Abstrakt

Die Impulsoszillometrie (IOS) ist eine innovative, nicht-invasive Methode zur Beurteilung der Lungenfunktion. Im Gegensatz zur konventionellen Spirometrie, die forcierte Ausatmungsmanöver und eine intensive Mitarbeit des Patienten erfordert, misst die IOS die Atemwegsimpedanz während der ruhigen Atmung. Dies macht sie besonders wertvoll für Kinder, ältere Menschen und Patienten, die keine zuverlässige Spirometrie durchführen können. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die Prinzipien, Schlüsselparameter, klinischen Anwendungen, Vorteile und Grenzen der IOS in der modernen Pneumologie.

Einführung

Lungenfunktionsprüfungen sind für die Diagnose und Behandlung von Atemwegserkrankungen unerlässlich. Die Spirometrie, der Goldstandard, stößt aufgrund ihrer Abhängigkeit von der Mitarbeit und Koordination des Patienten an ihre Grenzen. Die Impulsoszillometrie (IOS) hat sich als leistungsstarke Alternative und ergänzende Methode etabliert, die diese Herausforderungen durch die ausschließliche Notwendigkeit passiver Atmung überwindet.

Prinzipien der Impulsoszillometrie

Das IOS-System leitet kurze, gepulste Drucksignale (mit einem Spektrum niedriger und hoher Frequenzen, typischerweise von 5 bis 35 Hz) über ein Mundstück in die Atemwege des Patienten. Das Gerät misst gleichzeitig die resultierenden Druck- und Flusssignale am Mund. Nach einem Prinzip analog zum Ohmschen Gesetz in der Elektronik berechnet es die Atemwegsimpedanz (Z).

Die respiratorische Impedanz setzt sich aus zwei Hauptkomponenten zusammen:

Widerstand (R)Die Impedanzkomponente, die mit dem Luftstrom in Phase ist, spiegelt primär den Widerstand der Atemwege gegenüber dem Luftstrom wider. Höhere Frequenzen (z. B. 20 Hz) dringen zentral ein und geben den zentralen Atemwegswiderstand wieder, während niedrigere Frequenzen (z. B. 5 Hz) tief eindringen und den gesamten Atemwegswiderstand widerspiegeln.

Reaktanz (X)Die Impedanzkomponente, die phasenverschoben zum Fluss ist. Sie spiegelt die elastische Rückstellkraft des Lungengewebes und der Brustwand (Kapazität) sowie die Trägheitseigenschaften der Luft in den zentralen Atemwegen (Trägheit) wider.

Schlüsselparameter und ihre klinische Bedeutung

R5: Widerstand bei 5 Hz, der den gesamten Atemwegswiderstand darstellt.

R20: Widerstand bei 20 Hz, der den zentralen Atemwegswiderstand darstellt.

R5 – R20: Die Differenz zwischen R5 und R20 ist ein sensitiver Indikator für den peripheren oder kleinen Atemwegswiderstand. Ein erhöhter Wert deutet auf eine Funktionsstörung der kleinen Atemwege hin.

Resonanzfrequenz (Fres): Die Frequenz, bei der der Blindwiderstand null ist. Ein Anstieg der Resonanzfrequenz deutet auf eine verstärkte Obstruktion und Steifigkeit der Lunge hin, ein Kennzeichen von Erkrankungen der kleinen Atemwege.

AX (Reaktanzfläche): Die integrierte Reaktanzfläche von 5 Hz bis Fres. Ein Anstieg von AX ist ein sensitiver Marker für eine periphere Atemwegsbeeinträchtigung.

Erzwungene Oszillation vs. Impulsoszillation bei der Lungenfunktionsprüfung

Sowohl die forcierte Oszillationstechnik (FOT) als auch die Impulsoszillometrie (IOS) sind nicht-invasive Methoden zur Messung der Atemwegsimpedanz während der ruhigen Atmung. Der Hauptunterschied liegt in der Art des Signals, mit dem sie das Atmungssystem stimulieren.

1. Erzwungene Oszillationstechnik (FOT)

Das Signal:Es verwendet entweder eine einzelne, reine Frequenz oder eine Mischung vordefinierter Frequenzen (Mehrfrequenzsignal) gleichzeitig. Dieses Signal ist eine kontinuierliche, sinusförmige Welle.

Hauptmerkmal:Es handelt sich um eine stationäre Messung. Da sie mit einer einzigen Frequenz arbeitet, ist sie sehr präzise bei der Impedanzmessung bei dieser spezifischen Frequenz.

2. Impulsoszillometrie (IOS)

Das Signal:Es werden sehr kurze, pulsartige Druckwellen verwendet. Jeder Puls ist eine Rechteckwelle, die ein Spektrum vieler Frequenzen enthält (typischerweise von 5 Hz bis 35 Hz).

Hauptmerkmal:Es handelt sich um eine transiente Messung. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass ein einzelner Impuls nahezu augenblicklich Impedanzdaten über einen weiten Frequenzbereich liefert.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass beide Methoden zwar wertvoll sind, die gepulste Technik der IOS jedoch schneller, patientenfreundlicher und besonders effektiv bei der Erkennung von Erkrankungen der kleinen Atemwege ist, was zu ihrer weitverbreiteten klinischen Anwendung beiträgt.

Vorteile von iOS

Minimale Patientenkooperation: Erfordert lediglich eine ruhige, gleichmäßige Atmung und ist daher ideal für Kleinkinder, ältere Menschen und schwerkranke Patienten.

Umfassende Beurteilung: Unterscheidet zwischen zentraler und peripherer Atemwegsobstruktion und liefert Informationen zur Lungencompliance.

Hohe Sensitivität für Erkrankungen der kleinen AtemwegeKann Anomalien in den kleinen Atemwegen früher erkennen als die Spirometrie.

Hervorragend geeignet für die ÜberwachungErmöglicht wiederholte und verlängerte Messungen und ist nützlich für bronchiale Provokationstests, Bronchodilatator-Reaktionstests und die Überwachung während des Schlafs oder der Anästhesie.

Klinische Anwendungen

Pädiatrische Pulmologie: Die primäre Anwendung, insbesondere zur Diagnose und Überwachung von Asthma bei Kleinkindern.

Asthma: Charakterisiert durch einen erhöhten R5-Wert und ein deutliches Ansprechen auf Bronchodilatatoren. Die IOS wird auch zur Überwachung der Behandlungseffektivität und zur Erkennung einer unkontrollierten Erkrankung anhand von Parametern der kleinen Atemwege (R5-R20, AX) eingesetzt.

Chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD): Zeigt einen erhöhten Atemwegswiderstand und eine ausgeprägte Funktionsstörung der kleinen Atemwege (erhöhter R5-R20, Fres und AX).

Interstitielle Lungenerkrankungen (ILD): Beeinflussen primär die Reaktanz, was zu einem negativeren X5-Wert und einem erhöhten Fres-Wert führt, was eine verminderte Lungencompliance (steife Lunge) widerspiegelt.

Präoperative Beurteilung und intraoperative Überwachung: Ermöglicht eine schnelle Beurteilung der Lungenfunktion und kann akute Bronchospasmen während der Operation erkennen.

Beurteilung ungeklärter Atemnot: Hilft bei der Unterscheidung zwischen obstruktiven und restriktiven Mustern.

Abschluss

Die Impulsoszillometrie (IOS) ist eine hochentwickelte, patientenfreundliche Technik, die die Lungenfunktionsprüfung revolutioniert hat, insbesondere bei Patientengruppen, bei denen die Spirometrie schwierig durchzuführen ist. Ihre Fähigkeit, Erkrankungen der kleinen Atemwege zu erkennen und eine differenzierte Analyse der Atemwegsmechanik zu ermöglichen, macht sie zu einem unschätzbaren Instrument für die Früherkennung, Phänotypisierung und das Langzeitmanagement einer Vielzahl von Atemwegserkrankungen. Obwohl sie die konventionelle Lungenfunktionsprüfung ergänzt und nicht ersetzt, hat sich die IOS einen festen und zunehmend wichtigen Platz im modernen Spektrum der Atemwegsdiagnostik gesichert.