Pathophysiologie der Atemmuskelschwäche

Zusammenfassung

Das respiratorische System besteht aus 2 voneinander unabhängig limitierbaren Anteilen, der Lunge und der Atempumpe. Die Atempumpe ist ein kompliziertes Organsystem, welches unterschiedliche anatomische Strukturen umfasst: das Atemzentrum, das periphere Nervensystem, die Atemmuskulatur sowie der knöcherne Thorax. Entsprechend sind die Möglichkeiten einer gestörten Atempumpfunktion (ventilatorische Insuffizienz) vielschichtig. So können neben Atemantriebsstörungen eine Vielzahl von neuromuskulären Erkrankungen, Störungen der Muskelmechanik wie bei Thoraxdeformitäten oder Lungenüberblähung sowie Atemwegsobstruktionen eine ventilatorische Insuffizienz nach sich ziehen. Pathophysiologisch kommt es zu einer Überlastung und schließlich Erschöpfung der Inspirationsmuskulatur. Wesentliches Kennzeichen der ventilatorischen Insuffizienz ist die Hyperkapnie, was im Gegensatz zu Lungenerkrankungen (pulmonale Insuffizienz) steht, da Störungen des Gasaustausches aufgrund der deutlich besseren Diffusionsleitfähigkeit nicht das Kohlendioxid betreffen. Eine Hyperkapnie und damit eine ventilatorische Insuffizienz kann akut oder chronisch entstehen. Während die akute ventilatorischen Insuffizienz mit respiratorischer Azidose einhergeht, ist der pH-Wert bei chronischer Entstehung durch renale Bikarbonat-Retention im Sinne einer metabolischen Kompensation ausgeglichen. Nicht selten kommt es aber auf dem Boden einer chronischen ventilatorischen Insuffizienz zu einer Akut-Exazerbation (acute on chronic). Diagnostisch steht neben den klinischen Zeichen wie Tachypnoe oder Merkmalen der Grunderkrankung und der blutgasanalytisch erfassten Hyperkapnie die Messung der Drücke im Vordergrund, die die Atemmuskulatur aufbringen kann. Nichtinvasive und einfache Methoden wie die Bestimmung des maximalen statischen in- und exspiratorischen Mundverschlussdrucks (PImax, PEmax) sind ubiquitär verfügbar, aber in der Aussagekraft durch die erhebliche Abhängigkeit von der Mitarbeit des Patienten sowie durch Schwierigkeiten bei der Normwertbestimmung limitiert. Als Screening-Untersuchung sind sie jedoch geeignet. Neuere Methoden, die mittels Magnetstimulation den Nervus phrenicus im Halsbereich supramaximal reizen und die die Druckwerte über enteral einliegende Sonden aufzeichnen, sind wesentlich genauer und mitarbeitsunabhängig. Ihre Anwendung ist jedoch auf wissenschaftlich tätige Zentren begrenzt.

Abstract

The respiratory system consists of two parts which can be impaired independently from each other, the lungs and the respiratory pump. The latter is a complex system covering different anatomic structures: the breathing centre, the peripheral nervous system, the respiratory muscles, and the thorax. According to this complexity several underlying conditions can cause insufficiency of the respiratory pump, i. e. ventilatory failure. Disturbances of the breathing centre, different neuromuscular disorders, impairments of the mechanics, such as thoracic deformities or hyperinflation, and airway obstruction are example conditions responsible for ventilatory failure. Main characteristic of ventilatory failure is the occurrence of hypercapnia which is in contrast to pulmonary failure where diffusion disturbances typically not cause hypercapnia. Both acute and chronic ventilatory failure presenting with hypercapnia can develop. In acute ventilatory failure respiratory acidosis develops, but in chronic respiratory failure pH is normalized as a consequence of metabolic retention of bicarbonate. However, acute on chronic ventilatory failure can present with a combined picture, i. e. elevated bicarbonate levels, acidosis, and often severe hypercapnia. Clinical signs such as tachypnea, features of the underlying disease or hypercapnia are important diagnostic tools in addition to the measurement of pressures generated by the respiratory muscles. Non-invasive and widely available techniques, such as the assessment of the maximal ins- and expiratory mouth pressures (PImax, PEmax), should be used as screening instruments, but the reliability of these measurements is reduced due to the volitional character of the tests and due to the impossibility to define normal values. Inspiratory pressures can be assessed more accurately and independently from the patients’ effort: with or without the insertion of oesophageal and gastric balloon catheters. However, this technique is more invasive and very complex. It is therefore restricted to centres with scientific aims.

Literatur

• 1 Thews G. Lungenatmung. In: Schmidt RF, Thews G (Hrsg). Physiologie des Menschen. Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag 1997: 565-591
• 2 Windisch W, Criée C P. Nichtinvasive Beatmung-Therapie der Atempumpinsuffizienz. In: Matthys H, Seeger W (Hrsg). Klinische Pneumologie. Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag 2002: 641-653
• 3 Roussos C. The failing ventilatory pump.  Lung. 1982;  160 59-84
• 4 Criée C P, Laier-Groeneveld G. Die Atempumpe. Stuttgart, New York: Georg Thieme Verlag 1995
• 5 ATS/ERS . Statement on respiratory muscle testing.  Am J Respir Crit Care Med. 2002;  166 518-624
• 6 Criée C P. Empfehlungen der Deutschen Atemwegsliga zur Messung der inspiratorischen Muskelfunktion.  Pneumologie. 2003;  57 98-100
• 7 Windisch W, Hennings E, Sorichter S. et al . Peak or plateau maximal inspiratory mouth pressure: which is best?.  Eur Respir J. 2004;  23 708-713
• 8 Man W D, Moxham J, Polkey M I. Magnetic stimulation for the measurement of respiratory and skeletal muscle function.  Eur Respir J. 2004;  24 846-860