Welche Aussagen erlauben Lungenfunktionsuntersuchungen?

Lungenfunktionsuntersuchungen werden eingesetzt, um die Funktion der Lunge zu überprüfen. Die Untersuchungen helfen, Erkrankungen der Lunge und des Herz-Kreislauf-Systems gegeneinander abzugrenzen, Diagnosen zu sichern sowie den Schweregrad und den Verlauf von Erkrankung zu beurteilen, welche die Lungenfunktion oder den Sauerstoffaustausch beeinträchtigen.

Die verschiedenen Untersuchungen prüfen jeweils unterschiedliche Funktionen der Lunge. Die Untersuchung der Lungenfunktion liefert wichtige Erkenntnisse zu folgenden Gesichtspunkten:

• Durch die Prüfung der Lungenfunktion kann festgestellt werden, ob überhaupt eine Erkrankung (Funktionsstörung) der Lunge vorliegt.
• Die Einschränkungen der Lungenfunktion sind unterschiedlich bei verschiedenen Krankheitsbildern. Daher geben die Ergebnisse der Lungenfunktionsdiagnostik Hinweise auf bestimmte Erkrankungen oder erlauben sogar, eine Diagnose zu stellen.
• Die Ergebnisse der Lungenfunktionsprüfung zeigen das Ausmass der Einschränkung der Lungenfunktion an und erlauben so eine Aussage über den Schweregrad einer Erkrankung.
• Die Lungenfunktionsprüfung im Verlauf einer Erkrankung zeigt, ob sich der Funktionszustand der Lunge ändert. Er kann sich verschlechtern, aber auch beispielsweise durch eine bestimmte Therapiemassnahme verbessern.

Die Lungenfunktionsdiagnostik wird stufenweise eingesetzt zur Abklärung von Beschwerden des Atmungssystems. Dabei gibt es globale Tests, die zunächst klären sollen, ob überhaupt eine Störung vorliegt und spezielle Untersuchungen, die eine vorhandene Störung genauer beschreiben und zuordnen können. Sinnvollerweise beginnt die Diagnostik mit einfachen sogenannten Screening-Methoden. Diese sind geeignet, mit relativ geringem zeitlichen und finanziellen Aufwand festzustellen, ob prinzipiell eine bestimmte Funktionsstörung vorliegen könnte. Screening-Methoden liefern allerdings keine endgültigen Ergebnisse: Zeigen sie auffällige Abweichungen von den Normalbefunden, sollte sich eine weitergehende Diagnostik mit empfindlicheren, genaueren und aufwändigeren Verfahren anschliessen.

Die Stufen der Diagnostik

• Erste Stufe der Diagnostik: Zu den einfacheren Screening-Untersuchungen gehören die kapilläre Blutgasanalyse (mit Blut aus dem Ohrläppchen) und die Spirometrie mit Fluss-Volumen-Kurve.
• Zweite Stufe der Diagnostik: In der zweiten Diagnosestufe kommen die Bodyplethysmografie, die arterielle Blutgasanalyse, die Ergometrie und die Messung der Diffusionskapazität zum Einsatz.
• Dritte Stufe der Diagnostik: Hierzu zählen Provokationstests und die Spiroergometrie. Beim Provokationstest wird eine Untersuchung, z.B. die Bodyplethysmografie, durchgeführt und während dieser Untersuchung werden ansteigende Mengen einer Substanz verabreicht, auf welche die Patienten ggf. mit einer gesteigerten Symptomatik reagieren. Beim Asthma lassen sich so z.B. Aussagen über das Ausmass der für die Erkrankung typischen gesteigerten Empfindlichkeit der Bronchien (bronchiale Hyperreagibilität) machen.

Die Ergebnisse der Lungenfunktionsdiagnostik müssen dabei im Zusammenhang und in Ergänzung zu den Befunden anderer Untersuchungsverfahren betrachtet werden. Diese sind beispielsweise neben der Vorgeschichte und körperlichen Untersuchung die Röntgenuntersuchung der Lunge, die Bronchoskopie (Lungenspiegelung) oder Blutuntersuchungen.

Bei welchen Erkrankungen werden Lungenfunktionsuntersuchungen eingesetzt?

Die Lungenfunktionsdiagnostik wird eingesetzt:

• bei allen Beschwerden der Lunge und der Bronchien, wie Atemnot, Husten und Auswurf
• bei Verdacht auf eine Lungenerkrankung
• zur Verlaufsbeobachtung einer Erkrankung und zur Abschätzung des Therapieerfolgs
• zur Überwachung der Lungenfunktion bei gegebenem Risiko für eine bestimmte Erkrankung. Risikofaktoren stellen z.B. manche Medikamente oder Arbeitsstoffe und natürlich das Zigarettenrauchen dar.
• zur Abschätzung des Risikos vor einer geplanten Operation: von dem Ergebnis der Lungenfunktionsuntersuchung wird beispielsweise abhängen, ob ein Eingriff bei vertretbarem Risiko durchgeführt werden kann oder ob eine bestimmte Narkoseform zu bevorzugen ist.
• bei Gutachten zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit oder des Gesundheitszustands
• zu sportmedizinischen Zwecken unter anderem zur Erstellung eines individuellen Trainingsplans oder zur Prüfung der Tauglichkeit für eine bestimmte Sportart (z.B. Tauchen)

Die Normalwerte der verschiedenen Lungenvolumen sind abhängig vom Geschlecht, der Grösse und dem Alter. Nicht die gemessenen Absolutwerte sind also entscheidend, sondern die relativen Werte in Bezug auf die Normalwerte. So mag eine Vitalkapazität von 2 Litern für eine kleine, ältere Frau normal sein, während sie bei einem jungen Mann, der 190 cm gross ist, eine deutliche Einschränkung seiner Lungenfunktion anzeigt. Die Beurteilung des Schweregrades einer Einschränkung erfolgt je nach dem Ausmass der Abweichung von den Normalwerten. Erreicht ein Patient 80 Prozent des Normalwertes so gilt das in der Regel noch als normaler Befund. Bei niedrigeren Werten spricht man je nach Abweichung von den Normalwerten von leichter, mittelgradiger und schwerer Einschränkung.

Einsatz der Spirometrie

Die Spirometrie ist eine sehr gute und einfache Methode mit hoher Aussagekraft bei der Diagnose von Lungenerkrankungen.

Die Ergebnisse der Spirometrie sind sehr gut reproduzierbar. Das heisst, bei guter Mitarbeit der Patienten und wiederholten Messungen weisen die Ergebnisse wenig Abweichungen voneinander auf. Die Messungen sind nur wenig störanfällig.

Die Spirometrie („Kleine Lungenfunktion“) wird typischerweise als Screening-Methode zur ersten Orientierung oder zur Verlaufskontrolle von Einschränkungen der Lungenfunktion eingesetzt. Sie dient als globaler Test zur Beantwortung der Frage, ob überhaupt eine Einschränkung vorliegt und zur Beurteilung des Schweregrads einer Einschränkung. In der präoperativen Diagnostik wird sie zur Abschätzung des Risikos einer Operation bzw. der Narkose verwandt: Aufgrund der Ergebnisse der Untersuchung kann entschieden werden, ob eine Operation vertretbarem Risiko durchgeführt werden kann oder ob eine bestimmte Narkoseform zu bevorzugen ist. Daneben dient sie zur Verlaufsbeurteilung einer Lungenerkrankung unter einer bestimmten Therapie. Mittels Spirometrie können z.B. die Effekte einer bronchialerweiternden Therapie gemessen werden und Lungenfunktionseinschränkungen begutachtet werden. Die Spirometrie erlaubt zumeist die Unterscheidung zwischen Restriktion (restriktive Ventilationsstörungen) und Obstruktion (obstruktive Ventilationsstörungen).

Restriktive Lungenerkrankungen

Bei den restriktiven Ventilationsstörungen ist das maximal mobilisierbare Lungenvolumen (Vitalkapazität, VC) verkleinert, weil das funktionsfähige Lungengewebe verkleinert ist. Dies führt dazu, dass auch die Fläche für die Sauerstoffaufnahme in der Lunge vermindert ist. Eine restriktive Ventilationsstörung kann durch Lungenerkrankungen, die zu einer Verfestigung des Lungengewebes führen(z. B. Lungenfibrose oder Lungenentzündung), bedingt sein. Eine Restriktion tritt auch nach operativer Entfernung von Lungengewebe auf oder bei vermehrter Flüssigkeitsansammlung in der Lunge: z.B. beim Lungenödem, bei dem sich Wasser im Lungengewebe ansammelt oder beim Pleuraerguss, bei dem sich die Flüssigkeit im Rippenfell sammelt und das Lungenvolumen einschränken kann. Weitere Ursachen sind eine Versteifungen des Brustkorbs, die häufig durch eine verminderte Beweglichkeit des Brustkorbs bedingt sind. Man findet diese bei starken Wirbelsäulenverkrümmungen, bei Verdickungen des Rippenfells (Pleuraschwarte) oder Muskelerkrankungen mit Befall der Atemmuskulatur (Zwerchfell-Lähmung u.a.). Mangelnde Mitarbeit bei der Lungenfunktionsuntersuchung kann eine restriktive Ventilationsstörung vortäuschen. Abhängig vom Ausmass der Einschränkung spricht man von einer leichten, mittelgradigen oder schweren Restriktion. Folgenden Werte sind bei restriktiven Ventilationsstörungen der Lunge verändert:

• Die Vitalkapazität (VC, maximales Volumen, das nach maximaler Ausatmung maximal eingeatmet werden kann) ist vermindert.
• Die absolute Einsekundenkapazität (FEV1, maximal ausatembares Volumen innerhalb der ersten Sekunde nach maximaler Einatmung) ist ebenfalls erniedrigt.
• Die relative Einsekundenkapazität (Tiffeneau-Index = FEV1/VC, Anteil der Vitalkapazität, der in der ersten Sekunde einer maximalen Ausatmung ausgeatmet werden kann) ist bei einer reinen Restriktion normal und befindet sich oft auch im oberen Bereich des Normalwertes (hochnormal).

Die Fluss-Volumen-Kurve zeichnet auf, wieviel Luft ein- und ausgeatmet wird und mit welcher Geschwindigkeit die Luft durch die Atemwege strömt. Im Vergleich zu einer normalen Fluss-Volumen-Kurve (links oben) sind die Veränderungen bei verschiedenen Störungen gezeigt.

Obstruktive Lungenerkrankungen

Bei den obstruktiven Ventilationsstörungen ist die Atmung durch eine Einschränkung der Luftströmung in den Atemwegen behindert: Man spricht von einer Einschränkung der Fluss-Reserven. Kurz gesagt, liegt bei obstruktiven Störungen eine Verengung der Atemwege vor. Abhängig vom Ausmass der Einschränkung unterscheidet man eine leichte, mittelgradige oder schwere Obstruktion (= „Verstopfung“ im Sinne von Einengung). Die typische obstruktive Ventilationsstörung ist das Asthma bronchiale, bei dem entzündliche, beispielsweise durch eine Allergie bedingte Veränderungen an der Bronchialschleimhaut und eine vermehrte Verkrampfung (Kontraktion) der Bronchialmuskulatur zur Obstruktion führen. Auch beim Lungenemphysem findet sich häufig eine Obstruktion, obwohl eine Überblähung der Lunge besteht. Allerdings ist hier die Elastizität der kleineren Bronchien so eingeschränkt, dass sie beim Ausatmen zusammenfallen können und dann die Atmung stark behindern. Weitere Erkrankungen, die mit einer Obstruktion einhergehen sind die chronische Bronchitis, bei der entzündliche Vorgänge zur Funktionseinschränkung führen, und chronisch obstruktive Lungenerkrankungen (COPD). Chronisch obstruktive Lungenerkrankungen entstehen durch Zigarettenrauchen, chronische Bronchitis oder langjähriges Asthma bronchiale. Erkrankungen, die sowohl zu einer Restriktion als auch zu einer Obstruktion führen, werden als kombinierte Ventilationsstörungen bezeichnet. Typischerweise sind bei obstruktiven Störungen folgende Werte verändert:

• Die absolute Einsekundenkapazität (FEV1, maximal ausatembares Volumen innerhalb der ersten Sekunde nach maximaler Einatmung) ist erniedrigt.
• Die relative Einsekundenkapazität (Tiffeneau-Index= FEV1/VC, Anteil der Vitalkapazität, der in der ersten Sekunde einer maximalen Ausatmung ausgeatmet werden kann) ist ebenfalls vermindert.
• Die Vitalkapazität (VC, maximales Volumen, das nach maximaler Ausatmung maximal eingeatmet werden kann) kann normal oder erniedrigt sein.

Die sogenannte Fluss-Volumen-Kurve zeigt vor allem bei den obstruktiven Ventilationsstörungen charakteristische Formveränderungen, die leicht und schnell zu erkennen sind. Sie erlaubt auch Aussagen zur Behinderung des Atemflusses in den kleinen Atemwegen, wie sie oft als frühzeitige Folge des Zigarettenrauchens zu beobachten sind. Bei einer Obstruktion findet sich der Luftstrom während der Ausatmung erniedrigt.

Einsatz von Bodyplethysmografie, Pulsoximetrie und Messung der Diffusionskapazität

Hat sich der Verdacht auf eine Einschränkung der Lungenfunktion durch die Spirometrie bestätigt oder erhärtet, sind weiterführende Untersuchungen notwendig, um genauere Aussagen über die Erkrankung und Funktionsstörung machen zu können.

Bodyplethysmografie

Die Bodyplethysmografie (Ganzkörperplethysmografie, „Grosse Lungenfunktion“) wird zur weiterführenden Diagnostik eingesetzt, wenn bereits der Verdacht auf eine Einschränkung der Lungenfunktion besteht, der sich beispielsweise aus einer durchgeführten spirometrischen Untersuchung ergeben hat und die Störung genauer untersucht und beschrieben werden soll. Bei einer kombinierten Ventilationsstörungen (Obstruktion und Restriktion: Behinderung des Atemstroms und der Ausdehnung der Lunge, beispielsweise bei Asthma bronchiale und zusätzlicher Wasseransammlung in den Lungen (Lungenödem) durch eine Herzschwäche) erlaubt die Bodyplethysmografie eine deutliche Unterscheidung der verschiedenen Störungen, d.h. wie ausgeprägt sie jeweils sind. Mittels der Messung des Atemwegswiderstandes kann die Verengungen der Atemwege anatomisch exakter zugeordnet werden: Man kann feststellen, ob eher die grösseren oder die kleineren Atemwege betroffen sind. Die Diagnose einer Überblähung (krankhafte Vergrösserung des Lungenvolumens = Erhöhung der Totalkapazität, z.B. beim Lungenemphysem) lässt sich nicht mit der Spirometrie, sondern nur durch eine bodyplethysmografische Untersuchung diagnostizieren. Die Messungen sind aufwändiger als bei der Spirometrie, aber bei den meisten Ventilationsstörungen aussagekräftiger.

Diffusionskapazität

Bei der Messung der Diffusionskapazität (DCO) wird die Funktion des Sauerstoffaustausches in der Lunge geprüft. Sie ist ein sehr empfindliches Verfahren, so dass Störungen frühzeitig erkannt werden können. Die Messung ist rasch und einfach durchführbar. Bei sehr starker Atemnot oder stark eingeschränktem Lungenvolumen kann die Diffusionskapazität allerdings aus technischen Gründen nicht mehr gemessen werden, weil das von den Betroffenen atembare Volumen zur Auswertung der Messung zu gering ist. Die Messung der Diffusionskapazität erfolgt zur Diagnostik und Verlaufskontrolle von Erkrankungen, die zu einer verminderten Fähigkeit der Lunge zur Aufnahme von Sauerstoff führen. Dies sind z.B.

• Lungenfibrose: Hier kommt es zu einem Umbau mit einer Verfestigung und Verdickung des Lungengewebes, was den Gastaustausch einschränkt.
• Lungenemphysem: Die Überblähung der Lungen geht mit einer Zerstörung der Lungenbläschen (Alveolen) einher, in denen der Sauerstoffaustausch stattfindet.
• Lungenembolie: Bei der Lungenembolie führt der Verschluss von Blutgefässen durch eingeschleppte Blutgerinnsel aus anderen Blutgefässen des Körpers zu einer Minderdurchblutung der Lunge und damit zu einer verminderten Sauerstoffaufnahme aus der Lunge.
• Chronisch obstruktive Lungenerkrankung: Die andauernde Entzündungsreaktion in den Atemwegen und der daraus folgende Umbauprozess vermindert den für den Gasaustausch nutzbaren Teil der Atmung.

Pulsoximetrie

Der Vorteil der Pulsoximetrie ist, dass kontinuierlich gemessen werden kann und die Patienten wenig belastet werden, denn es muss nur ein Mess-Clip auf einen Finger gesteckt werden. Aus diesem Grund wird die Methode häufig zur dauerhaften Überwachung eingesetzt, z.B. bei Schwerkranken auf der Intensivstation, während einer Narkose oder bei Untersuchungen (z.B. Bronchoskopie, Herzkatheteruntersuchung) und zur Kontrolle einer Sauerstofftherapie. Aufgrund des Messprinzips ist die Messung bei extrem niedriger Sauerstoffsättigung unzuverlässig.

Einsatz der ergometrischen Untersuchungen und der Blutgasanalyse

Die sehr aufwändigen ergometrischen Untersuchungen werden z.B. bei unklarer Luftnot eingesetzt. Auch wenn Herz-Kreislauf-Erkrankungen die Sauerstoffversorgung der Organe beeinträchtigen, hilft die Ergometrie weiter bei der Eingrenzung der Ursachen für Funktionseinschränkungen.

Blutgasanalyse

Mit der Blutgasanalyse (BGA) werden der Gehalt von Sauerstoff und Kohlendioxyd (CO2) im Blut sowie die „Säure“ und der Basengehalt des Blutes bestimmt. Sie ist eine sinnvolle diagnostische Massnahme bei jeder vermuteten oder bekannten Lungenerkrankung und auch bei schweren Herzerkrankungen. Sie erlaubt Aussagen über den Schweregrad einer Störung und kann auch sehr gut zur Verlaufskontrolle und zur Beurteilung der Wirksamkeit einer Therapie eingesetzt werden. Daneben wird sie zur Kontrolle einer Beatmungstherapie, etwa auf der Intensivstation, bei Störungen des Wasser- und Salzhaushaltes und beim akuten oder chronischen Nierenversagen eingesetzt, denn in all diesen Fällen kann die Blutgasanalyse verändert sein. Die Messung ist einfach und zuverlässig.

Ergometrie

Bei der Ergometrie wird unter definierter Belastung auf dem Fahrradergometer oder Laufband Blut für die Blutgasanalyse entnommen. Der Sauerstoffdruck im Blut, ein Mass für den Gehalt des Blutes an Sauerstoff, darf während einer Belastung beim Gesunden nicht wesentlich abfallen. Die Ergometrie wird bei unklarer Luftnot durchgeführt. Damit lassen sich Lungenerkrankungen und deren Verlauf beurteilen, z.B. ihre Auswirkungen auf den Gasaustausch in der Lunge und die Leistungsfähigkeit von Lunge und Herz. Auch die Notwendigkeit einer dauerhaften Sauerstofftherapie bei schweren Lungenerkrankungen lässt sich durch die Ergometrie mit Bestimmung der Blutgase feststellen. Beim Lungengesunden kann Luftnot auch durch eine Funktionsstörung des Herzens bedingt sein; in dieser Situation ist nicht die Lunge, sondern das Herz belastungslimitierend und dies kann ebenfalls durch eine Ergometrie festgestellt werden. In jüngster Zeit gewinnt sie ausserdem zunehmende Bedeutung bei der Steuerung und Kontrolle eines muskulären Trainingsprogramms bei Patienten mit schweren Lungenerkrankungen.

Spiroergometrie

Die Spiroergometrie ist die aufwändigste Lungenfunktionsuntersuchung. Dabei erfolgen gleichzeitige Messungen von Grössen zur Beschreibung des Atmungs-, des Kreislaufsystems und des Herzens: Sie ist im Prinzip eine Ergometrie mit gleichzeitiger Durchführung einer Spirometrie. Die Spiroergometrie erlaubt die Erfassung der individuellen Belastbarkeit nicht nur bei Kranken, sondern auch bei Gesunden. Aus diesem Grund wird diese Methode oft in der Sportmedizin verwandt, um z.B. individuelle Trainingsprogramme zu planen, Trainingseffekte festzustellen oder die Sporttauglichkeit für das Flaschentauchen und andere Sportarten zu untersuchen. Bei der Entscheidung zur Notwendigkeit einer Herztransplantation liefert die Spiroergometrie wertvolle Hilfen, denn mit ihr kann geprüft werden, inwieweit das kranke Herz noch in der Lage ist, für eine ausreichende Versorgung der Organe mit Blut und damit Sauerstoff zu sorgen. Daneben kann mit der Spiroergometrie genauer überprüft werden, ob und wie sich Behandlungsmassnahmen auf die körperliche Belastbarkeit auswirken. Gelegentlich wird sie bei Patienten mit unklarer Luftnot eingesetzt, wenn mit allen anderen Untersuchungen keine Einschränkung der Lungenfunktion nachgewiesen werden konnte.

Übersicht zur Anwendung der Lungenfunktionsuntersuchungen

Diese Tabelle soll Ihnen einen kurzen Überblick geben, wann die einzelnen Lungenfunktionsuntersuchungen in der Regel eingesetzt werden.

Die Messung des „Peakflows“ kann mittels eines Peakflow-Meters vom Patienten selbst durchgeführt werden. Das Peakflow-Meter ist ein tragbares Gerät (s. Abbildung), mit dem sich der aus den Lungen ausgestossene Luftstrom messen lässt. Der gemessene Wert wird in Liter/min angegeben und mit einem vom Alter, der Grösse und dem Geschlecht abhängigen Sollwert verglichen. Diese Sollwerte können aus Normwerttabellen abgelesen werden.

Näherungsweise kann der durchschnittliche Peakflow auch nach folgender Formel errechnet werden (nach Quanjer et al. 1993):

PEF (Liter/Sek.) = 5,5 x Grösse (in Meter) – 0,03 x Alter (in Jahren) – 1,11*

(*Formel gültig für das Alter von 18 bis 70 Jahren; bei einem Alter von 18 bis 25 Jahren für das Alter 25 eintragen)

Das Peakflow-Meter kann zwar die konventionelle Lungenfunktionsprüfung nicht ersetzen, es eignet sich aber hervorragend zur Verlaufsbeobachtung bei Patienten mit variablen Atemflussstörungen (z. B. bei Asthma).

So können geschulte Patienten eine eventuelle Veränderung ihrer Lungenfunktion frühzeitig erkennen und gegebenenfalls mit einer Anpassung der Medikation oder durch einen Arztbesuch darauf reagieren.

[@uelle Dr. med. Isabelle Otterbach Prof. Dr. T. O. F. Wagner]