Spirometrie; dynamische longvolumes

Transcriptie

1 Spirometrie; dynamische longvolumes 1 Y. Heijdra 1.1 Inleiding Het meten van dynamische longvolumes is een vorm van spirometrisch onderzoek waarbij de hoeveelheid lucht die een persoon binnen een bepaalde tijd in- en/of uitademt, gemeten wordt. De meest uitgevoerde manoeuvre is de expiratoire geforceerde vitale capaciteit (FVC). Hierbij wordt na een maximale inademing aan de proefpersoon gevraagd om zo snel en volledig mogelijk uit te ademen. Gedurende deze manoeuvre wordt ook na één seconde het uitgeademde volume gemeten. Dit is de zogenaamde éénsecondewaarde (FEV 1 ). De FVC kan op twee manieren weergegeven worden. Het uitgeblazen volume kan uitgezet worden tegen de tijd of het uitgeblazen volume kan uitgezet worden tegen de flow. In het tweede geval wordt dan een zogenaamde flowvolumecurve geblazen. Om het verschil tussen een spirogram en een flowvolumecurve duidelijk te maken, zijn ze hieronder in één figuur afgebeeld (figuur 1.1). De y-as geeft bij beide curven het volume weer. De x-as geeft of de tijd (spirogram) of de flow weer (flowvolumecurve). Beide curven kunnen van elkaar herleid worden (de tangens van alfa die in figuur 1.1 is afgebeeld is gelijk aan de flow).

2 1 Spirometrie; dynamische longvolumes 11 volume volume PEF FEF 5% FEF 75% tijd flow (volume/tijd = tg ) Figuur 1.1 Spirogram en flowvolumecurve PEF: expiratoire piekflow; FEF5%: expiratoire flow als reeds 5% van de vitale capaciteit is uitgeademd; FEF75%: expiratoire flow als 75% van de vitale capaciteit is uitgeademd. Met behulp van de FEV 1 en de FVC kan de FEV 1 /FVC-ratio worden bepaald, hetgeen iets zegt over de mate van luchtwegobstructie. Uit de flowvolumecurve kunnen ook nog de piekflow (PEF), de flow nadat 5% van de FVC is uitgeademd (FEF 5% ) en de flow nadat 75% van de FVC is uitgeademd (FEF 75% ) gemeten worden. Na de geforceerde uitademing kan ook de inspiratoire capaciteit (IVC) nog gemeten worden door de patiënt weer maximaal te laten inademen. In figuur 1. staan nogmaals alle parameters die uit een flowvolumecurve kunnen worden afgelezen. Gezien het ontbreken van een tijdsas kan de FEV 1 niet uit de flowvolumecurve worden afgelezen. De spirometer registreert dit echter wel en de waarde ervan wordt kenbaar gemaakt als getal. De markering totale longcapaciteit (TLC) geeft aan dat hier maximaal is ingeademd; de markering residuaal volume (RV) geeft het niveau van maximale uitademing aan. Beide longvolumes kunnen niet met spirometrie gemeten worden. Dat moet gemeten worden door middel van de heliuminwas- of stikstofuitwasmethode of via de lichaamsplethysmografie (zie hoofdstuk ).

3 1 Longfunctietesten FLOW (l/sec) FEV 1 inspiratoir expiratoir TLC PEF FEF 5% FVC FEF 75% RV V (l) Figuur 1. In- en expiratoire flowvolumecurve FEV 1 : hoeveelheid uitgeademde lucht in eerste seconde; PEF: expiratoire piekflow; FEF 5% : expiratoire flow als reeds 5% van de vitale capaciteit uitgeademd is; FEF 75% : expiratoire flow als 75% van de vitale capaciteit uitgeademd is; TLC: totale longcapaciteit; FVC: (geforceerde) vitale capaciteit; RV: residuaal volume. Deze spirometrische metingen vormen de hoeksteen van het longfunctieonderzoek. Het is de simpelste vorm van longfunctieonderzoek. Het streven is om het voor iedereen toegankelijk te laten zijn. Medewerking van de patiënt is vanzelfsprekend van belang. Alleen bij optimaal geblazen longfunctietesten kunnen uitspraken gedaan worden over de onderliggende diagnose. Obstructieve stoornissen van de luchtwegen, waaronder extra- en intrathoracale obstructies, en kleinere luchtwegpathologie kunnen gediagnosticeerd worden. De mate van reversibiliteit van de obstructie en het aantonen van dy-

4 1 Spirometrie; dynamische longvolumes 13 namische hyperinflatie tijdens inspanning zijn andere mogelijkheden. Daarnaast kan de verdenking op een restrictieve stoornis worden uitgesproken. Voor correct uitgevoerde spirometrie worden de standaarden van de European Respiratory Society (ERS) en American Thoracic Society (ATS) aangehouden. [1] 1. Indicaties Spirometrie kan gebruikt worden voor diagnostiek, maar ook voor monitoring en beoordeling van invaliditeit en beperkingen. Daarnaast wordt het gebruikt voor epidemiologisch onderzoek. In tabel 1.1, die is overgenomen uit de ERS/ATS-statement, worden de belangrijkste indicaties genoemd. Tabel 1.1 Indicaties spirometrie Diagnostiek evalueren van symptomen, ziekteverschijnselen of abnormale laboratoriumuitslagen meten van het effect van aandoeningen op de longfunctie onderzoeken van personen die een risico hebben op longaandoeningen beoordelen van preoperatieve risico s beoordelen van prognoses beoordelen van de gezondheidstoestand van personen met het oog op hun deelname aan programma s voor zware fysieke training Monitoring beoordelen van het effect van therapeutische interventie beschrijven van het beloop van aandoeningen die de longfunctie aantasten monitoren van personen die aan schadelijke agentia zijn blootgesteld monitoren van bijwerkingen van medicijnen met bewezen longtoxische effecten Beoordeling van invaliditeit/beperkingen beoordelen van patiënten in het kader van revalidatieprogramma s beoordelen van risico s in verband met verzekeringen beoordelen van personen om juridische redenen

5 1 Longfunctietesten Volksgezondheid bijdragen aan epidemiologisch onderzoek bijdragen aan de opstelling van referentievergelijkingen bijdragen aan klinisch onderzoek 1.3 Uitvoering Een goede uitvoering van de FVC-manoeuvre is essentieel. Een slechte of onvolledige FVC-manoeuvre leidt tot onjuiste getallen en uiteindelijk tot een incorrecte diagnose. Een aantal stappen moeten worden doorlopen. De kalibratie van de spirometer, de voorbereiding en instructie van de proefpersoon en het hygiënisch werken zijn de eerste stappen. Daarna wordt overgegaan tot de uitvoering van de manoeuvre. Hierbij is het van belang dat de proefpersoon de juiste houding heeft. De neusklem moet bevestigd worden. Vervolgens moet er zo snel en diep mogelijk worden ingeademd tot op TLC-niveau met een pauze korter dan één seconde voordat er zo krachtig mogelijk en zo lang mogelijk wordt uitgeademd. De proefpersoon moet minimaal drie en maximaal acht manoeuvres uitvoeren. Dit is afhankelijk van de snelheid waarmee voldaan wordt aan de herhaalbaarheid van de test. Een uitgebreide beschrijving van de FVC-procedure staat in tabel 1.. Tabel 1. FVC-uitvoering 1 controleer de kalibratie van de spirometer leg de testprocedure uit 3 bereid de onderzoekspersoon voor vraag naar relevante informatie (bijvoorbeeld roken, recente zieken, gebruikte medicatie) meet lichaamslengte en gewicht (zonder schoenen) was de handen 5 instrueer de onderzoekspersoon en demonstreer hoe de test uitgevoerd dient te worden; geef daarbij onder meer aanwijzingen over lichaamshouding (kin iets omhoog) wijze van inademing (snel en volledig) positionering van het mondstuk ( open circuit ) wijze van uitademing (met maximale kracht)

6 1 Spirometrie; dynamische longvolumes 15 ga over tot uitvoering van de manoeuvre ( closed-circuit -methode) zorg ervoor dat de onderzoekspersoon in de juiste houding zit of staat bevestig de neusklem, laat de onderzoekspersoon het mondstuk in de mond nemen en verzoek hem of haar de lippen strak rond het mondstuk te klemmen laat de onderzoekspersoon snel en zo diep mogelijk inademen, met een pauze van<1soptlc-niveau laat de onderzoekspersoon met maximale kracht en zo lang mogelijk uitademen totdat hij of zij geen lucht meer uit de longen kan persen; let erop dat de romp gedurende de hele manoeuvre rechtop gehouden wordt herhaal zo nodig de instructies en moedig de onderzoekspersoon waar nodig enthousiast aan laat de onderzoekspersoon ten minste drie en maximaal acht manoeuvres uitvoeren (acht manoeuvres is normaal gesproken voldoende) controleer de herhaalbaarheid van de test en laat zo nodig meer manoeuvres uitvoeren 1. Aanvaardbaarheid en herhaalbaarheid Een spirogram is aanvaardbaar als er geen artefacten gezien worden. Er moet sprake zijn van een snelle start; dit komt overeen met een steil opstijgend been en een spitse top van de flowvolumecurve. Daarnaast moet de uitademingsfase minstens zes seconden (kinderen drie seconden) duren of een plateau bereiken in de volume-tijdcurve. Als er tevens een inspiratoire manoeuvre gemaakt wordt na de FVC-manoeuvre, moet deze hetzelfde volume hebben. Indien er drie aanvaardbare spirogrammen zijn gemaakt, moet er getoetst worden of aan het herhaalbaarheidsprincipe is voldaan. Dat wil zeggen dat tussen de hoogste en één na hoogste FVC en de hoogste en één na hoogste FEV 1 niet meer dan 15 ml verschil mag zitten. Indien dit wel het geval is, zal de procedure herhaald moeten worden totdat aan dit criterium is voldaan, met een maximum van acht manoeuvres. Puntsgewijs worden deze criteria nogmaals genoemd in tabel 1.3 en figuur 1.3.

7 1 Longfunctietesten Tabel 1.3 Criteria voor aanvaardbaarheid en herhaalbaarheid van manoeuvres Criteria voor herhaalbaarheid van manoeuvres Wanneer drie aanvaardbare spirogrammen zijn verkregen, dient getoetst te worden of de resultaten aan de volgende criteria voldoen de hoogste en de op één na hoogste waarde voor FVC mogen niet meer dan,15 l van elkaar verschillen de hoogste en de op één na hoogste waarde van FEV 1 mogen niet meer dan,15 l van elkaar verschillen Is aan beide criteria voldaan, dan kan de test worden afgesloten Is niet aan beide criteria voldaan, dan moet de test worden voortgezet totdat aan beide criteria is voldaan op basis van gegevens van aanvullende aanvaardbare spirogrammen; of maximaal acht manoeuvres zijn uitgevoerd (facultatief); of de patiënt/onderzoekspersoon (beter) niet meer verder kan gaan met de test Sla in ieder geval de gegevens op van de drie tevredenstellende manoeuvres Criteria voor afzonderlijke manoeuvres Een spirogram voor een afzonderlijke manoeuvre is aanvaardbaar indien 1 het vrij is van artefacten als gevolg van hoesten tijdens de eerste seconde van de uitademing glottissluiting die de meting beïnvloedt voortijdige beëindiging of afbreking gebrekkige inspanning (niet overal maximaal) lekkage obstructie van het mondstuk er sprake is van een adequate start teruggeëxtrapoleerd volume < 5% van FVC of,15 l (de hoogste waarde is van toepassing) 3 de uitademingsfase aan de eisen voldoet minimale duur s (3 s voor kinderen) of plateau in volume-tijdcurve, of onderzoekspersoon kan (beter) niet meer uitademen

8 1 Spirometrie; dynamische longvolumes 17 uitvoering FVC-manoeuvre nee nee nee is voldaan aan de criteria voor aanvaardbaarheid? ja zijn drie aanvaardbare manoeuvres gerealiseerd? ja is voldaan aan de criteria voor herhaalbaarheid? ja bepaal de hoogste waarde voor FVC en FEV 1 kies de manoeuvre met de hoogste waarde voor de som van FVC+FEV 1 om andere indices te bepalen sla gegevens op en ga over tot de interpretatie Figuur 1.3 Stroomdiagram uitvoering FVC-manoeuvre 1.5 Voordelen van het blazen van een flowvolumecurve Het blazen van een flowvolumecurve heeft een aantal voordelen. Fouten tijdens het blazen kunnen makkelijk worden opgespoord. Ziektebeelden kunnen door patroonherkenning geïdentificeerd worden. Hyperinflatie tijdens inspanning (dynamische hyperinflatie) kan aangetoond worden door het laten blazen van flowvolumecurven tijdens inspanningstesten fouten en artefacten Voorbeelden van fouten of artefacten tijdens het blazen van flowvolumecurven worden weergegeven in figuur 1.. Het gaat hierbij om de gevolgen op een flowvolumecurve van hoesten (wegvallen flow), het onvolledig uitademen (abrupte stop flow), een te trage start van de expiratie (geen steil opstijgend been) en een onvolledige inspiratie voor de FVC (IVC > FVC).

9 1 Longfunctietesten flow (l/s) flow (l/s) volume (l) volume (l) hoesten/sluiten glottis onvolledige uitademing flow (l/s) flow (l/s) volume (l) volume (l) trage start onvolledige inspiratie Figuur 1. Voorbeelden van technisch inadequaat geblazen flowvolumecurven 1.5. normale patronen Patronen die herkend kunnen worden zijn normale flowvolumecurven (figuur 1.5). De rechter curve heeft een kromlijnig patroon tijdens expiratie; dat wordt als normaal beschouwd bij ouderen. De linkercurve heeft een schoudervorm na de top. Dit is een normale variant en wordt veroorzaakt door het niet gelijktijdig leegstromen van de grote luchtwegen.

10 1 Spirometrie; dynamische longvolumes Figuur 1.5 Normale flowvolumecurven luchtwegobstructie Flowvolumecurven bij matige en ernstige luchtwegobstructies worden afgebeeld in figuur 1.. Bij een ernstige luchtstroombeperking wordt een zogenaamd kerktorenfenomeen onderscheiden. Er ontstaat een abrupte knik in het flowvolumepatroon als gevolg van compressie van de kleinere luchtwegen. Dit resulteert in een relatief hoge piekflow, een scherpe daling van de flow en een sterk verlaagde FEF 5% (figuur 1.7) hoge luchtwegobstructie Flowvolumecurven bij een variabele of gefixeerde extra- of intrathoracale obstructie kunnen worden onderscheiden. Een extrathoracale niet-gefixeerde obstructie, zoals bij een patiënt met struma waarbij de obstructie niet gefixeerd is, geeft aanleiding tot een afgenomen flow tijdens de inspiratie (figuur 1.). De flow wordt lager door toename van de obstructie tijdens inspiratie. Dit wordt veroorzaakt doordat de intratracheale druk tijdens de inademing lager wordt dan de omgevingsdruk. Tijdens de uitademing is de intratracheale druk juist hoger dan de omgevingsdruk (figuur 1.9). De flowvolumecurve van een patiënt met een niet-gefixeerde intrathoracale obstructie, bijvoorbeeld na een intubatietrauma, wordt getoond in figuur 1.1. Vooral tijdens de expiratie zien we een ver-

11 Longfunctietesten Figuur 1. Flowvolumecurven bij matige en ernstige luchtwegobstructie 1 elastische vezels gebroken elastische vezel - relatief hoge PEF scherpe daling flow s sterk verlaagde FEF 5% uitgerekte - elastische vezel Figuur 1.7 Verklaring kerktorenfenomeen laagde piek en een plateau. Dit wordt veroorzaakt doordat de intratracheale druk lager is dan de pleurale druk. Daardoor wordt de trachea nauwer. Tijdens de inspiratie wordt de intratracheale druk juist hoger dan de pleurale druk, waardoor die als het ware opengetrokken wordt (figuur 1.11).

12 1 Spirometrie; dynamische longvolumes Figuur 1. Extrathoracale obstructie expiratie inspiratie P tr > P atm P tr < P atm Figuur 1.9 Drukverhouding trachea en atmosfeer bij extrathoracale nietgefixeerde obstructie P tr : intratracheale druk, P atm : atmosferische druk.

13 Longfunctietesten Figuur 1.1 Intrathoracale obstructie expiratie inspiratie P tr < P pl P tr > P pl Figuur 1.11 Drukverhouding trachea en pleura bij intrathoracale niet-gefixeerde obstructie P tr : intratracheale druk, P pl : pleurale druk. Bij een gefixeerde obstructie is er geen onderscheid meer te maken tussen de extra- of intrathoracale situering van de obstructie en zal zowel het expiratoire als het inspiratoire been afgeplat zijn (figuur 1.1).

14 1 Spirometrie; dynamische longvolumes Figuur 1.1 Gefixeerde obstructie Figuur 1.13 Flowvolumecurve bij restrictie restrictie Een restrictief gestoorde longfunctie kan niet aangetoond worden met spirometrie, omdat de TLC zo niet te meten is. In de flowvolumecurve kan er wel een aanwijzing voor zijn. De flow ligt bij de lagere volumes duidelijk boven voorspeld. Er ontstaat een smalle relatief hoge curve (figuur 1.13) dynamische hyperinflatie Tijdens inspanningstesten kan de patiënt gevraagd worden om (na een normale uitademing) maximaal te inspireren. Het volume dat dan gemeten wordt, is een optelsom van het teugvolume en het inspiratoire reservevolume. Samen vormt dat de inspiratoire capaciteit (IC). Normaal gesproken wordt dit groter tijdens inspanning, omdat het teugvolume groter wordt en het eindexpiratoir longvolume (EELV) daalt. Bij COPD-patiënten is dat echter vanwege de flowbeperking vaak niet mogelijk en wordt een toename van het teugvolume alleen maar mogelijk door het verschuiven van het teugvolume naar een hoger longvolume. Het EELV zal dan dus toenemen. In een spirogram ziet dat er als volgt uit (figuur 1.1).

15 Longfunctietesten healthy TLC IC IC IC EELV RV TLC COPD IC IC IC EELV RV Figuur 1.1 Verloop IC tijdens inspanning bij een gezonde en een COPD-patiënt TLC: totale longcapaciteit, RV: residuaal volume, IC: inspiratoire capaciteit, EELV: eindexpiratoir longvolume. In een flowvolumecurve wordt dan een linksverschuiving van de ademhalingslussen gezien (figuur 1.15). 15 rust EELV 15 EELV inspanning Figuur 1.15 Flowvolumecurve tijdens inspanning 15

16 1 Spirometrie; dynamische longvolumes 5 1. Determinanten van de inspiratoire en expiratoire flowvolumecurve Als laatste zal aandacht worden besteed aan de determinanten die de in- en expiratoire flowvolumecurve bepalen. Hierdoor wordt namelijk ook inzichtelijk welke ziektebeelden een afwijking van in- en/of expiratoire flow kunnen geven. Flow ontstaat als gevolg van een drukverschil en is omgekeerd evenredig met de weerstand. Het is een actief proces dat in gang gezet wordt door de ademhalingsspieren. Als het volume (V) toeneemt in de thoraxholte, zal de druk (P) afnemen (PV = C). Op basis hiervan zal er lucht gaan stromen van een hogere naar een lagere druk. De maximale inspiratoire flow is geheel inspanningsafhankelijk en wordt bepaald door de inspiratoire spierkracht en de weerstand in de extrathoracale luchtwegen. De maximale inspiratoire flow is dan ook gedaald bij inspiratoire spierzwakte (afgevlakte ellips) en extrathoracale luchtwegobstructie (vlakke inspiratoire curve). Bij de expiratoire flow wordt een onderscheid gemaakt tussen de eerste 5% van de expiratoire flow en de laatste 75% van de FVC. De eerste 5%, waaronder de piekflow, zijn inspanningsafhankelijk. De expiratoire spierkracht en de weerstand van de bovenste luchtweg bepalen deze flow. Deze zal dan ook verlaagd zijn bij afgenomen expiratoire spierkracht (helling minder steil, piek later en afgerond) en een intrathoracale obstructie (helling normaal, piek verlaagd, plateau-ontwikkeling). De resterende 75% van de expiratoire flow is inspanningsonafhankelijk. De flow wordt daar, naast de weerstand uit de eerste 5% van de expiratoire flow, ook bepaald door de comprimeerbaarheid van de extraparenchymale luchtwegen, de longelasticiteit en de fysische eigenschappen van het ingeademde gasmengsel. Een gestoorde FEF 5% zal dus bijvoorbeeld optreden bij ziekten van de kleine luchtwegen en emfyseem. 1.7 Reversibiliteit Reversibiliteit na bronchusverwijding wordt gedefinieerd als een verbetering van de FEV 1 en/of FVC met > 1% en > ml ten opzichte van de uitgangswaarde (of de voorspelde waarde). Als luchtwegverwijding kan gebruikt worden salbutamol μg met een in-

17 Longfunctietesten werktijd van 1-15 minuten en/of tiotropiumbromide μg waarbij een inwerktijd van 5 minuten in acht moet worden genomen. Deze middelen moeten als dosisaerosol met voorzetkamer of als verneveling worden toegediend. 1. Praktijkvoorbeelden Patiënt 1.1 Een man van 35 jaar wordt verwezen in verband met dyspneuklachten welke wisselend van aard zijn. Daarnaast heeft hij last van hooikoorts. Als kind heeft hij eczeem gehad. Bij lichamelijk onderzoek worden geen afwijkingen gevonden. Longfunctieonderzoek Voorspeld Gemeten % voorspeld Gemeten na bronchusverwijding FEV 1 (l) 3,9,3 3,7 99 FVC (l), 5,15 1 5,5 11 FEV 1 /FVC (%) % voorspeld na bronchusverwijding Interpretatie De flowvolumecurve laat het patroon van een matige luchtwegobstructie zien die geheel reversibel is na salbutamol. De getallen ondersteunen dit. Dit past bij een reversibele luchtwegobstructie bij een patiënt met astma.

18 1 Spirometrie; dynamische longvolumes 7 Patiënt 1. Een man van 5 jaar, met 3 pakjaren, wordt verwezen in verband met toenemende dyspneu. Hij heeft als kind nooit klachten gehad van zijn luchtwegen. Hij is niet allergisch. Longfunctieonderzoek Voorspeld Gemeten % voorspeld FEV 1 (l) 3,5 1,31 37 FVC (l),1,1 7 FEV 1 /FVC (%) Interpretatie De flowvolumecurve laat een kerktorenfenomeen zien passend bij een ernstige luchtwegobstructie. Reversibiliteit is niet getest. Patiënt 1.3 Een -jarige vrouw die altijd gezond is geweest, heeft bemerkt dat haar struma de afgelopen jaren steeds ernstiger werd. Zij heeft steeds meer dyspneuklachten ontwikkeld.

19 Longfunctietesten Longfunctieonderzoek Voorspeld Gemeten % voorspeld FEV 1 (l),,1 91 FVC (l) 3,,19 13 FEV 1 /FVC (%) 1 FIV 1 (l) 3,1 1, FIV 1 /FVC (%) Interpretatie De flowvolumecurve laat zowel een afgevlakte in- als expiratoire curve zien, passend bij een gefixeerde obstructie. Deze wordt waarschijnlijk door het struma veroorzaakt. Literatuur 1 Standards spirometry of the European Respiratory Society (ERS) and American Thoracic Society (ATS). Eur Respir J 5; :319-3.