Institutionen för Medicin och Hälsa Avdelningen för kardiovaskulär medicin/klinisk fysiologi Hälsouniversitetet Linköping D. Johnsson 02-03-15 / modif 050117ef SPIROMETRI T2 Mätning av in- och utandade gasvolymer i lungorna. Varför gör man spirometri? För att fastställa eventuell ventilationsinskränkning. Lungornas reservkapacitet gör att en allvarlig lungsjukdom kan föreligga även om blodgaserna (koldioxid, syrgas etc) är normala. Viktiga begrepp Statiska lungvolymer: Lungornas storlek. Delas in i fyra primära volymer (RV, ERV, VT och IRV) och fyra kapaciteter (TLC, VC, IC och FRC) som består av minst två av dessa volymer (Figur 1). Visar möjligheterna till ventilation, men är dåligt relaterade till ventilationsförmågan. Dynamiska lungvolymer: Ventilationsförmågan beror på hur stor del av VC som kan omsättas per tidsenhet och mäts enklast som FEV 1, den volym man kan blåsa ut på 1 sekund efter en maximal inandning. Forcerad vitalkapacitet (FVC) är den största gasvolym som snabbt kan blåsas ut efter full inandning (figur 1). Maximal volontär ventilation (MVV) är den maximala luftvolym som man kan andas under en minut (MVV FEV 1 x 35). Flöde-volym-kurva: Ett sätt att grafiskt utvärdera ventilationsförmågan (figur 2 &3). I stället för att beskriva utandad volym som en funktion av tid, tittar man på flödeshastigheten som funktion av utandad volym. Maximalflödet i början av utandningen beror av anlagd kraft och graden av obstruktion i de grova luftvägarna, medan maximalflödet under senare delen av utandningen (MEF 50 ; MEF 25 ) mer speglar obstruktion i de mindre luftvägarna samt lungornas elastiska egenskaper. 1
Obstruktivitet: Förträngning av luftrören på någon nivå mellan struphuvud och alveoler. T ex vid astma, KOL (kroniskt obstruktiv lungsjukdom) eller cystisk fibros. Luftvägsmotståndet ökar kraftigt under utandningen. RV ökad, FEV 1 och FEV% minskade. (Figur 3) Restriktivitet: Nedsatt lungvolym. Orsakas av tillstånd som hindrar lungornas normala utvidgning vid inandning. T ex: fibrotiserande lungsjukdomar, pleuravätska, pneumothorax, kyfoskolios. TLC och VC låga, FEV% normal eller hög. (Figur 3) Dynamisk kompression: Flödesbetingat tryckfall i kombination med sladdrig luftrörsvägg. (Figur 12) När luft rör sig genom luftvägarna faller det så kallade lateraltrycket i luftvägen i flödets riktning (jmf Bernoullis princip). Förenklat kan sägas att gasmolekylernas kollision mot luftrörens väggar minskar när de sätts i rörelse, och ju högre flöde desto större tryckfall. Om lateraltrycket faller så mycket att det blir lägre än trycket utanför luftvägen komprimeras denna. Den nivå i luftvägsträdet där trycken tar ut varandra brukar kallas Equal Pressure Point (EPP). Luftrören oralt om EPP har alltså en tendens att falla samman. Fenomenet är normalt inte ett problem under viloandning. Däremot under kraftig utandning, då trycket från thorax (exspiratorisk muskelkraft) adderas till lungans elastiska krafter (jämför med en uppblåst ballong som dessutom kramas utifrån), kan tillräckliga flöden för signifikanta tryckfall uppstå. Dynamisk kompression sätter gränsen för det maximala exspiratoriskt flödet och ytterligare andningsarbete ger inte större exspiration utan snarare tvärtom, eftersom EPP flyttas längre ner. Obstruktiv lungsjukdom medför högt luftvägsmotstånd och därmed dynamisk kompression redan vid låga exspiratoriska flöden. Astmatikern motverkar detta genom att skapa ett mottryck i munhålan (andas ut mot delvis slutna läppar) eller ett högre medelandningsläge (ökad FRC), så att EPP flyttas uppåt till broskbeklädd vävnad. 2
DYNAMISK SPIROMETRI Den vanligaste och enklaste formen av spirometri. (Klockspirometer, pneumotachometer mfl.) Volymer man kan mäta/beräkna VC Vitalkapacitet VT Tidalvolym IRV Inspiratorisk reserv volym ERV Exspiratorisk reservvolym FEV 1 Forcerad exspiratorisk volym på 1 sekund FEV% FEV 1 /VC FIV 1 Forcerad inspiratorisk volym på 1 sekund FIV% FIV 1 /VC Normalvärdena för volymerna beräknas med hänsyn till ålder, kön, längd och kroppsvikt. FEV 1 minskar t ex med åldern pga avtagande elastiskt återfjädringstryck. 3
Indikationer 1. Fastställa grad och ev typ (obstruktiv/restriktiv/blandad?) av ventilationsinskränkning. 2. Utvärdera effekt av bronkdilaterare (luftrörsvidgande medicin). 3. Uppföljning av känd lungsjukdom. 4. Preoperativ bedömning. (Klarar patienten operationen? Klarar pat att man opererar bort en del av lungan?) Kontraindikationer 1. Akut infektion. 2. Akut hjärtpåverkan (infarkt, svikt etc). Vad man inte kan få svar på (exempel) 1. Om restriktiv sjukdom föreligger vid obstruktion med hyperinflation. 2. Om lungembolier (blodpropp i lungan) föreligger eller ej. (Blodgaser, lungscintigrafi, pulmonalisangiografi, spiral-ct ger bättre information.) 3. Om dyspné (andfåddhet) eller anamnestisk nedsättning av arbetsförmågan kan förklaras av nedsättning i ventilationsförmågan. (Detta kräver arbetsprov.) 4. Syresättning av blodet/ diffusionsskador. STATISK SPIROMETRI Utförs som komplement till dynamisk spirometri då frågeställningarna ej kunnat besvaras där. (Gasspädningstekniker, kroppspletysmografi etc.) Bl a kan följande parametrar mätas: TLC Total lungkapacitet RV Residualvolym FRC Funkionell residualkapacitet Hyperinflation = Förhöjda värden för RV och FRC i förhållande till TLC. Indikationer 1. Misstanke om restriktiv lungsjukdom 2. Bedömning av graden av hyperinflation vid obstruktiv lungsjukdom. 3. Bedömning av ojämn intrapulmonell gasdistribution. PEF-MÄTNING PEF (Peak Expiratory Flow) innebär mätning av luftströmmens maximala hastighet vid forcerad utandning från maximal inandning. Värdena utvärderas med hjälp av normogram korrigerat för ålder, vikt och kön. PEF ger ett mått på luftmotståndet i de grövre luftvägarna men är starkt beroende av teknik och muskelstyrka, vilket gör det vanskligt att jämföra värden mellan olika individer. För att följa dag till dag variation för en och samma patient är det dock ett bra mått på tillståndet i lungorna. Exempel på när man kan använda PEF-mätning 4
1. Underbygga astmadiagnos: Regelbunden registrering i hemmet. Kartlägger dygnsvariationer i andningsfunktionen. Hög sannolikhet för astma vid mer än 20% variation. 2. Snabb objektiv utvärdering av aktuell förändring hos patient som söker akut. Uppföljning efter t ex terapi med luftrörsvidgande. BTPS-KORRIGERING Vår kroppstemperatur medför att luften inuti lungorna är varmare än utandningsluften. Eftersom volymen av en viss mängd gas varierar med dess temperatur (allmänna gaslagen), innebär detta att dess volym inuti lungorna respektive i utandningsluften inte är densamma. Alltså måste värdena från spirometern korrigeras efter omgivningens temperatur för att inte bli falskt för låga. BTPS betecknar förhållandena i lungorna (37 C, rådande atmosfärstryck, 100% vattenmättnad), ATPS i omgivningen (spirometern). BTPS = Body Temperature and Pressure, Saturated ATPS = Ambient Temperature and Pressure, Saturated Allmänna gaslagen: P x V = n x R x T (1) P = Gasens partialtryck i kpa V = Gasens volym i l n = Mängd gas i mol R = Allmänna gaskonstanten T = Gasens temperatur i K (0 C=273K) (1) kan skrivas som: [P x V]/T = n x R (2) Eftersom mängden (n) utandad gas inte ändras på vägen till spirometern kan vi skriva: [P pulm x V BTPS ]/T pulm = k (3) [P spir x V ATPS ]/T spir = k (4) där konstanten k = n x R Om man sätter (3) och (4) lika med varandra (k = k) fås: [P pulm x V BTPS ]/T pulm = [P spir x V ATPS ]/T spir (5) vilket ger: V BTPS = V ATPS x [P spir x T pulm ]/[T spir x P pulm ] (6) P pulm = Gastryck i lungorna med hänsyn tagen till vattenångans partialtryck (se nedan) P spir = Gastryck i spirometern med hänsyn tagen till vattenångans partialtryck V BTPS = Lungvolym (korrigerat värde/sökt värde) V ATPS = Lungvolym (uppmätt i spirometer) T pulm = Temperatur i lungorna T spir = Temperatur i spirometer (rumstemperatur) Då vattenånga är en gas som inte följer allmänna gaslagen vid normala förhållanden, utan enbart är beroende av omgivande temperatur (tabell 1), skall vattenångans partialtryck dras ifrån det omgivande trycket för att allmänna gaslagen skall kunna användas: P amb = Omgivningens lufttryck utan hänsyn till vattenångans partialtryck (barometervärde) 5
P H2O:amb = Vattenångans partialtryck i omgivningen P H2O:pulm = Vattenångans partialtryck i lungorna P pulm = P amb P H20:pulm P spir = P amb P H2O:amb Tabell 1. Vattenångans partialtryck vid olika temperatur. Temp ( C) P H2O (kpa) +18 2,1 +19 2,2 +20 2,3 +21 2,5 +22 2,6 +23 2,8 +24 3,0 +25 3,2 +26 3,4 +27 3,6 +28 3,8 +29 4,0 +30 4,2 +31 4,5 +32 4,8 +33 5,0 +34 5,3 +35 5,6 +36 5,9 +37 6,3 +38 7,0 Exempel: Rumstemperatur 24 C, atmosfärtryck 100kPa P pulm = 100 6,3 = 93,7 kpa P spir = 100 3,0 = 97 kpa T pulm = 273 + 37 = 310 K T spir = 273 + 24 = 297 K Insättning i (6) ger: V BTPS = V ATPS x [97 x 310]/[297 x 93,7] = V ATPS x 1,09 dvs det av spirometern givna värdet skall ökas med 9% (om inte spirometern är så modern att den korrigerar automatiskt). 6
FEV% kan bli normal om både VC och FEV 1 är låga. Statisk spirometri kan då utreda graden av restriktivitet och obstruktivitet hos patienten. Observera att VC kan bli lågt av olika anledningar. Vid restriktivitet beror det på att TLC minskar, vid obstruktivitet på att RV ökar. DAGENS LABORATION A. Vitalograf (volymmätare) 1. Mät VC 2. Mät FEV 1 3. Beräkna FEV% (FEV 1 /VC x 100) B. Peak-Flow-meter 1. Mät PEF x 3 C. Pneumotachograf (flödesmätare) 1. Andas först vanligt i munstycket. 2. Efter en långsam maximal inandning görs en snabb maximal utandning. Denna följs av en snabb maximal inandning följd av ett normalt andetag med ut- och inandning. 3. Studera erhållen information och grafens utseende. D. BTPS-korrigering av något av värdena från A. (Pneumotachografen korrigerar automatiskt.) E. Jämför uppmätta värden med normalvärden och utvärdera. Figurerna 1-3 & 12 är hämtade från Spirometri, Praktik och teori med författaren Per Gustafssons vänliga medgivande. 7