Kollaterale Ventilation[1]

Zusammenfassung

Unter kollateraler Ventilation versteht man eine alveoläre Ventilation unter Umgehung der normalen bronchialen Atemwege. Solche ventilatorischen Bypassstrukturen sind als interalveoläre, bronchioloalveoläre, interbronchioläre und interlobäre Strukturen beschrieben worden. In der menschlichen Lunge nehmen ventilatorische Kollateralen mit zunehmender Lungenüberblähung bzw. emphysematischer Destruktion zu. In gesunden menschlichen Lungen lässt sich in der Regel keine relevante kollaterale Ventilation nachweisen. In emphysematischen Lungen kann die Ventilation über kollaterale Strukturen den Gasaustausch verbessern. Die kollaterale Ventilation erklärt verschiedene klinisch zu beobachtende Phänomene wie z. B. das Ausbleiben einer Atelektase in Lungenregionen, die einer vollständigen Obstruktion (z. B. durch Tumor oder Fremdkörper) nachgeschaltet sind. Auch die unterschiedlichen Resultate nach Implantation von endobronchial platzierten Einwegventilen zur Lungenvolumenreduktion lassen sich durch ventilatorische Kollateralen erklären. Kenntnisse über das Phänomen der kollateralen Ventilation sind für unser Verständnis der Physiologie in Emphysemlungen und für die Planung neuer Techniken zur Behandlung des Emphysems bzw. der Lungenüberblähung bedeutsam. Die Arbeit gibt einen Überblick über die Geschichte, die physiologische Bedeutung, die Relevanz für volumenreduzierende Interventionen und die Möglichkeiten eines funktionellen Nachweises. Darüber hinaus wird die Möglichkeit einer radiologischen Darstellung von ventilatorischen Kollateralen anhand eigener Untersuchungsergebnisse vorgestellt.

Abstract

The phenomenon of collateral ventilation is defined as ventilation of alveolar structures through passages or channels that bypass the normal airways. Such bypassing structures can be interalveolar, bronchiole-alveolar, interbronchiole, and interlobar. Collateral ventilation structures seem to be prominent in human lungs with trapped air and emphysema. In healthy human lungs normally no relevant collateral ventilation can be detected. In emphysematic lungs the ventilation through collateral channels can probably improve gas exchange mechanisms. The phenomenon of collateral ventilation explains several clinical observations in human lungs such as the absence of atalectasis following complete bronchial obstruction, e. g. after foreign body aspiration or tumour. The various results after bronchoscopic implantation of one-way endobronchial valves as a new technique for treating emphysema can also be explained by collateral ventilation. Understanding collateral ventilation is of high importance for clinicians, those working in the field of physiology of emphysema in human lungs and may be central to planning new bronchoscopic techniques for treating emphysema. The paper offers an overview of history, physiology and the relevance for lung volume reduction methods. Moreover, a new imaging technique to demonstrate collateral ventilation in vivo is described.

1 Prof. Dr. Dieter Köhler zum 60. Geburtstag gewidmet.

Literatur

• 1 Kohn H N. Zur Histologie des indurirenden fibrinosen Pneumonia.  Munch Med Wochenschr. 1893;  40 42-45
• 2 Bastacky J, Goerke J. Pores of Kohn are filled in normal lungs: low-temperature scanning electron microscopy.  J Appl Physiol. 1992;  73 88-95
• 3 Macklem P T. Airway obstruction and collateral ventilation.  Physiol Rev. 1971;  51 368-436
• 4 Allen C van M, Lindskogh G E, Richter H G. Gaseous interchange between adjacent lung lobules.  Yale J Biol Med. 1930;  2 297
• 5 Allen C van M, Lindskogh G E, Richter H G. Collateral respiration. Transfer of air collaterally between pulmonary lobules.  J Clin Inverst. 1931;  10 559-590
• 6 Macklin C C. Alveolar pores and their significance in the human lung.  Arch Pathol. 1936;  21 202-216
• 7 Martin H B. The effect of aging on the alveolar pores of Kohn in the dog.  Am Rev Resp Dis. 1963;  88 773-778
• 8 Menkes H A, Traystman R J. Collateral ventilation.  Am Rev Respir Dis. 1977;  116 287-309
• 9 Mazzone R W, Kamblau S. Size of pore of Kohn: influence of transpulmonary and vascular pressures.  J Appl Physiol: Respirat Environ Ex Physiol. 1981;  51 739-745
• 10 Takaro T, Price H P, Parra S C. Ultrastructural studies of apertures in the interalveolar septum of the adult human lung.  Am Rev Resp Dis. 1979;  119 425-434
• 11 Martin H. Respiratory bronchioles as the pathway for collateral ventilation.  J Appl Physiol. 1966;  21 1443-1447
• 12 Lambert M W. Accessary bronchiole-alveolar communications.  J Pathol Bacteriol. 1955;  70 311-314
• 13 Anderson J B, Jesperson N. Demonstration of intersegmental respiratory bronchioles in normal human lungs.  Eur J Resp Dis. 1980;  61 337-341
• 14 Higuchi T, Reed A, Oto T. et al . Relation of interlobar collaterals to radiological heterogeneity in severe emphysema.  Thorax. 2006;  61 409-413
• 15 Baarsma P, Dirken M NJ, Huisinga E. Collateral ventilation in man.  J Thorac Surg. 1947;  17 252-263
• 16 Hogg J C, Macklem P T, Thurlbeck W M. The resistance of collateral channels in excised human lungs.  J Clin Invest. 1969;  48 421-431
• 17 Morrell N W, Roberts C M, Biggs T. Collateral ventilation and gas exchange during airway occlusion in the normal human lung.  Am Rev Respir Dis. 1993;  147 535-539
• 18 Terry P B, Traystman R J, Newball H H. Collateral ventilation in man.  N Engl J Med. 1978;  298 10-15
• 19 Rosenberg D E, Lyons H A. Collateral ventilation in excised human lungs.  Respiration. 1979;  37 125-134
• 20 Macklem P T. Collateral ventilation.  N Engl J Med. 1978;  298 49-50
• 21 Lindskog G E, Bradshaw H H. Collateral respiration: the chemical composition and volume of the collaterally respired gases.  Am J Physiol. 1934;  108 581-592
• 22 Criner G J, Cardova F C, Furukawa S. Prospective randomized trial comparing bilateral lung volume reduction surgery to pulmonary rehabilitation in severe chronic obstructive pulmonary disease.  Am J Respir Crit Care Med. 1999;  160 2018-2027
• 23 Geddes D, Davies M, Koyama H. Effect of lung-volume-reduction surgery in patients with severe emphysema.  N Engl J Med. 2000;  343 239-245
• 24 National Emphysema Treatment Trial Research Group . A randomized trial comparing lung-volume reduction surgery with medical therapy for severe emphysema.  N Engl J Med. 2003;  348 2059-2072
• 25 Cordova F C, O'Brien G, Furukawa S. Stability of improvement in exercise performance and quality of life following bilateral lung volume reduction surgery in severe COPD.  Chest. 1997;  112 907-915
• 26 Maxfield R A. New and emerging minimally invasive techniques for lung volume reduction.  Chest. 2004;  125 777-783
• 27 Reilly J, Washko G, Pinto-Plato V. et al . Biological lung volume reduction. A new bronchoscopic therapy for advanced emphysema.  Chest. 2007;  131 1108-1113
• 28 Toma T P, Hopkinson N S, Hillier J. Bronchoscopic volume reduction with valve implants in patients with severe emphysema.  Lancet. 2002;  361 931-933
• 29 Snell G I, Holsworth L, Borrill Z L. The potential for bronchoscopic lung volume reduction using bronchial prostheses: a pilot study.  Chest. 2003;  124 1073-1080
• 30 Yim A PC, Hwang T MT, Lee T W. Early results of endoscopic lung volume reduction for emphysema.  J Thorc Cardiovasc Surg. 2004;  127 1564-1573
• 31 Hopkinson N S, Toma T P, Hansell D M. Effect of bronchoscopic lung volume reduction on dynamic hyperinflation and exercise in emphysema.  Am J Respir Crit Care Med. 2005;  171 453-460
• 32 Cetti E J, Moore A J, Geddes D M. Collateral ventilation.  Thorax. 2006;  61 371-373
• 33 Morrell N W, Wignall B K, Biggs T. Collateral ventilation and gas exchange in emphysema.  Am J Respir Crit Care Med. 1994;  150 635-661
• 34 Choong C K, Macklem P T, Pierce J A. et al . Transpleural ventilation of explanted human lungs.  Thorax. 2007;  62 623-630
• 35 Voshaar T H, Kemper P, Schönhofer B. et al . Bronchoalveolar lavage with contrast media: A new diagnostic tool to analayse morphological changes of the distal airspaces in emphysema.  Eur Respir J. 1993;  6 140s
• 36 Voshaar T H, Kemper P, Schönhofer B. et al .Morphological analysis of the distal airspaces in emphysema by bronchoalveolar lavage with contrast media. A new diagnosticTool. 4th international conference on bronchoalveolar lavage. Umea: Abstract Book 1993: P102
• 37 Voshaar T H, Schönhofer B, Köhler D. Selektive Alveolobronchiolographie bei Lungenemphysem: Ein Vergleich mit HRCT und Lungenfunktion.  Atemw und Lungenkrkh. 1993;  11 543
• 38 Voshaar T H, Stark R, Köhler D. Bildgebende Verfahren und Funktionsparameter bei Lungenemphysem.  Pneumologie. 1994;  48 665
• 39 Tammeling G J. Physiologie der Atmung II. Frankfurt: pharma- und medical-information-Verlag-GmbH 1984

1 Prof. Dr. Dieter Köhler zum 60. Geburtstag gewidmet.