Lungenfunktionsdiagnostik, Spiroergometrie

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1 Lungenfunktionsdiagnostik, Spiroergometrie 15. Kardiologisches Seminar Süd 2009 Christian Schumann Uniklinik Ulm, Pneumologie

2 Quellenangaben Thomas Rothe Lungenfunktion leicht gemacht 6. Auflage 2006 Deutsche Atemwegsliga (DAL) 2

3 Hinweis keine Handouts Vortrag wird nach der Veranstaltung 2 Wochen online zur Verfügung gestellt 3

4 Inhalte, Ziele Kennenlernen der Untersuchungen Verstehen des Messungen Anleitung zur Interpretation Erkennen von Fehlern, Artefakten 4

5 Einleitung Lungenfunktion: Häufigste Diagnostik in der Pneumologie Asthma, COPD, Emphysem, Lungenfibrose, pulmonale Hypertonie Dient zum Ausschluss pulmonaler Ursache von Dyspnoe Zur Prä-operativen Diagnostik (Risikoeinschätzung) Verlaufkontrollen bei manifesten pulmonalen und kardialen Erkrankungen 5

6 Themenübersicht Spirometrie Peak flow Messung Blutgasanalyse Diffusion Bodyplethysmographie 6-Minuten Gehtest Spiroergometrie 6

7 Spirometrie Indikation: Kleine Lungenfunktion Einschätzung ob eine wesentliche Ventilationsstörung vorliegt Bestimmung des Atemstoßwertes: FEV 1 Bestimmung des Schweregrades der COPD Stadium I-IV nach GOLD Zur Kontrolle im Verlauf 7

8 Liter 1 sec IRV FEV 1 TV IVC FVC ERV Sekunden Spirometrie TV = Tidalvolumen ERV = Expir. Reservevolumen IRV = Inspir. Reservevolumen IVC = Vitalkapazität, bei langsamer Inspiration ermittelt FEV 1 FVC = = Forcierte expir. Volumen in 1 Sek. Vitalkapazität, bei forcierter Expiration ermittelt 8

9 9

10 Messtechnik Pneumotachograph: ermöglicht die direkte Messung der Atemflussgeschwindigkeit Mundstück p 10

11 TV, ERV und Co... Messung mehrerer Ruheatemzüge (TV), des expiratorischen Residualvolumens (ERV), der inspiratorischen Vitalkapazität (IVC) und dem Atemstoßtest (Tiffeneau-Test) Fluss-Volumen Kurve 11

12 Durchführung der Spirometrie Mundstück, mehrfaches Registrieren des Atemzugvolumens (TV) Langsame maximale Ausatmung (ERV) Langsame, maximal tiefe Inspiration (IVC) Nach der Inspiration, ohne Pause sofortige forcierte Expiration (Tiffeneau-Manöver) Patient verbal unterstützen: fester!, länger! Forcierte, maximal tiefe Inspiration (FVC) 12

13 Qualitätskriterien Mind. 3 akzeptable Kurven Max. 8 Versuche (cave: Erschöpfung) Steiler Anstieg Expiration über mind. 6 s kein Husten bei Expirationsmanöver keine Einatmung 2 höchsten FVC-Werte max. 0,15 l Abweichung 2 höchsten FEV 1 -Werte max. 0,15 l Abweichung 13

14 Mitarbeit und Artefakte 1 Mangelnde Mitarbeit, FVC vorzeitig abgebrochen 14

15 Mitarbeit und Artefakte 2 Hustenartefakte 15

16 Mitarbeit und Artefakte 3 Schlafapnoe-Syndrom 16

17 Obstruktion Erniedrigter Spitzenfluss (PEF) Verminderte Flüsse Tiffeneau-Wert <70% v. Soll FEV 1 <80% v. Soll 17

18 Typische Befunde 18

20 Peak Flow Spitzenfluss Indikation: Bei Asthma Diagnostik (erhöhte Variabilität) Therapiekontrolle (Stabilität) Erkennen von Exazerbationen (Abfall) 20

21 Peak Flow Messung Handgerät (Peak Flow Meter) Relativ Preiswert, einfach zu bedienen (ca. 30 ) Asthma-Selbstkontrolle (BZ-Gerät des Asthmatikers) maximal kräftige kurze Ausatmung über Mundstück in das Gerät (wie beim Ausblasen einer Kerze) 3 Versuche nacheinander, beste Wert ermittelt 21

22 Peak Flow Meter 22

23 Ampelschema Morgenwert < 50% des Bestwertes Stopp, Notfall! Morgenwert 50-80% des Bestwertes Achtung! Morgenwert % des Bestwertes Freie Fahrt! 23

24 Peak Flow-Variabilität Peak Flow Variabilität = (höchster - niedrigster Wert) x 100 höchster Wert Asthma-Selbstmanagement / Asthmakontrolle Peak flow-variabilität > 12% in 24 Stunden bedeutet signifikante Variabilität der bronchialen Obstruktion 24

25 Themenübersicht Spirometrie Peak flow Messung Blutgasanalyse Diffusion Bodyplethysmographie Spiroergometrie 25

26 Blutgasanalyse Indikation: Bei jeder Lungenfunktion! Bei Dyspnoe, wenn SO 2 <90% Bei Hyperventilation Bei Hypoventilation Bei Somnolenz Zur Einstellung auf eine Langzeitsauerstofftherapie Zur Bestimmung des Gasaustausches (Spiroergometrie) 26

27 Blutgasanalyse Hyperämisiertes Ohrläppchen Arterialisiertes Blut Kein Ausmelken po 2, pco 2, ph, HCO 3 - (Bicarbonat) 27

28 Normwerte der Blutgasanalyse ph 7,35-7,45 po mmhg, pco mmhg HCO mmol/l, BE mmol/l, COHb 0,5-1,5 % Normwerte nach Alter normal leicht Sauerstoffpartialdruck in mmhg 120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00 mittel schwer Alter 28

29 Respiratorische Azidose ph < 7,35 pco 2 > 45 mmhg Bicarbonat normal oder erhöht Kompensation ph fast normal pco 2 > 45 mmhg Bicarbonat > 25 mmol/l 29

30 Respiratorische Alkalose ph > 7,45 pco 2 < 35 mmhg Bicarbonat normal Kompensation ph fast normal pco 2 erniedrigt Bicarbonat erniedrigt 30

31 Metabolische Azidose ph < 7,35 BE < -2 mmhg Bicarbonat < 21 mmol/l Kompensation ph fast normal pco 2 erniedrigt BE und Bicarbonat erniedrigt 31

32 Metabolische Alkalose ph > 7,45 BE > +2 mmhg Bicarbonat > 25 mmol/l Kompensation ph fast normal pco 2 > 45 mmhg BE und Bicarbonat erhöht 32

33 Die respiratorische Azidose ph 7,15 pco 2 101,2 po 2 75 HCO 3-33,7 BE 1,8 ph 7,42 pco 2 56,1 po 2 57,2 HCO 3-34,1 BE 11,9 Respiratorische Azidose, akut Metabolisch kompensierte respiratorische Azidose 33

34 Hyperventilation 49jähriger Pat., normale Lungenvolumina Atemfrequenz 35/min 34

36 Diffusion Übertritt von Sauerstoff aus der Alveole bis zur Bindung an das Hämoglobin Gewebeschranke (alveolokapilläre Membran) Größe der Gasaustauschfläche Dicke des Lungeninterstitiums Blutschranke (Kontaktzeit des Blutes) Messung mit CO 36

37 Indikation Diagnostik interstitieller Lungenerkrankungen, Herzinsuffizienz (pulmonale Stauung), Pulmonale Hypertonie, COPD (Emphysem) Verlaufkontrolle 37

38 Messvorgang Ausatmen bis auf RV- Niveau Inhalation von Gasgemisch: 12% He, 1% CO, 87% Luft 10 s Atem anhalten Messung der expir. CO-Konzentation Diff. aus in- und expir. CO-Konzentrationen FRC IVC RV 10 sec Totraumluft Alveolarluftprobe 38

39 Verminderte Diffusion bei: Pulmonale Fibrose Sarkoidose, Exogen allergische Alveolitis Pulmonal arterieller Hypertonie Lungenembolie Herzinsuffizienz (pulmonale Stauung) Lungenemphysem Schwere COPD 39

40 Schweregradeinteilung (ATS/ERS 2005) DLCO VA in % der Norm Leicht 60-80% Mittelgradig 40-60% Schwergradig < 40% 40

41 Diffusion bei Restriktion Stark vermindertes Alveolarvolumen mittelgradige Diffusionsstörung (Krogh-Faktor 52% v. Soll) 41

43 Bodyplethysmographie Indikation: große Lungenfunktion Bei V.a. Restriktion Bei Lungenemphysem (Überblähung) Asthma/Obstruktion: Bestimmung der Resistance (Atemwegswiderstand) 43

44 Messprinzip Prinzip: Bestimmung des ITGV Bestimmung des Atemwegswiderstandes 44

45 Liter 1 sec IRV FEV 1 TLC TV IVC FVC ERV ITGV RV Sekunden Spirometrie TV = Tidalvolumen Bodyplethysmographie RV = Residualvolumen ERV = Expir. Reservevolumen TLC = Totale Lungenkapazität IRV = Inspir. Reservevolumen ITGV = Intrathorakales Gasvolumen IVC = Vitalkapazität, bei langsamer Inspiration ermittelt FEV 1 FVC = = Forcierte expir. Volumen in 1 Sek. Vitalkapazität, bei forcierter Expiration ermittelt 45

46 Die ITGV-Methode (Body) Volumenkonst. Body Bodydruck = Kammerdruck: pb Aleveolardruck = Munddruck: pm Gesetz von Boyle-Mariotte (p x V) = konst. Bei Atmung nimmt und Thoraxvolumen zu und ab und führt zu gleichsinniger Änderung des pb 46

47 Body: Messvorgang Nach normaler Expiration: Trennung der Gasräume mit shutter weiter ausatmen Frustrane Atmen führt durch Kompression des Thorax zu Verkleinerung der intrathorakalen Luft (ITGV), mit der Folge: (Alveolar)Munddruck steigt: pm Bei Abnahme des ITGV: Kammervolumen steigt und pb sinkt gegensinnig VB x pb = ITGV x pm ITGV = pb pm x VB 47

48 Verschlussdruckkurve pm pm kleines ITGV pb großes ITGV α 2 α pb α 1 tan α = Steilheit der Kurve Bei großem ITGV ist pm klein (α 1 ) Bei kleinem ITGV ist pm groß (α 2 ) 48

49 hohes ITGV, Emphysem 49

50 Restriktion Verminderte statische Volumina: TLC und VC TLC (% v. Soll) Leicht 70-85% Mittel 50-69% schwer <50% 50

51 Der Atemwegswiderstand Atemflüsse (Atemstromstärke) hängen vom Durchmesser der Bronchien ab, bei Obstruktion nimmt die Resistance zu Resistance somit Parameter der Obstruktion 51

52 Resistance: Messvorgang Patient sitzt im volumenkonst. Body Messung von pm und pb und des V (Pneumotachograph) Inspiration: Kammerdruck (pb) nimmt zu, Munddruck (pm) ab pb und V eines normalen Atemzuges gegeneinander aufgetragen: Druck-Strömungskurve oder Atemschleife 52

53 Normale Atemschleife Fluss inspir. R tot Druck expir. Druck inspir. Fluss expir. 53

54 pathologische Atemschleifen obstruktiv Emphysem 54

56 6-Minuten Gehtest Sehr gut validiert Relativ einfach durchführbar Vorraussetzungen: mind. 30 m Gehstrecke, Messung von SO2, Blutdruck, Puls, Borg-Scala; jeweils vor und nach Belastung Prognostisch relevant 56

57 Prognostische Relevanz >332 m <332 m Jahre * adaptiert n. Miyamoto et al., AJRCCM

59 Spiroergometrie Indikation: Differenzierung zwischen kardialer und pulmonaler Ursache der Dyspnoe Bestimmung der individuellen Belastbarkeit Bestimmung der anaeroben Schwelle (AT) für die Planung der Rehabilitation Bestimmung des Gasaustausch unter Belastung Prä-operativ zur Risikoeinschätzung Gutachten 59

60 Was ist die Spiroergometrie? Entspricht einem Belastungs-EKG zusätzlicher Bestimmung der Ventilation über Maske vor Nase und Mund Bestimmung des Gasaustausches durch Blutgasanalysen Darstellung der Limitation der Ventilation durch intra-breath Methode 60

61 61

62 Messgrößen Die anaerobe Schwelle (AT) und die maximale Sauerstoffaufnahme (VO 2max ) sind sehr gute Parameter der körperlichen Leistungsfähigkeit Atemäquivalente (EqO 2 und EqCO 2 ) beschreiben die Effizienz der Atmung Die alveoloarterielle Sauerstoffpartialdruckdifferenz (AaDO 2 ) dient der Objektivierung des Gasaustausch 62

63 Durchführung Rampenprotokoll Beginn mit 20 Watt Steigerung um 10 Watt pro Minute Ziel: Ausbelastung 63

64 Abbruchkriterien Erreichen der Soll-Herzfrequenz RR-Anstieg (>250 mmhg systol.) Plateau-Bildung der VO 2 -Kurve Aufbrauchen der ventilatorischen Reserve Atemfrequenz > 45/min, bei Fibrose >60/min ph <7,2 64

65 Interpretation AT Punkt erreicht? VO 2 /VCO 2 -Kurve EqO 2 /EqCO 2 -Kurve Individuelle Leistungsgrenze 65

66 Interpretation Sauerstoffaufnahme VO 2 An der anaeroben Schwelle Unter maximaler Belastung Schweregrad der kardiopulmonalen Limitation, nach Weber 66

67 Prognostische Relevanz Max. Sauerstoffaufnahme VO 2 max prognostisch* Sauerstoffpuls typ. flacher Kurvenverlauf Max. Blutdruck 120 mmhg prognostisch ungünstig >10,4 <10,4 Jahre * adaptiert n. Wensel et al., Circulation

68 Interpretation Atmung Atemäquivalente: pathologisch unter Belastung Blutgasanalyse: Abfall des po 2 AaDO 2 : Anstieg unter Belastung Diffusionsstörung, Gasaustauschstörung 68

69 intra-breath Methode Erkennen einer ventilatorischen Limitation 69

70 Kardial oder pulmonale Limitation? Plateau der O 2 -Puls Kurve Verminderte, abgeflachte VO 2 Kurve Große ventilatorische Reserve Ventilatorische Reserve vermindert AaDO 2 erhöht Erhöhte AF 70

71 Patient mit Lungenfibrose 76jährige Patientin; 164 cm, 64 kg 70 Watt (53% v. Soll), AT bei 50 Watt VO 2AT 12 ml/min/kg, VO 2max 16 ml/min/kg po 2 : mmhg AaDO 2 : mmhg Leistungsfähigkeit: Weber-Klasse B bzw. C Gasaustauschstörung, pulmonale Limitation 71

72 Kardiale Limitation 13jähriger Junge; 159cm, 44kg 110 Watt (69% v. Soll) EqCO 2 29 normal Herzfrequenzreserve 10/min (stark erniedrigt) Niedrige und flache O 2 - Puls Kurve 72

73 Gutachten Sauerstoffbedarf (VO 2 ): Tätigkeit ml O 2 /Min./kg KG Sitzende Arbeit am PC 5 Gehen ohne Last, leichte körperliche Arbeit 10 Handwerk, Tragen bis 20 kg 15 Mittelschwere Arbeit, Tragen bis 30 kg 20 Schwere Arbeit (> 30kg) >25 73

74 Zusammenfassung Spirometrie kleine LuFu (Praxis) Bodyplethysmographie spezielle pneumologische Fragestellungen Diffusion - auch bei kardiologischen Erkrankungen (PH, CHF) 6-MWT, Spiroergometrie objektive Beurteilung unklarer Dyspnoe 74

75 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit 75