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Dass die Atmung in der Stimmerzeugung eine wichtige Rolle spielt, findet sich als Grundsatz schon in der italienischen Singschule des 16. Jahrhunderts: „chi ben respira, ben canta“ – „wer gut atmet, kann gut singen“ [1]. Der Atemapparat reguliert den subglottischen Druck (p_sub), welcher entsteht, wenn die Stimmlippen zur Phonation geschlossen werden [2]. Eine genaue Steuerung dieses Druckes ist bei Phonation grundlegend, da dieser Lautstärke, Grundfrequenz und Vokaltraktresonanz beeinflusst [3], [4]. Die Untersuchung der Atmungsvorgänge bei Phonation war bisher jedoch auf indirekte Methoden beschränkt. Die Auswirkung der Atembewegungen wurden an der Körperoberfläche abgeleitet [5], [6], [7], [8] bzw. die Druckerverhältnisse über dem Zwerchfell gemessen [3], [9]. Bildgebend wurde lediglich der Ultraschall als Technik zur Visualisierung der Zwerchfellbewegung eingesetzt, welche jedoch durch die geringe Eindringtiefe und ein schmales Abbildungsfenster limitiert ist [10]. Es stehen jedoch verschiedene Methoden zur Visualisierung der zugrundeliegenden Prinzipien von Phonationsatemvorgängen zur Verfügung: Da der Einsatz von ionisierenden Strahlen bei gesunden Probanden aus ethischen Gründen sehr beschränkt ist, hat sich abseits der Phonation, zu Untersuchung von reinen Atmungsvorgängen, in den letzten Jahren die Magnetresonanztomographie (MRT) der Lunge etabliert. Schon in den 90er Jahren konnte die Zwerchfellkontur bei verschiedenen Lungenvolumina zweidimensional (2D) abgebildet [11], [12] und die früher postulierte simple Kolbenfunktion des Zwerchfells wiederlegt werden. Zum Jahrtausendwechsel wurde die dynamische 2D MRT der Lunge etabliert [13], [14], [15]. Bisherige Atmungs-MRT-Studien fokussieren sich jedoch rein auf die Untersuchung der Atmung ohne Stimmerzeugung. Die Atmen Funktion in Hinsicht auf die Phonation ist dagegen nur unzureichend verstanden. Ziel der vorliegenden Studie war es daher mittels dynamischer MRT der Lunge die Atembewegung von Thorax und Zwerchfell während der Phonation mit der Bewegung bei reiner Atmung vergleichen, um mögliche Besonderheiten der Phonationsatmung zu analysieren.

6 professionelle Sänger wurden als Probanden in die vorliegende Studie eingeschlossen und deren Atemapparat im Liegen (siehe Abbildung 1A [Abb. 1]) mittels dynamischer MRT in zwei Schnittebenen mit einer zeitlichen Auflösung von 3 Bildern/ Sek. bei Phonation von maximal ausgehaltenen Tönen sowie maximaler Ein- und Ausatmung aufgenommen. Professionelle Sänger wurde als Probanden ausgewählt, da diese über sehr konstante Atemmuster verfügen [7], [8].

Da der glottale Widerstand von der Fläche der Glottis abhängt und mittels Elektroglottografie (EGG) über den Öffnungsquotienten (OQ) ein Maß zur Verfügung steht, welches indirekt diese Kontaktfläche abbildet, wurde in einem ersten Schritt die simultane EGG im MRT etabliert [16]. Hierfür wurden die EGG-Elektroden modifiziert und die Sicherheit im MR Scanner nachgewiesen [16]. Simultan erfolgte die EGG zur Bestimmung des OQ sowie der Grundfrequenz. In jedem Bild erfolgte die Bestimmung von Distanzen zwischen anatomischen Landmarken um die Dimensionen der Lunge zu charakterisieren (siehe Abbildung 1B und 1C [Abb. 1]). Um eine inter- und intraindividuelle Vergleichbarkeit zu erreichen wurden die Daten in der Zeitachse (T_norm) sowie in der Amplitude (A_norm) auf 100% normalisiert (siehe Abbildung 1B und 1C [Abb. 1]).

In Analogie zur reinen Atmung [15], [17] zeigte das Zwerchfell auch bei der Phonation einen doppelt so großen Bewegungsradius im hinteren Anteil im Vergleich zum vorderen Anteil, sodass auch hier angenommen werden kann, dass die Bewegung des Zwerchfells komplexer als eine reine Kolbenfunktion abläuft.

Im zeitlichen Verlauf der Ausatmung bzw. Phonation waren dabei deutliche Unterschiede im kinematischen Verhalten zwischen Ausatmung und Phonation sichtbar: Während bei der reinen Ausatmung alle Lungen-Distanzen synchron reduziert wurden (siehe Abbildung 2A [Abb. 2]), wurden der anteriore Zwerchfellanteil sowie der Thorax signifikant länger in einer inspiratorischen Stellung belassen und erst zum Ende der Phonation zur Reduktion des Lungenvolumens eingesetzt (siehe Abbildung 2B und 2C [Abb. 2]). Eine relevante Änderung des glottalen Widerstandes als Ursache dieses Verhaltes war nicht nachweisbar.

Insgesamt konnte die Machbarkeit der Untersuchung von Phonationsatmung mittels dynamischer MRT bestätigt und deutliche Unterschiede im kinematischen Verhalten verschiedener Komponenten des Atemapparates zwischen Phonation und Atmung festgestellt werden. Bei der Phonation wurden also im Gegensatz zur reinen Ausatmung der anteriore Zwerchfellanteil sowie der Thorax als funktionelle Einheit vom mittleren und hinteren Zwerchfellteil getrennt gesteuert. Dieses Verhalten könnte zur Steuerung des p_sub bei der Phonation förderlich sein und dem Begriff der Atemstützfunktion entsprechen.