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Autor: Dr. med. Daniel Franzen, Zürich
Letzte Aktualisierung: Januar 2014
ADDITIONAL SLIDE KIT
Zur Verfügung gestellt durch:*Boehringer Ingelheim (Schweiz) GmbH & PanGas AG
* Dieses Additional Slide Kit wurde von einem unabhängigen Team von Pneumologen erstellt und dient ausschliesslich Informationszwecken.
Lungenfunktionsdiagnostik
Autor und Aktualisierung
Autor: Dr. med. Daniel Franzen
Letzte Aktualisierung: Januar 2014
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 2
Inhalt
1. Bedeutung der Lungenfunktionsmessung Seite 06
2. Messgrössen 10
3. Spirometrie 14
4. Bodyplethysmyographie 25
5. CO-Diffusionsmessung 29
6. Zusammenfassung und Beispiele 36
7. Referenzen 48
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 3
Gebrauchshinweise
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 4
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Inhalt
1. Bedeutung der Lungenfunktionsmessung Seite 06
2. Messgrössen 10
3. Spirometrie 14
4. Bodyplethysmyographie 25
5. CO-Diffusionsmessung 29
6. Zusammenfassung und Beispiele 36
7. Referenzen 48
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 5
1. Bedeutung der Lungenfunktionsmessung
In Anlehnung an: GOLD-Guidelines (www.goldcopd.org)
Lungenfunktionsmessung «gestern»
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 6
http://de.wikipedia.org/wiki/Spirometriehttps://wiki.engr.illinois.edu/display/BIOE414/History%20of%20Spirometry
http://www.nspirehealth.com/default.asp?LINKNAME=HDPFT EasyOne Diagnostic von ndd
Lungenfunktionsmessung «heute»
1. Bedeutung der Lungenfunktionsmessung
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 7
Bedeutung der Einsekundenkapazität (FEV1)
[Fletcher et al., 1997]
1. Bedeutung der Lungenfunktionsmessung
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 8
N=792, Alter 30-59 Jahre
Inhalt
1. Bedeutung der Lungenfunktionsmessung Seite 06
2. Messgrössen 10
3. Spirometrie 14
4. Bodyplethysmyographie 25
5. CO-Diffusionsmessung 29
6. Zusammenfassung und Beispiele 36
7. Referenzen 48
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 9
Messgrössen
2. Messgrössen
Zum Zweck einer stark vereinfachten Vorstellung dient ein Luftballon als Modell der Lunge.
=
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 10
Messgrössen
2. Messgrössen
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 11
Dynamische versus statische Lungenvolumina
2. Messgrössen
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 12
Inhalt
1. Bedeutung der Lungenfunktionsmessung Seite 06
2. Messgrössen 10
3. Spirometrie 14
4. Bodyplethysmyographie 25
5. CO-Diffusionsmessung 29
6. Zusammenfassung und Beispiele 36
7. Referenzen 48
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 13
Spirometrie
3. Spirometrie
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 14
EXPIRATION EXPIRATION
= Messung der dynamischen Lungenvolumina≈ Lungenvolumina während dem Atmen
INSPIRATION
Standardisierung
3. Spirometrie
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 15
Leistungskriterien für das Gerät
Gerätevalidierung
Qualitätskontrolle
Manöver mit Patienten/Testpersonen
Messverfahren
Akzeptabilität
Reproduzierbarkeit
Referenzwert/Interpretation
Klinische Beurteilung
Qualitätsbeurteilung Feedback an Techniker
Nein
Nein
Nein
Ja
Ja
Ja
FVC-Manöver durchführen
Akzeptabilitätskriterien erfüllt?
Drei akzeptable Manöver durchgeführt?
Reproduzierbarkeitskriterien erfüllt?
Grössten FVC- und grössten FEV1-Wert festlegen
Dasjenige Manöver mit der höchsten Summe der Werte FVC+FEV1 auswählen, um andere Kennzahlen
festzulegen
Speichern und auswerten
[In Anlehnung an Miller et al., 2005]
Akzeptabilitätskriterien
3. Spirometrie
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 16
[In Anlehnung an Miller et al., 2005]
Akzeptabilitätskriterien („während des Manövers“)Einzelne Spirogramme können als „akzeptabel“ gewertet werden, wenn•sie frei von Artefakten sind. Diese können sein:•Husten während der ersten Sekunde der Ausatmung•Glottisschluss mit Auswirkung auf die Messung•vorzeitiger Abbruch•keine gleichmässige maximale Anstrengung•Leckagen•blockiertes Mundstück•sie einen guten Start haben, d.h.:•ein extrapoliertes Volumen von <5% des FVC-Wertes oder 0,15l aufweisen, je nachdem, welcher Wert grösser ist•die Exspiration akzeptabel ist. Eine solche liegt vor, wenn:•eine Dauer von ≥ 6 Sek. (3 Sek. bei Kindern) oder ein Plateau in der Volumen-Zeit-Kurve erreicht wird oder wenn der Patient/die Testperson nicht weiter ausatmen kann oder sollte.Reproduzierbarkeitskriterien („zwischen den Manövern“)Nach Erhalt von drei akzeptablen Spirogrammen werden die folgenden Kriterien angewandt:•Die beiden höchsten FVC-Werte dürfen nicht mehr als 0,15 l voneinander abweichen.
•Die beiden höchsten FEV1-Werte dürfen nicht mehr als 0,15 l voneinander abweichen.
Werden beide Kriterien erfüllt, kann der Test beendet werden.Wird keines der beiden Kriterien erfüllt, müssen die Versuche so lange weitergeführt werden, bis:•beide Kriterien erfüllt sowie zusätzliche akzeptable Spirogramme einer Analyse unterzogen wurdenoder•insgesamt 8 Versuche durchgeführt wurden (optional)oder •der Patient/die Testperson nicht mehr weitermachen kann oder sollte.Mindestens 3 zufriedenstellende Manöver speichern.
Fragestellung/ Befund Kriterien
1. Akzeptables Manöver? Siehe Akzeptabilitätskriterien
3. Obstruktive Lungenfunktionsstörung*?
FEV1/FVC < 70%
4. Schweregrad der Obstruktion*?
FEV1 > 80% Soll (leicht)FEV1 50-80% Soll (mässig)FEV1 30-50% Soll (schwer)FEV1 < 30% Soll (sehr schwer)
5. Reversibilität der Obstruktion?
• Verbesserung des FEV1 und/oder FVC um 200ml und 12% vom Ausgangswert nach Inhalation eines Betamimetikums (Teilreversibilität)
• Keine Obstruktion mehr nachweisbar nach Inhalation eines Betamimetikums (Vollreversibilität)
6. Restriktive Lungenfunktionsstörung?
FVC > 80% Soll, sofern FEV1/FVC > 70% Soll
7. Bestätigung der Restriktion Siehe Bodyplethysmographie
8. Schweregrad der Restriktion
FEV1 > 70% (leicht)FEV1 50-70% Soll (mässig)FEV1 35-50% Soll (schwer)FEV1 < 35% Soll (sehr schwer)
Interpretation
3. Spirometrie
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 17
* gem. GOLD-Richtlinien
Definition der Obstruktion
3. Spirometrie
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 18
Jahr KriterienATS 1991 FEV1/FVC < 0.75ERS 1995 FEV1/FVC < 88% pred. (m); < 80% (f)BTS 1997 FEV1/FVC < 0.70 & FEV1 < 80% predGOLD 2007 FEV1/FVC < 0.70 post bronchodilator
GOLD
Reversibilitätstest (= Bronchospasmolysetest)
• Nach «baseline» Spirometrie Inhalation eines kurzwirksamen Betamimetikums (z.B. Salbutamol 100µg)
• 10-15 Minuten nach der Inhalation Wiederholung der Spirometrie
• Voraussetzung:
• 4 Stunden davor keine kurzwirksamen Betamimetika oder Anticholinergika
• 12 Stunden davor keine langwirksamen Betamimetika
• 1 Stunde davor kein Zigarettenkonsum
• Signifikante Reversibilität bei Verbesserung des FEV1 und/oder FVC um 12% und um 200ml.
• CAVE: Ein negativer Reversibilitätstest bezüglich FVC schliesst eine subjektive Wirkung der Inhalationstherapie nicht aus (Abnahme der Überblähung)
3. Spirometrie
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 19
Strukturiertes Befunden einer Spirometrie anhand eines Beispiels
3. Spirometrie
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 20
1. Akzeptables Manöver?
2. Obstruktive Ventilationsstörung?
2a) „Grading“ der Obstruktion
2b) Reversibilität
3. Restriktive Ventilationsstörung?
3a) „Beweis“ der Restriktion
3b) „Grading“ der Restriktion
Typische Spirometriebeispiele
3. Spirometrie
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 21
[In Anlehnung an Pellegrino et al., 2005]
Typische Spirometriebeispiele
3. Spirometrie
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 22
[Kryger et al., 1976]
© D. Franzen
[In Anlehnung an Pellegrino et al., 2005]
Typische Spirometriebeispiele
3. Spirometrie
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 23
[In Anlehnung an Pellegrino et al., 2005] [Kryger et al., 1976]
Inhalt
1. Bedeutung der Lungenfunktionsmessung Seite 06
2. Messgrössen 10
3. Spirometrie 14
4. Bodyplethysmyographie 25
5. CO-Diffusionsmessung 29
6. Zusammenfassung und Beispiele 36
7. Referenzen 48
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 24
Physikalische Grundlagen
4. Bodyplethysmographie
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 25
Interpretation
4. Bodyplethysmographie
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 26
Fragestellung/ Befund Kriterien
Überblähung RV/TLC > 50%
Bestätigung der Restriktion TLC < 80%
Schweregrad der Restriktion
FEV1 > 70% (leicht)FEV1 50-70% Soll (mässig)FEV1 35-50% Soll (schwer)FEV1 < 35% Soll (sehr schwer)
Strukturiertes Befunden einer Bodyplethymographie anhand eines Beispiels
4. Bodyplethysmographie
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 27
1. Überblähung?
2. Restriktion?
3. Atemwegswiderstände?
Inhalt
1. Bedeutung der Lungenfunktionsmessung Seite 06
2. Messgrössen 10
3. Spirometrie 14
4. Bodyplethysmyographie 25
5. CO-Diffusionsmessung 29
6. Zusammenfassung und Beispiele 36
7. Referenzen 48
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 28
CO-Diffusionsmessung
5. CO-Diffusionsmessung
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 29
• Inhalation von
Gasgemisch: 12%
Helium, 1%
Kohlenmonoxid (CO),
87% Luft
• 10 Sekunden Luft
anhalten nach tiefer
Inspiration aus RV-Niveau
• Messung der
exspiratorischen CO-
Konzentration
• Differenz aus in- und
exspiratorischer CO-
Konzentration
Einflussgrössen
Extrapulmonale Restriktion der Lungenausdehnung (reduziertes VA), die sich auf die DM auswirkt oder θVc verändert, der die DLCO herabsetzt.•Zu wenig Anstrengung oder respiratorische Muskelschwäche•Aufgrund von Thoraxdeformität kein vollständiges Einatmen möglich
Erkrankungen, die θVc und folglich die DLCO herabsetzen•Anämie•Lungenembolie
Vorliegen anderer Gründe für die Herabsetzung von θVc und folglich der DLCO•Veränderung bei der Hb-Bindung (z. B. HbCO, erhöhter F IO2)
•Valsalva-Manöver (erhöhter intrathorakaler Druck)•Erkrankungen, die (in unterschiedlichem Masse) die DM sowie θVc und folglich auch die DLCO herabsetzen•Lungenresektion (wobei auch eine kompensatorische Verstärkung von θVc vorkommt)•Lungenemphysem•Interstitielle Lungenerkrankung (z. B. IPF, Sarkoïdose)•Lungenödem•Pulmonale Vaskulitis•Pulmonale Hypertonie
5. CO-Diffusionsmessung
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 30
[MacIntyre et al., 2005]
Einflussgrössen
Erkrankungen, die θVc und folglich die DLCO erhöhen• Polyzythämie• Links-rechts-Shunt• Pulmonale Hämorrhagie (kein zwingender Anstieg von θVc, tatsächlich aber eine erhöhte Anzahl
Hb in der Lunge)• Asthma
Vorliegen anderer Gründe für einen Anstieg von θVc und folglich der DLCO• Veränderung bei der Hb-Bindung (z.B. reduzierter F IO2)
• Müller-Manöver (Abnahme des intrathorakalen Drucks bei Asthma, Widerstand beim Atmen)• Körperliche Betätigung (könnte auch eine Komponente der DM sein)• Rückenlage (könnte auch eine leichte Erhöhung der DM hervorrufen)• Adipositas (könnte auch eine Komponente der DM sein)
5. CO-Diffusionsmessung
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 31
[MacIntyre et al., 2005]
Interpretation
5. CO-Diffusionsmessung
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 32
Fragestellung/ Befund Kriterien
Akzeptables Manöver ?
• > 85% des inspirierten Volumens in < 4 sec• Apnoe während 10 +/-2 sec• Exspiration in < 4 sec
Diffusionsstörung ? DLCO < 75% Soll
Schweregrad der Diffusionsstörung ?
DLCO 60-75% Soll (leicht)DLCO 40-60% Soll (mässig)DLCO < 40% Soll (schwer)
Strukturiertes Befunden einer Bodyplethysmographie anhand eines Beispiels
5. CO-Diffusionsmessung
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 33
CH4
DLCO versus KCO
5. CO-Diffusionsmessung
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 34
• DLCO (Diffusionskapazität der Lunge für CO), auch TLCO (Transferfaktor der Lungen für CO) genannt
= globale Diffusionskapazität der Lungen
abhängig von der gesamten Gasaustauschfläche. Diese wird u.a. auch durch extrapulmonale Faktoren (Pleuraerguss, Lungenresektion) beeinflusst.
• KCO (Krogh-Faktor), auch DLCO/VA genannt
= die auf das ventilierte Alveolarvolumen korrigierte Diffusionskapazität
wird in mmol/kPa/min pro Liter angegeben.
Bei einer echten Diffusionsstörung ist die DLCO im gleichen Ausmaß vermindert wie der Krogh Index, erkennbar jeweils an der prozentualen Abweichung vom Normwert (Abfall DLCO = Abfall KCO). Bei einer Verteilungsstörung fällt der DLCO weit stärker als der Krogh-Index (Abfall DLCO >> Abfall KCO).
Inhalt
1. Bedeutung der Lungenfunktionsmessung Seite 06
2. Messgrössen 10
3. Spirometrie 14
4. Bodyplethysmyographie 25
5. CO-Diffusionsmessung 29
6. Zusammenfassung und Beispiele 36
7. Referenzen 48
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 35
Zusammenfassung
6. Zusammenfassung und Beispiele
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 36
Ja
Ja
Ja
Ja
Ja
Ja
Nein
Nein
Nein
Nein
Nein Nein
Nein
Nein
Ja
Ja
Restriktion Obstruktion Mischsyndrom
Pulmonal-vaskuläre Erkrankungen
Erkrankung der Thoraxwand und neuromuskuläre Erkankungen
Insterstitielle Lungen-erkrankung
EmphysemAsthmaChronische Bronchitis
FEV1/VC ≥ LLN
VC ≥ LLN
TLC ≥ LLN
VC ≥ LLN
TLC ≥ LLN
DL, CO ≥ LLN DL, CO ≥ LLNDL, CO ≥ LLN
Normal
Normal
[Pellegrino et al., 2005]
Beispiel 1
6. Zusammenfassung und Beispiele
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 37
Interpretation?
Auflösung
6. Zusammenfassung und Beispiele
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 38
Morphologisches Korrelat
Lungenemphysem
6. Zusammenfassung und Beispiele
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 39
Beispiel 2
6. Zusammenfassung und Beispiele
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 40
Morphologisches Korrelat
Idiopathische Lungenfibrose
6. Zusammenfassung und Beispiele
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 41
Longitudinalvergleich der Lungenfunktion
6. Zusammenfassung und Beispiele
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 42
Definition von signifikanten Veränderung der Lungenfunktionswerte in Abhängigkeit der Zeit
[Pellegrino et al., 2005]
Bronchoprovokationstest = Metacholintest
• Indikation: Beurteilung der bronchialen Hyperreagibilität, welches auf ein Asthma bronchiale hinweisen kann.
• Hoher negativ prädiktiver Wert in Bezug auf das Vorliegen eines Asthma bronchiale! Nur mässige Spezifität (positiver Methacholintest auch bei COPD, Herzinsuffizienz, Cystischer Fibrose oder Bronchitis)
• Technik: Inhalation einer Methacholinlösung (Cholinergikum) in zunehmender Konzentration. Nach jeder Inhalation erfolgt eine Spirometrie.
• FEV1-Abfall > 20% der «baseline» Spirometrie ist signifikant und dosisabhängig
6. Zusammenfassung und Beispiele
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 43
[Crapo et al., 2000]
GEGENANZEIGEN FÜR DENMETACHOLIN-PROVOKATIONSTEST
Absolut:Schwere Atemwegsobstruktion (FEV1 < 50% prädiktiv oder < 1,0 L)Herz- oder Hirninfarkt innerhalb der letzten 3 MonateUnkontrollierte Hypertonie, systolischer BD > 200 oder diastolischer BD > 100Bekanntes Aortenaneurysma Relativ:Mässige Atemwegsobstruktion (FEV1 < 60% prädiktiv oder < 1,5 L)Durchführung einer qualitativ-akzeptablen Spirometrie unmöglichSchwangerschaftStillzeitEinnahme von Cholinesterasehemmern (gegen Myasthenia gravis)
KLASSIFIZIERUNG DER BRONCHIALEN REAGIBILITÄTPC20
(mg/ml) Interpretation*
> 16 Normale bronchiale Reagibilität4,0-16 „Borderline“ (grenzwertige) BHR1,0-4,0 Milde BHR (positives Testergebnis)< 1,0 Mässige bis schwerwiegende BHR
Exhaliertes Stickoxyd (FENO)
• Quantitative, nicht-invasive Messmethode zur Beurteilung der eosinophilen Entzündungsaktivität in den Atemwegen
• Unterstützt die klinische Diagnose eines Asthma bronchiale (CAVE: nicht jedem Phänotyp des Asthma bronchiale unterliegt eine eosinophile Entzündung!)
• Prädiktiv für die Wahrscheinlichkeit eines positiven Ansprechens auf eine Steroidtherapie
6. Zusammenfassung und Beispiele
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 44
Klinik/Diagnose FENO < 25 ppb FENO 25-50 ppb FENO > 50 ppb
Symptomatisch, Asthma nicht bekannt
Ansprechen auf Steroidtherapie unwahrscheinlich
Verlaufsbeurteilung empfehlenswert
Eosinophile Entzündungsaktivität! Ansprechen auf Steroidtherapie wahrscheinlich
Symptomatisch, bekanntes Asthma
Nicht-eosinophiles Asthma? Andere Diagnose?
Persistierende Antigenkontakt, inadäquate Steroidtherapie
Unkontrolliertes Asthma oder Steroidresistenz
Asymptomatisch, bekanntes Asthma
Gute Asthmakontrolle Reduktion der Steroiddosis?
Whs. adäquate Steroidtherapie Verlaufsbeobachtung
Schlechte Therapiead-härenz, Reduktion der Steroiddosis nicht empfehlenswert
[Dweik et al., 2011]
Atemwegsdruckmessung = Messung der Atemmuskulatur
• Spirometrie indirekte Hinweise auf Vorliegen einer geschwächten Atemmuskelpumpe (restriktive Lungenfunktionsstörung)
• Messung des maximalen, statischen, in- oder exspiratorischen Atemwegsdruck
• Heterogene Normalwerte
• Pimax von < - 80 cm H2O schliesst eine relevante Schwäche der inspiratorischen Atemmuskulatur
aus
• Nasaler Schnupfdruck («sniff pressure»)
• Psniff von < - 60 cm H2O schliesst eine relevante Schwäche der inspiratorischen Atemmuskulatur
aus
6. Zusammenfassung und Beispiele
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 45
[American Thoracic Society/European Respiratory Society, 2002]
Atemwegsdruckmessung = Messung der Atemmuskulatur
6. Zusammenfassung und Beispiele
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 46
[American Thoracic Society/European Respiratory Society, 2002]
Inhalt
1. Bedeutung der Lungenfunktionsmessung Seite 06
2. Messgrössen 10
3. Spirometrie 14
4. Bodyplethysmyographie 25
5. CO-Diffusionsmessung 29
6. Zusammenfassung und Beispiele 36
7. Referenzen 48
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 47
Referenzen
American Thoracic Society/European Respiratory Society, Am J Respir
Crit Care Med 2002; 166: 518-624
Bloch KE et al, Praxis 2003; 92: 1617-1624
Crapo RO et al, Am J Respir Crit Care Med 2000; 161: 309–329
Dweik RA et al, Am J Respir Crit Care Med 2011; 184: 602-615
Fletcher C et al, BMJ 1977;1:1645-8
Kryger et al, Am J Med 1976;61:87
MacIntyre N et al, Eur Respir J 2005; 26: 720-735
Miller MR et al, Eur Respir J 2005; 26: 319–338
Pellegrino R et al, Eur Respir J 2005; 26: 948–968
7. Referenzen
LUNGENFUNKTIONSDIAGNOSTIK 48