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20.12.2010

Atmen im Schlaf

Wenn Pferde lange liegen, kann das gefährliche Auswirkungen auf die Lunge haben.

Pferde schlafen anders. Während der Mensch etwa ein Drittel seines Lebens liegend zubringt, ruht das Pferd fünf bis sieben Stunden täglich, überwiegend im Stehen, da längeres Liegen beim erwachsenen Tier zum Kollabieren der Lungenbläschen führen würde. Nun wurde ein Mechanismus beobachtet, der Ponys und Fohlen möglicherweise davor bewahrt, dieser wird nun an der VUW genau untersucht.

schlaf atmung fohlen1 © Fotolia.com
Pferde im Tiefschlaf: Erwachsene Tiere verbringen nur wenig Zeit in der Seitenlage — das große Körpergewicht würde die Lungenbläschen zum Kollabieren bringen.
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Wenn man Pferde beim Dösen mit halb- bis ganz geschlossenen Augenlidern beobachtet, vermeint man, dass sie schlafen. Doch dies ist nur ein Übergangsstadium, das allerdings regenerierend wirkt, da die Muskulatur dabei entspannt ist. Der geringe Kraftaufwand im Stehen wiederum erklärt sich aus dem speziellen Aufbau von Knochen, Sehnen, Muskeln und Bändern der Extremitäten. Zusätzlich wird alle vier bis fünf Minuten ein Bein entlastet und steht nur auf der Hufspitze. Eine ausreichende Erholung ist jedoch nur möglich, wenn das Pferd auch täglich wirklich tief schlafen kann, wozu es sich in Brust bzw. Seitenlage hinlegen muss. In Brustlage gelangt das Pferd in die so genannte „slow wave“- Phase, die deshalb so bezeichnet wird, weil die Gehirnströme in diesem Schlafabschnitt wellenartigen Schwankungen unterliegen. In Seitenlage erlebt das Pferd tiefen REM-Schlaf, bei dem sich die Augen unter geschlossenen Lidern schnell bewegen (rapid eye movement – „REM“). Man darf nun keinesfalls denken, dass diese beiden Schlafphasen mit einer Gesamtdauer von etwa zwei bis drei Stunden täglich am Stück verbracht werden. Vielmehr sind sie als Intervalle von jeweils einigen Minuten über den Tag verteilt, denn ein längeres Liegen im Tiefschlaf wäre für das Pferd als Flucht- und Beutetier viel zu riskant, darüber hinaus aber auch zu belastend für die Lunge eines so massigen Lebewesens: In Seitenlage erzeugen die umgebenden Körperteile aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichts nämlich einen so großen Druck auf dieses Organ, dass längerfristig eine ausreichende Sauerstoffversorgung nicht mehr gewährleistet wäre und irreversible Schäden zur Folge hätten. Um sich das besser vorstellen zu können, muss man sich den Sauerstoffaustausch im Körper veranschaulichen.

Die Atmung des Pferdes

Im Brustraum existiert ein negativer Druck im Vergleich zur umgebenden Atmosphäre. Durch Kontraktion des Zwerchfells und der Zwischenrippenmuskeln vergrößert sich der Brustraum, dadurch wird der Unterdruck noch verstärkt, wodurch die relativ trockene Außenluft einströmen kann. Sie passiert zunächst den oberen Atmungstrakt – beim Pferd als obligatem Nasenatmer die Nüstern, den Kehlkopf und die anschließende Luftröhre – und wird befeuchtet. Danach gelangt sie in die Bronchien, ein Kanalsystem, das für den Weitertransport in die Lungenlappen sorgt. Dort verzweigen sich die Bronchien zu einem System von Bronchiolen, welche schließlich über winzige Kanäle in eine Vielzahl von traubenartig angeordneten Lungenbläschen einmünden, den sogenannten Alveolen. Die globale Struktur aus Bronchien, Bronchiolen, Alveolarkanälen und Alveolen gleicht einem Baum mit zahlreichen, immer dünner werdenden Ästen, die kugelige Blätter tragen. Die Lungenbläschen oder Alveolen sind innen mit einer dünnen, gefäßreichen Membran ausgekleidet. Durch diese gelangt der Sauerstoff endlich in die Blutzellen, welche die winzigen, in der Membran eingebetteten Gefäßchen durchwandern. Umgekehrt wird Kohlendioxid über dieses System abgegeben, weshalb in Zusammenhang mit Atmung stets von Gasaustausch gesprochen wird. Die mit Sauerstoff angereicherten Blutzellen werden dann durch Venen zum Herz transportiert, von wo sie in den gesamten Organismus gepumpt werden und diesen mit Sauerstoff versorgen. Beim Pferd beträgt die Gesamtoberfläche der Alveolen, auf deren Ebene der beschriebene Gasaustausch stattfindet, 2.500 m2, was der Fläche von etwa zehn Tennisplätzen entspricht. Doch nur jene Luft, die mit intakten, gut durchbluteten Alveolen in Kontakt kommt, kann Sauerstoff abgeben oder Kohlendioxid aufnehmen. Ein Abdrücken der Alveolen im Liegen hat daher zur Konsequenz, dass nicht mehr ausreichend Sauerstoff in den Blutkreislauf gelangen kann.

Schwierige Situation Narkose

Nun hat es die Natur so eingerichtet, dass Pferde diesem Phänomen unbewusst Rechnung tragen, indem sie als ausgewachsene Tiere mit einer durchschnittlichen Körpermasse von 500 kg nur kurze Zeit liegend im Tiefschlaf verbringen. Muss ein Pferd jedoch operiert und damit in Narkose gelegt werden, ist es Aufgabe der Anästhesisten, über eine Aufrechterhaltung der Lungenfunktion zu wachen. Dies erfolgt im wesentlichen auch dadurch, dass der vierbeinige Patient meist via Luftröhrenschlauch beatmet („intubiert“) und auch genügend Druck im Brustraum aufrecht erhalten wird, um so ein Kollabieren der Alveolen zu verhindern. Darüber hinaus wird intensiv auf diesem Gebiet geforscht, um die Pferdeanästhesie zu verbessern und das aus diesem und anderen Gründen bestehende Narkoserisiko immer weiter zu reduzieren. In diesem Zusammenhang beschäftigt man sich derzeit auch mit einem Phänomen, das zwar schon länger bekannt ist, dem jedoch bislang wahrscheinlich zu wenig Bedeutung beigemessen wurde. Im Rahmen einer Studie über Atmungsmechanismen bei Ponys wurden Shetlandponys via Gasmaske anästhesiert. Das Atmungsmuster wurde ermittelt, indem Heben und Senken der Brust- und Bauchregion sowie das sich Leeren und Füllen eines angeschlossenen Beatmungsballons aufgezeichnet wurden. Dabei beobachtete man bei jedem Atemzug ein ganz normales Einatmen mit sich weitendem Brustraum. Beim Ausatmen hingegen wurde lediglich ein kurzes Einsetzen beobachtet, danach schlossen die Pferde jedoch den Kehlkopf, das Ausatmen wurde dadurch jäh unterbunden und damit Druck in der Lunge aufrechterhalten. Schließlich öffnete sich der Kehlkopf wieder, die Pferde atmeten komplett aus. Man verfolgte diesen ungewöhnlichen, zweiphasigen Atmungsablauf etwa eine Stunde lang, dann ließ man die Ponys wieder aufwachen. Ein derartiges Atmungsmuster wurde inzwischen auch bei anderen anästhesierten Pferden und Ponys miterlebt, die mittels Maske beatmet wurden. In den häufigen Fällen, wo ein Luftröhrenschlauch zu dem Zweck verwendet wird, ist der Mechanismus natürlich maskiert, da der Schlauch das Schließen des Kehlkopfs verhindert. Weiters hat man beobachtet, dass sich das Atmungsmuster normalisiert, sowie sich das Pferd von der Seiten- in die Brustlage begibt. Schließlich konnte man Atmung mit Kehlkopfschluss an der Veterinärmedizinischen Universität Wien (VUW) auch bei wachen Ponys hervorrufen, die man darauf trainiert hatte, sich auf Kommando in Seitenlage zu legen.
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Spannend: Bei schlafenden Fohlen konnte man beobachten, daß ihre Ausatmung in zwei Phasen verläuft – ein Phänomen, das nun im Zusammenhang der Narkose bei Pferden an der VUW näher untersucht wird.
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Ein erforschenswertes Phänomen

In der wissenschaftlichen Literatur gibt es bislang keine publizierten Arbeiten zu diesem Thema, und so hat man derzeit noch keine Erklärung für dieses Phänomen, das per kurz anhaltendem automatischen Kehlkopfschluss am Beginn der Ausatmungsphase zu einer Aufrechterhaltung des Innendrucks führt, was wiederum das Zusammendrücken der Alveolen durch die Körpermasse beim seitlich liegenden Pferd verhindert. Man kann natürlich vermuten, dass es sich dabei tatsächlich um einen Schutzmechanismus handelt, der beim liegenden Pferd vorhanden ist, um die Alveolen und damit die Sauerstoffversorgung intakt zu halten. Um dies zu überprüfen und gewonnene Erkenntnisse gegebenenfalls im Rahmen der Pferdeanästhesie positiv nützen zu können, soll nun der Atmungsmechanismus und ein eventuell auftretender Kehlkopfschluss am wach liegenden, erwachsenen Großpferd an der VUW untersucht werden. Verwendet wird dazu ein Verfahren namens elektrische Impedanztomographie (EIT), das den großen Vorteil hat, nicht-invasiv, also ohne chirurgischen Eingriff, und ohne Strahlenbelastung Querschnittsbilder des Körpers erstellen zu können. Das Gerät kann mittels eines Gürtels festgemacht werden und Bilder in hoher Auflösung über einen längeren Zeitraum erfassen. Das Messprinzip von EIT beruht auf der Bestimmung elektrischer Eigenschaften biologischer Gewebe. Bei einer Anwendung am Brustkorb können mit EIT unterschiedliche Aspekte der Lungenfunktion ermittelt werden. Durch die Nutzung neuartiger Auswertungsalgorithmen werden Bilder hergestellt, welche die Verteilung der Luft in den Lungenabschnitten und Änderungen von Lungenvolumina darstellen können. Im übrigen können auch anästhesierte Pferde während einer Operation mittels EIT-Verfahren überwacht werden – so kann für noch mehr Sicherheit des Pferdes während eines Eingriffs gesorgt werden.

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Dieser Artikel ist erstmals in der Ausgabe 10/2006 der Pferderevue erschienen. Pferderevue AbonnentInnen können ihn zusammen mit über 40.000 weiteren in unserem Online-Archiv kostenlos nachlesen. Einfach unter Service/Online-Archiv einloggen und in allen Heften aus 25 Jahren Pferderevue zum Nulltarif blättern!

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