Bildunterschrift (Agenturfoto. Mit Modell gestellt)
Physiologische Zwerchfellmechanik
Das Zwerchfell (Diaphragma) ist der primäre Inspirationsmuskel und spielt eine zentrale Rolle in der ventilatorischen Mechanik. Anatomisch trennt es als muskulotendinöse Struktur die Thorax- von der Abdominalhöhle und weist in Ruhe eine kuppelförmige Position auf.
Am Ende der Exspiration befindet sich das Zwerchfell in seiner physiologischen Ruheposition. Während der Inspiration kontrahieren die diaphragmalen Muskelfasern, was zu einem Absenken der Zwerchfellkuppel führt. Dadurch vergrößert sich das intrathorakale Volumen, und es entsteht ein Unterdruck, der den Einstrom von Luft in die Lungen bewirkt.
Gleichzeitig kommt es durch die Absenkung des Zwerchfells zu einer Verlagerung der abdominalen Organe nach kaudal und ventral, was klinisch als abdominale Atemexkursion sichtbar wird.
Während der passiven Exspiration relaxiert das Zwerchfell, wodurch es – unterstützt durch die elastischen Rückstellkräfte von Lunge und Thorax– wieder in seine kuppelförmige Ausgangsposition zurückkehrt. Dieser elastische Rückstellmechanismus ist entscheidend für eine suffiziente Lungenentleerung unter Ruhebedingungen5.
Pathophysiologischer Hintergrund
Bei Patient*innen mit chronisch obstruktiven Atemwegserkrankungen (insbesondere COPD) kommt es infolge einer exspiratorischen Flusslimitation zu einer unvollständigen Lungenentleerung. Dies führt zur Ausbildung einer statischen sowie – unter Belastung – dynamischen oder funktionellen Überblähung (air trapping).
Die daraus resultierende Erhöhung der Funktionellen Residualkapazität (FRC) bedingt eine Verschiebung der Atemmittellage in Richtung Inspiration. Klinisch manifestiert sich dies häufig als subjektives Gefühl der unzureichenden Inspiration, obwohl funktionell primär eine exspiratorische Problematik vorliegt.
Während die statische Überblähung vor allem durch die krankheitsbedingten strukturellen Veränderungen der Lunge entsteht und nicht oder nur wenig beeinflusst werden kann, kann man mit atemphysiotherapeutische Techniken Einfluss auf das Ausmaß der dynamischen Überblähung nehmen.
Dynamische Überblähung entsteht zusätzlich zur statischen Überblähung bei gesteigertem Atemantrieb. Dies kann durch körperliche Belastung, aber auch durch Sprechen oder Husten entstehen.
Auswirkungen auf die Zwerchfellfunktion
Die chronische Überblähung führt zu einer dauerhaften kaudalen Verlagerung und Abflachung des Zwerchfells. Dadurch verändert sich dessen Längen-Spannungs-Verhältnis ungünstig:
- Passive Annäherung und langfristig Verkürzung der Muskelfasern
- Verminderte Inspirationskapazität durch eingeschränkte Hubbewegung
Das Zwerchfell verbleibt funktionell in einer inspiratorischen Stellung und kann während der Exspiration nicht mehr ausreichend in seine physiologische Kuppelposition zurückkehren. Dies reduziert die Effektivität der inspiratorischen Muskelarbeit und verstärkt die Dyspnoe (1).
Verändert sich das Längen-Spannungs-Verhältnis eines Muskels, passen sie sich die Fasern an die neuen funktionellen Anforderungen an. Für das Zwerchfell bedeutet dies auf lange Sicht eine Verkürzung der Muskelfasern und eine Verschiebung von Typ IIa Muskelfasern hin zu Typ I Fasern. Typ I Fasern sind ausdauernder und widerstandsfähiger gegen Ermüdung3.
Die zunehmend horizontal stehenden Muskelfasern verengen bei Kontraktion den unteren Thoraxdurchmesser, statt ihn zu erweitern. Von außen wird während der Inspiration eine paradoxe Verengung des unteren Brustkorbs sichtbar. Dieses Phänomen nennt man Zwerchfell-Thoraxwand-Antagonismus oder Hoover-Zeichen.
Zusätzlich kommt es kompensatorisch zu einer erhöhten Rekrutierung der Atemhilfsmuskulatur2.
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Therapeutischer Ansatz
Neben trainingstherapeutischen Ansätzen zur Verbesserung der Kraft- und Ausdauerleistung des Zwerchfells mittels inspiratorischem Muskeltraining (IMT) ist die Reduktion der dynamischen Überblähung sowie die Verbesserung der Zwerchfellmechanik ein wichtiges Ziel der atemphysiotherapeutischen Intervention7,8.
Ein zentraler Baustein ist die Exspiration gegen einen positiven Druck (PEP-Prinzip), z. B.:
- Dosierte Lippenbremse
- Exspiration über Hilfsmittel (z. B. Strohhalm, PEP-Geräte)
Durch den positiven exspiratorischen Druck wird ein frühzeitiger Kollaps der kleinen Atemwege v.a. unter körperlicher Belastung reduziert, die Lungenentleerung verbessert und das endexspiratorische Lungenvolumen gesenkt4,6.
In Kombination mit spezifischen Lagerungen und dem Einsatz von Gewichten als Hilfsmittel kann zusätzlich eine günstigere Zwerchfellposition unterstützt werden8.
1. Rückenlage + Gewicht auf dem Bauch + PEP-Atmung
Durchführung
Patient*in in Rückenlage (ggf. Oberkörperhochlagerung bei kardialer oder respiratorischer Einschränkung).
Platzierung einer Zusatzlast (ca. 2–5 kg, individuell anzupassen) im Bereich des Abdomens.
- Inspiration: ruhig, durch die Nase, mit fokussierter abdominaler Atembewegung gegen den Widerstand
- Exspiration: langsam und dosiert gegen einen Widerstand (PEP, z. B. Lippenbremse)
Die externe Last erhöht während der Exspiration den intraabdominellen Druck und unterstützt die kraniale Rückverlagerung des Zwerchfells.
Praktische Hinweise
- Belastungsintensität individuell anpassen
- Vermeidung von Pressatmung
- Abbruch bei Zunahme der Dyspnoe oder Unbehagen
2. Bauchlage auf Kissen + PEP-Atmung
Eine weitere Möglichkeit, die Position des Zwerchfells zu unterstützen, ist die Bauchlage auf einem kleinen Handtuch oder Kissen in Kombination mit der PEP-Atmung.
Durchführung
Patient*in in Bauchlage, ggf. mit Unterlagerung durch Kissen im Abdominalbereich.
- Inspiration: ruhig, durch die Nase, mit fokussierter abdominaler Atembewegung gegen den Widerstand
- Exspiration: langsam und dosiert gegen einen Widerstand (PEP, z. B. Lippenbremse)
Die Kombination aus Schwerkraft, Widerstand der Unterlage und verlängerter Exspiration begünstigt eine Reduktion der dynamischen Überblähung und eine funktionelle Entlastung des Zwerchfells.
Varianten und Hinweise
- Halbe Bauchlage (135° Lagerung) bei eingeschränkter Toleranz der Bauchlage
- Höhe des abdominalen Widerstands über Größe des Kissens individuell anpassen
Zusammenfassung
Die pulmonale Überblähung führt zu einer funktionellen Einschränkung der Zwerchfellmechanik mit Verschlechterung der Atemökonomie. Durch gezielte atemphysiotherapeutische Interventionen kann
- die Lungenentleerung verbessert
- das endexspiratorische Volumen reduziert
- die Zwerchfellposition optimiert
- und die Dyspnoe subjektiv gelindert werden
Über die Autorin
Anja Kornblum-Hautkappe
Physiotherapeutin und M.A. Erwachsenenbildung
Anja Kornblum-Hautkappe ist Physiotherapeutin am Universitätsklinikum Essen und Dozentin an der Schule für Physiotherapie der Universitätsmedizin Essen. Ihre fachlichen Schwerpunkte liegen in der Inneren Medizin und der Pädiatrie. Außerdem ist sie als Referentin zu verschiedenen atemphysiotherapeutischen Themen in der AG Atemphysiotherapie im ZVK (Physio Deutschland) tätig. Darüber hinaus verfügt sie über einen Masterabschluss im Bereich Erwachsenenbildung.
Quellen:
1 Cao, Yuanyuan, et al. “Diaphragm Dysfunction and Rehabilitation Strategy in Patients With Chronic Obstructive Pulmonary Disease.” Frontiers in Physiology, vol. 13, May 2022, p. 872277. DOI.org (Crossref), https://doi.org/10.3389/fphys.2022.872277
2 De Troyer, A., et al. “Neural Drive to the Diaphragm in Patients With Severe COPD.” American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, vol. 155, no. 4, Apr. 1997, pp. 1335–40. DOI.org (Crossref), https://doi.org/10.1164/ajrccm.155.4.9105076
3 Goldspink, G., et al. Effect of Denervation on the Adaptation of Sarcomere Number and Muscle Extensibility to the Functional Length of the Muscle. 1974, https://doi.org/10.1113/jphysiol.1974.sp010463
4 Mayer, Anamaria Fleig, et al. “Effects of Acute Use of Pursed-Lips Breathing during Exercise in Patients with COPD: A Systematic Review and Meta-Analysis.” Physiotherapy, vol. 104, no. 1, Mar. 2018, pp. 9–17. DOI.org (Crossref), https://doi.org/10.1016/j.physio.2017.08.007
5 Oczenski, Wolfgang. Atmen – Atemhilfen: Atemphysiologie und Beatmungstechnik. 11th ed., Georg Thieme Verlag KG, 2023. DOI.org (Crossref), https://doi.org/10.1055/b000000496
6 Steier, J., et al. “Kardiorespiratorische Effekte der Atmung mit Lippenbremse während des 6-Minuten-Gehtests bei Patienten mit schwerer COPD.” physioscience, vol. 4, no. 03, Sept. 2008, pp. 120–24. DOI.org (Crossref), https://doi.org/10.1055/s-2008-1027682
7 Weise, Sabine, et al. Empfehlungen Zur Atemphysiotherapie. 3. erweiterte Auflage, Dustri Verlag, 2019
8 Yamaguti, Wellington P., et al. “Diaphragmatic Breathing Training Program Improves Abdominal Motion During Natural Breathing in Patients With Chronic Obstructive Pulmonary Disease: A Randomized Controlled Trial.” Archives of Physical Medicine and Rehabilitation, vol. 93, no. 4, Apr. 2012, pp. 571–77. DOI.org (Crossref), https://doi.org/10.1016/j.apmr.2011.11.026
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