Ein für Studenten schwer zu verstehendes Konzept ist, wie sich die Rückstoßkräfte der Lunge und die Rückstoßkräfte der Brustwand gegenseitig ausgleichen, um die Relaxationsdruck-Volumen-Beziehung des Lungen- und Brustwandsystems zu bestimmen. Bei den meisten Lungenvolumina ist der Rückstoß der Lunge nach innen gerichtet, während der Rückstoß der Brustwand nach außen gerichtet ist. Wenn die beiden Rückstoßkräfte gleich groß, aber in entgegengesetzte Richtungen gerichtet sind, befindet sich das System aus Lunge und Brustwand im dynamischen Gleichgewicht. Das Lungenvolumen, bei dem dies der Fall ist, ist die funktionelle Restkapazität (FRC). Im Folgenden wird ein einfaches Modell beschrieben, mit dem dieses Phänomen sowie die aktive muskuläre Einatmung und die passive Ausatmung demonstriert werden können. Durch eine geringfügige Änderung des Modells kann auch die Auswirkung einer Veränderung des Lungenrückstoßes aufgrund einer Lungenfibrose oder eines Emphysems dargestellt werden. Dieses Modell basiert auf den von Stockert (1, 2) vorgestellten Lehrmitteln zur Lungenventilation.

Das Modell besteht aus vier Aluminium-Laborrahmenstäben, drei Klemmenhaltern, einem schweren Sockel, einer freischwingenden Thermometerklemme und vier Gummibändern (Abb. 1A). Wenn Sie das zusammengebaute Modell beschreiben (Abb. 1B), weisen Sie darauf hin, dass der linke vertikale Stab 0 % Vitalkapazität (VC), der frei schwingende Stab in der Mitte die Brustwand und der rechte vertikale Stab 70 % VC darstellt. Halten Sie dann zwei Gummibänder hoch, die jeweils den elastischen Rückstoß des Lungengewebes und den elastischen Rückstoß der Brustwand darstellen. Befestigen Sie die Gummibänder so an der beweglichen “Brustwand”, dass die beiden Gummibänder in entgegengesetzte Richtungen ziehen (Abb. 2A). Der Ort, an dem die Brustwand jetzt positioniert ist, ist FRC, wobei sich die elastischen Rückstöße der Lunge und der Brustwand gegenseitig ausgleichen.

Um eine Inspiration zu demonstrieren, bewegen Sie den unteren Teil des Brustwandstabs physisch in Richtung eines größeren Lungenvolumens (d. h. nach rechts, in Richtung des 70%-VC-Stabs; Abb. 2B). Die dazu erforderliche Energie entspricht der Energie, die von den Einatmungsmuskeln (d. h. dem Zwerchfell und den äußeren Zwischenrippenmuskeln) während der Einatmung bereitgestellt wird. Dadurch wird auch das Gummiband gedehnt, das den elastischen Rückstoß der Lunge repräsentiert, die sich auf den Brustwandstab zurückzieht. Um eine passive Ausatmung zu demonstrieren, lassen Sie einfach den Brustwandstab los, und die Brustwand kehrt in den FRC zurück (Abb. 2C). Die Energie, die diese Bewegung hervorruft, ist die gespeicherte Energie in dem gedehnten Gummiband, das den elastischen Rückstoß der Lunge darstellt, so dass bei einer passiven Exspiration keine Muskelkraft erforderlich ist. Weitergehende Demonstrationen könnten die Rückstoßkräfte während einer Inspiration auf ein großes Lungenvolumen (d.h. >70% VC) anzeigen, wobei der Rückstoß von Lunge und Brustwand nun beide nach innen gerichtet wären, oder während einer aktiven Exspiration auf ein Lungenvolumen, das kleiner als FRC ist (d.h. auf RV), wobei der Rückstoß der Brustwand dem abnehmenden Lungenvolumen zunehmend entgegenwirken würde.

Durch Hinzufügen oder Auswechseln von Gummibändern lassen sich mit diesem Modell auch Zustände von Lungenerkrankungen demonstrieren. Das Hinzufügen eines zweiten Gummibandes zur Erhöhung des elastischen Rückstoßes der Lunge würde eine Lungenfibrose darstellen (Abb. 2D). In diesem Fall ist die FRC reduziert, und es ist viel schwieriger, eine inspiratorische Bewegung der Brustwand zu erzeugen, da der elastische Rückstoß der Lunge erhöht ist. Das Entfernen der beiden Lungenrückstoß-Gummibänder und ihr Ersatz durch ein einziges, größeres Gummiband mit geringerem elastischen Rückstoß würde ein Emphysem darstellen (Abb. 2E). In diesem Fall sind sowohl die FRC als auch die Compliance der Lunge erhöht, so dass es leichter ist, eine inspiratorische Bewegung der Brustwand zu erzeugen. Ein Pneumothorax lässt sich nachweisen, indem man das Gummiband, das den elastischen Rückstoß der Lunge darstellt, von der Brustwandstange löst und auf der 0%-VC-Aluminiumstange in Position hält (Abb. 2F). Das Gummiband rollt sich nach innen zurück und zeigt so eine kollabierte Lunge an, während der Brustwandstab durch den Rückstoß der Brustwand nach außen bewegt wird und so eine ungehinderte Aufblähung des Brustkorbs demonstriert. Beachten Sie, dass das Gummiband, das die kollabierte Lunge darstellt, nicht vollständig auf ein Volumen von Null kollabiert; die anhaltende “Aufblähung” der “Lunge” während eines Pneumothorax stellt das minimale Volumen der Lunge dar.

Diese Darstellung ist sehr anschaulich und veranschaulicht auf einfache Weise ein für Studenten schwer verständliches Thema. Sie wurde in Vorlesungen für Medizin-, Pharmazie-, Arzthelferinnen- und Physiotherapiestudenten verwendet. Den meisten Studenten scheint die Demonstration zu gefallen, und ich habe von Studenten aller Studiengänge positive Rückmeldungen erhalten. Nachdem sie die Demonstration gesehen haben, scheinen die Studenten dieses schwierige Konzept leicht zu begreifen.