Sprache · Stimme · Gehör 2000; 24(1): 1-17
DOI: 10.1055/s-2000-11070
Schwerpunktthema
Georg Thieme Verlag Stuttgart · New York

Ventilatorische und phonatorische Atmungsfunktion

Respiratory Function in Ventilation and PhonationH.-J. Schultz-Coulon
  • Klinik für Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde, Kopf- und Halschirurgie, Plastische Operationen, Phoniatrie und Pädaudiologie Neuss
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Publication Date:
31 December 2000 (online)

Zusammenfassung

Nach kurzem Überblick über die funktionell-anatomischen Grundlagen des Atmungsorganes wird die ventilatorische und phonatorische Atmungsfunktion erklärt. Physiologisch richtig ist die kostoabdominale Atmung, wobei Bauch- und Brustwandbewegungen der sog. Relaxationslinie folgen sollen, d. h. den Positionsverhältnissen von Thorax und Abdomen, die sich bei verschiedenen Lungenvolumina nach vollständiger Entspannung gegen die geschlossene Glottis einstellen. Sowohl die Ruhe- als auch die Phonationsatmung bewegt sich um die Atemruhelage herum, da sich in dieser Entspannungslage der Atmungsapparat mit dem geringsten Energieaufwand bewegen lässt. Die neuromuskuläre Atmungskontrolle folgt diesem physiologischen Prinzip des energetischen Minimalaufwandes, indem sie Muskelarbeit und elastische Rückstellkräfte in regelmäßigem Wechsel für den Atmungszyklus nutzt. Jedes Abweichen von Entspannungslinie und Atemruhelage bedeutet zusätzliche muskuläre Arbeit. Zentrale Bedeutung für die Stimmgebung - insbesondere beim Singen - hat die Atemstütze („Apoggio”), d. h. die gezielte inspiratorische Gegenaktivität gegen die Ausatmungsbewegung zur Kontrolle des subglottischen Anblasedruckes. Weder das Zwerchfell noch eine andere gesonderte Muskelgruppe ist allein verantwortlich für die Atemstütze. Vielmehr läßt sich bei der Phonationsatmung pneumographisch und elektrophysiologisch ein subtiles Zusammenspiel inspiratorischer und exspiratorischer Kräfte nachweisen, das nicht nur von Körperhaltung und Phonationsart, sondern auch vom individuellen Trainingszustand der Stimme abhängt. Funktionelle Atmungsfehler sind Bewegungsabläufe bei Ruhe- und Phonationsatmung, die nicht den physiologischen Richtlinien folgen. Ihre genaue Analyse ist Voraussetzung für eine gezielte Atmungstherapie.

The article gives a short review of the anatomical basics of the respiratory apparatus followed by a description of its function in ventilation and phonation. During the physiologically correct costo-abdominal breathing the movements of the chest and the abdominal wall follow the so-called relaxation line; i. e. their relative configurations at different lung volumes obtained by complete muscular relaxation against the closed glottis. At rest as well as during phonation the respiratory apparatus moves around its resting position (functional residual capacity) because in this relaxed position he respiratory system can be moved with a minimum of power. The neuromuscular breath control follows the physiological principle of minimum energetic expenditure by alternately using muscular activity and passive elastic recoil forces for the in-exspiratory breathing cycle. Each deviation from the relaxation line and the resting position causes additional muscular work. An important mechanism for the phonatory process, especially in singing, is the breathing support (”Apoggio”), i. e. the subtly tuned antagonism of inspiratory muscles against exspiratory recoil forces of lung and rib cage being necessary for a proper adjustment of the subglottic driving pressure. Neither the diaphragm nor any other individual muscle group has single responsibility for the breathing support. A precise synergism between inspiratory and exspiratory forces during phonation can shown pneumographically and electrophysiologically, depending on body position, kind of phonation and, especially, on the individual status of voice education. Functional breathing disorders are defined as respiratory patterns, both at rest and during phonation, being aberrant from physiological principles. The exact analysis of such disorders is fo crucial importance for a proper breath therapy.

Literatur

  • 1 Agostoni  E:. Action of the respiratory muscles. In: Fenn WO, Rahn H (eds). Handbook of Physiology, Sect 3, Respiration, Vol. 1. Am. Physiol. Soc., Washington DC; 1964: 377-386
  • 2 Agostoni  E,, Sant'Ambrogio  G,, Del Portillo Carrasco  H:. Electromyography of the diaphragm in man and transdiaphragmatic pressure.   J. Appl. Physiol.. 1960;;  15 1093-1097
  • 3 Agostoni  E,, Mead  J:. Statics of the respiratory system. In: Fenn WO, Rahn H (eds). Handbook of Physiology. Sect 3, Respiration, vol. 1. Am. Physiol. Soc, Washington DC; 1964: 387-409
  • 4 Agostoni  E,, Mognoni  P,, Torri  G,, Saracino  F:. Relation between changes of rib cage circumference and lung volume.   J. Appl. Physiol.. 1965;;  20 1179-1186
  • 5 Agostoni  E,, Campbell  E JM,, Freedmann  S:. Mechanics of the chest wall. Energetics. In: Campbell EJM, Agostoni E, Davis JN (eds). The respiratory muscles. Mechanics and neural control. 2. edition. Lloyd-Luke Ltd, London; 1970: 115-137
  • 6 Agostoni  E:. Mechanics of the chest wall. Kinematis. In: Campbell EJM, Agostoni E, Davis JN (eds). The respiratory muscles. Mechanics and neural control, 2. edition. Lloyd-Luke Ltd, London; 1970: 23-47
  • 7 Bass  C,, Gardener  W:. Emotional influences on breathing and breathlessness.   J. Psychosomatic Res.. 1985;;  29 599-609
  • 8 Berendes  J:. Neuere Ergebnisse über Bewegungsstörungen des Kehlkopfes.   Arch. Ohr-Kehlk. Heilk.. 1956;;  169 1-172
  • 9 Berg  J W van den,, Zantema  J,, Doornenbal  P jr:. On the air resistance and the Bernoulli effect of the human larynx.   J. Acoust. Soc. Am.. 1957;;  29 626-631
  • 10 Bishop  B:. Neural regulation of abdominal muscle contractions.   Ann. NY Acad. Sci.. 1968;;  166 191-200
  • 11 Borelli  G A:. De Motu Animalium. Bernabò, Roma; 1680
  • 12 Bouhuys  A,, Proctor  D F,, Mead  J:. Kinetic aspects of singing.   J. Appl. Physiol.. 1966;;  21 483-496
  • 13 Bouhuys  A,, Mead  J,, Proctor  D F,, Stevens  K N:. Pressure-flow events during singing.   Ann. NY Acad. Sci.. 1968;;  155 165-176
  • 14 Bouhuys  A:. Long volumes and breathing patterns in wind-instrument players.   J. Appl. Physiol.. 1964;;  19 967-975
  • 15 Breuer  J:. Die Selbststeuerung in der Atmung durch den N. vagus. (vorgelegt von E. Hering in der Sitzung am 05. November 1868). Sitzungsber. Kais. Akad. Wiss. Math-Naturwiss. Klasse, Wien; 1868; 58: 909 - 937
  • 16 Campbell  E JM.. An electromyographic study of the role of the abdominal muscles in breathing.   J. Physiol.. 1952;;  117 222-223
  • 17 Campbell  E JM:. The respiratory muscles.   Ann. NY Acad. Sci.. 1968;;  155 135-139
  • 18 Campbell  E JM:. Accessory muscles. In: Campbell EJM, Agostoni E, Davis JN (eds). The respiratory muscles. Mechanics and neural control. Lloyd-Luke Ltd, London; 1970: 181-193
  • 19 Cohen  M E,, White  P D.. Studies of breathing, pulmonary ventilation and subjective awareness of shortness of breath (dyspnoea) in neurocirculatory asthenia, effort syndrome, anxiety neurosis.  J. Clin. Invest.. 1947;;  26 520-529
  • 20 Comroe  J H,, Forster  R E,, Dubois  A B,, Briscoe  W A,, Carlsen  E:. Die Lunge. Klinische Physiologie und Lungenfunktionsprüfungen. Schattauer, Stuttgart; 1968
  • 21 Corda  M,, Eklund  G,, v Euler  C:. External intercostal and phrenic motor responses to changes in respiratory load.   Acta Physiol. Scand.. 1965;;  63 391-400
  • 22 Corda  M,, v Euler  C,, Lennerstrand  G:. Proprioceptive innervation of the diaphragm.   J. Physiol.. 1965;;  178 161-177
  • 23 Corda  M,, v Euler  C,, Lennerstrand  G:. Reflex and cerebrellar influences on α and on „rhythmic” and „tonic” γ-activity in the intercostal muscle.   J. Physiol.. 1966;;  184 898-923
  • 24 Critchlow  V,, v Euler  C:. Intercostal muscle spindles activity and its motor control.   J. Physiol.. 1963;;  168 820-847
  • 25 Crosfill  M L,, Widdicombe  J G:. Physical characteristics of the chest and lungs and the work of breathing in different mammalian species.   J. Physiol.. 1961;;  158 1-14
  • 26 Decima  E E,, v Euler  C,, Thoden  U:. Spinal intercostal-phrenic reflexes.   Nature. 1967;;  214 312-313
  • 27 Derenne  J-Ph,, Macklem  P T,, Roussos  Ch:. The respiratory muscles: Mechanics, control and pathophysiology.   Am. Rev. Resp. Dis.. 1978;;  118 119-133, 373 - 390
  • 28 Dogiel  A S:. Nervenendigungen im Bauchfell, in den Sehnen, den Muskelspinden und dem Centrum tendineum des Diaphragmas beim Menschen und bei den Säugetieren.   Arch. mikr. Anat.. 1902;;  59 1-31
  • 29 Draper  M H,, Ladefoged  P,, Whitteridge  D.. Respiratory muscles in speech.   J. Speech Hear. Res.. 1959;;  2 16-27
  • 30 Draper  M H,, Ladefoged  P,, Whitteridge  D.. Expiratory pressures and air flow during speech.  Br. Med. J.. 1960;;  1 1837-1943
  • 31 Duchenne  G BA:. Physiologie des mouvements d'emontrée à l'aide de l'expérimentation électrique et de l'observation clinique, e applicable à l'étude des paralysies et des déformations. Balliére, Paris; 1867
  • 32 Euler v C:. The proprioceptive control of the diaphragm.   Ann. NY Acad. Sci.. 1968;;  155 204-205
  • 33 Folgering  H Th,, Smolders  F DJ,, Bernards  J K:. The role of the fusimotorsystem with respect to the contribution of the diaphragm and the intercostal muscles to the respiratory tidal volume.   Pflügers Arch.. 1976;;  366 107-114
  • 34 Friedmann  M:. Studies concerning the etiology and pathogenesis of neurocirculatory asthenia.-IV. The respiratory manifestations of neurocirculatory astenia.   Am. Heart J.. 1945;;  30 557-566
  • 35 Gericke  I:. Elektromyographische Aufzeichnungen von Atmungsmuskelkoordination bei der Produktion der Sängerstimme.   Respiratio phonatoria II. Z. Phonetik. 1970;;  23 1-14
  • 36 Glebovskii  V D:. Stretch receptors of the diaphragm.  Fiziol Zhurn SSSR. 1962;;  48 545-550 [Übers. in: Fed. Proc. (Trans. Suppl.) 22: T 405 - 410 (1963)]
  • 37 Goldman  M:. Mechanical interaction between diaphragm and rib cage.   Am. Rev. Resp. Dis.. 1979;;  119 23-26
  • 38 Gould  W J,, Okamura  H:. Static lung volumes in singers.  Ann. Otol. Rhinol. Laryng.. 1973;;  82 89-96
  • 39 Gerebtzoff  M A,, Ueten  L:. Présence d'appareils cholinestérasiques muscolotendineux chez divers mannifères, notamment chez l'homme, et leur persistance après dénervation.  Compt. red. séanc. Soc. Biol. (Paris). 1954;;  148 1896-1898
  • 40 Gregor  A:. Über die Verteilung der Muskelspinden in der Muskulatur des menschlichen Foetus.   Arch. Anat. Physiol.. 1904;  117-118
  • 41 Grossman  P,, DeSwart  J CG,, Defares  P B:. A controlled study of a breathing therapy for treatment of hyperventilation syndrome.   J. Psychosom. Res.. 1985;;  29 49-58
  • 42 Gutzmann  H sen:. Zur Frage der gegenseitigen Beziehungen zwischen Bauch- und Brustatmung. Verh. 20. Kongr. Inn. Med. Leyden E v, Pfeiffer E (Hrsg). J. F. Bergmann, Wiesbaden; 1902: 508-518
  • 43 Gutzmann  H sen:. Physiologie der Stimme und Sprache. Auflg. Vieweg, Braunschweig; 1909
  • 44 Habermann  G:. Bauchinnendruckveränderungen in Abhängigkeit von der Atmung. Pneumographische Messungen bei Laparaskopien.   Folia Phoniatr. (Basel). 1960;;  12 60-74
  • 45 Heaf  P JD,, Prime  F J:. The mechanical aspects of artificial pneumothorax.   Lancet. 1954;;  2 468-470
  • 46 Heller  S S,, Hicks  W R,, Root  W S:. Lung volumes of singers.   J. Appl. Physiol.. 1960;;  15 40-42
  • 47 Hixon  T J:. Respiratory function in speech. In: Minifie FD, Hixon TJ, Williams F (eds). Normal aspects of speech, hearing and language. Prentice-Hall Inc., Englewood Cliffs, NJ; 1973: 73-125
  • 48 Hixon  T J,, Goldmann  M D,, Mead  J:. Kinematics of the chest wall during speech production: Volume displacements of the rib cage, abdomen and lung.   J. Speech Hear Res.. 1973;;  16 78-115
  • 49 Hixon  T J,, Mead  J,, Goldman  M D:. Dynamics of the chest wall during speech production: Function of the thorax, rib cage, diaphragm and abdomen.   J. Speech Hear Res.. 1976;;  19 297-356
  • 50 Hixon  T J:. Respiratory function in speech and song. Singular Publishing Group, Inc., San Diego, Cal.; 1991
  • 51 Hodge  M M,, Rochet  A P:. Characteristics of speech breathing in young women.   Journal of Speech and Hearing Research. 1989;;  32 466-480
  • 52 Hoit  J D,, Hixon  T J,, Altman  M E,, Morgan  W J:. Speech breathing in women.   Journal of Speech and Hearing Reserach. 1989;;  32 353-365
  • 53 Hoit  J D,, Hixon  T J:. Body type and speech breathing.  Journal of Speech and Hearing Research. 1986;;  29 313-324
  • 54 Huber  G C:. Neuro-muscular spindles in the intercostal muscles of the cat.   Am. J. Anat.. 1902;;  1 520-521
  • 55 Husler  F,, Rodd-Marling  Y:. Singen. Die physische Natur des Stimmorganes. Schott's Söhne, Mainz; 1965
  • 56 Kitzing  P,, Löfqvist  A:. Subglottal and oral air pressure during phonation-preliminary investigation using a miniature transducer system.  Med. Biol. Eng.. 1975;;  13 644-648
  • 57 Konno  K,, Mead  J:. Measurement of the seaprate volume changes of rib cage and abdomen during breathing.   J. Appl. Physiol-. 1967;;  22 407-422
  • 58 Kumpf  W:. Objektive Hörprüfung durch verzögerte akustische Rückkopplung des Atemgeräusches.   Arch. Ohr-Nas-Kehlk-Heilk.. 1966;;  186 80-97
  • 59 Loeschke  H H:. Neuere Aspekte der Atmungsregulation.   Wien. Klin. Wochenschr.. 1977;;  89 429-435
  • 60 Lohmann  P:. Stimmfehler, Stimmberatung. Schott's Söhne, Mainz; 1938
  • 61 Lopata  M,, Evanich  M J,, Lourenço  R V:. The electromyogram of the diaphragm in the investigation of human regulation of ventilation.   Chest (Suppl). 1976;;  70 162-165
  • 62 Luchsinger  R:. Über Vitalkapazität und Atemtypus bei Sängern.  Schweiz. Med. Wochenschr.. 1934;;  64 453-455
  • 63 Macklem  P T:. Rib cage-diaphragm interaction.   Montreal view. Am. Rev. Resp. Dis.. 1979;;  119 27-29
  • 64 Masumuto  K:. Histologische Studien über die peripheren Nerven des Zwerchfells, Mitteilung I und II.   Mitt. Med. Akad. Kyoto. 1934;;  10 1015-1018
  • 65 Milic-Emili  J,, Petit  J M:. Il lavoro meccanico della respirazione a varia frequenza respiratoria.   Arch. Sci. Biol. (Bologna). 1959;;  43 326-330
  • 66 Mitchell  R A,, Loeschke  H H,, Severinghaus  J W,, Richardson  B W,, Massion  W H:. Regions of respiratory chemosensitivity of the sruface of the medulla.   Ann. NY Acad. Sci.. 1963;;  109 661-681
  • 67 Muhar  F:. Vorzüge einer dem Atemrhythmus angepassten Phonation, Luftverbrauch und Atemergänzung.   Mschr. Ohrenheilk.. 1970;;  104 77-95
  • 68 Nadoleczny  M:. Untersuchungen über den Kunstgesang. Springer, Berlin; 1923
  • 69 Newsom Davis  J,, Sears  T A:. The proprioceptive reflex control of the intercostal muscles during their voluntary activation.   J. Physiol.. 1970;;  209 711-738
  • 70 Otis  A B,, Fenn  W O,, Rahn  H:. Mechanics of breathing in man.   J. Appl. Physiol.. 1950;;  2 592-607
  • 71 Otis  A B:. The work of breathing. In: Fenn WO, Rahn H (eds). Handbook of physiology, sect 3, respiration. Vol. 1. Am. Physiol. Soc., Washington D.C.; 1964: 463-476
  • 72 Panconelli-Calzia  G:. Die Stimmatmung - das Neue, das Alte.   Nova Acta Leopoldina. 1956;;  18 1-74
  • 73 Proctor  D F:. The physiologic basis of voice training.   Ann. NY Acad. Sci.. 1968;;  155 208-228
  • 74 Richter  D:. Rhythmogenese der Atmung. Physiologie Aktuell Bd. 1, Fischer, Stuttgart; 1986: (zit. n. G. Thews)
  • 75 Richter  H:. Atemtechnik und Zwerchfellbewegung im röntgenographischen Bewegungsbild.   Fortschr. Röntgenstr.. 1935;;  51 357-369
  • 76 Rosenau  H:. Beitrag zur refluxaudiometrie (Die Schlafbeschallung).   Arch. Ohr-Nas-Kehlk-Heilk.. 1961;;  178 476-482
  • 77 Rossier  P M,, Nieporent  H J,, Pipberger  H,, Kälin  Z:. Electromyographic studies on respiratory muscle function normal voluntiers.   Z. ges. exp. Med.. 1956;;  127 39-52
  • 78 Ruth  W:. Die mit dem kunstgerechten Singen verbundenen Sinnesempfindungen der Zwerchfellstütze und der Kopfresonanz im Lichte der neueren Physiologie.   HNO. 1958;;  7 50-58
  • 79 Schorr-Lesnick  B,, Teirstein  A C,, Brown  L K,, Miller  A:. Pulmonary function in singers and wind-instrument players.   Chest 88. 1985;;  2 201-205
  • 80 Sears  T A,, Newsom-Davis  J:. The control of respiratory muscles during voluntary breathing.   Ann. NY Acad. Sci.. 1968;;  155 183-190
  • 81 Spalteholz  W:. Handatlas und Lehrbuch der Anatomie des Menschen. Auflg., Bd. 1,. S. Hirzel Verlag, Zürich, Stuttgart; 1953
  • 82 Stanescu  D C,, Nemery  B,, Veriter  C,, Marechal  C:. Pattern of breathing and ventilatory response to CO2 in subjects practising Hatha-Yoga.   J. Pers. Soc. Psychol.. 1981;;  51 1625-1629
  • 83 Staufer  D W:. Physical performance, selection and training of wind instrument players.   Ann. NY Acad. Sci. 9. 1968;;  155 284-289
  • 84 Supáczek  I:. Die pneumographischen Untersuchungen in der Diagnostik von hyperkinetischen Dysphonien bei Kindern.   Mschr. Ohrenheilk.. 1970;;  104 168-172
  • 85 Supáczek  I,, Lacina  O:. Pneumographic findings in cases of hyperkinetic and spastic dysphonia.   Logos (New York). 1961;;  4 19-27
  • 86 Taylor  A:. The contribution of the intercostal muscles of the effort of respiration in man.   J. Physiol.. 1960;;  151 390-402
  • 87 Thews  G:. Lungenatmung. In: Schmidt RF, Thews G (Hrsg.). Physiologie des Menschen. 23. Auflg. Springer, Berlin, Heidelberg, New York etc.; 1987: 574-609
  • 88 Wade  O L:. Movements of the thoracic cage and diaphragm in respiration.   J. Physiol. (London). 1954;;  124 193-212
  • 89 Wassilijew  S:. Über den Einfluss des Singens auf die Gesundheit.   St. Petersburg Med. Woschenschr. (St. Petersburg). 1879;;  4 53-54
  • 90 Watson  P J,, Hixon  T J:. Respiratory kinematics in classical (opera) singers.  Journal of Speech and Hearing Reserach. 1985;;  28 104-122
  • 91 Widdicombe  J G:. Pulmonary reflexe mechanisms in ventilatory regulation. In: Wyke BD (ed). Ventilatory and phonatory control systems. An international symposium. Oxofrd Univ. Press, London; 1974: 131-153

Prof. Dr. med. H.-J. Schultz-Coulon

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