Messung des statischen Lungenvolumens. Körper plethysmographyIntroduction

Im Jahr 1956, Dubois et al. beschriebene Ganzkörper-Plethysmographie nach dem Boyle-Gesetz, wonach das Volumen (V) eines Gases bei konstanter Temperatur umgekehrt proportional zum Druck (P) variiert, dem es ausgesetzt ist, wobei P× V konstant bleibt.1,2

Während die Spirometrie3 die am häufigsten verwendete Methode zur Beurteilung der Lungenfunktion in der klinischen Praxis ist, ist es manchmal notwendig, das Luftvolumen zu messen, das die Lunge nicht verdrängen kann (statische Lungenvolumina). Daher bleibt die Plethysmographie eine wesentliche Technik bei der Beurteilung der Lungenfunktion. Es misst mehrere Gasvolumina, wie das intrathorakale Gasvolumen (TGV) oder die funktionelle Restkapazität (FRC), das Restvolumen (RV) und die gesamte Lungenkapazität (TLC).4,5 Die Zugabe von zwei oder mehr Lungenvolumina ergibt eine Lungenkapazität (Tabelle 1). Diese Technik misst auch den gesamten Atemwegswiderstand (RawTOT), den spezifischen Atemwegswiderstand (sRaw), die Atemwegsleitfähigkeit (Gaw) und die spezifische Atemwegsleitfähigkeit (sGaw).

Im gegensatz zu anderen techniken wie stickstoff auswaschen oder helium verdünnung, dass unterschätzen die FRC weil sie nicht messen schlecht belüfteten oder unbelüftet räume (Bullae), Plethysmographie misst das volle Volumen des intrathorakalen Gases.

Es gibt drei Arten von Plethysmographen, und der am häufigsten verwendete ist der Plethysmograph mit konstantem Volumen.4

Ausrüstung

Es muss enthalten:

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  Luftdichte kammer (2 modelle: ältere kinder/erwachsene; kleinkinder).

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  Pneumotachograph. Es muss den Normen für spirometrische Geräte (ATS / ERS 20056) entsprechen: Es kann Volumina von 0,5 bis 8,00 L mit einer Genauigkeit von ± 3% messen, wie mit einer 3,00–l-Spritze kalibriert, Durchflüsse zwischen 0 und 14 L / s und Aufzeichnungsdauern von mindestens 30 s.

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  Verschlussventil und Druckaufnehmer zur Messung von Druckänderungen an der Mündung. Der Druckaufnehmer muss eine Empfindlichkeit von mehr als 50 cm H2O und einen flachen Frequenzgang von mehr als 8 Hz aufweisen. Dies hängt von der Atemfrequenz während des TGV-Manövers ab, die nicht größer als 1,5 Hz sein sollte.

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  Druckaufnehmer in der Plethysmographenkammer (Plethysmographen mit konstantem Volumen und variablem Druck). Es misst den Druck in der Kammer. In einigen Systemen wird ein weiterer Pneumotachograph an der Plethysmographenwand platziert, um Volumenänderungen innerhalb der Kammer zu messen (Plethysmographen mit konstantem Druck und variablem Volumen). Es muss auf ± 0,2 cm H2O genau sein.

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  Computer, Drucker und Wetterstation (abhängig von der Ausrüstung).

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  Mundstücke mit Einweg-Inline-Filtern 99% wirksam beim Herausfiltern von Viren, Bakterien und Mykobakterien; Totraum von weniger als 100 ml und ein Widerstand von weniger als 1,5 cm H2O bis zu einem Durchfluss von 6 L / s.

Kalibrierung

Durchflussmesser sollten nach dem vom Hersteller festgelegten Protokoll und gemäß den Spirometriestandards ATS/ERS 2005 kalibriert werden.3 Plethysmographen haben normalerweise automatische Kalibrierungssysteme (Kammerdichtung und Wandlerausrichtung).

Plethysmographie-Manöververfahren

Es ist wichtig, das Alter (Jahre), das Gewicht (kg), die ethnische Zugehörigkeit und die Größe (cm) des Patienten aufzuzeichnen. Wenn der Patient Schwierigkeiten beim Aufstehen hat (Brust- oder neuromuskuläre Fehlbildungen), kann die Armspannweite anstelle der Höhe verwendet werden. Der Patient erhält detaillierte Informationen über den Test (Tabellen 2 und 3). Die Kammertür wird geschlossen und lässt 1min verstreichen, bevor die Temperatur sich stabilisiert. Der Patient wird angewiesen, durch das Mundstück zu atmen und seine Wangen in beiden Händen in kleinen Mengen und mit einer Geschwindigkeit von 20-60 Atemzügen pro Minute (0,5–1 Hz) zu stützen. Ein Satz von etwa 10 Atemzügen sollte aufgezeichnet werden, um ein stabiles FRC-Niveau zu erreichen (Variationen

100 ml).

Zu diesem Zeitpunkt wird der Verschluss am Ende einer Exspiration geschlossen (Dauer der Okklusion, 2–3s) und der Patient atmet weiter, während er seine Wangen hält, um Leckagen zu vermeiden. Wenn der Verschluss wieder geöffnet wird, muss der Patient zwei oder drei Atemzüge machen, gefolgt vom langsamen Vitalkapazitätsmanöver, das mit einer maximalen Inspiration beginnt, um die Inspirationskapazität (IC) zu erhalten, gefolgt von einer maximalen Exspiration (um die langsame Vitalkapazität zu messen) und dann eine maximale Inspiration (Abb. 1). Wenn das Manöver fehlschlägt, muss der Techniker dem Patienten das Testverfahren noch einmal erklären und demonstrieren.

Ein weiteres standardisiertes Verfahren, das aufgrund seiner technischen Schwierigkeit weniger häufig angewendet wird, besteht darin, dass der Patient nach Okklusion bis zum Restvolumen ausatmet, gefolgt von einer maximalen Inspiration zur DC und dann von einem langsamen Spirometriemanöver.

Plethysmographie-Leistungs- und Qualitätsbewertungtestqualitätskriterien

Ein Satz von drei bis fünf technisch zufriedenstellenden TGV-VC-Manövern muss erhalten werden. Die Kurven müssen nahezu gerade und überlagerbar sein und innerhalb der Druckkalibrierungsbereiche der Messumformer liegen (±10 cm H2O oder 1,3 kPa).

Akzeptanzkriterien

Individuelle Plethysmographie-Manöver (TGV-VC) sind akzeptabel, wenn:

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  Die Gezeitenatmung zeigt eine stabile FRC (mindestens 4 Gezeitenatmungen, die innerhalb von 100 ml übereinstimmen). Dies wird durch die Graphen (Abb. 1 und 2).

  

  Abbildung 1.

  Lungenvolumenbestimmung durch Plethysmographie. Grafische Darstellung der Ergebnisse (Jaeger Plethysmographie, Care Fusion).

  (0.24MB).

  

  Abbildung 2.

  Lungenvolumen und -kapazitäten.

  (0.1MB).

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  Der Volumenunterschied (ΔV) zwischen dem FRC-Wert und dem Okklusionswert beträgt weniger als 200 ml.

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  Die Atemfrequenz während des Verschlusses liegt zwischen 30 und 60 Atemzügen pro Minute.

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  Der Plethysmograph Tracing zeigt 3-5 TGV-Manöver.

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  TGV-Schleifen haben konsistente Muster, sind frei von Artefakten und zeigen eine minimale Hysterese zwischen Inspiration und Exspiration.

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  Die beiden Enden der Kurve können beobachtet werden.

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  Die Steigung der Messlinie sollte parallel zur TGV-Schleife verlaufen.

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  Die VC-Messung ist in Bezug auf die höchsten IC- oder exspiratorischen Reservevolumenwerte akzeptabel, muss ein Plateau von mindestens 1 Sekunde Dauer mit Änderungen des Exspirationsvolumens von weniger als 25 ml erreichen und muss größer oder gleich dem größten FVC-Wert sein, der in der zuvor durchgeführten erzwungenen Spirometrie erhalten wurde.

Wiederholbarkeitskriterien

In der Plethysmographie sollten diese Kriterien nur angewendet werden, um zu entscheiden, wann mehr als drei akzeptable Manöver durchgeführt werden müssen (mindestens drei akzeptable Manöver und maximal acht Manöver sollten durchgeführt werden). Die Kriterien dürfen nicht verwendet werden, um Ergebnisse aus Berichten oder Probanden aus einer Studie auszuschließen.

Die ATS/ERS 20056 verlangt: (a) dass die drei akzeptablen FRCpleth-Manöver innerhalb von 5% übereinstimmen und (b) dass die Differenz zwischen den beiden größten Werten der wiederholten VC-Messungen weniger als 150 ml beträgt.

Qualitätskontrolle

Die Kammer- und Volumenkalibrierungen müssen genau nach Anweisung des Herstellers durchgeführt werden. Der Test einer biologischen Kontrolle (gesunder Nichtraucher) sollte mindestens einmal im Monat und bei Verdacht auf einen Fehler durchgeführt werden, wobei TGV, RV und DC gemessen werden. Werte, die sich um mehr als 10% für FRC und DC oder mehr als 20% für RV im Vergleich zu früheren Messungen zum selben Thema unterscheiden, deuten auf Fehler hin.

Indikationen

Die Hauptindikation ist die Diagnose und Charakterisierung restriktiver Beatmungsmuster (Beurteilung der Schwere der Erkrankung, des Krankheitsverlaufs und des Ansprechens auf die Behandlung).

Es kann auch verwendet werden, um den Schweregrad der Einschränkung bei Erkrankungen mit einem gemischten Beatmungsmuster zu beurteilen und um nicht belüftete eingeschlossene Gasräume und Luftstrombeschränkungen frühzeitig zu erkennen. Es ermöglicht die Messung von unbelüfteten Luftkompartimenten (Subtraktion der durch Plethysmographie gemessenen FRC von der durch Heliumverdünnung gemessenen FRC) und Risikobewertung für Operationen (z. B. für Pneumonektomie). Es kann ab einem Alter von 6 Jahren erfolgreich durchgeführt werden.

Ergebnisse und Referenzwerte

Zunächst sollte die Annehmbarkeit und Wiederholbarkeit des Tests bewertet werden. Die Ergebnisse, die gemeldet werden, sobald der Test als akzeptabel erachtet wird, sind der TGV (der Mittelwert von mindestens drei TGV-Manövern, die innerhalb von 5% übereinstimmen), der CV (der größte Wert in mindestens 3 Manövern mit Werten, die innerhalb von 5% übereinstimmen), der TLC (Summe aus dem TGV und dem höchsten IC-Wert), der RV und das RV / TLC-Verhältnis.

Anschließend werden Widerstands- und TGV-Kurven analysiert, um zu überprüfen, ob die Schleifen eine geschlossene Form haben (oder, falls dies nicht der Fall ist, auf mögliche zugrunde liegende Pathologien), ihren Winkel, ihre Neigung usw. Jedes Manöver wird auch separat analysiert, um das Lungenvolumen zu bewerten; das Atemzugvolumen sollte während des Tests stabil bleiben, mit einem stabilen endexspiratorischen Pegelvolumen (EELV), einer ordnungsgemäßen Okklusion und einer korrekten Durchführung des Manövers, das aus einer Inspiration gefolgt von einer maximalen Exspiration besteht.

Die Ergebnisse werden als absolute Werte (l) bei Körpertemperatur und Luftdruck bei Wasserdampfsättigung (BTPS) angegeben, auf zwei Dezimalstellen gerundet; als relative Werte (Prozentsatz relativ zum Referenz- oder theoretischen Wert); und als z-Werte (Abstand vom vorhergesagten Wert in Standardabweichungen). Derzeit werden die obere und untere Normalgrenze (LLN) (2,5 und 97,5 Perzentile) berechnet, und Messwerte gelten als klinisch signifikant, wenn sie außerhalb dieser Grenzen liegen.

Es gibt nur wenige Referenzdaten für die pädiatrische Altersgruppe.7 Die ältesten Referenzen stammen von Zapletal8 und die jüngsten von Rosenthal.9 Mehrere Studien haben gezeigt, dass diese Referenzwerte aktualisiert werden müssen, um Kinder unter 6 Jahren und nicht kaukasischer Abstammung einzubeziehen, da die ethnische Zugehörigkeit das Lungenvolumen beeinflusst und die aus beiden Studien abgeleiteten Gleichungen auf Daten für gesunde weiße Kinder basierten. Afrikaner haben ein kleineres Lungenvolumen, wahrscheinlich weil ihre Gliedmaßen lang und ihre Stämme kurz sind. Es wurde auch festgestellt, dass frühere Gleichungen aus Keuchmanövern abgeleitet wurden, so neigen sie dazu, FRC-Werte zu überschätzen, etwas, das einen geringeren Einfluss auf die Bestimmung von RV und TLC hat.

Interpretation der Ergebnisse

Die Empfehlungen des ATS / ERS zur Interpretation von Lungenfunktionstests10 definieren restriktive Anomalien als Reduktionen von VC und TLC unterhalb der LLN unter Anwendung der in der Literatur veröffentlichten Referenzwerte.7 Bei Verwendung relativer Werte gelten DC, FRC und RV als normal, wenn sie zwischen 80% und 120% des vorhergesagten Wertes liegen, und als pathologisch, wenn die DC unter 80% liegt, wobei das restriktive Muster in Abhängigkeit von diesem Prozentsatz in leichte (70-80%), moderate (60-69%) oder schwere (10) Muster mit reduziertem VC, normalem FEV1 / VC-Verhältnis und normalem TLC als Obstruktion klassifiziert wird, obwohl dieser Algorithmus umstritten ist, und Muster, bei denen FRC, RV und TLC unterschiedlich sind über 120% und die RV/TLC verhältnis ist über 20-35% als hyperinflation (wenn die TLC ist normal die muster schlägt luft trapping). In der pädiatrischen Altersgruppe müssen variable Parameter mit Vorsicht interpretiert werden, wie z. B. das RV / DC-Verhältnis (Prozentsatz der DC, der von nicht ausatmbarem Gas besetzt ist, RV). Diese Variabilität ergibt sich aus den Veränderungen der Atemwegseigenschaften, die während des Wachstums auftreten, wie Form und Größe des Brustkorbs und Atemmuskelfunktion. Darüber hinaus ist der schnelle Anstieg der Körpergröße, der im Jugendalter auftritt, nicht proportional zu einer Zunahme der Thoraxdimensionen oder zu Veränderungen der Atemmechanik.

Messung spezifischer Atemwegswiderstände Einleitung

Der Atemwegswiderstand ist definiert als die Beziehung zwischen dem Luftstrom in den Atemwegen und dem Druck, der zur Erzeugung dieses Flusses erforderlich ist. Der RawTOT-Wert umfasst den Widerstand, der von der Brustwand, dem Lungengewebe und den Atemwegen erzeugt wird. Der spezifische Atemwegswiderstand (sRaw) ist das Produkt aus Atemwegswiderstand und FRC.6

Methodik und Qualitätskriterien

Das Ausdrücken der Ergebnisse als spezifischer Widerstand (sRaw= Raw×TGV) oder sein Kehrwert (sGaw=1/sRaw) kann vorteilhaft sein, wenn eine schlechte Übertragung des Alveolardrucks vorliegt, da der TGV im gleichen Verhältnis überschätzt wird wie der Raw unterschätzt wird.11

Die Beziehung zwischen Druckänderungen in der Kammer (proportional zu Änderungen des Alveolardrucks und des Luftstroms) kann bei geöffnetem Verschluss gemessen werden. Diese Beziehung (ΔPbox/V) kann grafisch als S-Form dargestellt werden. Sobald der Verschluss schließt, wird das Verhältnis der Änderungen des Kammerdrucks und des Munddrucks berechnet. Wenn der Test durchgeführt wird, beobachtet der Techniker die Anzeige in Echtzeit. Da die Messung von Raw inspiratorische und exspiratorische Ströme umfasst, ermöglicht das Display die Berechnung von inspiratorischen und exspiratorischen Widerständen, die bei gesunden Personen gleich sind, sich jedoch bei Patienten mit Obstruktion unterscheiden können.12

Die Kammer und der Pneumotachograph im Plethysmographen müssen täglich kalibriert werden. Die erhaltenen Parameter müssen unter BTPS-Bedingungen eingestellt werden. Das Manöver kann bei Atemzugvolumen mit einem beheizten Rückatmungsbeutel, der als Goldstandard gilt, oder automatisch durch elektronische Kompensation durchgeführt werden.13

Die Durchfluss-Druck-Kurven werden in Echtzeit auf dem Computerbildschirm angezeigt, sodass der Techniker Kurven mit Artefakten beseitigen kann. Die Kurven müssen eine ähnliche Größe und Form haben, parallel sein und nahe am Nulldurchfluss liegen. Die vom Computersystem automatisch gewählte Tangente muss verwendet werden.

Um die Reproduzierbarkeit der Technik zu gewährleisten, müssen mindestens 3 FRC-Messungen durchgeführt werden, die innerhalb von 5% übereinstimmen, und der Median von drei technisch akzeptablen Sätzen von 10 Atemzügen ist anzugeben. Die Kurven von so vielen Atemzügen wie möglich müssen für die sRaw erhalten werden, idealerweise zwischen drei und fünf Sätzen von fünf bis zehn Atemzügen, abhängig von der verwendeten Software.14,15

Interpretation der Ergebnisse

Der sRaw ist ein Parameter der Atemwegsobstruktion. Die Form der Kurve gibt Auskunft über den Ort der Behinderung.15 Wenn der Patient eine exspiratorische Obstruktion hat, nimmt die Kurve die Form eines Golfschlägers an (Abb. 3 und 4). Eine „kursive S“ -Form signalisiert eine leichte diffuse Obstruktion; Ein erhöhter Inspirationswiderstand weist auf eine extrathorakale Obstruktion hin; Ein erhöhter exspiratorischer Widerstand weist auf eine chronisch obstruktive Lungenerkrankung hin; und die Zunahme beider Widerstände weist auf eine Trachealobstruktion hin. Bei einer generalisierten obstruktiven Lungenerkrankung kommt es zu einem Anstieg der sRaw-, FRC- und RV-Werte, begleitet von einem verringerten Tidenfluss.6 DC-Änderungen können bei gemischten Anomalien sehr mild sein, daher ist die Messung der Kohlenmonoxiddiffusionskapazität bei diesen Patienten nützlich.12

Kürzlich wurde berichtet, dass eine Reduktion der sRaw um 42% gegenüber dem Ausgangswert statistisch signifikant ist, um das Ansprechen auf Bronchodilatatoren mit einer Sensitivität von 55% und einer Spezifität von 77% zu bewerten.16 Darüber hinaus reagiert der sGaw sehr empfindlich auf Änderungen des Atemwegskalibers, und als Grenzwert für ein positives Ansprechen wurde ein Anstieg von 40-56% festgestellt6,17,18, obwohl sGaw eine geringere Spezifität als der FEV1 aufweist. Darüber hinaus wird ein Anstieg der sRaw gegenüber dem Ausgangswert als positives Ansprechen auf den Bronchial-Challenge-Test angesehen, ebenso wie eine Abnahme der sGaw um 35-40%.8

Indikationen und klinische Anwendung

Der sRaw ist das Produkt des Atemwegswiderstands durch den FRC.19 Wenn Kinder wachsen, nehmen die Widerstände ab und das Volumen nimmt zu, aber der spezifische Widerstand bleibt unabhängig von Alter, Geschlecht und Größe stabil. Es ist ein sensitiver und reproduzierbarer Parameter zur Unterscheidung zwischen Normalität und Krankheit und erleichtert auch die longitudinale Interpretation verschiedener Messungen bei einem einzelnen Individuum.20-23 Es gibt Hinweise auf seine Nützlichkeit bei der klinischen Überwachung von Mukoviszidose und Asthma,24 und auch bei der Diagnose von Asthma.25 Bei Kindern mit Mukoviszidose ist der sRaw empfindlicher als mit der Unterbrechertechnik oder der Impulsoszillometrie gemessene Widerstände.19

Einige Autoren haben ihre Nützlichkeit für die Überwachung der Reaktion auf die Behandlung von asthmatischen Kindern festgestellt.26,27 Es hat sich auch bei der Beurteilung der Bronchodilatator-Reversibilität und der bronchialen Hyperreaktion als nützlich erwiesen.16

Der sGaw ist empfindlicher als der sRaw für die Erkennung einer zentralen Obstruktion und sogar empfindlicher als der mittels erzwungener Spirometrie erhaltene FEV1. Es ist jedoch weniger reproduzierbar als das sRaw, so dass eine größere Anzahl von Messungen erfasst werden muss.13 Es kann empfindlicher als FEV1 bei der Erkennung einer Luftstrombegrenzung bei Bronchiolitis obliterans sein, bei der eine Obstruktion der peripheren Atemwege vorherrscht,11,28 und auch bei Asthmatikern mit mäßiger Obstruktion. Es ist auch empfindlicher bei der Beurteilung der oberen Atemwege bei Stimmbandlähmungen oder Funktionsstörungen.29