Spirometrie und Lungenvolumina

Die Spirometrie misst, wie viel Luft eine Person während eines maximalen Atemmanövers bewegen kann und wie schnell, während die Lungenvolumenmessung die statischen Luftkompartimente erfasst, die die Lunge enthält. Zusammen bilden sie die Grundlage der Lungenfunktionsprüfung und unterscheiden obstruktive von restriktiven Beeinträchtigungsmustern.

Definition

Spirometrie ist die Messung des inspirierten und exspirierten Luftvolumens und -flusses als Funktion der Zeit während forcierter Atemmanöver, wobei die forcierte Vitalkapazität (FVC), das forcierte exspiratorische Volumen in einer Sekunde (FEV1) und deren Verhältnis ermittelt werden; die Lungenvolumenmessung quantifiziert die statischen Volumina – totale Lungenkapazität, Residualvolumen und funktionelle Residualkapazität –, die die Spirometrie allein nicht erfassen kann.

Scope

Dieses Thema behandelt das forcierte Exspirationsmanöver und seine Schlüsselindizes (FVC, FEV1 und das FEV1/FVC-Verhältnis), die statischen Lungenvolumina und -kapazitäten (totale Lungenkapazität, Residualvolumen, funktionelle Residualkapazität) sowie die zu deren Messung verwendeten Methoden und die Interpretation dieser Werte anhand von Referenzgleichungen. Es handelt sich um eine methodische Referenz, nicht um eine klinische Leitlinie.

Core questions

• Was stellen FEV1, FVC und das FEV1/FVC-Verhältnis physiologisch dar?
• Wie werden statische Lungenvolumina gemessen, wenn das Residualvolumen nicht ausgeatmet werden kann?
• Wie werden spirometrische Werte als obstruktive oder restriktive Störung interpretiert?
• Wie definieren Referenzgleichungen und die untere Grenze des Normalbereichs abnormale Ergebnisse?

Key concepts

• Forcierte Vitalkapazität (FVC)
• Forciertes exspiratorisches Volumen in 1 Sekunde (FEV1)
• FEV1/FVC-Verhältnis
• Totale Lungenkapazität (TLC) und Residualvolumen (RV)
• Funktionelle Residualkapazität (FRC)
• Bodyplethysmographie und Gasverdünnungsmethoden
• Fluss-Volumen-Kurve
• Untere Grenze des Normalbereichs und Referenzgleichungen

Mechanisms

Während einer forcierten Exspiration wird der exspiratorische Fluss anstrengungsunabhängig, sobald die Atemwege dynamisch komprimiert sind, sodass die maximale Fluss-Volumen-Beziehung eher die mechanischen Eigenschaften der Atemwege und den Lungenrecoil als die Anstrengung widerspiegelt. FEV1 und FVC fassen dieses Manöver zusammen; ein reduziertes FEV1/FVC-Verhältnis weist auf eine Atemwegsobstruktion hin, während proportional reduzierte Volumina mit einem erhaltenen Verhältnis auf eine Restriktion hindeuten. Da das Residualvolumen nicht ausgeatmet werden kann, werden statische Volumina indirekt gemessen – mittels Bodyplethysmographie (unter Verwendung des Boyle-Mariotte-Gesetzes und Druck-Volumen-Änderungen in einer geschlossenen Kammer) oder mittels Inertgasverdünnung und -auswaschung. Die totale Lungenkapazität ist erforderlich, um einen echten restriktiven Defekt zu bestätigen, da die Spirometrie allein diesen nur vermuten lässt (Miller 2005; Wanger 2005; Stanojevic 2022).

Clinical relevance

Die Spirometrie ist der Referenztest zur Klassifizierung ventilatorischer Beeinträchtigungen als obstruktive oder restriktive Störung und zur Graduierung ihrer Schwere im Vergleich zu Sollwerten. Die Lungenvolumenmessung bestätigt Restriktionen und charakterisiert Überblähung und Air Trapping. Die Interpretation dieser Ergebnisse im Kontext – anhand geeigneter Referenzgleichungen und Qualitätskriterien – ist Teil der Evidenzbewertung in der Pneumologie. Dieser Eintrag beschreibt Messung und Interpretation in allgemeinen Begriffen und ist keine Grundlage für individuelle Diagnosen oder Behandlungen.

Evidence & guidelines

Die Technik und Akzeptanz der Spirometrie werden durch die gemeinsamen ATS/ERS-Standardisierungserklärungen geregelt, ursprünglich die Erklärung von 2005 (Miller 2005) und das Update von 2019 (Graham 2019), mit begleitenden Standards für die Lungenvolumenmessung (Wanger 2005). Die Interpretation folgt dem ATS/ERS-Standard für Interpretationsstrategien von 2022 (Stanojevic 2022), wobei die Referenzgleichungen der Global Lung Function Initiative (Quanjer 2012) verwendet werden, um Sollwerte und die untere Grenze des Normalbereichs zu definieren.

History

John Hutchinson führte Mitte des 19. Jahrhunderts das Spirometer und das Konzept der Vitalkapazität ein. Das forcierte exspiratorische Volumen und die Fluss-Volumen-Kurve wurden Mitte des 20. Jahrhunderts entwickelt, und ab 1979 gaben die American Thoracic Society und später die European Respiratory Society aufeinanderfolgende Standardisierungserklärungen (insbesondere 2005 und 2019) heraus, die die Spirometrie über verschiedene Labore hinweg reproduzierbar machten, ergänzt durch globale Referenzgleichungen im Jahr 2012.

Debates

Fixes Verhältnis versus untere Grenze des Normalbereichs zur Definition von Obstruktion

Die Verwendung eines festen FEV1/FVC-Grenzwerts ist einfach, führt aber zu Fehlklassifikationen bei älteren und jüngeren Menschen; statistisch abgeleitete untere Normalgrenzen aus Referenzgleichungen werden in aktuellen Standards bevorzugt, obwohl die Wahl immer noch die Prävalenzschätzungen beeinflusst.

Key figures

• Martin R. Miller
• Brian L. Graham
• Peter H. Quanjer
• Sanja Stanojevic

Seminal works

• miller-2005
• graham-2019
• wanger-2005
• quanjer-2012

Frequently asked questions

Wofür wird das FEV1/FVC-Verhältnis verwendet?

Es ist der primäre spirometrische Index der Atemwegsobstruktion: Ein Verhältnis unterhalb der unteren Normalgrenze zeigt an, dass die Luft im Verhältnis zum gesamten ausgeatmeten Volumen zu langsam aus den Lungen entweicht, das Kennzeichen eines obstruktiven Musters.

Warum kann die Spirometrie allein keinen restriktiven Defekt diagnostizieren?

Die Spirometrie misst nur die Luft, die ausgeatmet werden kann, nicht das in den Lungen verbleibende Residualvolumen; ein echter restriktiver Defekt wird durch Messung der totalen Lungenkapazität mittels Plethysmographie oder Gasverdünnungsmethoden bestätigt.