Ventilation/Perfusion Ratio

Verteilungen bei Lungenerkrankungen.

Abbildung 4-25 zeigt eine typische Verteilung des Ventilation-Perfusion-Verhältnisses bei einem Patienten mit COPD. Die Verteilung ist typisch für das Muster, das man bei Patienten sieht, von denen man annimmt, dass sie überwiegend ein Emphysem haben.105 Das obere Feld zeigt, dass die gemessenen Retentionen und Exkretionen (Punkte, gestrichelte Linien) stark von denen abweichen, die man in einer homogenen Lunge mit gleicher Gesamtventilation und gleichem Blutfluss erwartet (durchgezogene Linien). In Übereinstimmung damit zeigt das untere Feld eine breite bimodale Verteilung, mit großen Mengen an Ventilation in Lungeneinheiten mit extrem hohen Ventilations-Perfusions-Verhältnissen (alveolärer Totraum). Beachten Sie den kleinen Shunt von 3,1 %. Die leichte Hypoxämie bei diesem Patienten (arterieller Po2 von 63 mm Hg) erklärt sich hauptsächlich durch die leichte Verschiebung des Hauptmodus des Blutflusses nach links von der Norm. Vermutlich spiegelt der hohe Modus des Ventilations-Perfusions-Verhältnisses die Belüftung von Lungeneinheiten wider, in denen viele Kapillaren durch den emphysematösen Prozess zerstört wurden, was ihre Perfusion verringert. Patienten mit akuter Lungenembolie zeigen oft ein ähnliches Ventilations-Perfusions-Verhältnis wie in Abbildung 4-25. Dies lässt sich gut durch die anhaltende Ventilation in schlecht durchbluteten embolisierten Regionen erklären. Manchmal sind auch Shunts zu sehen, möglicherweise aufgrund einer verstreuten Atelektase, möglicherweise aufgrund eines Ödems und möglicherweise aufgrund eines Rechts-Links-Shunts durch ein offenes Foramen ovale, wenn der Druck im rechten Vorhof erhöht ist.

Patienten mit COPD, deren vorherrschende Läsion eine schwere Bronchitis ist, zeigen im Allgemeinen ein anderes Muster. Die Hauptanomalie in der Verteilung ist ein großer Anteil des Blutflusses, der zu Lungeneinheiten mit sehr niedrigen Ventilations-Perfusions-Verhältnissen (zwischen 0,005 und 0,1) fließt. Dies erklärt die schwerere Hypoxämie bei dieser Art von Patienten und ist konsistent mit einem großen physiologischen Shunt. Vermutlich sind die niedrigen Ventilations-Perfusions-Verhältnisse bei einigen Lungeneinheiten das Ergebnis von teilweise blockierten Atemwegen aufgrund von zurückgehaltenen Sekreten und Atemwegserkrankungen, die den Atemwegsdurchmesser reduzieren. Interessant ist jedoch, dass diese Patienten im Allgemeinen keinen großen Shunt (Blutfluss zu nicht belüfteten Alveolen) aufweisen, und eine mögliche Erklärung ist die Kollateralventilation. Es sollte betont werden, dass die bei schwerer chronischer Bronchitis gefundenen Verteilungen eine beträchtliche Variabilität aufweisen.

Ein besonders interessantes Muster der Ventilations-Perfusions-Verhältnisse wurde bei einigen Patienten mit Asthma beobachtet, sogar in Remission.106 Abbildung 4-26A zeigt ein offensichtliches bimodales Erscheinungsbild, bei dem etwa 25 % des Gesamtblutflusses zu Lungeneinheiten mit Ventilations-Perfusions-Verhältnissen im Bereich von 0,1 gehen. Es gab jedoch keinen Blutfluss zu nicht ventilierten Einheiten. Als diesem Patienten ein β-adrenerger Bronchodilatator per Aerosol verabreicht wurde, änderte sich die Verteilung, wie in Abbildung 4-26B dargestellt. Es gab einen deutlichen Anstieg des Blutflusses zu den Einheiten mit niedrigem Ventilations-Perfusions-Verhältnis, und dies war mit einer entsprechenden Abnahme des arteriellen Po2 von 81 auf 70 mm Hg verbunden. Dieses Muster war jedoch nur von kurzer Dauer; 5 Minuten später hatte sich die Verteilung wieder dem in Abbildung 4-26A gezeigten Muster angenähert, und der Po2-Wert war wieder auf dem Niveau vor der Bronchodilatation. Die bronchodilatatorischen Effekte des Medikaments auf den Atemfluss hatten eine viel längere Dauer.

Ein derartiger Abfall des arteriellen Po2 wird bei Asthmatikern nach einer bronchodilatatorischen Therapie auch bei verbessertem Atemfluss häufig beobachtet.60,61 Der Grund für die Umverteilung des Blutflusses ist wahrscheinlich, dass sich die Blutgefäße, die die hypoxischen Einheiten mit niedrigem Ventilations-Perfusions-Verhältnis versorgen, als Reaktion auf die β-adrenergen Agonisten bevorzugt erweitern. Moderne Bronchodilatatoren verursachen eine geringere Hypoxämie als in Abbildung 4-26 gezeigt und auch eine geringere Verschlechterung der Ventilations-Perfusions-Verhältnis-Verteilung.

Es war überraschend, dass dieser fast asymptomatische Patient eine so große Ungleichheit des Ventilations-Perfusions-Verhältnisses hatte, wie in Abbildung 4-26 gezeigt. Das Ausmaß der Anomalie der Verteilung legt nahe, dass es viel mehr Anomalien in der Lunge gab, einschließlich der Obstruktion der kleinen Atemwege, als die Symptome des Patienten vermuten ließen. Ein Lungenmodell, das mit den beobachteten Daten übereinstimmt, ist, dass die Hälfte der kleinen Atemwege durch Schleimpfropfen und/oder Atemwegswandödeme vollständig verschlossen gewesen sein könnte und dass die von ihnen unterlagerte Lunge durch Kollateralkanäle belüftet wurde. Es sollte jedoch betont werden, dass nicht alle gut eingestellten Asthmatiker solche abnormalen Verteilungen der Ventilations-Perfusions-Verhältnisse aufweisen. Bei einigen ist die Verteilung unimodal mit geringer oder keiner Zunahme der Streuung. Wichtig ist, dass das Ausmaß der Ungleichheit des Ventilations-Perfusions-Verhältnisses nicht aus der Beeinträchtigung der Spirometrie vorhergesagt werden kann.

Patienten mit akutem Atemnotsyndrom zeigen häufig ein ganzes Spektrum von Anomalien des Ventilations-Perfusions-Verhältnisses, insbesondere einen Shunt, aber auch Bereiche mit niedrigem Ventilations-Perfusions-Verhältnis, Bereiche mit normalem Ventilations-Perfusions-Verhältnis, Bereiche mit hohem Ventilations-Perfusions-Verhältnis und eine erhöhte Ventilation der nicht-perfundierten Lunge.

Neuere Techniken werden entwickelt, um das Ventilations-Perfusions-Verhältnis und sogar den alveolären Po2 abzubilden und zu quantifizieren, aber sie haben noch nicht die Auflösung der Technik der multiplen Inertgaselimination.6,107 Bei ausreichender räumlicher und zeitlicher Auflösung könnten solche Methoden jedoch nützlich sein, um festzustellen, ob hohe Ventilations-Perfusions-Regionen bei Patienten mit COPD (siehe Abb. 4-25) tatsächlich durch die emphysematösen Bullae erklärt werden oder ob die bimodale Ventilations-Perfusions-Verteilung, die bei Asthma gefunden wird (siehe Abb. 4-26), regional fixiert ist oder sich bewegt.