Ventilations-Perfusions-Verhältnis

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 3. März 2017
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Das Ventilations-Perfusions-Verhältnis beschreibt den Quotienten aus pulmonaler Ventilation und pulmonaler Perfusion. Die Normwerte der Kenngröße liegen bei einem gesunden Menschen zwischen 0,8 und eins. Abweichungen liegt das Prinzip eines intrapulmonalen Rechts-Links-Shunts oder eine gesteigerte alveoläre Totraumventilation zugrunde.

Inhaltsverzeichnis

Was ist das Ventilations-Perfusions-Verhältnis?

Die Lungenbelüftung ist auch als Ventilation bekannt. Darunter fasst die Medizin die Belüftung des gesamten Atemtrakts während der Atmung zusammen. Über die Alveolenventilation findet der Gasaustausch statt. Die weniger am Gasaustausch beteiligten Strukturen werden allerdings ebenso belüftet. Dabei spricht der Arzt auch von Totraumventilation.

Der Ventilationsperfusionsquotient bezieht sich auf das Verhältnis zwischen der Gesamtbelüftung der Lungen und ihrer Perfusion. Mit der Perfusion ist der Durchfluss von Blut bezeichnet. Beim Ventilationsperfusionsquotienten entspricht die Perfusion dem Herzminutenvolumen, das sich aus dem Schlagvolumen mal der Herzfrequenz errechnet. Die Norm für das Herzminutenvolumen liegt bei etwa fünf Litern. Die Perfusion der Lungen beträgt zwischen fünf und acht Litern. Die Ventilation liegt bei einem gesunden Erwachsenen bei rund fünf bis sieben Litern. In Ruhe beträgt das Ventilations-Perfusions-Verhältnis durchschnittlich bei Werten zwischen 0,8 und eins.

Der Quotient aus den beiden Volumina ist eine Kenngröße der Atemgasanalyse, die in der Pneumologie zur Diagnostik verwendet wird.

Funktion & Aufgabe

Die Lungenatmung ist für den Menschen lebenswichtig. In den Alveolen des paarigen Organs findet der Gasaustausch statt. Sauerstoff wird mit der Atemluft aufgenommen. Kohlendioxid wird zu selben Zeit in die Umgebung abgegeben. Wenn zu viel CO im Körper verbleiben würde, hätte das Vergiftungserscheinungen oder sogar den Tod zur Folge. Analog dazu kann auch durch eine Unterversorgung mit Sauerstoff der Tod eintreten.

Jedes Gewebe des Körpers ist zur Aufrechterhaltung permanent auf die Versorgung mit O2 angewiesen. Wenn die Sauerstoffversorgung über eine gewisse Zeit ausbleibt, stirbt das Gewebe ab. In Organen ist Organversagen die Folge dieses Prozesses.

Sauerstoff wird in den Alveolen aus der Atemluft in die Blutbahnen geleitet. Das Blut dient bei der Lungenatmung als Transportmedium. So erreicht der Sauerstoff über die Blutbahnen auch die engsten Gewebe. Sauerstoff wird im Blut sowohl in gelöster, als auch gebundener Form transportiert. Die Moleküle des Sauerstoffs binden sich an das Hämoglobin im menschlichen Blut. Dessen Bindungsaffinität fällt im ansteigend sauren Milieu des restlichen Körpers ab. Auf diese Weise trennt sich der Sauerstoff auf seiner Reise durch die Blutbahnen vom Hämoglobin und kann so in die Gewebe aufgenommen werden.

Der Ventilationsperfusionsquotient bezieht sich auf das Verhältnis zwischen der Gesamtbelüftung der Lungen und ihrer Perfusion. Mit der Perfusion ist der Durchfluss von Blut bezeichnet.

Die Norm des Ventilations-Perfusions-Quotienten beschreibt das Ideal des Verhältnisses von Durchblutung und Ventilation, das die Lungen zur Sauerstoffversorgung des Körpers benötigen. Die alveoläre Ventilation und Perfusion unterscheiden sich wegen der Schwerkraft in den einzelnen Lungenabschnitten voneinander. Bei aufrechtem Thorax (Brustkorb) nehmen die Perfusion und die Ventilation von der Lungenspitze hin zur Lungenbasis allmählich zu. Der vertikale Ventilationsgradient ist dabei weniger stark ausgeprägt als der Perfusionsgradient.

Die variable Bronchien- und Gefäßversorgung in den Lungenregionen macht die Ventilations-Perfusions-Inhomogenität noch extremer. Das regionale Verhältnis beträgt in den basalen Abschnitten zum Beispiel nur 0,5. An der Spitze der Lungen beträgt es dagegen bis zu drei. Das Mittel aus diesen Zahlen ergibt einen Ventilations-Perfusions-Quotienten von etwa eins.

Die Bereiche über dem Mittelwert werden hyperventilierte und die unter dem Mittelwert hypoventilierte Bezirke genannt. Hyperventilierte Bereiche sind zum Beispiel die Alveolen. Sie tragen mehr zum Gasaustausch bei als die hypoventilierten Bezirke. Die Inhomogenität von Perfusion und Ventilation ist bei einer gestörten Lungenfunktion verstärkt und verschlechtert die Gasaustauschleistung der Lungen.

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Krankheiten & Beschwerden

Einem abweichenden Ventilations-Perfusions-Verhältnis können zwei verschiedene Prinzipien zugrundeliegen. Das erste Prinzip entspricht einer Abweichung aufgrund eines intrapulmonalen Rechts-Links-Shunts. Die Alveolen sind dabei nicht belüftet, aber perfundiert und mischen gemischtvenöses Blut in den Körperkreislauf. Der Rechts-Links-Shunt ist also eine Störung im Blutkreislauf, die sauerstoffarmes Blut aus den venösen Schenkeln in den arteriellen Schenkel pumpt, ohne dabei den Lungenkreislauf zu durchlaufen. Die Ursache für eine solche Erscheinung kann ein Vorhof- oder Kammerseptumdefekt sein, der eine direkte Verbindung der großen Körpergefäße schafft. So übersteigt der rechtsventrikuläre Druck den linksventrikulären Druck. Auch ein Surfactantmangel kann die Erscheinung auslösen, indem er eine Minderbelüftung in den basalen Bezirken der Lungen hervorruft.

Das zweite Prinzip für ein abnormales Ventilations-Perfusions-Verhältnis entspricht einer gesteigerten alveolären Totraumventilation. Dabei sind die Alveolen nicht perfundiert, aber belüftet und reduzieren so die effektive Ventilation, da sich das Atemminutenvolumen kompensatorisch steigert. Der Partialdruck des Kohlendioxid bleibt damit trotz der Atmung unverändert.

Störungen im pulmonalen Gasaustausch mit veränderten Blutgaswerten werden auch als respiratorische Insuffizienz bezeichnet. Eine solche kann bei etwaigen Ungleichgewichten im Ventilations-Perfusions-Verhältnis vorliegen. Die respiratorische Partialinsuffizienz entspricht einer arteriellen Hypoxämie mit einem Sauerstoffpartialdrucks unter 65 mmHg.

Bei der respiratorischen Globalinsuffizienz liegt neben der Hypoxämie eine Hyperkapnie vor. Der Kohlendioxidpartialdruck liegt also über 45 mmHg. Zu den wichtigsten Symptomen der Insuffizienz zählen Atemnot, innere Unruhe und Herzrasen. Bei schwerem Verlauf können außerdem Bewusstseinsstörungen und eine Bradykardie auftreten. Auch krankhafte Atemgeräusche oder Rasselgeräusche kommen vor.

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