt.
- Bei forcierter Ausatmung presst der positive Pleuradruck die knorpelfreien kleinen Atemwege zusammen und begrenzt den Fluss.
Gleichungen
- ΔP
- Druckdifferenz zwischen Mund und Alveole
- R
- Atemwegswiderstand
- η
- Viskosität des Gases
- l
- Rohrlänge
- r
- Radius
Gilt für laminare Strömung; in der Trachea ist die Strömung turbulent und der Widerstand noch höher.
Regulation
- −Sympathikus / Adrenalin (β2): Relaxiert die glatte Bronchialmuskulatur: Der Widerstand sinkt.
- +Nervus vagus / Acetylcholin (M3): Kontrahiert die glatte Muskulatur und steigert die Schleimbildung.
- +Histamin, Leukotriene, Reizstoffe: Bronchokonstriktion und Schleimhautödem (Asthma, Allergie).
- −Hohes Lungenvolumen: Der radiale Zug des Parenchyms öffnet die Atemwege.
Klinischer Bezug
- Asthma: Bronchospasmus, Ödem und Schleim verkleinern den Radius; Giemen und verlängertes Exspirium.
- Giemen (intrathorakale Atemwege) und Stridor (extrathorakaler Atemweg) entstehen durch turbulente Strömung durch einen verengten Atemweg.
Testen Sie sich
Überlegen Sie die Antwort und tippen Sie dann auf die Frage.
Wenn Asthma den Radius eines Bronchus um 50% verengt, um wie viel steigt sein Widerstand?
Etwa um das 16-Fache (2⁴), weil der Widerstand von der vierten Potenz des Radius abhängt.
Warum tragen die Bronchiolen trotz ihrer Dünne wenig zum Gesamtwiderstand bei?
Es gibt Tausende parallel: Ihre Gesamtquerschnittsfläche ist riesig und ihr gemeinsamer Widerstand gering.
Warum atmet ein Asthmatiker bei hohen Lungenvolumina?
Bei höherem Volumen zieht das Parenchym die Atemwege auf und senkt den Widerstand, auch wenn das mehr elastische Arbeit kostet.
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Lehrinhalt zur Physiologie; kein Leitfaden für Diagnose oder Behandlung und kein Ersatz für den Rat einer medizinischen Fachperson. Die Werte sind ungefähre Referenzwerte. Ohne Dosierungen.
Quellen: Asthma (StatPearls (NCBI Bookshelf), 2024); Anatomy, Thorax, Tracheobronchial Tree (StatPearls (NCBI Bookshelf), 2024).
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