Totraumvolumen

Anteil eines Atemzugs, der nicht unmittelbar am Gasaustausch zwischen Lunge und Blut beteiligt ist.

Kurze Definition

Das Totraumvolumen bezeichnet die Luftmenge eines Atemzugs, die nicht am unmittelbaren Austausch von Sauerstoff und Kohlendioxid mit dem Blut teilnimmt. Der Begriff beschreibt damit keinen funktionslosen oder „toten“ Teil der Lunge, sondern einen physiologisch wichtigen Anteil der Atemwege und der Ventilation.

Wortherkunft und medizinische Bedeutung

Der Ausdruck „Totraum“ ist eine bildhafte physiologische Bezeichnung. Gemeint ist ein belüfteter Raum, in dem während dieses Atemzugs kein Gasaustausch mit dem Lungenkreislauf stattfindet. In der Fachsprache werden anatomischer, alveolärer und physiologischer Totraum unterschieden.

Anatomischer Totraum

Zum anatomischen Totraum gehören die luftleitenden Atemwege, etwa Nase, Mund, Rachen, Kehlkopf, Luftröhre und größere Bronchien. Diese Strukturen transportieren, erwärmen, befeuchten und reinigen die Atemluft, besitzen aber keine Alveolen für den eigentlichen Gasaustausch.

Die Luft, die am Ende der Einatmung in diesen Atemwegen verbleibt, erreicht in diesem Atemzug nicht die gasaustauschenden Lungenabschnitte. Bei der nächsten Ausatmung wird sie zuerst wieder nach außen bewegt.

Alveolärer und physiologischer Totraum

Als alveolärer Totraum werden belüftete Alveolen bezeichnet, die nicht ausreichend durchblutet werden und deshalb nur eingeschränkt am Gasaustausch teilnehmen. Bei gesunden Menschen ist dieser Anteil unter Ruhebedingungen normalerweise klein.

Der physiologische Totraum ist die Summe aus anatomischem und alveolärem Totraum. Er beschreibt somit den gesamten Anteil der Ventilation, der nicht effektiv am Gasaustausch beteiligt ist. Bei bestimmten Erkrankungen oder Störungen des Verhältnisses von Belüftung und Durchblutung kann der alveoläre und damit auch der physiologische Totraum ansteigen.

Bedeutung für die alveoläre Ventilation

Für den Gasaustausch ist nicht allein entscheidend, wie viel Luft pro Minute ein- und ausgeatmet wird. Entscheidend ist, welcher Anteil davon die gasaustauschenden Alveolen erreicht. Die alveoläre Ventilation lässt sich vereinfacht als Differenz aus Atemzugvolumen und Totraumvolumen, multipliziert mit der Atemfrequenz, beschreiben.

Das erklärt, weshalb sehr schnelle und flache Atemzüge trotz eines scheinbar ausreichenden Atemminutenvolumens vergleichsweise wenig frische Luft bis in die Alveolen bringen können. Ein größerer Anteil jedes kleinen Atemzugs verbleibt dann in den leitenden Atemwegen. Umgekehrt bedeutet dies nicht, dass möglichst große Atemzüge grundsätzlich besser sind: Auch Atembedarf, Atemfrequenz, Kohlendioxidregulation und Atemarbeit müssen berücksichtigt werden.

Typische Größenordnung und Messung

Der anatomische Totraum wird bei Erwachsenen häufig grob mit etwa zwei Millilitern pro Kilogramm Körpergewicht oder ungefähr 150 Millilitern angegeben. Solche Werte sind jedoch nur Orientierungen. Körpergröße, Alter, Körperhaltung, Atemwegssystem und Messmethode beeinflussen das tatsächliche Volumen.

Der physiologische Totraum kann unter anderem mithilfe der Bohr-Gleichung aus dem arteriellen Kohlendioxidpartialdruck und der Kohlendioxidkonzentration der gemischt ausgeatmeten Luft abgeschätzt werden. Solche Messungen gehören in einen medizinischen oder wissenschaftlichen Untersuchungsrahmen.

Bedeutung im Atemtraining

Im Atemtraining hilft das Totraumkonzept zu verstehen, warum Atemfrequenz und Atemzuggröße gemeinsam betrachtet werden sollten. Eine hastige, sehr flache Atmung kann einen großen Anteil der gesamten Ventilation für den wiederholten Transport durch die leitenden Atemwege verwenden.

Das Konzept ist jedoch keine Anleitung, besonders tief oder besonders langsam zu atmen. Funktionelle Atmung orientiert sich am tatsächlichen Bedarf und an der jeweiligen Situation. Bei körperlicher Belastung muss die Ventilation steigen; in Ruhe ist häufig eine ruhigere und weniger aufwendige Atembewegung angemessen.

Häufige Missverständnisse

• „Totraum ist nutzlos.“ Die leitenden Atemwege erfüllen wichtige Aufgaben wie Lufttransport, Erwärmung, Befeuchtung und Reinigung.
• „Totraumluft enthält keinen Sauerstoff.“ Sie nimmt lediglich in diesem Moment nicht am alveolären Gasaustausch teil.
• „Mehr Totraum bedeutet automatisch Krankheit.“ Der anatomische Totraum ist normal. Medizinisch relevant kann vor allem eine Zunahme des alveolären oder physiologischen Totraums sein.
• „Man kann den Totraum durch Atemtraining einfach beseitigen.“ Anatomische Strukturen lassen sich nicht wegtrainieren; Atemmuster können lediglich beeinflussen, wie sich Atemzugvolumen, Frequenz und effektive alveoläre Ventilation zueinander verhalten.

Grenzen der Einordnung

Das Totraumvolumen lässt sich aus der subjektiven Atemwahrnehmung nicht zuverlässig bestimmen. Auffälligkeiten der Ventilation oder des Gasaustauschs benötigen fachgerechte Diagnostik. Plötzliche Atemnot, Brustschmerzen, Bewusstseinsstörungen oder eine bläuliche Hautverfärbung erfordern eine dringende medizinische Abklärung.

Praktischer Bezug zu Breathe-Wise

Bei Breathe-Wise dient das Totraumvolumen als anschauliches Modell, um den Unterschied zwischen bewegter Luft und tatsächlich alveolär wirksamer Ventilation zu erklären. Im Atemtraining werden Atemfrequenz, Atemzuggröße, Atemmechanik und Körperwahrnehmung gemeinsam betrachtet, ohne aus einem einzelnen physiologischen Wert eine Diagnose oder allgemeingültige Atemvorgabe abzuleiten.

Gesundheitlicher Hinweis

Quellen und weiterführende Informationen

• Physiology, Lung Dead Space – StatPearls, NCBI Bookshelf
• Anatomy, Anatomic Dead Space – StatPearls, NCBI Bookshelf
• Dead space: the physiology of wasted ventilation
• Physiology, Tidal Volume – StatPearls, NCBI Bookshelf
• Physiology, Pulmonary Ventilation and Perfusion – StatPearls, NCBI Bookshelf
• The physiological basis and clinical significance of lung volume measurements