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Für die Regulation der Grundfrequenz (ƒₒ) während der Phonation ist neben der Steifigkeit der Stimmlippen auch der durch die Atmungsorgane produzierte subglottische Druck (p_sub) verantwortlich. Dieser korreliert mit ƒₒ, da steifere Stimmlippen einen höheren Anblase-Druck benötigen [1]. Unabhängig davon führt zusätzlich auch die Erhöhung des p_sub zu einem Anstieg von ƒₒ [2]. Die genaue Regulation von p_sub ist also elementar für die Produktion einer definierten ƒₒ. Wie der Atemmuskulatur jedoch diese Regulation gelingt, ist bisher nicht im Detail bekannt, da die dynamische Bildgebung der Lunge zur Darstellung von Phonationsatembewegungen aufgrund von technischen oder ethischen Limitationen bisher nur begrenzt möglich war. Durch die technische Weiterentwicklung der Magnetresonanztomographie (MRT) der letzten Jahre konnte nun ein Verfahren etabliert werden, welches die dynamische Darstellung der Atmungsorgane während der phonatorischen Atmungsabläufe ermöglicht. In der vorliegenden Arbeit wurde die Regulation des subglottischen Drucks während der Phonation von Tonsprüngen mithilfe dynamischer Bildgebung untersucht.

Die Atembewegung von Thorax und Zwerchfell wurden während der Phonation von Tonsprüngen bei 7 professionellen Sängern (3 Frauen und 4 Männer) mittels eines 1.5T MRT (Tim Symphony, Siemens, Erlangen, Germany) in sagittaler und coronarer Schnittbilddarstellung mit 3 Bildern/Sek. analysiert. Die Sänger wurden gebeten, eine Reihe von Legato-Tonsprüngen zu phonieren. Dafür wurden Tonhöhen im hohen (H), mittleren (M) und tiefen (L) Bereich des Tonumfangs des jeweiligen Sängers ausgewählt. In jedem MRT-Schnittbild wurden die Distanzen zwischen anatomischen Landmarken vermessen, um die Dimensionen der Lunge zu charakterisieren (Abbildung 1 [Abb. 1]). Parallel erfolgte die elektroglottographische Kontrolle von ƒₒ und dem Kontaktquotienten. In einer separaten Untersuchung wurde am selben Tag in Analogie zur MRT-Untersuchung der p_sub nach Baken und Orlikoff [3] mittels Phonation von /papapa/ durch einen intraoralen Drucksensor bestimmt (Glottal Enterprises 162, New York, USA) und mittels Aeroview (ver. 1.4.5, Glottal enterprises, 2010, Syracuse, USA) analysiert. Durch Normalisierung von Zeit und Amplitude wurden Mittelwerte zur Analyse der Tonsprungfenster gebildet – dazu wurden jeweils 4 Bilder vor und nach dem Sprung in einem Tonsprungfenster zusammengefasst. In diesem Bereich wurde die Steigung der Kurven um den Tonsprung in insg. 8 Zeitschritten ermittelt.

Während Tonsprünge aufwärts ein mehrheitlich kontinuierliches Bewegungsmuster von Zwerchfell und Brustkorb aufwiesen, konnte für Abwärtssprünge eine plötzliche Abflachung oder sogar Umkehr der Bewegung v.a. des posterioren Zwerchfellanteils nachgewiesen werden (Abbildung 2 [Abb. 2]). Der anteriore Zwerchfell-Anteil und der Brustkorb waren von dieser kurzfristigen Änderung kaum betroffen. Der Verlauf der Steigung in den analysierten Sprungfenstern unterschied sich signifikant zwischen Auf- und Abwärtssprüngen (p < 0,001).

Die Bewegungsänderung des Zwerchfells war für Abwärtssprünge im oberen Bereich des Stimmumfangs ausgeprägter als im unteren und korrelierte mit der Differenz des p_sub. Obwohl sich die Steigung während der Sprünge nicht signifikant zwischen männlichen und weiblichen Probanden unterschied, zeigte sich insgesamt während der Phonation ein signifikant größerer Bewegungsradius des Zwerchfells bei Frauen im Vergleich zu Männern. Dieser Geschlechtsunterschied wurde für den Bewegungsradius des Brustkorbs nicht beobachtet.

Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Reduktion des p_sub für Tonsprünge abwärts durch eine Kontraktion des Zwerchfells (= Einatmungsbewegung) v.a. im mittleren und posterioren Zwerchfell-Anteil erfolgt, während der Brustkorb und der dort ansetzende anteriore Zwerchfell-Anteil die Ausatmungsbewegung fortsetzen. Es scheint sich dabei also um getrennte funktionelle Einheiten zu handeln. Solche getrennten funktionellen Einheiten wurden bereits auch bei der Steuerung kontinuierlicher Atembewegungen beschrieben [4]. Das Ausmaß der Zwerchfell-Kontraktion korrelierte auch mit der Größe der p_sub-Differenz. Die unterschiedlichen Bewegungsradien von Frauen und Männern weisen möglicherweise auf unterschiedliche Regulationsstrategien hin (wie z.B. von Sundberg et al. als entspanntes Zwerchfell vs. Zwerchfell Co-Kontraktion bei Phonation beschrieben [5]). Ein geschlechtsspezifischer Unterschied in der Atemregulation wurde aufgrund von Fragebogenstudien vermutet, da Frauen die Phonationsatmung subjektiv weiter kaudal steuern [6].

Die Regulation des p_sub für Tonsprünge abwärts erfolgt unabhängig vom Geschlecht v.a. durch eine Kontraktion des hinteren Zwerchfells, wobei der Brustkorb und das vordere Zwerchfell als getrennte funktionelle Einheit die Ausatembewegung fortsetzen. Ein unterschiedliches Bewegungsausmaß zwischen Männern und Frauen weißt auf geschlechtsspezifische Unterschiede in der Atemregulation hin. Ob diese Regulationsmechanismen durch die Gesangsausbildung trainiert werden oder intuitiv erfolgen, könnte Gegenstand zukünftiger Untersuchungen sein.