Übersicht über Lungenfunktionstests
Lungenfunktionstests sind ein wichtiges Instrument für Pneumologinnen und Pneumologen.
Ein Einblick in die grundlegende pulmonale Pathophysiologie kann durch den Vergleich mit Normalwerten (auf Grundlage von Alter, Körpergröße, ethnischer Zugehörigkeit und Geschlecht) sowie mit früheren Werten derselben Person gewonnen werden.
Der Prozentsatz des vorhergesagten Normalwerts dient zur Beurteilung des Schweregrads einer Abweichung.
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Lungenfunktionstests ermöglichen eine objektive Beurteilung der Lungenfunktion. Dadurch lassen sich Atemmechanik, Funktion des Lungenparenchyms, Gasaustausch und kardiopulmonale Wechselwirkungen genauer beschreiben. Die Ergebnisse sind reproduzierbar und quantitativ, wodurch eine Verlaufskontrolle möglich wird. Atemwegssymptome korrelieren häufig nur schwach mit Schweregrad und Fortschreiten der Erkrankung; deshalb ist eine objektive Messung wichtig.
Lungenfunktionstests werden zum Screening auf obstruktive und restriktive Erkrankungen, zur Beurteilung von Patientinnen und Patienten vor Operationen, zur Dokumentation des Fortschreitens einer Lungenerkrankung, zur Dokumentation der Wirksamkeit einer therapeutischen Maßnahme und zur Überwachung einer möglichen Lungentoxizität von Medikamenten eingesetzt. Zu den Kontraindikationen gehören eine kürzlich erfolgte Augenoperation, thorakale, abdominale oder zerebrale Aneurysmen, aktive Hämoptyse, Pneumothorax sowie instabile Angina oder ein Herzinfarkt innerhalb des letzten Monats.
Die Spirometrie misst das Luftvolumen, das eine Person als Funktion der Zeit ein- oder ausatmet. Das Manöver der forcierten Vitalkapazität (FVC) erfordert, dass die Person die Luft vom maximalen Einatmungspunkt, der totalen Lungenkapazität (TLC), bis zum maximalen Ausatmungspunkt, dem Residualvolumen (RV), kräftig ausatmet.
Das in der ersten Sekunde des FVC-Manövers ausgeatmete forcierte exspiratorische Volumen (FEV1) und das Verhältnis FEV1/FVC sind entscheidend dafür, ob eine Obstruktion vorliegt. Eine grafische Darstellung von Ein- und Ausatmung als Funktion des Volumens, die sogenannte Fluss-Volumen-Kurve, ermöglicht das Erkennen subtiler Abweichungen des Luftstroms. FEV1/FVC, üblicherweise als Prozentsatz angegeben, zeigt, welcher Anteil der gesamten FVC während der ersten Sekunde der forcierten Ausatmung aus der Lunge ausgeatmet wurde.
Die totale Lungenkapazität ist schwieriger zu messen. Mit der Spirometrie können zwar eingeatmete und ausgeatmete Volumina gemessen werden, nicht aber die gesamte Luftmenge in der Lunge bei vollständiger Einatmung (TLC), die am Ende einer ruhigen Atemzugausatmung in der Lunge verbleibende Luftmenge (funktionelle Residualkapazität) oder die nach maximaler Ausatmung verbleibende Luftmenge (RV). Diese Volumina können entweder durch ein Verfahren zur Verdünnung eines Inertgases oder mittels Ganzkörperplethysmografie bestimmt werden. Letztere nutzt das Boyle-Mariotte-Gesetz, um aus Druck- und Volumenänderungen während der Atmung in einer geschlossenen Kammer das Lungenvolumen zu bestimmen.
Funktionelle Residualkapazität (FRC)
– das Luftvolumen in der Lunge am Ende einer normalen Ausatmung.
Die FRC trägt zur Aufrechterhaltung eines konstanten arteriellen Sauerstoffdrucks bei, hilft Atelektasen zu verhindern und kann den Atemarbeitsaufwand verringern. Die FRC kann zur Vitalkapazität addiert werden, um die totale Lungenkapazität zu bestimmen. Eine totale Lungenkapazität von weniger als 80 % des vorhergesagten Wertes gilt im Allgemeinen als Hinweis auf eine restriktive Lungenerkrankung.
Ein weiterer Lungenfunktionstest ist die Diffusionskapazität (DLCO). Mit ihr werden die Diffusionseigenschaften der Membran untersucht, durch die Sauerstoff und Kohlendioxid diffundieren. Die Diffusionskapazität hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der ein Gas in das Blut übertritt, geteilt durch seinen treibenden Druck, und beurteilt die Fähigkeit der Lunge, eingeatmetes Gas von den Alveolen zu den Lungenkapillaren zu transportieren. Dieser Transport hängt von der Dicke der alveolär-kapillären Membran, der Hämoglobinkonzentration und dem pulmonalen Blutfluss ab. Die Diffusionskapazität wird im Allgemeinen mit einem Einatemtest mit Kohlenmonoxid (CO) bestimmt. CO wird wegen seiner hohen Affinität zu Hämoglobin verwendet, die etwa 200-mal höher ist als die von Sauerstoff. Unter normalen Bedingungen sind die Konzentrationen im Blut und in der Lunge niedrig. Eine verringerte DLCO tritt bei strukturellen Lungenerkrankungen, pulmonaler Hypertonie, kongestiver Herzinsuffizienz, einer Verringerung der Zahl funktionsfähiger Alveolen, etwa nach einer Lungenresektion oder bei einem Emphysem, sowie bei Anämie auf. Eine hohe DLCO ist meist mit großen Lungenvolumina, Adipositas und Asthma verbunden; sie kann jedoch auch bei einer alveolären Blutung oder bei einem während der Untersuchung durchgeführten Valsalva-Manöver auftreten.
Der Sechs-Minuten-Gehtest wird zur Beurteilung des funktionellen Status von Patientinnen und Patienten mit einem breiten Spektrum von Lungenerkrankungen eingesetzt, darunter pulmonale Hypertonie, COPD und idiopathische Lungenfibrose.
Dieser Test kann die Sterblichkeit bei mehreren Lungenerkrankungen im Endstadium vorhersagen und hat die kardiopulmonale Belastungsuntersuchung bei der Beurteilung von Lungenerkrankungen weitgehend ersetzt. Er ist wesentlich einfacher durchzuführen, kostengünstiger und gut reproduzierbar.
Störung der Diffusionskapazität (DLCO)
Die DLCO ist der empfindlichste Parameter zum Nachweis eines Verlusts funktioneller alveolärer Oberfläche. Sie misst die Kräfte, die bei der molekularen Bewegung entlang des Konzentrationsgradienten von der alveolären Oberfläche zum Hämoglobinmolekül wirken. Die Hämoglobinkonzentration ist für die Interpretation einer verminderten DLCO von großer Bedeutung. Da das in den Alveolarkapillaren vorhandene Hämoglobin als Aufnahmesenke für Kohlenmonoxid dient, kann die DLCO bei Anämie vermindert sein. Hämatologische Veränderungen sind bei Menschen mit Sarkoidose relativ häufig; dazu gehört eine Anämie aufgrund nicht verkäsender Granulome und fehlender Eisenspeicher im Knochenmark. Eine Abnahme der DLCO ist bei Menschen mit Sarkoidose ein wichtiger Hinweis auf eine gestörte Belastungs-Gasaustauschfunktion. DLCO und die arterielle Desaturierung unter körperlicher Belastung sind die stärksten funktionellen Parameter, die mit dem Ausmaß und der Schwere der Sarkoidose korrelieren, wenn diese anhand pathologischer Befunde oder einer hochauflösenden CT beurteilt wird. Die Abnahme korreliert außerdem mit einem Verlust der Diffusionskapazität der alveolären Membran und nicht mit Veränderungen des Blutvolumens in den Lungenkapillaren.
Eine pulmonale Hypertonie (PH) tritt bei Sarkoidose auf, bei etwa 5–15 % der Betroffenen, bei Menschen mit lang anhaltender Atemnot jedoch bei mehr als 50 %. Zwischen dem mittleren pulmonalarteriellen Druck und der DLCO besteht eine starke inverse Korrelation. Eine mit Sarkoidose verbundene PH geht mit einer verminderten Belastbarkeit einher. PH tritt häufiger bei fortgeschrittener Sarkoidose und verringerten Lungenvolumina auf, kann aber auch bei schwerer Ausprägung ohne wesentliche Einschränkungen beobachtet werden. Eine verminderte DLCO sowie Hypoxämie in Ruhe oder eine Desaturierung unter Belastung korrelieren bei Sarkoidose mit dem Vorliegen einer PH.