Evaluierung der Closing- und Reopening-Parameter in der Emphysemdiagnostik Spirometrie, Capno-Oxy-Volumetrie, Bodyplethysmographie, Impuls-Oszillometrie

Zielstellung: In 2 Beiträgen der Tagung der Sektion Pathophysiologie und Aerosolmedizin in Jena 2004 wurde ein neues Verfahren zur body-plethysmographischen Closing-Volumen-Bestimmung vorgestellt und zugleich dessen Leistungsfähigkeit im kasuistischen Vergleich mit entsprechenden Verfahren der Capno-Oxy-Volumetrie und Impuls-Oszillometrie belegt. Dabei zeigte sich, dass die neue Technik gegenüber der konventionellen Spirometrie einen detaillierteren Einblick in komplexe pathophysiologische Zusammenhänge liefert, die bei der Erweiterung von einfacher Normalatmung auf ruhige maximale Exspiration bei unterschiedlicher Inspirationstiefe im VK-Bereich eine ständige funktionale Anpassung der Atemmechanik aufweist mit terminalem Closing und Reopening im Bronchiolo-Alveolar-Bereich. Bei pulmonaler Inhomogenität im Umfeld des Lungenemphysems ist im Einzelfall charakteristisches “Air-Trapping“ zu beobachten.

Über die pathophysiologische Einzelfallanalyse hinausgehend, bedarf die Quantifizierung dieser Phänomene einer Evaluierung an klinischen Diagnose-Gruppen in Fortsetzung unserer diskriminanzanalytischen Vergleichsreihen zur Emphysemdiagnostik (2001, 2002).

Methodik: Die varianz- und diskriminanzanalytische Auswertung folgt der Gruppierung der 2004 am Fachkrankenhaus für Lungenerkrankungen und Thoraxchirurgie, Berlin, durchgeführten CV-Studie an 22 klinischen Probanden (6 Frauen, 16 Männern unterschiedlichen Alters) mit 10 Normalfällen N (RV<130%SW), 6 Emphysemfällen E (RV>200%SW) und 6 Intermediärfällen IH (130%SW<RV<200%SW).

Aus der konventionellen Spirometrie-Bodyplethysmographie werden ausgewählt die Parameter VCin, FEV1%VCin, V2/V1, Rtot, RE'/REo, RV, ITGV, TLC, RV%TLC als Absolutwerte und in %SW, die sämtlich aus jeweils eimaliger Bestimmung verfügbar sind.

Als Capno-Oxy-Volumetrie-Ergebnisse sind verfügbar aus jeweils 2 Paralleluntersuchungen etwa 2min ruhiger „Normalatmung“ und 2min „CV-Atmung“ mit kurzer normaler Einleitung NA1, etwa 5–10 maximale Exspirationen mit unterschiedlicher Inspirationstiefe im VC-Bereich und terminaler Normalatmung NA2. Die VC-Atemzüge liefern in Phase 2 Vm2550, dV/dC2; in Phase 3 dV/dC3; in Phase 4 CV, CO₂max bzw. O₂min; aus Phase 1 werden 5 unterschiedlich definierte Totraumbestimmungen durchgeführt (nach Threshold, Langley, Fowler, Wolff, Bohr als Absolutwerte und in %Vtex). Alle Parameter der „CV-Atmung“ werden als VTIN-Regressionen ausgewertet.

Bei der speziellen CV-Bodyplethysmographie werden aus etwa 5–10 VC-Atemzügen unterschiedlicher Atemtiefe VTIN-Regressionen berechnet von Closing-Volumen CV und Opening-Volumen OV (Differenz zwischen Volumen VL bei Über- bzw. Unterschreiten des Grenzwertes RawLim 5 kPa/l/s und VLendex) sowie von R03ex und R03in (Raw bei Referenzvolumen VL=0.3 L oberhalb ITGV-Pegel). Zusätzlich werden Mittelwerte der VL-Closing-Points CP und VL-Opening-Points OP bei Über- bzw. Unterschreiten von RawLim bestimmt als VL-Absolutwert und als Relativwerte CP%VC und OP%VC.

Die Impuls-Oszillometrie liefert neben der Parallel-Untersuchung von 1.5min „Normalatmung“ Ergebnisse aus 1.5min „CV-Atmung“ mit jeweils 600 Einzelimpuls-Fourier-Analysen aus 5–10 VC-Atemzügen. Die Auswertung erfolgt analog zur eben beschriebenen CV-Bodyplethysmographie-Quantifizierung mit der weiteren Differenzierung, dass jeder Einzelimpuls nicht durch einen einfachen R-Wert repräsentiert wird, sondern durch ein ausgewähltes IOS-Parameter-Spektrum mit ausgewählten Detailparametern Z5, R5, X5, Fres und Rp. Dabei ist für jeden IOS-Parameter ein äquivalentes Grenzkriterium zu definieren (Lim Z5,R5,Rp=1kPa/l/s; Lim X5=–1kPa/l/s; Lim Fres=10Hz).

Ergebnisse: Die varianzanalytischen Ergebnisse zeigen für die konventionellen Spirometrie-Bodyplethysmographie eine Bestätigung der RV%SW-definierten Gruppenbildung N: E: IH durch alle ausgewählten Parameter sowohl in der Form der Absoluwert- als auch der Relativwert-Darstellung in %SW. Die extremen Mittelwertdifferenzen zwischen N und E werden in allen Parametern nochmals verstärkt durch Bildung einer Subgruppe G von 4 Gesunden innerhalb der Normgruppe N aus „normalen“ Patienten und Gesunden.

Innerhalb der Capno-Oxy-Volumetrie wird die Gruppenbildung N: E: IH: G voll bestätigt durch die Capno-CV- und Oxy-CV-Werte mit VTIN-Korrelationen r zwischen 0.8 und 0.5. Die Oxy-Volumetrie zeigt in Phase 2 mit dV/dC2 und Vm2550 bessere Reproduktion der Gruppenbildung und höhere VTIN-Korrelationen als die Capno-Volumetrie. In der Totraumbestimmung ist nur die oxy-volumetrische Bestimmung des Bohr-Totraumes für die Gruppendiagnostik relevant mit hohen VTIN-Korrelationen r >0.8.

Die CV-Bodyplethysmographie bestätigt die Gruppenbildung N: E. IH: G voll durch CP%VC, R03EX und R03IN mit den größten Gruppen-Differenzen bis zu etwa dem Zehnfachen bei allerdings niedrigeren VTIN-Korrelationen mit r zwischen 0.6 und 0.5.

Die Impuls-Oszillometrie zeigt eine durchgehende Bestätigung der Gruppenbildung N: E: IH: G durch CP%VC und OP%VC bei allen Parametern Z5, R5, X5, Fres, Rp, während die bei VL=0.3L definierten IOS-Parameter nur mit Fres03In und Rp03In die vorliegende Gruppenbildung bestätigen.

Die diskriminanzanalytischen Ergebnisse lassen sich tabellarisch zusammenfassen nach relevanten Einzelparametern (Rel.EPar mit F=n×(ΔMEANE-N/SD)²>4) und Gruppenrelevanz (Diag%OK=Richtige Diagnosen, CD/CR95E-N=CentroidDistance/ConfidenceRadius95%, EW=Eigenwert):

	Rel.EPar (F)	Diag%OK	CD/CR95E-N	EW
Spirometrie (ohne gruppenbildende RV-Werte)
	VCin (15,3), ITGV (8,6), RE/REo (4,8);	87,5	2,2	6,6
VC-Capno-Volumetrie
	Vm2550 (6,5)	78,3	1,6	3,9
VC-Oxy-Volumetrie
	VD_L (8,3)	73,9	1,2	2,3
VC-IOS1-CPOP%VC
	OP_X5 (9,4), OP_Fres (2,8)	79,2	1,1	1,6
VC-IOS2-Δlast.first AirTrapping
	CP_X5 (5,2), CP_Fres (4,4)	87,5	1,1	1,9
VC-IOS3-Y03
	RpIN (5,6), X5IN (4,3), RpEX (4,1)	95,8	1,3	3,6
VC-Bodyplethysmographie
	R03EX (20,5), ΔCPlast.first (4,1)	100,0	2,5	8,9
Diskriminanzfunktionen SPIRO + VC-BODY
	BODY1 (93,7), BODY2 (11,9), SPIR1 (7,0)	100,0	3,2	14,3
Diskriminanzfunktionen IOS1 + 2 + 3
	Δlafi1(19,6),Y03-2(16,6),CPOP%1(8,2)	100,0	2,1	8,1
Diskriminanzfunktionen CAPNO + OXY
	CAPNO1 (41,6), CAPNO2 (6,4)	87,5	1,9	5,6
Gesamt-Diskrimination
	BODYSPIR1(150),IOS1(42,3),CAPOX2(15,9)	100,0	5,6	44,0

Literatur:

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Vogel, Smith, Wilke, Thoms, Hiekel, Lenze, Wuthe, Dorow, Krebs, Bomhard, Schwarz: Computer-Tomographie, Spirometrie, Bodyplethysmographie, Impuls-Oszillometrie, Capnovolumetrie, – Relevanz struktureller und funktioneller Parameter II für die klinische Diagnostik des Lungenemphysems. 97.AT PuA Berlin (2002).

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J.Vogel, W.T.Ulmer, H.J.Smith, A.Wilke: Bodyplethysmographische Closing-Volumen-Bestimmung. 103.AT PuA Jena (2004).

A.Wilke, H.Wuthe, H.J.Smith, M.Lau, J.Vogel: Methodischer Vergleich der Closing-Volumen-Bestimmung mit 4 Verfahren. 103.AT PuA Jena (2004).

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