Beitr~ge zur Klinik der Tuberkulose, Bd. 107, S. 96---101 (1952).

Aus der Lungenheilst~tte Holsterhauson (Chefarzt: Dr. W. LORBACHER).

Griil~e und Bedoutung endothorakaler Luftdruekschwankungen. I I . Mi t te i lung.

Model lversuehe.

Von

K. Si~o~.

Mit 6 Textabbildungen.

(Eingegangen am 24. Juli 1951.)

I n der I . Mi~beilung wurden die Ergebnisse re in k l in i sch-exper imente l l e r Druckmessungen an Spe leos tomien a n P n e u m o t h o r a c e s und P n e u m o l y s e n mi t - getei l t . Besonders auf fa l lend w a r e n dig un te r sch ied l i chen Drucke be im H u s t e n im K a v e r n e n i n n e r n yon K a v e r n e n m i t groi3en D r a i n a g e b r o n c h i e n im Gegensa tz zu den K a v e r n e n , d ie m i t dem Bronch i a lbaum in nur k le iner oder n ich t in Ver- b i n d u n g s tehen. Wesen t l i ehe Un te r sch iede der Druckverhi~l tnisse be i der A t - mung waren n ich t zu regis t r ie ren , be im Pressen lagen d ie I n n e n d r u c k e y o n K a - ve rnen m i t grol~er Bronch i a lve rb indung e twas f iber den D r u c k e n in gesehlossenen K a v e r n e n ; be im R ~ u s p e r n t r a t e n diese Un te r sch iede noch deu t l i che r hervor . Die W e r t e de r P n e u m o t h o r a x - u n d P n e u m o l y s e n i n n e n d r u c k e lagen e twas fiber den D r u c k w e r t e n yon K a v e r n e n m i t grol3er Broneh ia ld ra inage . Bei den dieser

M i t t e i l u n g zugrunde ] iegenden Model lversuchen wurden d ie be iden Thorax funk- t i onen un te r such t , d ie m i t den un t e r e inande r un te r sch ied l i chs t en D r u c k w e r t e n e inhergehen: d ie n o r m a l e A t m u n g und der Hus tens toB.

Methodik der Versuche.

a) Zum Studium der Drueke in geschlossenen Kavernen. Eine schematische DarsteIlung des Versuchsganges gibt die Abb. i wieder. ])as grebe,

in unseren Versuchen 5,8 Liter fassende Glasgef~iB 1, das den Thoraxinnenraum darstellen sell, steht mi$ dem Glashahn 11 mit der Au/]enluf$ in Verbindung. In diesem Hohlgef/iB ist eine Gummiblase (Kavernenmodell 2) aufgeh•ngt, die fiber den Dreiwegehahn 5 mit dem Quecksflbermanometer4 in~Verbindung steht. Der}tanddruckballon 3 steht mitderLeitung 8 in oftener Verbindung mit dem Glasgef~B 1, und tiber die Rohrleitung 7 und den Dreiwege- hahn 5 ]nit dem Manometer 4, dessen Ausschl~go mittels Koordinatensehreiber 9 auf dem RuBkymographion 10 aufgezeiehnet werden. Auf Grund dieser Versuchsanordnung ist es m6glich, einmal den ])ruek zu messen, der bei Kompression des Ballons auf der Gummi- blase 2 laste~, im tibertragenen Sinne entsprich$ er dem Druek der Alveolen auf die in die Alveolen eingebettet~ Kaverne. Die Rohrleitung 7 gestattet die Druckmessung in dem Zuleitungsrohr 8, dies wiederum mag im fibertragenen Sinn dem Luftdruck im Plcuraraum bei der Thoraxkompression oder in der Trachea bei der rfickl~ufigen Druckwelle auf Grund plStzlichen Glottisschlusses beim Husten entspreehen. Das Glasgef~ 1 ist in beliebiger Weise mit Wasser ffillbar, so dab ein elastisches System (Luft als komprimierbarer Stoff, Wasser als niehtkomprimierbarer) verschiedenen Grades dargest'ell~ werden kann. Diese Versuehsanordnung entsprich~ der Thoraxraumausfiillung mit Luf~ in Bronchien und A1- veoleu und schlecht komprimierbaren Stoffen wie Blur, Gewebe usw. Durch Druck des HandbaUons 3 kann bei geschlossenem Hahn 11 der Druck im Innern des Glasgef~fles 1 um

GrSBe und Bedeutung endothorakaler Luftdruckschwankungen. II. 97

eine genau dosierbare Menge Luft gesteigert werden. Es entspricht dies im Prinzip der Aus- atmung nur mit dem Unterschied, dab die Druckerh6hung im Thoraxinnenraum durch Wand- kompression und nieht dutch zusgtzliche Luftzufuhr erreicht wird, ein Unterschied, der an den Ergebnissen der Untersuchung nichts ~ndert.

b) Zum Studium des Druekes in der offenen Kaverne. Die Versuehsanordnung, die auf Abb. 2 wiedergegeben ist, gleicht weitgehend der unter a)

angegebenen Methode. Allein steht jetzt die Gummiblase 2 (Kaverne) fiber die Rohrleitung 3 in Verbindung mit dem Handballon 4. Zus~tzlich bcstcht aber auch eine Verbindung yon dem Handballon 4 mit dem Innenraum des Glasgef~Bes 1. Die Rohrquerschnitte

von 3 nnd 5 wurden fiir die vor- /10

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liegenden Untersuchungen gleich grog gew~hlt. Die Druekregistrie- rung erfolgte wieder mit Quecksil- bermanometer auf den Kymogra-

~rt phion.

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Abb. 2. Modell zur Druekreg i s t r i e rung in einer K a v e r n e m i t gro~er Bronchial- ve rb indung . Zeichenerklf i rung im T e x t

Abb. 1. Modell zu r Druckreg i s t r i e rung in e iner l~averne ohne Broneh ia lverb indung . Zeichenerkl~rung im Text .

Ergebnisse der Untersuchungen und ihre Diskussion. Bei der Registrierung der Drucke innerhalb der Rohrleitung 8 bei schnellem

Zusammendriicken des Handballons und geSffnetem H a h n 11 fallen die hohen Manometerausschl~ge auf, die bei einem langsamen Zusammendriicken nicht in Erscheinung t re ten (Abb. 3). Das GlasgefaB 1 war in diesenUntersuchungen nur luft- gefiillt. Der Grund dieser auffallenden Unterschiede ist darin zu suchen, dab im 1. Fall eine Verteilung der pl6~zlich ausgepreBten Luftmenge in dem Innern des Glasgefafies 1 nicht mSglich ist, sowie sie bei langsamer Einblasung eintreten muB. Auf die Verhaltnisse des Thorax iibertragen, stellen die hohen Druck- sehwa~kungen die Werte des Pneumothorax oder Pneumolyseninnenraumes bei forcierter Exspirat ion mit offener Glottis oder beim Rauspern dar. Das langsame Zusammendriicken des Ballons imitiert die Thoraxexkursion bei normaler Atmung. Wird bei dem gleichen Exper iment der Druck innerhalb der Gummi- blase 2 gemessen, sind die Unterschiede weniger auffallend (Kurvenabschnit t 3 und 4). Der Druck der pl6tzlich eingepreBten Luft wird durch die Elastizit~t der im Glasgef~B vorhandenen Luft weitgehend abgefangen. B e i langsamer Einblasung ~hnelt die Kurve der im l. Versuch gewonnenen. Aus diesem Ex- periment lassen sich folgende Riickschliisse auf pathophysiologische Vorggnge im Thoraxilmern ziehen:

1. Bei Vorliegen eines Pneumoth0rax oder einer Pneumolyse liegen die Alveolendrucke bei plStzlicher Thoraxkontrakt ion unter den Druckwerten im Pneumothorax- oder Pneumolysenraum. Es findet so ein Tell der Nachblutungen nach Pneumolyseoperation ihre Erkl~rung. Durch diese Druckdifferenzen

98 K. SzMo~:

kommt es zu einer starken Beanspruchung des ~berganges yon Thoraxwand zu gelSstem Pneumolysenboden. Der Effekt einer pl6tzlichen Thoraxkontraktion ist ein Weiterreil3en der PneumolysenhShle mit Verletzung yon Blutgef~Ben und sekund~rer Blutung. Der hydrostatische Druck eingefiillter LSsungen ist im Verhiiltnis zu den ttustendrucken sehr gering.

Die Versuche geben im weiteren eine Erkl~rung ftir Strangdurchreifiungen im Pneumothoraxraum. Auch hier kommt es beim Husten zu einem starken ~berdruck im Pneumoraum mit Abdr~ngen der Lunge und EinreiBen aus- gezogener Strange mit eventueller Verletzung unter der Pleura gelegener Ka- vernen und all ihren Folgen.

2. Die mit dem Bronchialbaum nieht in Verbindung stehende Kaverne fibernimmt den Druck der Alveolen. Bei der normalen Exspiration liegen die Druckwerte in extrapleuralen HShlen, Kavernen, Alveolen und in der Trachea

Abb. 3. Ve rg l e i chende D a r s t e l l u n g d e r D r u c k v e r h ~ l t n i s s e i m P l e u r a r a u m (Abb. 1, R o h r l e i t u n g 8) bei l~Iustenstol~ (1) n n d r u h i g e r A t m u n g (2), sowie i n e ine r geschlossenen Kaverne ( G u m m i b l a s e 2,

A b b . 1) ebenfaUs be i Huste~stol~ (3) n n d n o r m a l e r A t m n n g (4).

im wesentlichen in gleicher I-IShe. (Die Unterschiede erkl~ren sich dann durch die Reibungswiderst~nde der Luft in den zufiihrenden Atemwegen.)

Die Abb. 4 gibt die H5he gemessener Druckwerte im Innenraum des Glas- gef~Bes 1 bei langsamer Auffiillung des Gef~fles mit Wasser wieder. Dureh die Auffiillung mit Wasser wird die kompressible Luft durch nicht kompressibles Wasser ersetzt. Auf ein Koordinatensystem iibertragen (Abb. 6, Kurve 1), zeigt d ie Druckzunahme in der Gummiblase 2 gemessen nach Wasserauffiillung parabolischen Verlauf. Auf die Verhiiltnisse im Thorax fibertragen lassen sich aus diesem Modellversuch folgende Schlfisse ziehen:

1. Je grSBer der Pneumothoraxraum desto starker werden die yon der Tho- raxwand auf die Lunge ausgeiibten Drucke abgefedert. Dies gilt sowohl fiir positive wie fiir negative Drucke. Die Wirkung des Pneumothorax w~ire demnach nicht nur im eigentlichen Lungenkollaps sondern aueh in einer weitgehenden Sehonung der Lunge bei allen plStzlichen Thoraxvolumenschwankungen zu suchen.

2. Im infiltrierten Lungengewebe - - Verschiebung des Verh/~ltnisses Luft zu Fliissigkeit und Gewebe - - kommt es zu einer st~rkeren Druckiibertragung auf intrapulmonale Hohlr~ume oder Krankheitsherde.

3. P15tzliche Thoraxvolumenver/~nderungen vorausgesetzt, kommt es im Bereich des Mediastinums zu starken Druckschwankungen mit entsprechender Auswirkung auf das Herzkreislaufsystem, sowie auf Trachea und die hil~ren Bronchusabschnitte.

Gr6Be und Bedeutung endothorakaler Luftdruckschwankungen. II. 99

4. Auch der ,,Pelotteneffekt" der verbleibenden Lungenlappen bei der Lobektomie mit besserer Abdeckung der Bronchusreststfimpfe vermag so zum Teil seine Erkl~rung linden. Bei Pulmektomien mit freiem Pleuraraum ohne diesen Pelotteneffekt auf dem Bronehusstumpf zeigen sich 5fters Bronchusnaht. insuffizienzen.

Die Ergebnisse der Modellversuche unter den auf Abb. 2 wiedergegebenen Ver- h~ltnissen gibt die Abb. 5 wieder. Versuch 1 und 2 stellen wiederum die Druck-

Abb. 4. Quan t i t a t i ve Druckmessung im K a v e r n e n t n n e r n e iner geschlossenen K a v e r n e (Abb. 1, 2) m i t Verf inderung des Verh&ltnisses Lut% zu Wasser . Bei 1 das ganze Sys t em i s t luftgefiillt , 2 nach Einfii]len yon 1 L i t e r Wasser , 3 nach Einfit l len yon 2 L i t e r Wasser , 4 nach Einfilllen yon 3 L i t e r ~ ' a sse r , 5 nach Einfii l len yon 4 L i t e r ~ ' a s s e r , 6 n a c h Einfii l len won 5 L i t e r W'asser. Mit de r Wasserauf t i i l lung

t r i t t eine V e r m i n d e r u n g der Elas t iz i t~ t des Glasgef&flinhaltes auf.

Abb. 5. Q u a n t i t a t i v e D r u c k m e s s u n g i m K a v e r n e n l n n e r e n (Moden)e lner K a v e r n e m i t g r o ~ e r B r o n e h i a l - v e r b i n d u n g . (Abb. 2, 2) b e i V e r f i n d e r u n g d e s V e r h & l t n i s s e s L u f t z u W a s s e r . Z u g l e i c h e i n e v e r g | e i e h e n d e D a r s t e n u n g der Druckverh~I tn isse i m I n n e r e n der K a v e r n e bei Hus t ens t e~ (1) und n o r m a l e r A t m ~ n g (2). Bei 3 ist das ganze Sys t em luftgefiirlt, d ~ach Einfit l len yon 1 L i t e r "4*asser, S n a c h Einfll l len y o n

2 L i t e r Wa~ser, 6 nach Einfii l len yon 3 L i t e r Wasser , 7 nach Einftillen yon 4,5 L i t e r Wasser .

verh~Itnisse in der Gummiblase 2 bei schneller und langsamer Ballonkompression dar und sind mit denen auf Abb. 1 wiedergegebenen Versuchen in Vergleich zu setzen. Die hSheren Manometerausschl~ge auf Abb. 5 bei gleiehem Volumen des Glasgef~tBes 1 und gleicher Menge eingeblasener Luft erkl~ren sich durch die Versuchsanordnung. Ein Teil der Luft geht direkt durch die Rohrleitung 3 ohne Intensit~tsverlust in die Gummiblase 2 und erhSht den Innendruck. Ein 2. Teil geht durch die Rohrleitung 5 in den Glasgef~l~raum und erhSht, wie aueh bei Abb. 4 den Gummiblaseninnendruck dutch Kompression. Beide Kr&fte zeigen synergistischen Effekt. Bei Aufffillung des Glasgef~fles mit Wasser steigt wie auf dem vorhergehenden Versuch bei plStzlieher Ballonkompression der Druck laufend - - ebenfalls in parabolischer Form - - an, und bleibt in seiner HShe immer fiber den im Modellversueh 1 gemessenen I)rueken (vgl. Abb. 6). Es kommt jedoch bei jeder plStzlichen Ballonkompression zu einer Dilatation der Gmnmi-

100 K. Smog:

blase 2, wodureh bewiesen ist, dab der in ihrem Innern herrsehende DrUck dem Aul3endruck fiberlegen ist, Dieser Modellversuch wurde durchgefiihrt, um eine Erkl~trung des Aufhellens yon Kavernen beim HustenstoB zu erhalten. Zugleich sollten sie Auskunft. geben fiber die hohen Drucklagen in den Kavernen mi t grol3er Bronchialdrainage, die, wie in Mitteilung I ausgeffihrt, wesentlieh tiber den Drucken in geschlossenen Kavernen lagen. Voraussetzung bleibt jedoch ein h6herer Druck beim HustenstoB in der Trachea und den Bronchien als in den Alveolen. Diese DruckerhShung ist, wie es auch yon der Beobachtung bei der Durchleuchtung her bekalmt ist, nur ganz kurz und 7r Der Grund

sa - wird in einer rfickl~ufigen Druckwelle von der �9 geschlossenen oder verengten Glottis, vielleicht

/ / auch zum Teil in der anatomischen Struktur der l

/ /

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a g e/s,8

Lunge zu suchen sein. Diese Druckwelle wird in dem grol3en Luftvolumen der Alveolen zum Teil abgefangen, kommb jedoch in dem geringen Vo- lumen des Kaverneninnenraumes voll zur Entfal- tung. Bei zunehmender Auff/illung des Glasgefi~13es 1 mit Wasser und somit bei Abnahme yon kompres- sibler Luf t steigen die I)ruckwerte in der Gummi-

b l a se 2 an, ihre Expansion bei Einpressen der Luft nimmt aber durch Zunahme des AuBen- druckes ab.

Es lassen sieh somi~ aus diesen Modellversuchen folgende Schliisse ziehen:

YePh#llnis lV~aeP/Lu~ Abb. ~. Grt~phischo Dt~rsteltung der K u r v e n des K a v e r n e n i n n e n - druckes a n H a n d yon Modellver- suchen boi ~ n d e r u n g e n des ela-

stischen ~ystems (Verhhlmis I. Der Innendruck yon Kaverne~ mit grol~er W a s s e r zu L u f t ) . Bronchealverbindung liegt, einen broneho-trachealen

~berdruck beim Hustenstol3 vorausgesetzt - - fiber dem Innendruck der gesehlossenen Kaverne.

2. Der meBbare Kaverneninnendruck setzt sich zusammen aus dem Druck der dureh ' den Bronchus einstrSmenden Luft und dem yon der Alveolenseite auf der Kavernenwand lastenden Druck.

3. ])er ]Druck, der die Kavernen zur Bl~ihung bringt und somit auf der Ka- verneninnenwand lasteL ist der zu messende Kaverneninnendruck abziiglich des Alveolendruekes.

4. Im infiltrierten Lungengebiet oder der kollablerten Lunge kommt es zu einer Steigerung des Alveolendruckes gegenfiber dem Kaverneninnendruek und somit zu einer Abnahme eine r mSglichen Kavernenbl~hung.

Wenn unsere Forschung heute in erster Linie unter dem Zeichen der Anti- biotica und Chemotherapeutica steht, so Scheint es doch angezeigt, auch den rein physikalischen Grundlagen patho-physiologischer Vorg~nge im Thoraxinnern Rechnung zu tragen, Es ist de r Sinn der vorliegenden Mitteilung an t t and m6gliehst eflffacher Modellversuche Vorg~nge im Thoraxraum zu erkl~ren, die zum Teil yon der Klinik, insbesondere der R6ntgenologie her bekannt sind. In der Li teratur sind derartige Modellversuche meines Wissens nut von DE VEOA

Gr~iBe und Bedeutung endothorakaler Luftdruckschwankungen. IL 101

beschrieben. Die Originalarbeit war leider nicht zug~nglich, sondern nur eine kiirzere Zusammenfassung der Ergebnisse des gleichen Autors in Beitr. Kiln. Tbk. 105, 31 (1951).

Zusammen[assung. An Hand yon Modellversuchen werden Riickschliisse aui Druckverh~ltnisse

im Thoraximleren bei normaler Atmung und beim HustenstoB gezogen. Von besonderer Bedeutung ist die Lungenelastizit~t auf Grund ihrer Zusammen- setzung aus gut komprimierbarer Luft in den Atveolen und schlecht komprimier- baren Stoffen wie Blur und Gewebe. Die Beachtung dieser rein physikalischen Faktoren gibt AufschluB fiber manche aus der Klinik bekannte patho-physio- logische Zustgndsbilder. Von einer Berficksichtigung und Diskussion einzelner anatomischer Befunde wurde mit Absicht abgesehen, um die Ergebnisse mSglichst klar und iibersichtlich darstellen zu kSnnen.

Dr. K. SIMOn, Essen-Heidhausen, Lungenheilsti~tte Holsterhausen.