Table Of ContentAnaesthesiology and Resuscitation
Anaesthesiologie und Wiederbelebung
Anesthesiologie et Reanimation
24
Editores
Prof. Dr. R. Frey, Mainz . Dr. F. Kern, St. Gallen
Prof. Dr. O. Mayrhofer, Wien
J. Wawersik
Ventilation und Atemmechanik
bei Sauglingen und Kleinkindern
unter Narkosebedingungen
Mit 84 Abbildungen
Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1967
Priv.-Doz. Dr. med. JURGEN WAWERSIK
Abteilung flir Anaesthesiologie
(Vorstand: Prof. Dr. O.H.JusT)
an der Chirurgischen Univ.-Klinik
(Direktor: Prof. Dr. F. LINDER)
Heidelberg
AIle Rechte, insbesondere das der "Obersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten. Ohne aus
driickliche Genehmigung des Verlages ist es auch nicht gestattet, dieses Buch oder Teile dar
aus auf photomechanischem Wege (Photokopie, Mikrokopie) oder auf andere Art zu verviel
faItigen. © by Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1967. Library of Congress Catalog Card
Number 67 - 30540
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Titel Nr. 7494
ISBN-13: 978-3-540-03720-0 e-ISBN-13: 978-3-642-48194-9
DOl: 10.1007/978-3-642-48194-9
Ge1eitwort
Die Etablierung der Anaesthesiologie als selbstandiges klinisches Spe
zialfach war au13erordentlich befruchtend fUr die operative Medizin. Es
wurden dadurch nicht nur Routine-Operationen gefahrloser fiir den Pati
enten, sondern auch neue operative Moglichkeiten erschlossen. Besonders
eindrucksvoH ist dieser Fortschritt bei Patienten in extremen Altersgruppen,
also bei Greisen oder bei Sauglingen, Neugeborenen und Friihgeburten.
Bei der letztgenannten Gruppe bestehen aber infolge der Kleinheit der
anatomischen Verhiiltnisse bis heute beziiglich der Atmung keine klaren
physiologischen V orsteHungen und hinsichtlich der Beatmung noch zahl
reiche technische Probleme. So herrschen nach wie vor Meinungsverschie
denheiten iiber die Eignung verschiedener Spezialgerate fiir Kindernarkosen
beziiglich Totraum und Widerstand. Weiterhin gibt es in bestimmten
Grenzen Unterschiede zwischen den verschiedenen Narkoseventilen und
Endotrachealkathetern, was durch entsprechende Messungen vielfach nach
gewiesen ist,
In der vorliegenden Monographie versucht der Verfasser, Priv.-Doz.
Dr. W A WERSIK, iiber vergleichende Messungen hinaus Anhaltspunkte fiir
die zumutbaren Grenzen von apparativen Totraum- und Widerstandsver
anderungen zu linden. Urn den apparativen Totraum mit der kindlichen
Ventilations reserve vergleichen zu konnen, muBte bekannt sein, wie sich
die Spontanatmung unter den iiblichen Narkosebedingungen verhalt. Da
hieriiber keine systematischen Untersuchungen vorlagen, wurde bei einer
groBeren Anzahl von Kindern, yom Neugeborenen bis zum 6. Lebensjahr,
im Toleranzstadium von Lachgas-Sauerstoff-Halothan-Narkosen Atem
frequenz, Atemhubvolumen, Atemminutenvolumen, sowie maximale
inspiratorische und exspiratorische Atemstromstarke gemessen. Diese
Ventilationsmessungen haben ergeben, daB ein wesentlicher Unterschied
zwischen Sauglingen und Kleinkindern besteht und fiihren zu der prakti
schen Konsequenz, daB fiir Sauglinge nur halboffene Narkosesysteme ver
wendet werden soHen. Dabei wird narnlich der Totraum durch den iiber
schiissigen Frischgaszufuhrstrom standig durchspiilt und so eine alveolare
Hypoventilation verhindert. Fiir Kinder jenseits des 3. Lebensjahres ist es
dagegen auf Grund der vorliegenden Ergebnisse ohne weiteres moglich,
bereits Kreissysteme zu verwenden, die primar nur fUr Erwachsene gedacht
sind.
1m 2. Teil des Buches beschiiftigt sich der Autor mit der Atemarbeit. Urn
eine Aussage iiber die Zumutbarkeit der apparativen Atemarbeit zu machen,
muBte wiederum erst bekannt sein, in welchem Bereich die normale Arbeits
leistung der Atemmuskulatur bei ungestorter Spontanatmung liegt. Zu
diesem Zwecke wurde bei einer groBen Anzahl von Kindern mittels Oeso
phagusdruck und Pneumotachogramm die Atemarbeit unter Spontan-
VI Geleitwort
atmung gemessen. Bei altersentsprechender Anwendung der Narkoseaus
rustung liegen die apparativen Widerstande durchaus im zumutbaren Be
reich. Es kommt also lediglich darauf an, fUr das jeweilige Alter adaequate
Ansatzstucke und Endotrachealkatheter zu verwenden, wie die weiteren
diesbezuglichen Untersuchungen ergeben haben.
AbschlieBend unternimmt der Verfasser den Versuch, die Atemarbeit
nur auf das Ventilationsvolumen und die gesamte Druckamplitude im
Oesophagus zu beziehen. Durch die Konstruktion von 2 Nomogrammen
wurde diese Methode vereinfacht, dadurch ist jetzt nur die Kenntnis der
Druckamplitude und des Atemminutenvolumens notwendig. Das bedeutet
aber fUr die Praxis, daB man sich auch ohne komplizierte Apparate uber die
Widerstandsverhaltnisse des Thoraxlungensystems informieren kann.
Dem Autor ist es gelungen, durch eingehende Beherrschung der Ver
fahren und mit groBem Zeitaufwand und FleiB wesentliche Erkenntnisse
fUr die praktische Anaesthesie bei Sauglingen und Kleinkindern zu gewin
nen. Diese sind von entscheidender klinischer Bedeutung, und jeder prak
tisch tatige Anaesthesist, Pulmologe, Padiater und Kinderchirurg soUte
sich deshalb mit diesen Untersuchungsergebnissen auseinandersetzen.
Heidelberg, Mai 1967 O. H. JUST
Vorwort
Spezielle Probleme der kunstlichen Beatmung sowie der Intubations
narkose haben in den letzten Jahren die Atemmechanik mehr und mehr
auch in den Blickpunkt des Anaesthesisten geruckt. GroBe Aufmerksam
keit hat man in diesem Zusammenhang unter anderem der Atemarbeit zu
gewendet, die den Energieumsatz bei schwerkranken Patienten in hohem
MaBe belasten solI. Wahrend fur Erwachsene gewisse Befunde vorliegen,
die diese Ansicht erhiirten, scheinen bislang bei Sauglingen und Klein
kindero unter dies em Aspekt keine systematischen Untersuchungen durch
gefuhrt worden zu sein. Daruberhinaus befinden sich andere, vorwiegend
apparativ-technische Fragen der Kinderanaesthesie nach wie vor in Dis
kussion, deren endgultige Klarung nur von einer gleichzeitigen Messung
des Gaswechsels, der auBeren Ventilation und der Atemmechanik erwartet
werden kann. Die mit dieser Schrift vorgelegten Befunde sollen hierzu
einen Beitrag liefero.
Die notwendigen Mittel zur Durchfuhrung der Untersuchungen wur
den dankenswerterweise von der Deutschen Forschungsgemeinschaft zur
Verfugung gestellt. Besonderen Dank schulde ich meinen klinischen
Lehrero, Herro Prof. Dr. O. H. Just und Herro Prof. Dr. F. Linder, ohne
deren wohlwollende Forderung diese Arbeit nicht hatte entstehen konnen.
In gleicher Weise fuhle ich rnich Herro Prof. Dr. W. Ch. Hecker und seinen
Mitarbeitero verpflichtet, die wahrend der praktischen Messungen manche
Verzogerung und Unbequemlichkeit im Ablauf des Operationsprogrammes
bereitwillig und verstandnisvoll auf sich genommen haben. Herro Priv.
Doz. Dr. H. Imrnich verdanke ich wertvolle Hinweise fUr die statistische
Bearbeitung der Befunde. Nicht zuletzt seien Frau R. Schumacher fur ihre
technische Assistenz, Fraulein A. Straub fUr ihre Unterstutzung bei der
Bibliographie sowie Frau J. Matthes und Herro H. Kramer fUr die Mithilfe
bei der Herstellung der Abbildungen auch an dieser Stelle noch einmal
herzlichst bedankt.
Heidelberg, Mai 1967 J. WAWERSIK
Inhaltsverzeichnis
I. Theoretische Grundlagen
1. Einleitung . . . . . . 1
2. Verdriingungsarbeit eines Kolbenhubes und deren Bestimmung aus
Druck und Stromstiirke im Fall nicht periodischer Volumenbewegung 3
3. Die Bestimmung der Verdrangungsarbeit im Fall periodischer Volu-
menbewegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
a) Arbeit gegen Reibungswiderstiinde (viskose Widerstiinde) . .. 7
b) Arbeit gegen elastische Widerstande . • . . . . . . . . . .. 9
c) Arbeit bei Superposition von elastischen und viskosen Widerstanden 12
4. Die Bestimmung der Atemarbeit am Patienten mittels Oesophagus
druckmessung und Pneumotachographie. . . . . . . . . . .. 14
5. Die Interpolation der Atemarbeit aus Druck und Stromstarke unter
Vernachlassigung von Phasenbeziehungen . . . . . . . . . . . 19
a) Direkte Interpolation der Atemarbeit tiber den Druck . . . . . 19
b) Die Bestimmung von Dehnbarkeit und Reibungswiderstanden des
Thorax-Lungen-Systems mit tiblichen Methoden . . . . . . . 23
c) Die indirekte Interpolation der Atemarbeit tiber einen mittleren
Widerstand . . . . . . . . . . . 29
Zusammenfassung 40
Summary . . . . . . . 41
II. Methodische Grundlagen
1. Fragestellung. . . . . 43
2. Druckmessung im Oesophagus und Terminologie zur Beschreibung
atemmechanischer Befunde. ........ . . 44
3. Pneumotachographie zur Messung der Ventilation . 46
4. Me13situation unter Narkosebedingungen. . . . . 47
5. Zusammensetzung des untersuchten Kollektivs und statistische Bear-
beitung der Befunde . . . . . . .. ............ 50
III. Ventilation
1. Einleitung 54
2. Eigene Befunde . 56
3. Besprechung . . 60
x Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung . 77
Summary ..• 79
IV. Atemmechanik
1. Einleitung . 81
2. Eigene Befunde . 85
3. Besprechung . • 90
4. Atemarbeit gegen apparative Widerstande 117
Zusammenfassung. 132
Summary 134
V. Anhang
Zusammenfassung der eigenen Befunde in Doppelleitertafeln. . . . . 136
VI. Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
I. Theoretische Grundlagen
1. Einleitung
Das Ziel atemmechanischer Untersuchungen ist die Bestimmung von
Dehnbarkeit und Reibungswiderstanden des Thorax-Lungen-Systems
sowie die Ermittlung von Atemarbeit und Energieumsatz der Atem
muskulatur. Solche Untersuchungen sind in groBerem Rahmen erst
moglich geworden, nachdem man entdeckt hatte, daB der Pleuradruck auf
einfache Weise im Oesophagus gemessen werden kann (CRANE et al. 1956,
BUYTENDI]K 1949, DORNHORST u. LEATHART 1952, FRY et al. 1952, MEAD et
al. 1955a, PETIT u. MILIC-EMILI 1958, SCHILDER et al. 1959, CHERNIACK et
al. 1955, KNOWLES et al. 1959).
Die auf die Oesophagusdruckmessung gegriindete Untersuchungs
technik sowie die allgemeine Terminologie sind heute weitgehend standardi
siert (WIRZ 1923, NEERGARD u. WIRZ 1927a, b, MEAD 1961, FENN 1951,
ROSSlER et al. 1958, AVERY 1964, BATES u. CHRISTIE 1964, COMROE et al.
1964, HAMM 1960a, b, SCHERRER et al. 1957, KARLBERG et al. 1960, KRIE
GER 1963) und die normalen Variationsbreiten fUr MeBwerte der mechani
schen Eigenschaften des Thorax-Lungen-Systems sind sowohl bei Erwach
senen wie bei Kindem groBenordnungsmaBig bekannt (BATES u. CHRISTIE
1964, AVERY 1964, BRISCOE u. DUBOIS 1958, BUTLER et al. 1957, BUHLMANN
u. BEHN 1957, MEAD u. WHITTENBERGER 1953, HELLIESEN et al. 1958,
KARLBERG et al. 1954, 1955, KARLBERG u. KOCH 1962, KARLBERG et al.
1960, POLGAR 1961, DRORBAUGH et al. 1963, DAYMANN 1951, CHU et al.
1964, COOK et al. 1957, 1958, ATTINGER et al. 1956, ATTINGER u. SEGAL
1959, McILROY u. TOMLINSON 1954, SWYER et al. 1960).
Auch unter pathologischen Bedingungen wurden die Veranderungen
von Dehnbarkeit und Reibungswiderstanden untersucht (ATTINGER 1960,
BONDURANT et al. 1960, 1957, ZEILHOFER 1960, CRAIG 1961, KARLBERG et
al. 1954, JAMES 1959, DON u. ROBsON 1965, GOLD u. HELRICH 1965,
SECHZER 1958, ULMER et al. 1966, CHRISTIE 1934, MARSHALL u. CHRISTIE
1954, MARSHALL u. DUBOIS 1956, ROSSlER u. BUHLMANN 1959, NISELL et al.
1958, MEAD et al. 1955b, HAMM u. FABEL 1961).
Die Kenntnis atemmechanischer Funktionswerte bedeutet nicht nur eine
Erweiterung der diagnostischen Moglichkeiten, sondem erlaubt in zahl
reichen Fallen auch eine bessere Indikationsstellung und kritische Erfolgs
beurteilung therapeutischer MaBnahmen.
1 Anaesthesiologie und Wiederbelebung, Band 24, Atemmechanik
2 Theoretische Grundlagen
Trotzdem hat sich die routinemiillige Untersuchung der Atemmechanik
bisher nicht in dem MaBe durchgesetzt, wie das auf Grund der vielfaltigen
Beriihrungspunkte mit klinischen Problemen zu erwarten ware.
Das mag unter anderem daran liegen, daB die Untersuchung an das
V orhandensein relativ teurer MeBinstrumente gebunden ist, deren Hand
habung nicht einfach ist. Wesentliche MeBgroBen werden auf indirektem
Wege gemessen - zum Beispiel die Atemstromstarke iiber einen Differenz
druck (pneumotachographie) oder Volumenanderungen iiber Druck
anderungen (Pletysmographie). - So lassen sich nur bei subtilster Kalibrie
rung und standiger 'Oberpriifung des MeBvorganges apparative Fehler
vermeiden.
Es kommt hinzu, daB in schwierigen klinischen Situationen gerade
dann, wenn atemmechanische Probleme auf der Hand liegen, die Durch
fiihrung entsprechender Untersuchungen zu umstandlich erscheint oder mit
Belastungen verbunden ist, die dem Patienten nicht zugemutet werden
konnen. Das gilt zum Beispiel flir Thoraxtraumen, postoperative respirato
rische Storungen nach intrathorakalen Eingriffen oder Widerstandsveran
derungen des Thorax-Lungen-Systems bei langerer kiinstlicher Beatmung
oder unter Narkosebedingungen.
Andererseits ist gerade in diesen Fiillen ohnehin ein groBer technischer
Aufwand notwendig, um vitale Funktionen zu iiberwachen oder aufrecht zu
erhalten. In diesem Rahmen sollte deshalb die apparative Ausriistung keine
Rolle spielen. Aber die Durchfiihrung der Untersuchung miiBte methodisch
einfach sein und die registrierten GroBen sollten moglichst direkt zu
informativen MeBergebnissen fiihren.
Aus diesen Griinden ist mehrfach der Versuch gemacht worden, die
Technik atemmechanischer Untersuchungen durch Simplifizierung oder
Automatisierung der Kurvenauswertung zu vereinfachen (COOK et al. 1957,
McILROY u. ELDRIDGE 1958, KRIEGER 1963, ARNOTT et al. 1954, DUBOIS u.
Ross 1951, ENGSTROM u. NORLANDER 1962, MEAD u. WHITTENBERGER 1953,
KARLBERG et al. 1960, OSTEN 1963, NISELL u. EHRNER 1956). Eine dieser
Losungen stammt von McILROY (COOK et al. 1957). Danach laBt sich die
Atemarbeit aus dem Atemminutenvolumen und der Druckamplitude, die
wiihrend eines Atemhubes auft ritt, berechnen. Auf Grund empirischer
Vberlegungen solI die Beziehung gelten:
A/min = 0,6 . LIp· AMV . (1)
Dabei ist A/min = Atemarbeit pro Minute, AMV = Atemminutenvolumen,
AP = Druckdifferenz zwischen Maximum und Minimum der Oesophagus
druckkurve.
Obwohl die Benutzung dieser Formel zu Ergebnissen fiihrt, die sehr gut mit
den Resultaten der iiblichen systematischen Auswertungsmethoden (Atem-
