WebiMed.net

Medische Informatie en Gezondheid

Epiloog

De normen voor apparatuur en testprotocol van de American Thoracic Society (ATS) en de European Respiratory Society (ERS) waren meer dan 30 jaar van kracht en resulteerden in meer reproduceerbare gegevens. Interpretatie van de testresultaten van de pulmonale functie was niet sterk gestandaardiseerd, grotendeels omdat de interpretatie afhing van de gebruikte referentievergelijkingen en, nog belangrijker, hoe ze werden toegepast.

In 2001 lanceerde de WHO en de NHLBI het Global Initiative of Obstructive Lung Disease (GOLD). GOLD leverde internationaal een nieuwe classificatie op voor de ernst van COPD, die door de meeste verenigingen en organisaties aanvaard werd.

Voorspelde waarden

De geschiedenis van de spirometrie gaat terug tot 1846, toen de Britse arts John Hutchinson (1811-1861) zijn 116 pagina’s tellend artikel 'On the Capacity of the Lungs, and on the Respiratory Functions, with a View of Establishing a Precise and Easy Method of Detecting Disease by the Spirometer' publiceerde. In dit werk besprak hij zijn onderzoek bij meer dan 2.000 personen en stelde hij vast dat de vitale capaciteit verband hield met lengte, leeftijd, geslacht en de aanwezigheid van ziekten. Hij ontdekte ook dat mensen met lagere vitale capaciteit dan verwacht, een grotere kans op overlijden hadden. Hutchinson had de spirometer uitgevonden, maar echte vergelijkingspunten had hij niet.

De eerste poging tot standaardisering van spirometrisch onderzoek leidde in 1960 tot een rapport van de Europese Gemeenschap voor Kolen en Staal (EGKS). In 1971 verscheen een vernieuwde versie, die ook voorspelde waarden voor spirometrische indices, residuaal volume, totale longcapaciteit en functionele residuele capaciteit bevatte.  De oorspronkelijke referentiewaarden van de EGKS waren gebaseerd op mannen die in de kolenmijnen en de staalindustrie werkten. Dus helemaal geen representatief gezelschap, want die voorspelde waarden werden in de praktijk als te hoog ervaren. Ofschoon er geen vrouwen onderzocht werden, werden hun voorspelde waarden vastgelegd op 80% van die van de mannen.

In 1961 overtuigde de Amerikaanse legerarts Ross C. Kory de American Veterans Administration ervan om dienstplichtingen te mogen testen, die hem een grotere steekproef van 'gezonde jonge volwassenen' kon bieden. Hij publiceerde zijn bevindingen in de vorm van een nomogram, waarmee men voor FVC, FEV1 en MVV de lichaamslengte en ouderdom kon koppelen aan 'voorspelde' waarden. Samen met de lineaire vergelijkingen werd voor elk van de variabelen ook de standaard schattingsfout getoond. Zijn revolutionair werk kende echter weinig succes, omdat de onderzoekers of clinici de voorkeur gaven aan vaste limieten, zoals 80% van de voorspelde waarde. Nadeel van Kory's voorspelde waarden was ook dat hij zowel rokers als niet-rokers had getest.

In 1971 publiceerde de Amerikaanse pneumoloog James F. Morris (1922-2017) voorspelde waarden op basis van een grote populatie niet-rokers uit Oregon, waarmee hij een representatievere steekproef bereikte van 'normale' longfunctie. Deze referentievergelijkingen waren erg populair op dat moment, maar konden enkel voor volwassenen gebruikt worden.

Daarna publiceerden verschillende auteurs referentiewaarden voor pediatrische en adolescente patiënten, maar het samenvoegen van pediatrische en volwassen referentiewaarden resulteerde in een discontinuïteit op het moment dat de proefpersonen overgingen van adolescentie naar volwassenheid.

In Europa werden meestal de referentiewaarden van de Europese Gemeenschap voor Kolen en Staal (EGKS) gebruikt. De EGKS-vergelijkingen waren lineair van aard, maar in werkelijkheid is de verandering van de longfunctie een niet-lineair proces. Daarom waren de gegeven referentiewaarden in sommige gevallen niet representatief voor de geteste persoon. Bij volwassenen zijn leeftijd, lengte, geslacht en ras de belangrijkste bepalende factoren voor de referentiewaarden.

  • Leeftijd: de longfunctie neemt over het algemeen toe met de leeftijd tot ongeveer 25 jaar, en neemt daarna af met het ouder worden.
  • Geslacht: pre-puberale mannen en vrouwen hebben over het algemeen dezelfde longfunctie, maar na de puberteit is de groei van de thorax bij mannen groter, wat duidelijke verschillen in longvolumes oplevert.
  • Lengte: hoe groter de persoon, hoe groter de longen.
  • Etnische afkomst: deze factor is moeilijker mee te nemen naarmate zich een multi-etnische samenleving ontwikkelt. De BTS/ARTP-richtlijnen suggereren dat referentiewaarden vermenigvuldigd worden met een factor 0,90 voor Japanse, Polynesische, Indiase, Pakistaanse en Afrikaanse patiënten en voor patiënten van Afrikaanse afkomst.

De kolom voorspelde waarde op een spirometie-verslag vergelijkt het totale uitgeademde volume met een gemiddelde van het normale totale volume voor een persoon van hetzelfde geslacht, dezelfde lengte, dezelfde leeftijd en dezelfde ethnische groep. Het wordt uitgedrukt als een percentage, waarbij de normale testwaarden tussen 80% en 120% van de voorspelde waarden liggen.

De modeleringstechniek, die de Canadese Professor epidemiologie Sanja Stanojevic van de Dalhousie University, Halifax in 2008 publiceerde, werd in 2010 door de European Respiratory Society (ERS) erkend. De tabellen toonden de gemiddelde normale waarde en de Lower Limit of Normality (LLN).

De Global Lungs Quanjer GLI-2012-regressions uit 2012 van de Nederlandse Professor pulmonale fysiologie Philip Quanjer (1936-2017) van de Universiteit van Leiden, berekende de 'normale' ondergrens voor spirometriewaarden als het 5de percentiel van de verdeling van de standaarddeviatiescore (of Z-score). Van LMS afgeleide Z-scores houden rekening met normale leeftijdsgerelateerde veranderingen in de longfunctie, inclusief variabiliteit en scheefheid in referentiegegevens.

Quanjer publiceerde zijn bevindigen en trok de volgende conclusies:

  1. De studie van het Global Lung Function Initiative is gebaseerd op een zeer grote, representatieve steekproef uit de bevolking.
  2. De aanbevelingen zijn aanvaard door 6 grote internationale longartsorganisaties: ERS, ATS, Australian and New Zealand Society of Respiratory Science, Asian Pacific Society for Respirology, Thoracic Society of Australia and New Zealand, en de American College of Chest Physicians.
  3. GLI-2012 verschaft vergelijkingen geldig van 3-95 jaar, en dit voor verschillende ethnische groepen.
  4. De leeftijdsafhankelijkheid van de LLN is verdisconteerd in de voorspellingen.
  5. Z-scores bieden de mogelijkheid om metingen te interpreteren onafhankelijk van leeftijd, lengte, geslacht en etniciteit.
  6. Het gebruik van procent van voorspelde waarde leidt tot een onaanvaardbare leeftijdsbias en dient te worden verlaten ten gunste van het gebruik van z-scores.
  7. De GOLD doctrine respecteert niet de klinisch valide LLN en leidt daardoor tot aanzienlijke onder- en overdiagnostiek van luchtwegobstructie.
  8. Introductie van de Quanjer GLI-2012 vergelijkingen zal leiden tot een toename van het ‘restrictief patroon’: “behandel de patient, niet de getallen”.

Vandaag

Bij gezonde personen zijn de FVC en VC onderling verwisselbaar, maar bij patiënten met een luchtwegaandoening is de FVC dikwijls lager dan de VC, die verkregen wordt bij een meer relaxed maneuver. Waarschijnlijk omwille van de compressie-effecten van thoracaal gas bij krachtige expiratoire inspanningen en de onmogelijkheid om de inspanning lang vol te houden gedurende een langere periode. Een obstructief ventilatoir defect kan gedefinieerd worden als een vermindering van de FEV1-ratio zowel ten opzichte van de FVC als van de VC. Een restrictief ventilatoir defect kan gesuggereerd worden bij een vermindering van FEV1 en FVC, maar met een normale FEV1/FVC-ratio. Een bevestiging hiervan vereist echter het meten van het absolute longvolume door inerte gasdillutie of ganse body plethysmografie.

In vergelijking met blaasbalgen en watergevulde toestellen zijn de moderne geminiaturiseerde spirometers een enorme verbetering op het vlak van comfort en draagbaarheid. Spijtig genoeg liepen de mogelijkheden van de software dikwijls vooruit op de informatiewaarde van de vele indices die nu geregistreerd kunnen worden, waarbij een niet-specialist verward geraakt en dikwijls afgeleid wordt van de meest relevante informatie.

SpiroConnect is een populaire hedendaagse PC gebaseerde spirometer.

Maximale flow/volume-curves zijn visueel attractief en verschaffen in bepaalde situaties voordelen van patroonherkenning, zoals een vernauwing van de centrale luchtwegen. Zij laten ook een visuele voorstelling toe van de inspanningsmogelijkheden van de proefpersoon in het eerste deel van een geforceerde expiratie, maar zijn niet noodzakelijk voor een routine-onderzoek van patiënten met gekende uitgebreide luchtwegvernauwing, zoals astma of COPD. Dikwijls vergeet men dat het patroon van uitgebreide luchtwegvernauwing essentieel een overdrijving is van de normale verouderingsverschijnselen. Op de x-as verschijnt een verhoogde concaviteit van de curve zowel bij het ouder worden als bij het verergeren van de ernst van de luchtwegenobstructie. Bij een obstructie van de luchtwegen vertoont de vorm van de flow/volume-curve geen onderscheid tussen astma en COPD (met inbegrip van emfyseem). Hoewel de maximale expiratoire flow bij kleinere longvolumes in theorie sensitief is voor een mildere graad van luchtwegvernauwing, kan hij ook aanzienlijk variëren bij een gezonde populatie, zodat zijn “signal-to-noise”-ratio veel lager is dan die van de FEV1.

Geforceerde expiratoire metingen hebben het voordeel dat ze gemakkelijk uitvoerbaar zijn. Een modern toestel is eenvoudig en draagbaar en de FEV1 en FVC hebben een goede reproduceerbaarheid en uitgebreide normale referentiewaarden. In de klinische praktijk wordt spirometrie als hulpmiddel gebruikt voor het stellen van een diagnose, voor het bepalen van de ernst en om de progressie en de behandeling te monitoren. Bovendien bevatten de metingen een opmerkelijke hoeveelheid prognostische informatie, zoals aangetoond in meerdere studies.

Vitale Capaciteit als voorspeller van hartziekten

In 1980 rapporteerde de Framingham-studie met 5.209 mannen boven 30 jaar, dat de vitale capaciteit een krachtige prognostische indicator is. De eenvoudige kabinetprocedure is een nuttige voorspeller van longziekten en hartfalen en kan effectief personengroepen selecteren die voorbestemd zijn voor een premature dood. Omdat de FVC zowel cardiovasculaire als niet-cardiovasculaire dood voorspelt, schijnt deze longfunctiemeting een echte meting van de levenskwaliteit te zijn, nuttig voor het ondertekenen van verzekeringspolissen.

Zelfs grote verzekeringsmaatschappijen eisen momenteel geen spirometrie voor het identificeren van personen met een hoog risico voor vroegtijdige mortaliteit.

Hindernissen voor wijd verspreidde toepassingen

Als de vitale capaciteit in de klinische geneeskunde zo belangrijk is, waarom hebben dan niet alle artsen een spirometer in hun kabinet, net zoals zij een radiologie toestel hebben (in de geneeskunde geïntroduceerd in 1895), een bloeddrukmeter (uitgevonden in 1896) of een ECG-toestel (uitgevonden in 1903).

Er is werkelijk niets gecompliceerd aan spirometrie. Spirometrie meet de luchtstroom vanuit volledig opgeblazen longen over de tijd in liters, zoals beschreven door Hutchinson. De Franse arts, farmacoloog en fysioloog Robert Tiffeneau (1910-1961), werkzaam in het Hotel Dieu in Parijs, voegde daar in 1947 een tweede meting aan toe, de FEV1. De FVC is de hoeveelheid lucht uitgeademd uit volledig opgeblazen longen en de FEV1 meet de luchtstroom tijdens de eerste seconde van het 'vitale capaciteit'-maneuver.

De essentie van spirometrie

Net als de bloeddrukmeting is spirometrie de simpele expressie van een complex proces, als de longen gevuld zijn en de thorax maximaal werd opgespannen. Na een geforceerde expiratie ledigen de longen zich tot het residuele volume, een kleine hoeveelheid lucht achtergelaten in het onderste deel van de long. Dit komt omdat het bovenste deel van de long een mindere elastische reactie heeft dan het onderste deel. Het spirogram reflecteert de inspanning van de spier om het proces te starten, de elastische reactie van de longen en thorax, de 'kleine luchtwegen'-functie, de 'grote luchtwegen'-functie en de onderlinge afhankelijkheid tussen luchtwegen en alveolen. Kleinere luchtwegen en alveolen zijn onderling verbonden door een elastische infrastructuur, die de ventilatie en circulatoire verdeling door de long aanpast in een voortreffelijke georkestreerd proces.

Enig inzicht in het mysterie van de trage aanvaarding van spirometrie in de geneeskundepraktijk zijn de volgende uitspraken van twee hoog gerespecteerde pulmonale fysiologen, de Canadese Professor pneumologie Peter Macklem (1931-2011) en de Amerikaanse fysioloog Solbert Permutt (1925-2012):

"In elk geval van significante chronische luchtstroombeperking was er in de geschiedenis van de patiënt waarschijnlijk een periode, waarin de beperking minimaal was en de ontwikkeling van chronische luchtstroombeperking een sluipend proces is uit die vroegere perdiode."

Ook schreven zij:

"De eenvoudige bepaling van FEV1 in overweging genomen, en zijn potentieel gebruik voor het detecteren van personen die in de richting gaan van serieuze moeilijkheden op een ogenblik dat een nterventie een desastreus resultaat kan voorkomen, is het interessant om de redenen te onderzoeken waarom de spirometer niet de positie heeft bereikt die vergelijkbaar is met die van een klinische thermometer, de bloeddrukmeter, de oftalmoscoop, de borstradiografie en het ECG."

en misschien één van hun meest markante commentaren:

"Een mogelijk nog grotere verantwoordelijkheid voor de afwezigheid van het gebruik van pulmonale functie in de preventie van chronische luchtwegenbeperking wordt gedragen door de specialist in pulmonale geneeskunde en speciaal in relatie met de niet-specialist."

Spirometrie heeft vele toepassingen en is een excellente voorspeller voor de prognose van COPD in al zijn stadia. Het is noodzakelijk om de respons op een therapie te evalueren. Een abnormale spirometrie voorspelt ook de dood door een hartaanval, een vier- tot zesvoudig risico op longkanker in het geval de luchtflow normaal is, en alle andere doodsoorzaken. Waarom wordt spirometrie dan zo traag aanvaard? Men veronderstelt dat slechts 20 à 30% van de huisartsen momenteel een spirometer hebben in hun kabinet, of regelmatig een spirometer gebruiken.

Populariteit van de bloeddrukmeter

De geschiedenis van de spirometer staat in schril contrast met de ontwikkeling en het ruime gebruik van de bloeddrukmeter, die pas 50 jaar na de spirometer beschikbaar werd. De armband-bloeddrukmeter werd in 1896 uitgevonden door de Italiaanse arts Scipione Riva-Rocci (1863-1937). Dit eenvoudig toestel trok de aandacht van de Amerikaanse neurochirurg Harvey Cushing (1869-1939), die geloofde dat het meten van de bloeddruk bijzonder nuttig kon zijn tijdens zijn lopende studies over cerebrale perfusie. Cushing introduceerde het toestel in het Johns Hopkins hospitaal. Vroege ondersteuners van deze nieuwe methode van bloeddrukmetingen waren Theodore Janeway (1872-1917), Professor Geneeskunde in New York City en George Crile (1864-1943), Professor Chirurgie in Cleveland. Na amper 2 jaar ervaring begon Cushing samen met zijn medewerkers het ruimer gebruik van de armband te promoten. Het was de basis van het gebruik van bloeddrukmetingen in epidemiologische studies en bij gecontroleerde klinische studies van anti-hypertensieve geneesmiddelen, die de socio-economische impact van hartaanvallen en beroertes tijdens de laatste 25 jaar indrukwekkend verminderde. Misschien gebeurt hetzelfde wel met spirometrie, maar de vooruitgang tot nog toe was pijnlijk traag.

Vandaag zien alle huisartsen minstens éénmaal per jaar een grote aantal rokers in hun kabinet, maar ook andere patiënten met ziekten gekarakteriseerd door een voortijdige morbiditeit en mortaliteit. De vitale capaciteit en de FEV1 zijn even belangrijk als de bloeddruk, de cholesterol-tests en andere indicatoren van beginnende ziektetoestanden om alerte artsen en patiënten te verwittigen voor het belang van een vroege behandeling van COPD en gerelateerde aandoeningen.

Meer informatie over spirometrie en spirometers.