Nicht jeder Atemzug einer Person trägt zum Gasaustausch bei. Ein Teil davon füllt die Atemwege, ohne jemals funktionierende Alveolen zu erreichen, und ein anderer Teil erreicht Alveolen, die keinen Blutfluss haben, um das CO2 aufzunehmen. Die Bohr-Gleichung quantifiziert diese „verschwendete“ Beatmung als ein einziges Verhältnis – Vd/Vt – unter Verwendung lediglich einer arteriellen Blutgas- und einer ausgeatmeten CO2-Messung. Dieser Leitfaden erklärt, woher die Formel kommt, wie ein normales Verhältnis aussieht und was es nach oben treibt.

Woher die Bohr-Gleichung kommt

Christian Bohr beschrieb den Zusammenhang im Jahr 1891: Wenn kein CO2 eines Atemzugs aus dem toten Raum käme, würde das ausgeatmete CO2 genau dem alveolären CO2 entsprechen. Der Abstand zwischen ihnen, ausgedrückt als Anteil des alveolären CO2, ist der Totraumanteil. Bohrs ursprüngliche Formel verwendete das mittlere alveoläre PCO2, das in der Praxis sehr schwer direkt am Krankenbett entnommen werden kann.

Im Jahr 1938 schlug Enghoff vor, alveoläres PCO2 durch arterielles PaCO2 zu ersetzen – beide liegen in gesunden Lungen normalerweise sehr nahe beieinander – und ergaben so die moderne klinische Formel, die dieser Rechner verwendet: Vd/Vt = (PaCO2 − PeCO2) / PaCO2. Diese „modifizierte Enghoff“-Gleichung ist die Version, auf die heute in der gesamten Intensivpflege und Atemphysiologie verwiesen wird.

Anatomischer vs. alveolärer vs. physiologischer Totraum

Es hilft, drei verwandte Begriffe zu trennen. Der anatomische Totraum besteht nur aus den leitenden Atemwegen – Mund, Luftröhre, Bronchien – die Luft halten, aber keine Alveolen zum Gasaustausch haben; Bei einem durchschnittlichen Erwachsenen beträgt es etwa 150 ml und verändert sich bei jedem Atemzug kaum. Beim alveolären Totraum handelt es sich um belüftete Alveolen, die kaum oder gar nicht durchblutet werden, so dass die Luft, die sie erreicht, kein CO2 aufnehmen kann, obwohl dort ein Gasaustausch stattfinden sollte. Der physiologische Totraum ist die Summe aus beiden und ist das, was das Vd/Vt-Verhältnis aus der Bohr-Gleichung tatsächlich misst.

Bei einem gesunden Menschen ist der physiologische Totraum fast ausschließlich anatomisch bedingt – der alveoläre Totraum liegt nahe bei Null, da Belüftung und Blutfluss gut aufeinander abgestimmt sind. Wenn ein Krankheitsprozess diese Übereinstimmung stört, vergrößert sich der alveoläre Totraum und Vd/Vt steigt über den normalen Bereich.

Was bewegt das Verhältnis und warum ist es wichtig?

Alles, was die Alveolen belüftet, ohne sie zu durchbluten, treibt Vd/Vt in die Höhe: Eine Lungenembolie blockiert den Blutfluss vollständig, ein Emphysem zerstört das Alveolar-Kapillar-Bett und ein niedriges Herzzeitvolumen oder eine Hypovolämie reduzieren den Lungenblutfluss im Allgemeinen. Die mechanische Beatmung selbst fügt durch Schläuche, Filter und Anschlüsse zwischen den Atemwegen und der Stelle, an der die ausgeatmeten Gase entnommen werden, etwas zusätzlichen Totraum hinzu.

Bei kritisch kranken, mechanisch beatmeten Patienten ist der Totraumanteil mehr als eine abstrakte Zahl – ein anhaltend erhöhter Vd/Vt zu Beginn des akuten Atemnotsyndroms (ARDS) korreliert nachweislich mit dem Mortalitätsrisiko, unabhängig von anderen Maßen für die Schwere der Lungenverletzung. Aus diesem Grund wird das Verhältnis auf einigen Intensivstationen seriell verfolgt und nicht nur einmal gemessen. Bei diesem Rechner handelt es sich um ein Lehr- und Entscheidungshilfetool, nicht um ein Diagnosegerät – die Interpretation des Trends eines bestimmten Patienten erfordert eine umfassende Beurteilung durch einen Arzt.