Dennis Bösch Carl-Peter Criée Lungenfunktionsprüfung Durchführung – Interpretation – Befundung
Dennis Bösch Carl-Peter Criée
Lungenfunktionsprüfung Durchführung – Interpretation – Befundung 2., vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage
Mit 87 Abbildungen und 19 Tabellen
123
Dr. med. Dennis Bösch Zentrum für Pneumologie Diakoniekrankenhaus Rotenburg (Wümme) Verdener Straße 200 27356 Rotenburg (Wümme)
[email protected] Prof. Dr. med. Carl-Peter Criée Evangelisches Krankenhaus Göttingen-Weende e.V. Medizinische Klinik – Pneumologie Pappelweg 5 37120 Bovenden-Lenglern
ISBN 978-3-540-88038-7 Springer Medizin Verlag Heidelberg Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Springer Medizin Verlag springer.com © Springer Medizin Verlag Heidelberg 2007, 2009 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutzgesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Produkthaftung: Für Angaben über Dosierungsanweisungen und Applikationsformen kann vom Verlag keine Gewähr übernommen werden. Derartige Angaben müssen vom jeweiligen Anwender im Einzelfall anhand anderer Literaturstellen auf ihre Richtigkeit überprüft werden. Planung: Hinrich Küster, Heidelberg Projektmanagement: Gisela Zech, Heidelberg Copyediting: Gabriele Siese, Untergruppenbach Titelbild links: Ganshorn Medizin Electronic, Niederlauer Titelbild rechts: Tillmann, Atlas der Anatomie des Menschen, Springer 2004 Einbandgestaltung: deblik Berlin SPIN 12257553 Satz: TypoStudio Tobias Schaedla, Heidelberg Druck: Stürtz GmbH, Würzburg Gedruckt auf säurefreiem Papier
2126 – 5 4 3 2 1 0
V
Vorwort zur 2. Auflage Nach sehr erfreulicher Resonanz ist nach weniger als zwei Jahren die erste Neuauflage unseres Buches erforderlich geworden. Wir haben dies zum Anlass genommen, das positiv aufgenommene Konzept der praxisorientierten Darstellung in der vorliegenden Auflage weiter zu verfeinern. Überdies wurden einige Inhalte aktualisiert und der Umfang des Buches erweitert. An nunmehr 56 authentischen Fallbeispielen mit über 60 Originalbefunden wird nahezu das gesamte Spektrum der Lungenfunktionsprüfungen vom orientierenden Einstieg in die Methode über typische Befundmuster hin zu komplexeren und selteneren Befunden dargestellt. Durch seine klare Gliederung und die hervorgehobenen zusammenfassenden Vermerke kann das Buch sowohl als Kursus durch die Lungenfunktionsprüfung als auch als Kompendium genutzt werden. Wir hoffen, mit unserem Buch einen kleinen Beitrag zum stetig wachsenden Interesse an der Lungenfunktionsprüfung beisteuern zu können und dem Leser zu einer freudeerfüllten und sicheren Befundung im klinischen Alltag zu verhelfen.
Dr. med. Dennis Bösch Prof. Dr. med. Carl-Peter Criée
Bremen, Göttingen im Februar 2009
VII
Vorwort zur 1. Auflage Nicht zuletzt dem technischen Fortschritt mit immer kompakteren und bedienerfreundlicheren Geräten ist es zu verdanken, dass die Lungenfunktionsdiagnostik zunehmende Verbreitung findet. Zudem wecken ein stark anhaltender Wissenszuwachs und stetig steigende Zahlen an Patienten mit obstruktiven Lungenerkrankungen seit Jahren das Interesse an Lungenfunktionsstörungen und entsprechenden Untersuchungsmethoden. Bei zunehmender klinischer Bedeutung der Lungenfunktionsdiagnostik im klinischen Alltag gehören die verschiedenen Methoden der Lungenfunktionsprüfung in den Krankenhäusern und den internistischen, allgemeinmedizinischen und pädiatrischen Praxen heute zum Standard. Neben der weit verbreiteten Spirometrie sind dies die Bodyplethysmographie, Diffusionstestung, Mundverschlussdruckmessung, Blutgasanalyse und die erweiterten Untersuchungen mit Provokation und Bronchospasmolyse. Dieses Buch richtet sich an alle, die mit der Durchführung und Befundung von Lungenfunktionsprüfungen befasst sind. Dem Leser soll nach bewusst kurzer Einführung in die verschiedenen Methoden systematisch – anhand authentischer, klinischer Patientenfallbeispiele – die Befundung und Interpretation der Untersuchungsergebnisse unter Berücksichtigung der klinischen Umstände vermittelt werden. Hierzu wurden über 60 Untersuchungsergebnisse von Patienten, die mit Geräten verschiedener Hersteller und unterschiedlichen Modellen erhoben worden waren, ausgesucht und zusammengestellt. Wichtige Punkte und Hintergrundinformationen zu den jeweiligen Untersuchungen und Funktionsstörungen sind hervorgehoben und gesondert zusammengefasst. Dabei wurde mit großer Sorgfalt versucht, die Empfehlungen der deutschen und internationalen Fachgesellschaften zu berücksichtigen. Neben dem Anfänger wird auch der Fortgeschrittene wertvolle Informationen zur täglichen Praxis finden, da die Beispiele neben den klassischen Befundkonstellationen auch seltenere und kompliziertere Fälle aufzeigen. Abschließend bietet ein Kapitel die Möglichkeit, das erworbene Wissen und die erlernten Fertigkeiten anhand z. T. komplexerer Fallübungen zu kontrollieren. Dieses Buch soll zudem auch als Kompendium und Nachschlagewerk für die tägliche Praxis dienen. Wir wünschen Ihnen eine interessante und lehrreiche Lektüre sowie viel Erfolg und Freude bei der Befundung eigener Lungenfunktionsuntersuchungen.
Dr. med. Dennis Bösch Prof. Dr. med. Carl-Peter Criée
Bremen, Göttingen im Dezember 2006
IX
Inhaltsverzeichnis 1
Lungenfunktionsprüfung im Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2
Lungenfunktionsparameter . . . . . . . . . . . . 3
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7
Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Statische und dynamische Volumina . . . . . . . Atemflussparameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Resistance-Parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Diffusionsparameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mundverschlussdruckparameter . . . . . . . . . . . Blutgasanalyseparameter . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
Diffusionstestung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
6.1 6.2
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Fallbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4 4 7 7 8 8 8
7
Mundverschlussdruckmessung . . . . . . .109
7.1 7.2
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Fallbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
3
Spirometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
9
Blutgasanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .127
3.1 3.2 3.3 3.4
Einleitung und Messprinzip . . . . . . . . . . . . . . Durchführung der Untersuchung . . . . . . . . . Ventilationsstörungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fallbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
Peakflow-Messung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117
8.1 8.2
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 Fallbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
10 12 12 13
9.1 9.2
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 Fallbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
10
Die Variable Patient . . . . . . . . . . . . . . . . . .137
4
Bodyplethysmographie . . . . . . . . . . . . . . . 45
11
4.1 4.2 4.3
Einleitung und Messprinzip . . . . . . . . . . . . . . 46 Durchführung der Untersuchung . . . . . . . . . 48 Fallbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Interpretationsstrategie der Lungenfunktionsprüfung . . . . . . . . . . . . .141
12
Gemischter Übungsteil . . . . . . . . . . . . . . .143
5
Bronchospasmolysetestung und Provokationstestung . . . . . . . . . . . . . . 83
5.1 5.2 5.3 5.4
Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bronchospasmolysetestung . . . . . . . . . . . . . . Provokationstestung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fallbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
84 84 84 86
Praxisrelevante Literaturempfehlungen. . . . . . . . . . . . . . .165 Verzeichnis der Fallbeispiele . . . . . . . . . .167 Stichwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . .171
XI
Abkürzungsverzeichnis 6MWD art. ATS BE BGA COPD CT DGP DLCO ERV ERS FEF FEV1 FEV1% FRC FVC Hb HCO3 IC IRV ITGV IVC kap. KCO kg KL kPA l MEF
6-minute walking distance (6-MinutenGehtest) arteriell American Thoracic Society Base Excess (Basenüberschuss) Blutgasanalyse Chronic Obstructive Pulmonary Disease Computertomographie Deutsche Gesellschaft für Pneumologie und Beatmungsmedizin Diffusionskapazität (Syn.: TLCO) exspiratorisches Reservevolumen European Respiratory Society forcierte exspiratorische Flussgeschwindigkeit Einsekundenkapazität relative Einsekundenkapazität funktionelle Residualkapazität forcierte Vitalkapazität Hämoglobin Bikarbonat inspiratorische Kapazität inspiratorisches Reservevolumen intrathorakales Gasvolumen inspiratorische Vitalkapazität kapillär Krogh-Index Kohlenmonoxid Kilogramm Körperlänge Kilopascal Liter maximale exspiratorische Flussgeschwindigkeit
O2 OHS OSAS P0,1 pCO2 PEF pH PIF PImax pO2 Reff Rocc Ros RAWex RAWtot RSD RV s SaO2 sReff sRAWtot TGV TLC TLCO VA VC VCex VCin VT
Sauerstoff adipositasassoziiertes Hypoventilationssyndrom obstruktives Schlafapnoesyndrom inspiratorischer Mundverschlussdruck bei 0,1 s Kohlendioxidpartialdruck exspiratorischer Peakflow pH-Wert inspiratorischer Peakflow maximaler inspiratorischer Mundverschlussdruck Sauerstoffpartialdruck effektiver Atemwegswiderstand okklusiver Atemwegswiderstand oszillatorischer Atemwegswiderstand exspiratorischer Teilwiderstand totaler Atemwegswiderstand residuale Standardabweichung Residualvolumen Sekunde Sauerstoffsättigung spezifischer effektiver Atemwegswiderstand spezifischer Atemwegswiderstand thorakales Gasvolumen totale Lungenkapazität Transferfaktor Kohlenmonoxid Alveolarvolumen Vitalkapazität exspiratorische Vitalkapazität inspiratorische Vitalkapazität Tidalvolumen
1
Lungenfunktionsprüfung im Überblick
2
1
Kapitel 1 · Lungenfunktionsprüfung im Überblick
Die Hauptaufgabe der Lungenfunktion ist die Atmung, also der Gasaustausch zwischen Körperzellen und Umgebung. Hierbei wird Sauerstoff (O2) für den Transport zu den Zellen aufgenommen und Kohlendioxid (CO2), nach Abgabe der Gewebe in die Blutbahn, über die Lunge ausgeatmet. Die Atmung (Ventilation) unterliegt hierbei komplexen Gesetzmäßigkeiten und Regelmechanismen, die ein sehr variables Anpassen der Funktion an verschiedenste Einflüsse und Anforderungen ermöglicht. Zudem kommt der Lunge eine wichtige Aufgabe in der Regulation des Säure-Basen-Haushaltes des Organismus zu. Im Blut gepufferte saure Valenzen können über das Abatmen des Säureanhydrids CO2 eliminiert werden. Die Lungenfunktionsdiagnostik ist ein sehr heterogenes Feld von unterschiedlichen Untersuchungen, mit denen die verschiedenen Anteile der Lungenfunktion im Einzelnen oder global als Summe dargestellt und überprüft werden können. Die Lungenfunktion besteht aus einem Zusammenspiel von Einzelfunktionen. Vereinfacht kann man folgende Bereiche unterscheiden: ▬ die Ventilation, ▬ die Perfusion, ▬ den Gasaustausch und ▬ die Atemmuskelfunktion mit ihrer zentralen Steuerung. Neben einer Störung dieser Einzelfunktionen mit den jeweiligen Unterformen können auch kombinierte Störungen auftreten oder Störungen, die
auf einem unphysiologischen Zusammenspiel der Einzelfunktionen basieren. Für die Lungenfunktionsdiagnostik stehen uns im Wesentlichen folgende Tests zur Verfügung: ▬ die Spirometrie, ▬ die Bodyplethysmographie, ▬ die Bronchospasmolyse-/Provokationstestung, ▬ die Diffusionstestung, ▬ die Mundverschlussdruckmessung und ▬ die Blutgasanalyse. Mit den einzelnen Methoden ist es möglich, verschiedene Atemvolumina, Flussgeschwindigkeiten, thorakale Druckverhältnisse, ggf. mit entsprechenden Veränderungen auf Medikamentengabe oder auch Exposition von Reizstoffen, sowie die Diffusionsverhältnisse und den Gasaustausch zu untersuchen. Die Indikation zur Durchführung einer Lungenfunktionsprüfung liegt meist in der Abklärung und Objektivierung einer Dyspnoe (also der subjektiven unangenehmen Wahrnehmung der Atmung) begründet. Die mit einer Lungenfunktionsstörung einhergehenden Erkrankungen können zudem in ihrem lungenfunktionellen Verlauf beobachtet und die Therapie überprüft und bewertet werden. Des Weiteren wird die Lungenfunktionsdiagnostik auch im Rahmen präventiver Screening-Untersuchungen oder auch zur Risikoabschätzung belastender Eingriffe durchgeführt. In den nachfolgenden Kapiteln werden die verschiedenen Methoden anhand unterschiedlicher Beispiele einfacher und komplexer Lungenfunktionsstörungen dargestellt und erläutert.
2
Lungenfunktionsparameter
2.1
Allgemeines – 4
2.2
Statische und dynamische Volumina – 4
2.3
Atemflussparameter – 7
2.4
Resistance-Parameter – 7
2.5
Diffusionsparameter – 8
2.6
Mundverschlussdruckparameter – 8
2.7
Blutgasanalyseparameter – 8
2
4
Kapitel 2 · Lungenfunktionsparameter
2.1
Allgemeines
Die genaue Kenntnis der Bedeutung der einzelnen Messwerte und ihrer Zusammenhänge ist eine Grundvoraussetzung für die Interpretation der Lungenfunktionsprüfung. Man unterscheidet die statischen Volumina, also die zeitunabhängigen einzelnen Teilvolumina der Totalkapazität (z. B. die Vitalkapazität), von den dynamischen Volumina, die in forcierten Atemmanövern in Bezug zur Zeit ermittelt werden (z. B. die Einsekundenkapazität). Des Weiteren können Atemstromstärken bzw. Atemflussparameter (z. B. der Peakflow), Munddruckverhältnisse, Diffusionsparameter und Blutgaswerte gemessen werden. Die einzelnen Parameter werden nachfolgend erläutert und in den ⊡ Abb. 2.1, 2.2 und 2.3 veranschaulicht. Die einzelnen Werte sind jeweils als Ist-Wert (also gemessener Wert) und meist als Soll-Wert (also Normal- oder Referenzwert) mit entsprechender prozentualer Abweichung des Messwertes vom Sollwert angegeben. Sollwerte beziehen sich auf eine bestimmte Kohorte gesunder Referenzpersonen. Gewisse Schwankungen zwischen den einzelnen Personen sind normal und ohne Krankheitswert. Der eigentliche Sollwert ist also vielmehr der Mittelwert innerhalb der zugrunde liegenden Kohorte. Das als normal zu bezeichnende Referenzintervall wurde definiert als Sollwert-Mittelwert ± 1,64 RSD (residuale Standardabweichung) und beinhaltet 90% der gemessenen gesunden Population. Die unteren und oberen 5% der normalen Population liegen definitionsgemäß außerhalb der 5. Perzentile-Grenze (lower bzw. upper limit of normal) und werden fälschlicherweise als falsch-positiv definiert.
2.2
VT
▼
IRV
Inspiratorisches Reservevolumen: das Volumen, das nach normaler Inspiration noch zusätzlich maximal eingeatmet werden kann.
IC
Inspiratorische Kapazität: das Volumen, das aus der Atemruhelage heraus noch maximal eingeatmet werden kann, also VT+IRV.
ERV
Exspiratorisches Reservevolumen: das Volumen, das nach normaler Exspiration noch zusätzlich maximal ausgeatmet werden kann.
VCin
Inspiratorische Vitalkapazität (IVC): das Volumen, das nach maximaler Exspiration maximal eingeatmet werden kann.
VCex
Exspiratorische Vitalkapazität (EVC): das Volumen, das nach maximaler Inspiration maximal ausgeatmet werden kann. Es kann zwischen einer langsamen (»relaxed«) Exspiration und einer forcierten Exspiration (FVC) unterschieden werden. Bei gesunden Probanden besteht keine systematische Differenz zwischen IVC und EVC; nur bei obstruktiven Lungenerkrankungen kann die IVC größer sein als EVC und FVC. EVC ist in der Regel größer als FVC.
FVC
Forcierte Vitalkapazität: das nach kompletter Inspiration unter stärkster Anstrengung schnellstmöglich ausgeatmete maximale Volumen (Tiffenau-Manöver).
FRC
Funktionelle Residualkapazität: das Volumen, das sich nach normaler Exspiration (endexspiratorisch) noch in der Lunge befindet, also ERV+RV. Bestimmung nur der ventilierten Anteile mittels Heliumdilutionsmethode. Entspricht physiologisch dem TGV.
TGV
(Intra-)Thorakales Gasvolumen (=ITGV): das Volumen, das sich nach normaler Exspiration (endexspiratorisch) noch in der Lunge befindet, also ERV+RV. Bestimmung mittels Bodyplethysmographie – neben den ventilierten Anteilen
Statische und dynamische Volumina Atemzugvolumen/Tidalvolumen: das pro (Ruhe-)Atemzug ein- bzw. ausgeatmete Volumen. Der Wendepunkt zwischen Aus- und Einatmung bezeichnet die Atemmittellage.
▼
2
5 2.2 · Statische und dynamische Volumina
werden auch die gasgefüllten Anteile erfasst. Entspricht physiologisch der FRC, die mittels Heliumdilution ermittelt wird, jedoch nur den ventilierten Anteil erfasst. Bei intrathorakalen Lufteinschlüssen (z. B. »trapped air« oder Emphysembullae) kann die TGV größer sein als die FRC. RV
Residualvolumen: das Volumen, das nach maximaler Exspiration noch in der Lunge verbleibt und nicht ausgeatmet werden kann.
TLC
Totale Lungenkapazität: das Volumen, das sich nach maximaler Inspiration in der Lunge befindet, also VC+RV.
▼
FEV1
Einsekundenkapazität (forciertes exspiratorisches Volumen in einer Sekunde): das nach maximaler Inspiration unter stärkster Anstrengung schnellstmöglich ausgeatmete Volumen der ersten Sekunde.
FEV1%
Relative Einsekundenkapazität: das nach maximaler Inspiration unter stärkster Anstrengung, schnellstmöglich ausgeatmete Volumen der ersten Sekunde im Verhältnis zur Vitalkapazität (FVC oder VCIN, s. oben). Ausgedrückt als Prozentanteil der FEV1 an der FVC bzw. VCIN.
Spirogramm Volumen
IRV TLC
IC
ERV FRC Zeit
⊡ Abb. 2.1. Übersicht der Volumina
RV
RV
© GANSHORN MEDIZIN ELECTRONIC
VC
VT
MEF 25
Fluss-Volumen-Kurve normale Kurve
© GANSHORN MEDIZIN ELECTRONIC
Volumen
PIF ⊡ Abb. 2.2. Übersicht der Atemflussparameter
Atemschleife
Fluss
Inspiration sRAW in sRAW tot PB Kabinendruck
sRAW ex Exspiration
⊡ Abb. 2.3. Atemschleife mit spezifischem Atemwegswiderstand
© GANSHORN MEDIZIN ELECTRONIC
2
PEF
Fluss
MEF 50
Kapitel 2 · Lungenfunktionsparameter
MEF 75
6
7 2.4 · Resistance-Parameter
2.3
Atemflussparameter
PEF
Peak Expiratory Flow: maximale exspiratorische Atemstromstärke bzw. Flussgeschwindigkeit, die bei forcierter Exspiration nach kompletter Inspiration erreicht werden kann.
PIF
Peak Inspiratory Flow: maximale inspiratorische Atemstromstärke bzw. Flussgeschwindigkeit, die bei forcierter Inspiration nach kompletter Exspiration erreicht werden kann.
MEF75
Maximale exspiratorische Atemstromstärke bzw. Flussgeschwindigkeit (Flow) zu dem Zeitpunkt, bei dem noch 75% der VC auszuatmen sind.
MEF50
Maximale exspiratorische Atemstromstärke bzw. Flussgeschwindigkeit (Flow) zu dem Zeitpunkt, bei dem noch 50% der VC auszuatmen sind.
MEF25
Maximale exspiratorische Atemstromstärke bzw. Flussgeschwindigkeit (Flow) zu dem Zeitpunkt, bei dem noch 25% der VC auszuatmen sind.
MEF 75–25 Maximale exspiratorische Atemstromstärke bzw. Flussgeschwindigkeit (Flow) im Volumenabschnitt 75–25% der noch auszuatmenden FVC. FEF25
Maximale (forcierte) exspiratorische Atemstromstärke bzw. Flussgeschwindigkeit (Flow) zu dem Zeitpunkt, bei dem 25% der VC ausgeatmet wurden (=MEF75).
FEF50
Maximale (forcierte) exspiratorische Atemstromstärke bzw. Flussgeschwindigkeit (Flow) zu dem Zeitpunkt, bei dem 50% der VC ausgeatmet wurden (=MEF50).
FEF75
Maximale (forcierte) exspiratorische Atemstromstärke bzw. Flussgeschwindigkeit (Flow) zu dem Zeitpunkt, bei dem 75% der VC ausgeatmet wurden (=MEF25).
FEF25–75
Maximale exspiratorische Atemstromstärke bzw. Flussgeschwindigkeit (Flow) im Volumenabschnitt 25–75% der ausgeatmeten FVC (=MEF75–25).
2
MEF und FEF unterscheiden sich lediglich hinsichtlich ihrer Nomenklatur voneinander. Während sich die MEF jeweils auf das noch auszuatmende Volumen (des Tiffeneau-Manövers bzw. FVC) bezieht, ist es bei der FEF das bereits ausgeatmete Volumen (angegeben als Prozent der FVC). MEF wird vornehmlich im europäischen Raum angewandt, während FEF überwiegend im angloamerikanischen Raum Anwendung findet. Bei Bewertung des forcierten Exspirationsmanövers ( Tiffenau-Manöver) sind 2 Phänomene zu berücksichtigen: ▬ Es besteht eine deutliche Atemabhängigkeit (»effort dependence«) der exspiratorischen Atemflüsse. Dies gilt insbesondere für die 1. Hälfte der ausgeatmeten Vitalkapazität. Bei unzureichender Mitarbeit des Patienten sind die Atemflüsse entsprechend niedriger. Andererseits sind die maximalen (forcierten) Atemflüsse bei maximaler Anstrengung, bedingt durch die Kompression der Atemwege, häufig etwas geringer als bei submaximaler Anstrengung. Bei schlechter Reproduzierbarkeit einer submaximalen Anstrengung ist jedoch stets ein maximal forciertes Manöver zu fordern. ▬ Das 2. Phänomen ist die Zeitabhängigkeit (»time dependence«). Bei langsamer Inspiration (bis zum TLC-Niveau) mit zusätzlicher Pause (>1 s) vor der forcierten Exspiration sind die Atemflüsse bis zu 25% geringer als bei schneller Inspiration ohne Pause vor der forcierten Exspiration. Ursächlich hierfür sind unterschiedliche viskoelastische Eigenschaften der Lunge und eine unterschiedlich gute Aktivierung der Exspirationsmuskulatur abhängig vom zeitlichen Verlauf.
2.4
Resistance-Parameter
Über die Atemschleife lässt sich der sog. spezifische Atemwegswiderstand (sRAW) ermitteln. Durch zusätzliche Messung des thorakalen Gasvolumens (TGV) im Verschlussmanöver lässt sich dann im Weiteren der eigentliche Atemwegswiderstand (RAW) errechnen. Die Ermittlung des effektiven spezifischen Atemwegswiderstandes (sReff ) erfolgt über das
8
2
Kapitel 2 · Lungenfunktionsparameter
Verhältnis von der Fläche der Atemschleife zur Fläche der Fluss-Volumen-Kurve. Der effektive Atemwegswiderstand (Reff ) wird analog zu RAW in einem zweiten Schritt im Wesentlichen über Berücksichtigung des TGV bestimmt. Bei etwas geringerer Sensitivität von Reff bzgl. vornehmlich peripherer funktioneller Veränderungen ist Reff weniger anfällig gegenüber Störeinflüssen bzw. intra- und interindividuellen Variabilitäten im Vergleich zu RAW. RAWtot
Totaler Atemwegswiderstand (Resistance) bzw. Strömungswiderstand. Berechnung: RAW = sRAW/TGV.
sRAWtot
Spezifischer totaler Atemwegswiderstand. Gerade zwischen maximalem in- und exspiratorischem Druckpunkt der Atemschleife
sReff
Spezifischer effektiver Atemwegswiderstand. Ermittelt über die Fläche von Atemschleife und FlussVolumen-Kurve.
Reff
Effektiver Atemwegswiderstand. Berechnung: sReff / (TGV+VT/2).
2.6
Mundverschlussdruckparameter
P0,1
Inspiratorischer Mundverschlussdruck 0,1 s nach Beginn der Inspiration, bei Ruheatmung.
PImax
Maximaler inspiratorischer Mundverschlussdruck bei forcierter Inspiration nach vorheriger kompletter Exspiration bis zum Residualvolumen.
P0,1/PImax
Mundverschlussdruck P 0,1, bezogen auf den maximalen statischen Inspirationsdruck.
P0,1/MV
Mundverschlussdruck P 0,1, bezogen auf das Atemminutenvolumen.
P0,1/(VT/ti)
Mundverschlussdruck P 0,1, bezogen auf die mittlere Inspirationsgeschwindigkeit bei Ruheatmung.
2.7
Blutgasanalyseparameter
pH
pH-Wert: aktueller Gehalt an freien Protonen (H+-Ionenkonzentration).
pO2
Sauerstoffpartialdruck: Teildruck des Sauerstoffs am Gesamtgasgemisch.
Funktionelle Residualkapazität (mittels Heliumdilution); s. FRC, TGV.
pCO2
Kohlendioxidpartialdruck: Teildruck des Kohlendioxids am Gesamtgasgemisch.
RV-He
Residualvolumen (mittels Heliumdilution); s. RV.
HCO3
TLCO
Transferfaktor: Gasmenge an Kohlenmonoxid (CO), die vom Alveolarraum ins Blut (Hämoglobin) aufgenommen wurde. Synonym auch DLCO (Diffusionskapazität).
Bikarbonat: Konzentration an Bikarbonat bzw. Standardbikarbonat (berechnet für normoventilatorische Verhältnisse).
BE
Basenüberschuss (»base excess«): Abweichung der Pufferbasen.
SaO2
Sauerstoffsättigung: Hämoglobinanteil, der mit Sauersoff gesättigt (oxygeniert) ist.
Hb
Hämoglobin.
2.5
Diffusionsparameter
FRC-He
KCO
VA
Krogh-Index oder Transferkoeffizient (TLCO/VA): Transferfaktor bezogen auf das Alveolarvolumen (VA). Alveolarvolumen: VA+Totraumvolumen entspricht weitestgehend der TLC.
3
Spirometrie
3.1
Einleitung und Messprinzip – 10
3.2
Durchführung der Untersuchung – 12
3.3
Ventilationsstörungen – 12
3.4
Fallbeispiele – 13
3
10
Kapitel 3 · Spirometrie
3.1
Einleitung und Messprinzip
Die Spirometrie besitzt einen hohen Stellenwert in der differenzialdiagnostischen Untersuchung und Bewertung respiratorischer Symptome. Darüber hinaus kommt einigen Messwerten eine hohe Bedeutung als prognostischer Faktor von Atemwegserkrankungen zu. Mit relativ geringem apparativen und zeitlichen Aufwand ist sie einfach durchführbar und ermöglicht die Ermittlung grundlegender Atemvolumina sowie in- und exspiratorischer Atemflussverhältnisse. Sie ist deshalb hervorragend als Screening-Untersuchung geeignet. Die ⊡ Abb. 3.1 zeigt ein Modell eines einfachen Spirometers. Der besondere Wert der Spirometrie liegt in der Diagnostik obstruktiver Ventilationsstörungen und der Möglichkeit, die therapeutische Beeinflussbarkeit dieser sehr häufigen Ventilationsstörung zu objektivieren. Es sei darauf hingewiesen, dass andere Störungen der Lungenfunktion mit der Spirometrie nicht oder nur eingeschränkt darstellbar sind. Patienten mit schwerster Ateminsuffizienz können so unter Umständen ein normales Untersuchungsergebnis in der Spirometrie aufweisen.
Unter Spirometrie versteht man die Messung von Lungenvolumina am Mund. Erste Untersuchungen von Atemvolumina gehen bis auf das Jahr 1681 zurück (G.A. Borelli). Nach einer stetigen Weiterentwicklung hat A. Fleisch um 1925 mit der Pneumotachographie die Glockenspirometrie, den Keilbalg etc. abgelöst und ein neues Zeitalter der Lungenfunktionsprüfung eingeleitet. Ein Pneumotachograph arbeitet mittels eines bekannten Widerstandes, der in die Atemströmung der zu untersuchenden Person geschaltet ist. Der Widerstand bewirkt einen atemflussabhängigen Druckabfall. Diese Druckdifferenz wird in elektrische Spannung umgewandelt und verhält sich proportional zur Atemströmung (⊡ Abb. 3.2). Durch Integration dieser Spannung über die Zeit kann dann zusätzlich das Volumen bestimmt werden. Neuere Pneumotachographen messen die Strömung mittels eines schräg in die Atemluft einfallenden Ultraschallmessstrahls (⊡ Abb. 3.3). Bei der Spirometrie per Ultraschall basiert die Flussmessung auf der Beeinflussung des Ultraschallsignals durch den Atemfluss. Zwei diagonal gegenüberliegende Schallwandler senden und emp-
⊡ Abb. 3.1. Spirometer mit Mundstück und Filter sowie Verbindungskabel zum PC
3
11 3.1 · Einleitung und Messprinzip
Pneumotachograph
© GANSHORN MEDIZIN ELECTRONIC
Strömungswiderstand
Druckwandler
⊡ Abb. 3.2. Druckdifferenzmessung des Pneumotachographen
Ultraschall-Flussaufnehmer Ultraschallwandler 2
Ultraschallwandler 1 ⊡ Abb. 3.3. Ultraschall-Flussaufnehmer
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Fluss
12
Kapitel 3 · Spirometrie
3 ⊡ Abb. 3.4. Tischspirometer
fangen abwechselnd Ultraschallwellen. Ein Fluss im Atemrohr beschleunigt bzw. bremst nun die Schallwellen in der einen oder anderen Richtung. Die Größe der Differenz der Schall-Laufzeiten korreliert hierbei mit der Flussgeschwindigkeit. Neuere Entwicklungen haben es ermöglicht, nun auch kleine Tischspirometer mit der Ultraschalltechnik anzubieten (⊡ Abb. 3.4). Bei dem gezeigten Modell ist es überdies möglich, die Gasdichte und somit über die Zeit die Konzentrationsänderung z.B. von Kohlendioxid zu ermitteln. Diese ist hierbei synchron zum Atemvolumen und ermöglicht somit die sog. Kapno-Volumetrie. Bei der Spirometrie wird die Volumenänderung typischerweise gegen die Zeit, die Flussgeschwindigkeit (Flow) gegen das Volumen in entsprechenden Kurven graphisch dargestellt (⊡ Abb. 2.1, ⊡ Abb. 2.2).
3.2
Durchführung der Untersuchung
Für die Durchführung einer erfolgreichen und aussagekräftigen Untersuchung sollten einige Dinge beachtet werden: ▬ Der Patient sollte beengende Kleidungsstücke ablegen. ▬ Die Messung wird generell im Sitzen durchgeführt, da sich sämtliche Referenzwerte auf eine sitzende Position beziehen. ▬ Die Nase wird mit einer Nasenklemme verschlossen. ▬ Der Patient nimmt das Mundstück zwischen die Zähne, die Zunge liegt dabei unter dem Mundstück.
▬ Nach kurzer Eingewöhnungszeit, in der sich der Patient unter Ruheatmung an das Gerät adaptiert, werden 3–4, jedoch mindestens 2 Tiffeneau-Manöver durchgeführt. Zwischen den einzelnen Manövern soll der Patient 2- bis 3-mal spontan atmen. ▬ Das Manöver beginnt, indem der Patient aufgefordert wird, langsam pressend maximal auszuatmen. Danach folgt eine zügige und vollständige Inspiration zur Bestimmung der inspiratorischen VC. Nach möglichst geringer Pause (unter 1 s) schließt sich eine forcierte maximale Exspiration an, bis ein deutliches Plateau im zeitlichen Volumenverlauf sichtbar wird. ▬ Wichtig ist neben der maximalen Anstrengung des forcierten Exspirationsmanövers das Erreichen der maximalen Volumengrenzwerte, d. h. RV-, dann TLC- und wieder RV-Niveau.
3.3
Ventilationsstörungen
Mittels Spirometrie lässt sich eine Ventilationsstörung nachweisen und meist auch grob differenzieren. Ventilationsstörungen werden vereinfacht in obstruktive und restriktive Störungen eingeteilt. Eine obstruktive Ventilationsstörung ist durch eine Abnahme der maximalen Atemstromstärken (kurz: Fluss) charakterisiert und lässt sich mittels Spirometrie sehr gut ermitteln. Restriktive Ventilationsstörungen sind durch eine Behinderung der Lungenausdehnung charakterisiert. Hierbei sind die Atemvolumina (TLC und VC) entsprechend vermindert. Der Fluss ist dabei – in Relation zu den eingeschränkten Volumina – nicht relevant beeinträchtigt. Definiert ist die Restriktion über eine TLC-Verminderung, weshalb sie mittels einfacher Spirometrie nur vermutet, aber nicht eindeutig diagnostiziert werden kann. Gemischte Ventilationsstörungen mit Anteilen obstruktiver und restriktiver Ventilationsstörungen lassen sich mittels einfacher Spirometrie somit ebenfalls nicht ausreichend differenzieren und bedürfen weiterer Untersuchungen. Die ⊡ Abb. 3.5 und ⊡ Abb. 3.6 verdeutlichen das Prinzip der Darstellung obstruktiver und restriktiver Ventilationsstörungen in der Fluss-VolumenKurve.
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13 3.4 · Fallbeispiele
Fluss
Fluss-Volumen-Kurve normale Kurve
Volumen
© GANSHORN MEDIZIN ELECTRONIC
Obstruktion
⊡ Abb. 3.5. Obstruktive Ventilationsstörung
Fluss
Fluss-Volumen-Kurve normale Kurve
Volumen
© GANSHORN MEDIZIN ELECTRONIC
Restriktion
⊡ Abb. 3.6. Restriktive Ventilationsstörung
3.4
Fallbeispiele
Die folgenden 13 Fallbeispiele sind ungeschönt aus der täglichen Praxis entnommen und führen systematisch durch die Interpretation von
Spirometrie-Untersuchungsergebnissen und die Befundung von Ventilationsstörungen. Ergänzt werden die Beispiele durch wichtige Hinweise für die tägliche Praxis und wertvolle Hintergrundinformationen.
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Kapitel 3 · Spirometrie
Fallbeispiel 1 65 Jahre, männlich, 175 cm, 78 kg Das erste Beispiel zeigt die Spirometrie eines 65-jährigen Mannes mit seit Monaten zunehmender Belastungsdyspnoe.
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Links oben kann der gesamte Untersuchungsgang in der Volumen-Zeit-Graphik nachvollzogen werden. Drei Zyklen einer Ruheatmung folgen hier 3 Tiffeneau-Manöver und erneut 2 Zyklen einer Ruheatmung. Das erste und hier beste Manöver wird rechts oben in der Fluss-Volumen- und Volumen-Zeit-Graphik dargestellt. Die 4 Punkte (in der Volumen-Zeit-Kurve) markieren die Messmarken der Vitalkapazität und des Tidalvolumens. In der zweiten Reihe finden Sie die Fluss-Volumen-Kurven
der einzelnen Tiffeneau-Manöver zum direkten Vergleich übereinander dargestellt. Schon bei Betrachtung der Fluss-Volumen-Kurve (mit dem zusätzlich hinterlegten Sollwertverlauf) kann hier eine relevante Ventilationsstörung ausgeschlossen werden. Der Eindruck eines Normalbefundes lässt sich durch Betrachtung der einzelnen Messparameter bestätigen. Die im Normbereich liegende relative Einsekundenkapazität ist – bei ebenfalls normaler VC – wegweisend für den Normalbefund.
⊡ Abb. 3.7. Spirometrie Fallbeispiel 1
Zusammenfassend bedeutet das: Aktuell lässt sich bei dem Patienten keine Ventilationsstörung nachweisen. Zur Durchführung der Untersuchung sei angemerkt, dass zwischen den einzelnen Tiffeneau-Manövern korrekterweise 2–3 Ruheatemzüge hätten durchgeführt werden sollen. Bei guter
Mitarbeit und guter Lungenfunktion des Patienten bleibt dies im vorliegenden Fall jedoch ohne Relevanz. Als Ursache für die Beschwerden des Patienten wurde im Weiteren eine isolierte Herzinsuffizienz diagnostiziert.
15 3.4 · Fallbeispiele
! Sind die relative Einsekundenkapazität (FEV1 %) und die VC im Normbereich, liegt keine relevante Ventilationsstörung vor. Es handelt sich jedoch immer nur um eine
Momentaufnahme der Ventilationsfunktion. Beim Asthma bronchiale bzw. hyperreagiblen Bronchialsystem besteht typischerweise eine starke Variabilität der Ventilationsfunktion mit zwischenzeitlichen Normalbefunden. Ferner ist ein Normalbefund nicht mit dem generellen
Ausschluss einer pulmonalen Erkrankung zu verwechseln, da durch die Spirometrie nur ein Teil der Lungenfunktion untersucht wird.
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Typische Indikationen einer Spirometrie sind: ▬ Abklärung unspezifischer Symptome wie Dyspnoe, Husten, in-/exspiratorische Atemgeräusche, Zyanose etc. ▬ Tabakkonsum ▬ Verdacht auf Erkrankungen von Atemwegen, Lunge, Herz, knöchernem Thorax, Skelettmuskulatur ▬ Verdacht auf Erkrankungen der Atempumpe (Atemzentrum, zugehörige Nerven und Muskeln) ▬ Verlaufs-/Therapiekontrolle bronchopulmonaler Erkrankungen ▬ Präoperative Diagnostik ▬ Arbeitsmedizinische Kontrolle ▬ Allgemeine gesundheitliche Vorsorge Als Kontraindikation gelten: ▬ Frischer Myokardinfarkt. Es wird empfohlen, auf eine Spirometrie mit forcierten Atemmanövern während der ersten 4 Wochen zu verzichten. ▬ Spannungspneumothorax ▬ Akute innere Blutungen
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Kapitel 3 · Spirometrie
Fallbeispiel 2 64 Jahre, männlich, 183 cm, 89 kg Im nachfolgenden Beispiel ist der Befund eines asymptomatischen Patienten dargestellt, der wegen eines Kolonkarzinoms operiert werden soll.
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⊡ Abb. 3.8. Spirometrie Fallbeispiel 2
+ Zeigt das Beispiel einen normalen Befund? Es sei angemerkt, dass aufgrund eines Anwendungsfehlers des Untersuchers leider nicht die kompletten Untersuchungsergebnisse ausgedruckt wurden.
17 3.4 · Fallbeispiele
Interpretation der Untersuchung Beim ersten Blick auf den Kurvenverlauf und die Werte hat man den Eindruck einer deutlichen Ventilationsstörung. Tatsächlich handelt es sich jedoch lediglich um eine deutlich eingeschränkte Mitarbeit oder auch unzureichende Anleitung durch den durchführenden Untersucher. Die Untersuchung wurde wiederholt. Der folgende Befund (⊡ Abb. 3.9) zeigt den gleichen Patienten noch am selben Nachmittag. Erfreulicherweise konnte bei dem Patienten, wie klinisch auch erwartet, doch noch ein Normalbefund erhoben werden.
⊡ Abb. 3.9. Zweite Spirometrie Fallbeispiel 2
! Mit der Anleitung bzw. Führung durch die Untersuchung und der letztendlichen Mitarbeit steht und fällt das Ergebnis der Lungenfunktionsprüfungen. Nur bei einer guten Mitarbeit sind die Ergebnisse uneingeschränkt zu bewerten. Da der Befunder die Messung meist nicht selbst durchführt oder der Messung beiwohnt, ist es unerlässlich, die Mitarbeit mit den Ergebnissen, z. B. in Form einer vereinbarten Kodierung, zu dokumentieren.
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Kapitel 3 · Spirometrie
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Wie erkenne ich die Qualität der Mitarbeit? Neben dem subjektiven Eindruck bzgl. des Verständnisses, der Bemühungen und letztlich der Ausführung gibt es einige objektive Hinweise für eine gute bzw. weniger gute Mitarbeit. ▬ Bei Durchführung des Tiffeneau-Manövers sollte in der Volumen-Zeit-Kurve am Ende der maximalen Inspiration eine kurze und am Ende der maximalen Exspiration eine deutliche Plateauphase erkennbar bzw. angedeutet sein. ▬ Die Fluss-Volumen-Kurve sollte geschlossen sein. ▬ Am Beginn der Exspiration sollte (bis auf ganz wenige Ausnahmen) ein Peakflow erkennbar sein (Peak=Spitze). Bei steilem Anstieg sollte dieser innerhalb von 120 ms erreicht werden. ▬ Mindestens 2 erzielte Fluss-Volumen-Kurven sollten annähernd deckungsgleich verlaufen.
Die Differenz der FEV1 und der FVC darf nicht mehr als 5%, die des PEF nicht mehr als 10% betragen. ▬ Bei einer FVC von
