Spirometer

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 16. Dezember 2016
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Ein Spirometer ist ein medizinisches Gerät zur Messung und Aufzeichnung der Lungenfunktionsparameter Atemluftvolumen und Flussgeschwindigkeit der Atemluft. Moderne Spirometer nutzen dabei verschiedene Techniken wie Turbine, Pneumotachograph oder Ultraschall. Das Verfahren, Spirometrie genannt, wird häufig in Allgemeinarztpraxen und bei Lungenfachärzten (Pneumologen oder Pulmologen) als Teil einer Lungenfunktionsprüfung verwendet.

Inhaltsverzeichnis

Was ist ein Spirometer?

Spirometer sind medizinische Geräte, die innerhalb der Spirometrie Hinweise auf die aktuelle Lungenfunktion zulassen. Mit ihrer Hilfe können Lungenparameter gemessen und aufgezeichnet werden.

Die wichtigsten Parameter, die mittels Spirometer gemessen werden können, lassen sich in dynamische Flussparameter und statische Volumenparameter unterteilen. Bei den dynamischen Flussparametern interessieren vor allem die Einsekundenkapazität (FEV1, Forced Expiratory Volume in 1 second) und der Peak Flow (PF). Das FEV1 entspricht dabei dem Luftvolumen, das nach maximaler Einatmung, also größtmöglicher Füllung der Lungen mit Luft, mit größter Kraft innerhalb der ersten Sekunde ausgeatmet wird. Der Peak Flow entspricht dem maximalen Ausatmungsluftfluss, der bei der Ausatmung erreicht wird.

Beide Parameter werden vom Spirometer automatisch errechnet und gespeichert. Dabei kommt die Arbeitsweise moderner Spirometer – unabhängig von der physikalischen Funktionsweise - der Ermittlung der Werte entgegen, weil keine Luftvolumina, sondern immer nur der Durchfluss des Luftstroms gemessen wird und über Berücksichtigung von Druck, Temperatur und Feuchtigkeit die absoluten Volumina berechnet werden.

Die statischen Werte, die mittels Spirometer ausgewiesen werden, sind Vitalkapazität (VC), Atemzugvolumen und das inspiratorische und exspiratorische Reservevolumen. Mit Vitalkapazität wird das Luftvolumen bezeichnet, das sich als Differenz zwischen maximaler Ein- und maximaler Ausatmung ergibt, während sich das Atemzugvolumen auf die ein- und ausgeatmete Luft pro Atemzug bei normaler Atmung bezieht.

Formen, Arten & Typen

Ursprüngliche Spirometer beruhten auf Volumenmessungen der ein- und ausgeatmeten Luft über ein in Flüssigkeit schwimmendes Gefäß, das je nach Luftvolumen mehr oder weniger stark in die Flüssigkeit eintauchte und auf einer Messskala angezeigt wurde. Die Veränderungen der Volumina in Abhängigkeit von der Zeit konnten in einem Diagramm aufgezeichnet werden, so dass auch Rückschlüsse auf dynamische Parameter möglich waren.

Moderne Spirometer messen die Durchflussgeschwindigkeit, Temperatur und Feuchtigkeit der ein- und ausgeatmeten Luft und berechnen damit das Volumen. Um zu verhindern, dass bei der Wiedereinatmung der vorher ausgeatmeten Luft eine Hyperkapnie, eine Übersättigung und Übersäuerung des Blutes mit Kohlendioxid eintritt, konnte mittels Kalkfilter ein großer Teil des Kohlendioxids gebunden und unschädlich gemacht werden.

Kleine handliche Spirometer mit Praxistauglichkeit nutzen die physikalischen Gesetzmäßigkeiten einer kleinen Turbine, eines Pneumotachographen oder Ultraschall zur Messung der Durchflussgeschwindigkeit der Atemluft. Die ausgeatmete Luft wird nicht aufgefangen, sondern entweicht wie bei normaler Atmung auch. Bei Geräten mit einer freilaufenden Turbine lässt sich aus ihrer Drehzahl die Durchflussgeschwindigkeit messen. Spirometer mit einem Pneumotachographen nutzen den Druckunterschied zwischen einströmender und ausströmender Luft an einem kurzen Lamellenstück, um die gewünschten Parameter zu berechnen und anzuzeigen. Modernste Geräte nutzen Ultraschall, um die Flussgeschwindigkeit der Luft zu messen.

Alle Methoden haben gewisse Vor- und Nachteile, wobei die Vorteile bei den Ultraschallgeräten deutlich überwiegen. Jedoch sind sie auch im oberen Preissegment angesiedelt.

Aufbau & Funktionsweise

Spirometer sind medizinische Geräte, die innerhalb der Spirometrie Hinweise auf die aktuelle Lungenfunktion zulassen.

Einfache Turbinenspirometer enthalten eine wiederverwendbare oder eine „Einmalturbine“, die sich in einem Rohr mit definiertem Querschnitt befindet. Über ein Einmalmundstück atmet der Patient auf Anweisung des Bedieners ein und aus. Die Turbinendrehzahl wird vom Gerät automatisch erfasst und in die wichtigsten Fluss- und Volumenparameter umgerechnet. Die Geräte haben in der Regel nur die Größe eines Taschenrechners oder Mobiltelefons. Turbinenspirometer gibt es zum einen in kompakter Ausführung, bei denen Rechner- und Turbinenteil mit Mundstück in einer Einheit integriert sind. Zum anderen kann der Rechner – auch mit eigenem kleinen Drucker möglich – vom Turbinenteil mit Mundstück separiert sein und ist über ein dünnes Kabel verbunden.

Auch Spirometer, die auf dem Prinzip des Pneumotachographen beruhen, sind in der Regel klein und handlich. Sie kommen gänzlich ohne bewegte Teile aus. Herzstück ist ein Lamellensystem in dem Atemrohr, durch das ausgeatmet wird. Das Lamellensystem setzt dem Luftstrom einen kleinen Widerstand entgegen, der mit der Stärke des Atemluftstroms positiv korreliert. Während der Ausatmung wird der Differenzdruck zwischen Lamelleneingang und –ausgang gemessen und daraus automatisch die notwendigen Parameter errechnet.

Bei Ultraschallspirometern besteht das integrierte Herzstück aus zwei Ultraschallsendern und Empfängern, die sich schräg zu dem Luftstrom in dem Atemrohr gegenüber stehen. Aus Laufzeitunterschieden der Ultraschallimpulse bei bewegtem Luftstrom ermittelt das Gerät automatisch die bekannten Parameter. Ultraschallspirometer sind sehr genau und einfach in der Handhabung und können mit verschiedenen Bakterienfiltersystemen betrieben werden.

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Medizinischer & gesundheitlicher Nutzen

Von der Norm abweichende Parameter, die mittels Spirometrie als Teil einer Lungenfunktionsprüfung diagnostiziert und bestätigt werden, können kostengünstig erste Hinweise auf bestimmte Funktionsminderungen oder Herz- und Lungenkrankheiten liefern.

Besonders häufig wird die Spirometrie bei verengten Atemwegen durchgeführt, die die Atmung erschweren. So z. B. bei Verdacht auf Asthma bronchiale oder auf die Chronisch Obstruktive Lungenerkrankung (COPD, chronic obstructive pulmonary disease). Chronischer Husten und Luftnot mit Atemgeräuschen lassen sich ebenso abklären wie eine Störung der Atemmuskulatur oder des neuronalen Atemzentrums im Gehirn. Auch langjährige Raucher können den Grad der Einschränkung ihrer Lungenfunktion mittels Spirometrie ermitteln.

Im Positivfall kann die Untersuchung auch den Nachweis bestimmter Mindestanforderungen an die Lungenfunktion liefern, etwa vor Durchführung einer schweren Operation oder zum Nachweis der Flugtauglichkeit für Piloten.

Als Teiluntersuchung für eine Gesundheitsvorsorge ist die Spirometrie nicht Bestandteil von Routinevorsorgeuntersuchungen, sondern muss gesondert beauftragt werden.

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