Interpretatie van longfunctietesten

Master in specialistische geneeskunde

Prof W. Janssens

Dienst Pneumologie Leuven

Inleiding

• Zeer veel verschillende testen op longfunctielabo :

spirometrie, reversibiliteit, volumina, bodybox, heliumdilutie, weerstand,

diffusiecapaciteit, histamineprovocatie, inspanningsprovocatie, capnografie, bloedgassen, 100% zuurstoftest, ademregulatie, compliantie, ergospirometrie, 6-minten wandeltest, spierkrachttesten, sputuminductie, exhaled NO….

• Selectie van meest essentiële longfunctiemetingen in ziekenhuis:

Basislongfunctie:

Spirometrie

Flow-volume loop

Longvolumina

Diffusie

Restrictie - obstructie

Basis longfunctie = spirometrie

Dynamisch – actief onderzoek:

patient laten rustig in- en uitademen, dan maximaal inademen en nadien zo

krachtig en zo lang mogelijk laten uitademen, (en vervolgens terug zo diep

mogelijk inademen)

t

volume

VT: teugvolume

ERV

IRV

IC: inspiratoire capaciteit

FVC : geforceerde

vitale capaciteit

Volume – tijd curve:

Spirometrie

t

volume

Spirometrie

1 seconde

ESW = FEV1

éénseconde waarde

Maximale

inademing (= TLC)

Maximale

uitademing (= RV)

Een secondewaarde = volume (liter)

Volume – tijd curve:

Flow-volume curve:

Spirometrie

Volume

Maximale

inademing

(= TLC)

Flow

Maximale

uitademing

(= RV)

PEF

PIF

PEF = piekflow (L/sec)

FVC: maximale geforceerde vitale capaciteit

Spirometrie

Praktische procedure:

Patient gaat zitten (armleuning, geen wielen).

Leg de procedure uit aan de patient

Verwijder spannende kleding

Patient zit goed rechtop (positie hoofd)

Neusknijper

Rustig ademen

Diep inademen (snel, niet geforceerd, adem niet ophouden)

Zo (snel) krachtig mogelijk uitademen (uitblazen)

Dring aan om zo ver mogelijk uit te ademen (!)

Coach de patient

Spirometrie

Spirometrie wanneer OK?

ERS-ATS statement ERJ 2005

First FVC maneuver

Met within-maneuver ACCEPTABILITY criteria

Repeat to obtain between-maneuver REPEATABILITY criteria

Report largest FVC and largest FEV1

Select maneuver with largest sum of FVC+FEV1 to determine other indices

Store and interpret

Spirometrie

TLC

RVtijd

TLC

t0 t0 extrapol

TLC

t0 t0 extrapol

Niet correct

Correct

geëxtrapoleerd volume

< 5% FVC of < 150 ml

Start van test criterium:

volume

volume

Flow

Flow

Geëxtrapoleerd

volume

Geëxtrapoleerd

volume

Within maneuver acceptability

Spirometrie

Eind van test criterium:

TLC

RV tijd

volume

Flowvolume

Tijd

Niet correct

volume

Flowvolume

Tijd

Correct

Expiratie tijd > 6 sec

Eind-expiratoire flow < 25 ml/s

Within maneuver acceptability

Meest frequente fouten

Hoesten

Sluiten van de glottis

Onvoldoende diepe inspiratie

Lek (mond, toestel, neus, …)

Aarzelende start

Abrubt einde

Spirometrie

tijd

Between maneuver repeatability

3 reproduceerbare en aanvaardbare spirometries:

∆FEV1 en ∆FVC <150 ml en 5%

Maximaal 8 manoevers

Longvolumina

t

volume

IC FVC VT

FVC en FEV1 zijn dynamische volumina

Ze zeggen niets over de totale hoeveelheid lucht in

thorax in rust.

???

0

Longvolumina

t

IC FVC VT

Meting van longvolumina = meten van functionele residuele capaciteit

= FRC of TGV

P pleuraal op FRC = 0 Long en thorax houden elkaar in

evenwicht

= respiratoire spieren zijn in rust

= einde van een passieve expiratie

FRC

niveau

Longvolumina

t

IC FVC

FRC + IC = TLC : totale longcapaciteit

TLC- VC = RV: residueel volume

TLC

RV

Wordt berekend vanuit

het FRC

FRC:

functionele

residuele

capaciteit

Wordt gemeten

Via heliumdilutie, stistofwash-out

Via plethysmographie (bodybox)

Longvolumina

referentiewaarden

Enkel door normaalwaarden te definiëren, afwijkende waarden

kunnen herkennen.

Normaalwaarden bepalen aan de hand van populatieonderzoek bij

gezonde vrijwilligers. Regressievergelijkingen (Quanjer et al. 1993)

Normaalwaarden voor alle longfunctieparameters:

~ geslacht (man > vrouw)

~ lengte

~ leeftijd (18-70 jaar)

~ ethnische afkomst (caucasian ↔ black, asian)

Noodzaak:

referentiewaarden

Mannen Mean RSDx1.64

FVC L 5.76 x hoogte - 0.026 x leeftijd – 4.34 1.0

FEV1 L 4.30 x hoogte – 0.029 x leeftijd – 2.49 0.84

FEV1/FVC % - 0.18 x leeftijd + 87.21 11.8

Vrouwen Mean RSDx1.64

FVC L 4.43 x hoogte – 0.026 x leeftijd – 2.89 0.71

FEV1 L 3.95 x hoogte – 0.025 x leeftijd – 2.60 0.62

FEV1/FVC % - 0.19 x leeftijd + 89.10 10.7

Populatieonderzoek: opstellen van regressievergelijkingen

referentiewaarden

Mean Mean + 1.64 RSD

(percentiel 95)

Mean - 1.64 RSD

(percentiel 5)

95% populatie5% populatie

LLN : lower limit of normal

NormaalAbnormaal

Populatie :

Gaussiaanse distributie

Abnormaal op basis van LLN:

statistisch de correcte methode

aangeduid met * of in kleur

Abnormaal op basis van fixed cut offs met %predicted:

meer praktisch voor klinische interpretatie

Mean

Mean - 1.64 RSD

( 5th percentile)

X1 = abnormaal X2 = abnormaal

referentiewaarden

VC, FEV1 ≥ 15 % pred → normaal = 85-115% predFRC, RV, TLC ≥ 20 % pred → normaal = 80-120% pred

Mean

Mean + 1.64 SDMean - 1.64 SD

Z score of X1 = (X1 - mean) / SD = -1

Z score of LLN = (LLN - mean) / SD = -1.64

Z score of X2 = (X2 - mean) / SD = -2.5

X1

X2

Z score = Hoeveel standaard deviatie is de individuele meetwaarde afwijkend van het

gemiddelde van de referentiepopulatie (matched voor leeftijd, geslacht, lengte, ras)

referentiewaarden

Rapporteren van Z scores

Quanjer et al. Eur Respir J; 42: 1046-1054

referentiewaarden

De standaarddeviatie in een populatie is

leeftijdsafhankelijk – LLN is leeftijdsafhankelijk

Fixed ratio

LLN

Mannino et al. Thorax 2007;62:237–241

referentiewaarden

diffusiecapaciteit

Diffusiecapaciteit:

Opname capaciteit van O2 in rust door een patiënt:Afhankelijk van

1/ ventilatie (alveolaire ventilatie)2/ longweefsel (alveolo-capillaire membraan)3/ hemoglobine

FA,CO t2

TLC

Apnee tijd: diffusie van CO (9sec)

Inspiratie van CO

RV

FA,CO t1

t1 t2

Gas conc.%

diffusiecapaciteit

Tijdens maximale inspiratie een CO houdend gas (zelfde fysische

eigenschappen als O2) inademen met gekende concentratie. Tijdens

apnee op TLC niveau daalt CO dan exponentieel (door diffusie) :

TLCO = b x VAeff

t x (PB – PH2O)

X Ln FA, CO t1

FA, CO t2

VA : het effectief alveolair volume tijdens apnee (op TLC-niveau)

diffusiecapaciteit

Bij wandpathologie / longresectie: VA TLCO

geen aantasting van alveolo-capillaire membraan, wel minder oppervlakte

Kco = TLCO/VA :

maat voor diffusie over alveolo-capillaire membraan

onafhankelijk van het effectief alveolair volume (of ventilatie)

Basisstoornissen

Obstructief beeld wordt gekenmerkt door

expiratoire flowlimitatie.

Obstructief versus restrictief

Restrictief beeld wordt gekenmerkt door

vermindering van totale longinhoud.

Obstructief beeld wordt gekenmerkt door

flowlimitatie.

Obstructief versus restrictief

Restrictief beeld wordt gekemerkt door

vermindering van totale longinhoud.

Obstructie

Obstructief patroon

Centrale lokale

luchtwegobstructie

intrathoracaal

perifere veralgemeende

luchtwegobstructie

extrathoracaal

Vreemd voorwerp

Stenose

Massa

…..

Astma ↔ COPD

-15

0

0

0

+20

0

inspiratie

expiratie

TLC

Normale situatie

-15Inspiratie

=

normaal

Asthma/COPD

+20Expiratie

=

flowlimitatie

Verlengd expirium

airtrapping

Obstructie

Expiratoire flowlimitatie

+28

+24

Obstructie

Normaal Licht obstructief Ernstig obstructief

Volume

tijd

Flow

volume

Obstructie

Statische hyperinflatie: toename van FRC, RV

Emfyseem: minder elastic recoil van long

Uitzetten van thorax en long in rust = toename van FRC

A.

B. +20

Airtrapping achter gesloten luchtwegen

zelfs bij rustige ademhaling

Toename van FRC in rust en RV

na volledige expiratie

+ 24

Obstructie

Obstructief

t

volume

Δ RV

ΔFRC

ΔTLC

FRC ↑

RV ↑

TLC ↑

Obstructie

Obstructief

t

volume

FVC

FVC ↓

FEV1 ↓

FEV1/FVC ↑

FVC

Obstructie

Dynamische hyperinflatie: toename van eind expiratoir longvolume (EELV)

Inspiratoir volume > expiratoir volume

Onvoldoende expiratietijd

Progressief opblazen van thorax

Zeer arbeidsintensief

Toename van ventilatie

angst inspanning opstoot

Kleinere mobiliseerbare

ademvolumes

Toename dyspnee

EELV

TLC

RV

IC IC

GezondIC IC

EELV

RV

IRV

TLC

COPD

Obstructie

Dynamische hyperinflatie:

Belangrijke

toename van

dyspnee

EELV

TLC

RV

IC IC

COPD

Obstructie

IC

EELV

RVTLC

Dynamische hyperinflatie:

Belangrijke

toename van

dyspnee

IC

Obstructief beeld wordt gekenmerkt door

expiratoire flowlimitatie.

Obstructief versus restrictief

Restrictief beeld wordt gekemerkt door

vermindering van totale longinhoud.

Restrictie

Restrictief patroon: vermindering van totale longinhoud

Pathologie rond de

long

Pathologie van de

long

Thoraxwand

Spierafwijkingen

Pleurale afwijkingenInterstitieel longlijden

Longoedeem

Atelectase

longresectie

Obstructie

Restrictie: afname van FRC, TLC

Fibrose: hoge elastische retractie van long

Verkleinen van thorax en long in rust = afname van FRC

A.

B.

- 10

Vermindere expantie bij inspiratie

(retractie, resectie, wandprobleem)

Afname van TLC en secundair VC

- 8

- 30

-10

Wand, spier

Fibrose long

Restrictie

Normaal

Volume

tijd

Flow

volume

Licht restrictief Ernstig restrictief

Ernstig restrictief

t

volume

ΔFRC

ΔTLC

Restrictie

Δ RV

FRC↓↓

RV ↓↓

TLC ↓↓

IC en VC↓↓

Samenvatting

Obstructief longlijden : COPD, astma, CF, bronchiectasien

1. Tiffeneau (FEV1/FVC) gedaald

- GOLD FEV1/FVC < 70% of < LLN (leeftijdsafhankelijk)

2. Daling van éénseconde waarde (FEV1) = maat voor ernst

Mild: FEV1 > 80%

Matig: FEV1 80-50%

Ernstig: FEV1 50-30%

zeer ernstig: FEV1 < 30%

3. Hyperinflatie: gestegen volumina (FRC, TLC, RV)

- in principe > ULN

Restrictief longlijden: wand, pleura of interstitiële longpathologie

Samenvatting

1. TLC gedaald

- in principe < LLN

- TLC < 80 %

2. Normale FEV1/FVC

- FEV1/FVC > 70 % of > LLN

- FEV1/FVC en PEF dikwijls gestegen

3. Daling van vitale capaciteit = maat voor ernst

4. gedaalde volumina (FRC, RV)

Samenvatting

FEV1/ FVC

FEV1/FVC < LLNFEV1/ FVC > LLN

FVC < LLN FVC > LLN FVC < LLNFVC > LLN

Vermoeden restrictie

obstructie niet uitgesloten

normaal Zuivere

obstructieObstructie, mogelijks

component restrictie

Flow-chart voor

spirometrie:

Samenvatting

FEV1/ FVC

FEV1/FVC < LLNFEV1/ FVC > LLN

TLC < LLN

Restrictie

TLC > LLN TLC < LLN

GemengdObstructie

TLC > LLN

Adapted from Pellegrino et al. ERJ 2005

Flow-chart voor

longfunctie:

Obstructie

TLC > LLN

VC > LLN VC < LLN

Normaal

0

-4

-8

4

8

12

Flo

w (

L/s

)

PEF Man

176 cm

76 kg

Volume (L)

Voorbeelden: flow-volume loop

FVC

FEV1

PEF

5.07

3.95

8.51

101 % pred

93 % pred

88 % pred0

-4

-8

4

8

12

Flo

w (

L/s

)

PEF te laat in het traject

Voorbeelden: flow-volume loop

0

-4

-8

4

8

12

FEV1

FVC

PEF

4.13

4.44

9.90

97 % pred

88 % pred

102 % pred

Flo

w (

L/s

)

Abrubt einde van het maneuver

Voorbeelden: flow-volume loop

0

-4

-8

4

8

12

FVC

FEV1

PEF

5.04

3.75

9.53

100 % pred

88 % pred

98 % pred

Flo

w (

L/s

)

Hoest, tijdens het maneuver

Voorbeelden: flow-volume loop

0

-4

-8

4

8

12

FEV1

FVC

PEF

2.58

3.37

7.00

61 % pred

66 % pred

72 % pred

Flo

w (

L/s

)

Onvoldoende diepe inspiratie bij

het begin van het maneuver

Voorbeelden: flow-volume loop

0

-4

-8

4

8

12

FEV1

FVC

PEF

2.64

3.98

5.92

62 % pred

79 % pred

61 % pred

Flo

w (

L/s

)

Obstructie van het mondstuk

Voorbeelden: flow-volume loop

SPIROMETRIE Pred. Meas. %Pred.

----------- ----- ----- ------

FVC (L) 4.43 2.16* 49

FEV1 (L) 3.39 0.76* 22

FEV1/FVC (%) 74.68 35.00*

PEF (L/sec) 8.45 2.78* 33

Voorbeelden

Voorbeeld 1:

PLETHYSMOGR. Pred. Meas. %Pred.

------------------- ----- ----- ------

VC (L) 4.62 2.27* 49

RV (Pleth) (L) 2.72 6.05* 223

TGV (Pleth) (L) 3.86 7.17* 186

TLC (Pleth) (L) 7.62 8.32 109

SPIROMETRIE Pred. Meas. %Pred.

----------- ----- ----- ------

FVC (L) 4.43 2.16* 49

FEV1 (L) 3.39 0.76* 22

FEV1/FVC (%) 74.68 35.00*

PEF (L/sec) 8.45 2.78* 33

Voorbeelden

Voorbeeld 1:

PLETHYSMOGR. Pred. Meas. %Pred.

------------------- ----- ----- ------

VC (L) 4.62 2.27* 49

RV (Pleth) (L) 2.72 6.05* 223

TGV (Pleth) (L) 3.86 7.17* 186

TLC (Pleth) (L) 7.62 8.32 109

TRANSFERTEST Pred. Meas. %Pred.

----------------- ----- ----- ------

TLco (mmol/min/Kpa) 9.80 3.90* 40

Kco (mmol/min/kPa/L) 1.28 0,71* 55

COPD + emfyseem

Voorbeelden

Voorbeeld 2:

SPIROMETRIE Pred. Meas. %Pred.

----------- ----- ----- ------

FVC (L) 4.82 1.99* 41

FEV1 (L) 3.81 1.73* 45

FEV1/FVC (%) 77.01 87.00

PEF (L/sec) 9.07 8.05 89

LONGV. HELIUM Pred. Meas. %Pred.

------------- ----- ----- ------

VC (L) 5.04 1.99* 39

RV (He) (L) 2.45 0.84* 34

FRC (He) (L) 3.76 1.37* 36

TLC (He) (L) 7.70 2.83* 37

Interstitiële fibrose (IPF)

Voorbeelden

Voorbeeld 3:

SPIROMETRIE Pred. Meas. %Pred.

----------- ----- ----- ------

FVC (L) 4.82 2.40* 50

FEV1 (L) 3.81 1.73* 45

FEV1/FVC (%) 75.01 72.00

PEF (L/sec) 9.07 6.05 63

PLETHYSMOGR. Pred. Meas. %Pred.

------------------- ----- ----- ------

VC (L) 4.82 2.40* 50

RV (Pleth) (L) 2.41 4.65* 160

TGV (Pleth) (L) 3.60 5.62* 128

TLC (Pleth) (L) 7.06 7.00 98

COPD met belangrijke airtrapping

Voorbeelden

SPIROMETRIE Pred. Meas. %Pred.

------------- ----- ----- ------

FVC (L) 3.81 3.10 81

FEV1 (L) 3.32 2.65 80

FEV1/FVC (%) 82.96 86.00

PEF (L/sec) 7.29 5.77 79

PLETHYSMOGR. Pred. Meas. %Pred.

------------------- ----- ----- ------

VC (L) 3.88 3.02 78

RV (Pleth) (L) 1.59 1.38 87

TGV (Pleth) (L) 2.85 2.58 91

TLC (Pleth) (L) 5.43 4.40* 81

Voorbeeld 4:

Voorbeelden

SPIROMETRIE Pred. Meas. %Pred.

------------- ----- ----- ------

FVC (L) 3.81 3.10 81

FEV1 (L) 3.32 2.65 80

FEV1/FVC (%) 82.96 86.00

PEF (L/sec) 7.29 5.77 79

PLETHYSMOGR. Pred. Meas. %Pred.

------------------- ----- ----- ------

VC (L) 3.88 3.02 78

RV (Pleth) (L) 1.59 1.38 87

TGV (Pleth) (L) 2.85 2.58 91

TLC (Pleth) (L) 5.43 4.40* 81

TRANSFERTEST Pred. Meas. %Pred.

----------------- ----- ----- ------

TLco (mmol/min/Kpa) 9.63 5.70* 59

Kco (mmol/min/kPa/L) 1.40 1.80 129

Voorbeeld 4:

Restrictief tgv lobectomie

Voorbeelden: GLI