Spirometrie

Die Spirometrie ist ein diagnostisches Verfahren, das in der Pneumologie eingesetzt wird, um die Lungenfunktion zu messen. Dabei wird das Luftvolumen, das eine Person in einer bestimmten Zeit ein- und ausatmen kann, bestimmt. Diese Messungen helfen, Atemwegserkrankungen wie Asthma, chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) oder andere obstruktive und restriktive Lungenerkrankungen zu diagnostizieren, zu überwachen und den Behandlungsfortschritt zu verfolgen.

Was ist Spirometrie?

Die Spirometrie ist eine nicht-invasive Methode zur Messung der Lungenfunktion. Sie analysiert die Atemvolumina und -geschwindigkeiten während eines kontrollierten Ein- und Ausatemmanövers. Dabei wird speziell die Vitalkapazität (VC), das forcierte exspiratorische Volumen in einer Sekunde (FEV1) sowie die forcierte Vitalkapazität (FVC) gemessen.

Ziel der Spirometrie

Ziel der Spirometrie ist es, Abweichungen von normalen Atemmustern zu erkennen. Da Erkrankungen wie Asthma, COPD oder Lungenfibrose die Atemwege und Lungenfunktion erheblich beeinträchtigen können, ist die Spirometrie ein wichtiges Instrument, um solche Störungen frühzeitig zu erkennen und zu überwachen.

Physiologische Grundlagen

Um das Prinzip der Spirometrie zu verstehen, ist es wichtig, die grundlegenden Funktionen der Atmung zu kennen. Die Atmung gliedert sich in die Prozesse der Ventilation, Diffusion und Perfusion:

• Ventilation
  Der Prozess des Luftaustauschs in den Lungen (Ein- und Ausatmung = Inspiration und Expiration).
• Diffusion
  Der Gasaustausch zwischen den Lungenbläschen (Alveolen) und den Blutkapillaren.
• Perfusion
  Die Durchblutung der Lungen und der Transport von Sauerstoff ins Gewebe und CO₂ aus dem Körper hinaus.

Die Spirometrie untersucht vor allem die Ventilationskomponente, indem sie die Menge und Geschwindigkeit des Luftstroms misst.

Indikationen und Anwendungsgebiete der Spirometrie

Die Spirometrie wird in verschiedenen klinischen Situationen angewendet:

Diagnose von Atemwegserkrankungen

Die Spirometrie hilft, obstruktive und restriktive Atemwegserkrankungen zu diagnostizieren:

• Obstruktive Atemwegserkrankungen
  Bei obstruktiven Erkrankungen, wie Asthma und COPD, sind die Atemwege verengt, was zu einem erhöhten Atemwiderstand führt. Typische Spirometrie-Ergebnisse zeigen eine verringerte FEV1/FVC-Ratio (Tiffeneau-Index), was auf Schwierigkeiten beim Ausatmen hindeutet.
• Restriktive Atemwegserkrankungen
  Bei restriktiven Erkrankungen wie Lungenfibrose ist das Lungengewebe selbst betroffen, wodurch das Lungenvolumen reduziert ist. Hierbei zeigt die Spirometrie eine verminderte totale Lungenkapazität (TLC) und eine reduzierte FVC.

Überwachung des Krankheitsverlaufs

Bei Patienten mit bekannten Lungenerkrankungen wird die Spirometrie zur Überwachung des Krankheitsverlaufs und zur Anpassung von Therapien genutzt. Bei Asthma-Patienten beispielsweise kann die Spirometrie zeigen, ob die Behandlung mit Bronchodilatatoren effektiv ist.

Präoperative Beurteilung

Vor chirurgischen Eingriffen, insbesondere vor Operationen, die den Thorax betreffen, wird eine Spirometrie durchgeführt, um die pulmonale Reserve eines Patienten zu beurteilen. Patienten mit reduzierter Lungenfunktion haben ein höheres Risiko für postoperative Komplikationen.

Arbeitsplatzmedizin

In der Arbeitsmedizin wird die Spirometrie eingesetzt, um die Lungenfunktion von Arbeitnehmern zu überwachen, die in risikoreichen Berufen arbeiten, wie etwa in der chemischen Industrie oder im Bauwesen, wo sie potenziell lungenschädigenden Stoffen ausgesetzt sind.

Durchführung der Spirometrie

Vorbereitungen und Anforderungen

Vor der Spirometrie sollte der Patient einige grundlegende Richtlinien beachten:

• Anamnese
  Eine detaillierte Anamnese sollte erhoben werden, um Kontraindikationen wie kürzlich erfolgte Operationen, aktive Infektionen oder Herzprobleme auszuschließen.
• Kleidung
  Eng anliegende Kleidung, die die Atmung beeinträchtigen könnte, sollte vermieden werden.
• Medikamente
  Bestimmte Medikamente, insbesondere Bronchodilatatoren, können die Ergebnisse der Spirometrie beeinflussen. Der behandelnde Arzt gibt Anweisungen, welche Medikamente vor dem Test eingenommen oder vermieden werden sollen.
• Rauchverzicht
  Patienten sollten mindestens vier Stunden vor dem Test nicht rauchen, um die Ergebnisse nicht zu verfälschen.

Durchführung

Die Spirometrie erfolgt in der Regel mit einem Spirometer, einem Gerät, das den Luftstrom misst. Die Schritte sind wie folgt:

• Instruktionen
  Der Patient sollte klare Anweisungen erhalten, wie der Test durchzuführen ist, einschließlich der Notwendigkeit maximaler Anstrengung bei der Ausatmung.
• Forciertes Ausatmen
  Der Patient atmet zuerst normal ein und aus. Dann wird tief eingeatmet und anschließend so schnell und kräftig wie möglich ausgeatmet bis die Lungen “entleert” sind.
• Messung
  Der Spirometer erfasst das Volumen und die Geschwindigkeit des ausgeatmeten Luftstroms.

Mehrere Wiederholungen werden durchgeführt, um genaue und reproduzierbare Ergebnisse zu gewährleisten. Manchmal wird der Test nach Verabreichung eines Bronchodilatators wiederholt, um den Effekt der Medikation zu prüfen.

Parameter der Spirometrie

Die Spirometrie liefert wichtige Parameter, die zur Diagnose und Überwachung von Atemwegserkrankungen verwendet werden. Die wichtigsten Messparameter der Spirometrie umfassen:

• Forced Vital Capacity (FVC)
  • Definition: Das Gesamtvolumen der Luft, das nach einer maximalen Einatmung mit maximaler Anstrengung ausgeatmet werden kann.
  • Bedeutung: Ein reduzierter FVC-Wert kann auf restriktive Lungenerkrankungen hinweisen, bei denen das Lungenvolumen eingeschränkt ist.
• Forced Expiratory Volume in One Second (FEV1)
  • Definition: Das Volumen der Luft, das in der ersten Sekunde einer forcierten Ausatmung ausgeatmet werden kann.
  • Bedeutung: Ein verminderter FEV1-Wert ist charakteristisch für obstruktive Lungenerkrankungen wie Asthma und COPD.
• FEV1/FVC-Verhältnis
  • Definition: Das Verhältnis des FEV1 zur FVC, ausgedrückt als Prozentsatz.
  • Bedeutung: Ein Verhältnis unter 0.7 deutet auf eine obstruktive Atemwegserkrankung hin. Ein normales oder erhöhtes Verhältnis bei reduziertem FVC kann auf eine restriktive Erkrankung hinweisen.
• Peak Expiratory Flow (PEF)
  • Definition: Die maximale Geschwindigkeit, mit der Luft während einer forcierten Ausatmung ausgeatmet werden kann.
  • Bedeutung: Ein niedriger PEF-Wert kann auf eine Obstruktion der Atemwege hinweisen.
• Forced Expiratory Flow (FEF) 25-75%
  • Definition: Der durchschnittliche Fluss der ausgeatmeten Luft zwischen 25% und 75% der FVC.
  • Bedeutung: Dieser Parameter ist sensibel für frühzeitige Veränderungen in den kleinen Atemwegen und kann eine obstruktive Erkrankung anzeigen, auch wenn FEV1 und FEV1/FVC noch normal sind.
• Inspiratory Vital Capacity (IVC)
  • Definition: Das Volumen der Luft, das nach maximaler Ausatmung bei maximaler Anstrengung eingeatmet werden kann.
  • Bedeutung: Ein reduzierter IVC kann auf restriktive Lungenerkrankungen hinweisen.
• Maximal Voluntary Ventilation (MVV)
  • Definition: Das maximale Volumen der Luft, das in einer festgelegten Zeit (meist 12 Sekunden) bei maximaler Anstrengung eingeatmet und ausgeatmet werden kann.
  • Bedeutung: Ein niedriger MVV-Wert kann auf eine reduzierte Lungen- oder Atemmuskelkapazität hinweisen.
• Slow Vital Capacity (SVC)
  • Definition: Das Volumen der Luft, das bei einer langsamen, maximalen Ausatmung nach einer maximalen Einatmung ausgeatmet werden kann.
  • Bedeutung: Vergleiche zwischen SVC und FVC können helfen, eine Obstruktion der Atemwege zu identifizieren, insbesondere bei Verdacht auf eine dynamische Atemwegsobstruktion.

Interpretation der Ergebnisse

Normalwerte

Die Spirometrie-Ergebnisse werden anhand von alters-, geschlechts-, größen- und ethnizitätsspezifischen Referenzwerten interpretiert. Normalerweise wird ein FEV1/FVC-Ratio von über 0,7 als normal angesehen.

Interpretation bei obstruktiven Erkrankungen

Bei obstruktiven Lungenerkrankungen, wie Asthma oder COPD, sind FEV1 und FEV1/FVC reduziert. Die Schwere der Erkrankung wird nach dem Grad der FEV1-Reduktion klassifiziert:

• Mild: FEV1 > 80 % des Sollwertes
• Moderat: FEV1 50-80 % des Sollwertes
• Schwer: FEV1 30-50 % des Sollwertes
• Sehr schwer: FEV1 < 30 % des Sollwertes

Interpretation bei restriktiven Erkrankungen

Bei restriktiven Erkrankungen bleibt das FEV1/FVC-Verhältnis oft normal oder erhöht, da sowohl FEV1 als auch FVC proportional verringert sind. Ein reduziertes Lungenvolumen (TLC) ist charakteristisch für restriktive Muster.

Klinische Indikationen

Zu den Hauptanwendungsbereichen im klinischen Setting gehören chronisch obstruktive Lungenerkrankungen (COPD), Asthma, restriktive Lungenerkrankungen wie Lungenfibrose und die Überprüfung der Lungenfunktion vor chirurgischen Eingriffen. Im Folgenden werden einige der wichtigsten klinischen Anwendungsbereiche der Spirometrie detailliert beschrieben.

Spirometrie bei Asthma

Asthma ist eine chronische entzündliche Erkrankung der Atemwege, die durch eine reversible Obstruktion der Atemwege, Atemwegsentzündung und eine erhöhte Reagibilität der Atemwege gekennzeichnet ist. Die Spirometrie wird bei Asthma aus mehreren Gründen eingesetzt:

Diagnose von Asthma

Die Spirometrie hilft, die Diagnose Asthma zu stellen, indem sie eine reversible Atemwegsobstruktion nachweist. Bei Asthmatikern ist das Verhältnis von FEV1 zu FVC oft reduziert, da die Luftwege aufgrund von Bronchokonstriktion eingeengt sind. Ein diagnostisches Kriterium für Asthma ist eine signifikante Verbesserung des FEV1 (um mindestens 12 % und 200 ml) nach der Inhalation eines Bronchodilatators. Dieser „Bronchodilatationstest“ ist entscheidend, um Asthma von anderen obstruktiven Erkrankungen wie COPD zu unterscheiden, bei denen die Bronchodilatator-Antwort typischerweise weniger ausgeprägt ist.

Überwachung der Asthmakontrolle

Die Spirometrie wird regelmäßig verwendet, um den Schweregrad der Atemwegsobstruktion zu überwachen und den Behandlungserfolg zu bewerten. Die Patienten können im Verlauf ihrer Krankheit Symptome unterschiedlich stark erleben, und die Spirometrie hilft, diese Veränderungen objektiv zu messen. Eine Abnahme des FEV1-Werts zeigt eine Verschlechterung des Zustands an, was eine Anpassung der Therapie erfordern kann.

Bewertung der Therapie

Die Wirksamkeit von Asthmatherapien, wie der Einsatz von inhalativen Kortikosteroiden oder Bronchodilatatoren, wird häufig mit Hilfe der Spirometrie überprüft. Eine signifikante Verbesserung des FEV1 nach der Einleitung einer neuen Therapie zeigt deren Effektivität an.

Beurteilung der Langzeitprognose

Eine anhaltend verminderte Lungenfunktion trotz optimaler Therapie kann auf eine schlechte Langzeitprognose hinweisen, was eine intensivere Überwachung und möglicherweise aggressivere Behandlungsansätze erfordert.

Spirometrie bei chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD)

COPD ist eine fortschreitende Atemwegserkrankung, die durch eine nicht vollständig reversible Obstruktion der Atemwege und eine verminderte Lungenfunktion charakterisiert ist. Die Spirometrie ist das Hauptinstrument zur Diagnose und Klassifikation von COPD, sowie zur Beurteilung des Schweregrades und der Prognose.

Diagnose von COPD

Die Diagnose von COPD basiert auf dem Nachweis einer anhaltenden Atemwegsobstruktion durch Spirometrie. Ein FEV1/FVC-Verhältnis von weniger als 0,7 nach der Gabe eines Bronchodilatators gilt als diagnostisches Kriterium für COPD. Im Gegensatz zu Asthma zeigt COPD in der Regel keine signifikante Verbesserung des FEV1 nach Bronchodilatatorgabe, da die Obstruktion bei COPD meist irreversibel ist.

Klassifikation des Schweregrades

Die Spirometrie wird auch zur Einteilung des Schweregrades von COPD gemäß der GOLD-Klassifikation (Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease) verwendet. Der Schweregrad der Erkrankung wird basierend auf dem post-Bronchodilatator-FEV1-Wert in vier Stufen eingeteilt:

• GOLD 1 (mild): FEV1 ≥ 80 % des Sollwerts
• GOLD 2 (moderat): FEV1 50–79 % des Sollwerts
• GOLD 3 (schwer): FEV1 30–49 % des Sollwerts
• GOLD 4 (sehr schwer): FEV1 < 30 % des Sollwerts

Diese Klassifikation hilft, die Prognose der Erkrankung zu bestimmen und die Behandlungsstrategie anzupassen.

Beurteilung der Langzeittherapie

Die Spirometrie wird verwendet, um den Verlauf der COPD zu überwachen und die Wirksamkeit von Therapien zu bewerten. Insbesondere wird geprüft, ob Medikamente wie Bronchodilatatoren oder inhalative Kortikosteroide eine Verbesserung der Lungenfunktion bewirken oder zumindest das Fortschreiten der Erkrankung verlangsamen.

Prognostische Bewertung

Ein stark vermindertes FEV1 ist ein Hinweis auf eine schlechte Prognose und erhöhtes Mortalitätsrisiko bei COPD-Patienten. Die Spirometrie kann auch dazu beitragen, das Risiko für zukünftige Exazerbationen einzuschätzen, die häufig mit einer signifikanten Verschlechterung der Lungenfunktion einhergehen.

Spirometrie bei restriktiven Lungenerkrankungen

Restriktive Lungenerkrankungen sind durch eine Einschränkung der Lungenvolumina gekennzeichnet. Dies kann auf Erkrankungen des Lungengewebes selbst, der Brustwand oder der Atemmuskulatur zurückzuführen sein. Beispiele für restriktive Erkrankungen sind Lungenfibrose, Sarkoidose und interstitielle Lungenerkrankungen. Die Spirometrie wird in diesen Fällen wie folgt angewendet:

Diagnose

Bei restriktiven Lungenerkrankungen sind sowohl FEV1 als auch FVC reduziert, aber das FEV1/FVC-Verhältnis bleibt in der Regel normal oder erhöht, da beide Parameter proportional verringert sind. Eine verringerte FVC ist ein starkes Indiz für eine restriktive Atemwegserkrankung, und die Spirometrie kann in solchen Fällen initiale Hinweise liefern.

Schweregradbewertung

Der Schweregrad einer restriktiven Erkrankung kann anhand der Ausmaße der FVC-Reduktion beurteilt werden. Eine sehr niedrige FVC deutet auf eine schwere Einschränkung der Lungenvolumina hin, was eine intensivere Behandlung und Überwachung erforderlich machen kann.

Überwachung des Krankheitsverlaufs

Bei Patienten mit bekannten restriktiven Lungenerkrankungen wird die Spirometrie verwendet, um den Krankheitsverlauf zu überwachen. Eine progressive Abnahme der FVC oder anderer Lungenfunktionsparameter zeigt eine Verschlechterung der Erkrankung an und erfordert möglicherweise eine Anpassung der Therapie.

Spirometrie in der Präoperativen Beurteilung

Vor größeren chirurgischen Eingriffen, insbesondere solchen, die den Thorax betreffen (z. B. Lungen- oder Herzoperationen), ist es wichtig, die Lungenfunktion zu bewerten, um das Risiko postoperativer Komplikationen wie Atelektasen, Pneumonien oder Atemversagen abzuschätzen.

Risikobewertung

Die Spirometrie kann helfen, das postoperative Risiko bei Patienten mit bestehenden Lungenerkrankungen einzuschätzen. Eine stark reduzierte Lungenfunktion, insbesondere ein niedriges FEV1 oder FVC, kann ein erhöhtes Risiko für Komplikationen signalisieren, was den Chirurgen dazu veranlassen könnte, den Eingriff zu verschieben oder eine alternative Behandlungsmethode in Betracht zu ziehen.

Festlegung der postoperativen Therapie

Falls die Spirometrie eine beeinträchtigte Lungenfunktion vor der Operation zeigt, können präventive Maßnahmen, wie die Verabreichung von Bronchodilatatoren oder Atemphysiotherapie, ergriffen werden, um die Lungenfunktion zu verbessern und das Risiko postoperativer Atemwegsprobleme zu minimieren.

Spirometrie in der Arbeitsmedizin

In der Arbeitsmedizin wird die Spirometrie häufig eingesetzt, um die Lungenfunktion von Arbeitnehmern zu überwachen, die in Berufen mit potenzieller Exposition gegenüber lungenschädigenden Stoffen arbeiten, wie etwa Chemikalien, Staub oder Rauch. Dazu gehören Arbeitnehmer in der Bauindustrie, im Bergbau, in der Chemieindustrie und in anderen Bereichen mit hohen Expositionsrisiken.

Früherkennung von Atemwegserkrankungen

Regelmäßige Spirometrieuntersuchungen ermöglichen die Früherkennung von Atemwegserkrankungen, bevor Symptome auftreten. Dies ist besonders wichtig, um berufsbedingte Atemwegserkrankungen, wie die Silikose oder die Asbestose, frühzeitig zu erkennen und Maßnahmen zum Schutz der betroffenen Arbeitnehmer zu ergreifen.

Überwachung des Krankheitsverlaufs

Wenn eine berufsbedingte Lungenerkrankung diagnostiziert wurde, wird die Spirometrie verwendet, um den Verlauf der Erkrankung zu überwachen und die Wirksamkeit von Schutzmaßnahmen zu beurteilen.

Einschränkungen und mögliche Komplikationen

Einschränkungen

Die Spirometrie ist ein zuverlässiges Instrument zur Beurteilung der Lungenfunktion, jedoch gibt es einige Einschränkungen:

• Abhängigkeit von der Patientenkooperation
  Der Test erfordert eine gute Mitarbeit des Patienten, insbesondere bei forcierten Atemmanövern.
• Fehlinterpretationen
  Schlechte Technik oder unzureichende Anstrengung können zu falschen Ergebnissen führen.
• Alters- und krankheitsbedingte Limitationen
  Bei sehr jungen, sehr alten oder schwerkranken Patienten kann es schwierig sein, verlässliche Ergebnisse zu erzielen.

Komplikationen

Die Spirometrie ist in der Regel sicher, jedoch können bei einigen Patienten, insbesondere solchen mit schweren Atemwegserkrankungen, kurzfristige Beschwerden auftreten:

• Schwindel
  Durch die Anstrengung des forcierten Ausatmens kann es zu vorübergehendem Schwindel kommen.
• Atemnot
  Patienten mit bereits bestehender Atemwegsobstruktion können während oder nach der Spirometrie Atemnot verspüren.
• Bronchospasmen
  Insbesondere bei Asthma-Patienten können Bronchospasmen durch das forciert schnelle Ausatmen ausgelöst werden.

Alternative diagnostische Methoden

Obwohl die Spirometrie ein unverzichtbares Instrument in der Pneumologie ist, gibt es andere Methoden zur Beurteilung der Lungenfunktion:

• Bodyplethysmographie
  Diese Methode misst die Lungenvolumina umfassender als die Spirometrie, insbesondere das Residualvolumen, das bei der Spirometrie nicht erfasst wird.
• Diffusionskapazitätstest
  Dieser Test misst den Gasaustausch in den Lungen und kann ergänzend zur Spirometrie durchgeführt werden, insbesondere bei Verdacht auf Erkrankungen wie Lungenfibrose oder Emphysem.

Zusammenfassung

Die Spirometrie ist ein diagnostisches Verfahren zur Messung der Lungenfunktion. Sie wird verwendet, um Atemwegserkrankungen wie Asthma, COPD und restriktive Lungenerkrankungen zu diagnostizieren, zu überwachen und den Therapieerfolg zu bewerten. Dabei misst sie Parameter wie das forcierte exspiratorische Volumen (FEV1) und die forcierte Vitalkapazität (FVC), um die Atemwegsobstruktion oder -einschränkung zu erkennen. In der klinischen Praxis ist die Spirometrie unverzichtbar für die Asthma- und COPD-Diagnose, die präoperative Beurteilung und die Überwachung berufsbedingter Lungenerkrankungen. Sie ist einfach durchzuführen und liefert wichtige Informationen zur Lungenfunktion.