Lungenfunktionsdiagnostik – Spirometrie

Zu unterscheiden sind:Theoretisch sollten diese Messwerte sich kaum unterscheiden.

Die absolute Einsekundenkapazität (FEV₁) ist das Lungenvolumen, das nach maximaler Inspiration schnell innerhalb einer Sekunde ausgeatmet werden kann. Die relative Einsekundenkapazität (FEV₁/FVC) ist definiert als Prozentverhältnis des gemessenen Wertes der absoluten Einsekundenkapazität (FEV₁) zur forcierten Vitalkapazität (FVC).

Bei einem forcierten Ausatemmanöver lassen sich neben den oben genannten Volumina die Flüsse messen und in Abhängigkeit von der Zeit oder vom Lungenvolumen (Fluss-Volumen-Kurve) registrieren. Die Flüsse lassen sich auf Basis verschiedener physikalischer Verfahren wie Pneumotachographie, Ultraschall, Flügelrad- oder Hitzdraht-Anemometer bestimmen. Aus dieser Fluss-Volumen-Kurve können weitere Kenngrößen abgeleitet werden:Die Bedeutung der Fluss-Volumen-Kurve ergibt sich aus den von der Mitarbeit weitgehend unabhängigen Parametern FEF₅₀ und FEF₇₅, wobei FEF₅₀ aufgrund der besseren Reproduzierbarkeit besser für die Beurteilung geeignet ist. Die Formanalyse der Fluss-Volumen-Kurve gilt insbesondere bei obstruktiven Atemwegserkrankungen als sensitives Werkzeug (Deflektion).

Die Atemmanöver des Probanden werden als Volumen-Zeit- und Fluss-Volumen-Kurve dargestellt. Die Dokumentation erfordert eine Bilddarstellung aller Versuche und eine Tabelle mit den besten Werten von IVC, FVC, FEV₁, FEV₁/FVC sowie PEF, FEF₅₀ und FEF₇₅ (Mindestanforderung).

Optimal ist die Gegenüberstellung von Spirogramm und Fluss-Volumen-Kurve, bei der die beiden Volumenachsen parallel verlaufen und auch die Ruheatmung dargestellt wird (Abb. 1). Die Beurteilung der Spirometrie erfolgt durch den Arzt nach Formanalyse (Akzeptabilität) und Vergleich (Reproduzierbarkeit) der Kurven sowie durch Vergleich der Werte mit Sollwerten und insbesondere den Vorbefunden.

Es existieren verschiedene Empfehlungen zur Durchführung einer Spirometrie, am ausführlichsten sind die Empfehlungen der American Thoracic Society (ATS). Im Jahre 2019 hat eine Arbeitsgruppe der ATS und der Europäischen Respiratorischen Gesellschaft (ERS) die Empfehlungen überarbeitet (Graham et al. 2019). Änderungen beziehen sich u. a. auf Qualitätsmerkmale der Messsysteme sowie auf die Definition des Endes der forcierten Exspiration. Auch deutschsprachige Empfehlungen liegen vor (Leitlinie zur Spirometrie; Criée et al. 2015).

Es wird folgender Messablauf empfohlen: Nachdem die Testperson einige Male ruhig ein- bzw. ausgeatmet hat, wird sie aufgefordert maximal auszuatmen. Nach Erreichen eines exspiratorischen Plateaus erfolgt eine zügige maximale Inspiration (Bestimmung der VC). Mit Erreichen der inspiratorischen Vitalkapazität schließt sich ohne Pause eine forcierte maximale Exspiration an. Die Definition des Endes der forcierten Exspiration ist entscheidend für eine korrekte Bestimmung der maximalen FVC. Die Testperson soll solange ausatmen, bis mindestens über eine Sekunde keine Volumenänderung von mehr als 25 ml auftritt (Plateau) oder die Exspirationsdauer mehr als 15 s beträgt. Nach der Exspiration soll der Proband forciert einatmen, danach wird der Proband aufgefordert, normal weiter zu atmen. Durch diesen Zyklus wird der Proband mindestens 3-mal, maximal 8-mal geführt. Drei Versuche sollen die Akzeptanzkriterien (insb. ausreichend forcierte Exspiration, Plateau oder ausreichend lange Exspiration) erfüllen, die beiden besten Werte die Reproduzierbarkeitskriterien (die beiden größten Werte für FEV₁ und FVC differieren jeweils nicht um mehr als 150 ml). Mindestens 3 Versuche sollen sowohl als grafische Darstellung der Volumen-Zeit-Kurven wie auch als auf Referenzwerte bezogene nummerische Werte dokumentiert werden. Die Atemtechnik des Probanden und Angaben zu Atemwegs-wirksamer Medikation sind zusätzlich zu dokumentieren.

Um die gemessenen Lungenfunktionsparameter beurteilen zu können braucht man den Vergleich mit Sollwerten. Die Sollwerte zeigen neben der methodischen Streuung eine Abhängigkeit von der Körpergröße, dem Lebensalter, der Ethnie und dem Geschlecht. Obwohl die Sollwertformeln das Gewicht nicht beinhalten, ist eine relevante Adipositas zu berücksichtigen. Im arbeitsmedizinischen Bereich galten bislang die Referenzwerte der Europäischen Gesellschaft für Kohle und Stahl (EGKS) (Quanjer et al. 1993). Die EGKS-Werte wurden aus einer selektierten Population abgeleitet und die Festlegung pathologischer Grenzen anhand fester Prozentangaben des Mittelwertes (z. B. ≤ 80 %) berücksichtigt u. a. nicht die zunehmende Streubreite der Normalwerte mit zunehmenden Alter. In der Begutachtung sind nunmehr die 2012 von der Global Lung Initiative (GLI) publizierten spirometrischen Referenzwerte anzuwenden. Die Normalwerte basierend auf GLI sollten in die Software der Messgeräte integriert sein (Quanjer et al. 2012). Angaben des Tiffeneau-Index in % sind zu vermeiden, um Verwechselungen mit den %-Angaben anderer Messwerte zu vermeiden, die sich auf die Sollwerte beziehen (Culver et al. 2017). Gegenüber den alten Sollwerten nach EGKS werden bei den neuen GLI-Sollwerten jetzt für jede Testperson seine individuelle Streuung und Standardabweichung berechenbar. Diese Referenzgleichungen sind komplex und erfordern den Einsatz spezieller Software, die kostenlos verfügbar ist (www.lungfunction.org). Für die Einordnung eines Wertes als pathologisch ist der untere Grenzwert („lower limit of normal“ LLN) relevant, der gewöhnlich als 5. Perzentil der Verteilung definiert wird. Dies bedeutet, dass lediglich 5 % der gesunden Bevölkerung einen Messwert unterhalb des jeweiligen LLN zeigen. Mathematisch entspricht das 5. Perzentil der Streuung multipliziert mit minus 1,645 (Criée et al. 2015). Der Z-Score gibt an, um wie viele Standardabweichungen ein bestimmter Messwert vom Sollmittelwert abweicht. Dem 5. Perzentil der Streuung entspricht somit ein Z-Score von −1,645.

Wird eine obstruktive Ventilationsstörung vermutet, sollte ein Bronchodilatationstest mit einem kurzwirksamen Betasympathomimetikum oder schnell wirksamen Anticholinergikum, und erneuter Messung nach 15 bzw. 30 Min. durchgeführt werden. Der Reversibilitätstest wird als positiv bewertet, wenn ein Anstieg des FEV₁ um 12 % des Ausgangswerts oder ein Anstieg von über 200 ml absolut erzielt werden. Bei der Beurteilung der Reversibilität ist auf die vorausgegangene Karenz von Bronchodilatatoren zu achten (Preisser und Merget 2018).

Bei Personen mit hohen Ausgangswerten müssen erhebliche Funktionsverschlechterungen eintreten, ehe Werte bei einmaliger Messung auffällig werden d. h. unterhalb des jeweiligen LLN liegen bzw. einen z-Score < −1,645 aufweisen (siehe oben). Für die Beurteilung der erzielten Messwerte ist daher immer der Vergleich mit Vorbefunden anzustreben (intraindividueller Verlauf). Fällt in der mehrjährigen Beobachtung das FEV₁ stärker als dem Altersgang (Faustregel: 30–50 mL/Jahr) entsprechend ab, sollte man eine differenzierte Ursachendiagnostik durchführen. Damit kann die Manifestation einer obstruktiven Ventilationsstörung, d. h., das Unterschreiten der unteren Grenze des Referenzbereiches (LLN) ggf. frühzeitig verhindert oder verzögert werden.

Methacholin wird mittels der Reservoirmethode (z. B. Pari-Provotest II, PARI GmbH, Starnberg) während langsamer inspiratorischer Vitalkapazitätsmanöver über ein Mundstück verabreicht.

Mit dem Pari-Provotest II wird eine Menge von ca. 0,093 ml Provokationslösung pro Minute in einen Plastikbeutel vernebelt. Danach wird ca. 1 min gewartet, sodass große Partikel absedimentieren können. Dann wird über einen Dreiwegehahn der Luftweg zu einem Mundstück freigegeben. Das Atemmanöver sollte aus langsamen Atemzügen bis zur TLC bestehen. Die ausgeatmete Luft wird über ein exspiratorisches Ventil durch einen wirksamen Atemluftfilter abgeleitet, sodass kein Methacholin in die Umgebung gelangt. Es handelt sich um einen 1-Konzentrations-5-Stufentest (Tab. 2). 0,5 l, 1 l, 2 l, 4 l und 8 l vernebeltes Methacholin 3,3 mg/ml (0,33 %) werden in den Reservoirbeutel geleitet und jeweils anschließend inhaliert. Falls eine stärkere bronchiale Überempfindlichkeit unwahrscheinlich ist, kann die erste Stufe entfallen.

Bevor ein neuer Reservoirbeutel verwendet werden kann, muss er 3-mal mit 10 l Aerosol (z. B. aus NaCl 0,9 %) gefüllt werden, um elektrostatische Ladungen abzusättigen. Der Reservoirbeutel sollte einmal in der Woche erneuert werden.

Die spirometrische bzw. bodyplethysmographische Messung sollte etwa 2 min nach Inhalationsende erfolgen.

Die ATS hat im Jahr 2000 einen 5-Konzentrations-5-Stufentest empfohlen. Da der DeVilbiss 646-Vernebler nicht mehr kalibriert gekauft werden kann, kann die Methodik nicht mehr ohne Weiteres gerätetechnisch umgesetzt werden. Deshalb wird ein ATS-ähnliches, praktikables, kürzlich beschriebenes Protokoll empfohlen (Merget et al. 2009). Die Methodik ist mit einem APSpro-Dosimeter und einem Medic-Aid-Vernebler (CareFusion, Heidelberg) kommerziell erhältlich. Das Füllvolumen beträgt mindestens 2 ml. Das Schema erfordert die Herstellung von nur einer (16 mg/ml) Methacholinkonzentration. Bei einem Vernebleroutput von 240 μl/min errechnen sich bei den unten angegebenen Verneblungszeiten die der ATS entsprechenden Dosen, wobei die erste Stufe der ATS ausgelassen wird (Tab. 3).

Kriterien eines positiven Tests sind ein FEV₁-Abfall (≥ 20 %) und/oder eine Verdopplung des basalen spezifischen Atemwegswiderstandes (sRt) auf mindestens 2,0 kPa x sec. Der Test ist bei Beurteilung des sRt sensitiver, aber weniger spezifisch.

Eine pathologische bronchiale Hyperreaktivität liegt nur dann vor, wenn die kumulative Methacholindosis, bei der mindestens eine dieser Grenzen überschritten wurde, weniger als (≤) 0,30 mg beträgt. Die Angabe einer PD₂₀FEV₁ (Provokationsdosis, die zu einem Abfall der Einsekundenkapazität von 20 % führt) bzw PD₁₀₀ sRt (Provokationsdosis, die zu einer Verdopplung des sRt auf mindestens 2,0 kPa x sec führt) sollte daher bei der Begutachtung erfolgen. Ein Abfall der Einsekundenkapazität von mindestens 20 % der Basisuntersuchung ist selbst mit der Maximaldosis bei asymptomatischen Personen selten (ca. 10 %).

Der Nachweis einer bronchialen Hyperreaktivität ohne charakteristische Symptome geht nicht zwingend mit der Diagnose einer obstruktiven Atemwegserkrankung im Sinne Asthma bronchiale einher, da eine bronchiale Hyperreaktivität z. B. auch im Anschluss an Infekte der oberen Atemwege beschrieben ist. Eine symptomatische bronchiale Hyperreaktivität ist in der Unfallversicherung Mindestvoraussetzung für eine MdE von 20 %. Bei asymptomatischer Hyperreaktivität kann bei ausgeprägtem Allergenspektrum und hohem Sensibilisierungsgrad eine MdE von 10 % gegeben sein.