Bodyplethysmographie

Die Bodyplethysmographie (oft auch Ganzkörperplethysmographie oder auch große Lungenfunktion bezeichnet) ist ein Verfahren der Pneumologie zur Messung von Lungen- und Atemparametern. Eine Vielzahl der bei der Bodyplethysmographie gemessenen atemphysiologischen Größen, wie der Atemwiderstand, das Residualvolumen oder die totale Lungenkapazität sind mit anderen Messtechniken, beispielsweise der Spirometrie, nicht zugänglich.

Einleitung

Moderner Bodyplethysmograph.

Die heute verwendete der Bodyplethysmographie geht auf die Einführung der Methode durch DuBois im Jahr 1956 zurück. Im klinischen Bereich und in Praxen niedergelassener Pneumologen gilt die Bodyplethysmographie als Diagnoseverfahren der ersten Wahl. Die Untersuchung mittels Bodyplethysmographen stellt die ideale Lungenfunktionsprüfungsmethode dar, da sie über die Messgrößen der Spirometrie hinaus im gleichen Untersuchungsgang den spezifischen Atemwegswiderstand inklusive Atemschleife, das thorakale Gasvolumen und alle daraus ableitbaren Parameter errechnen kann. Die Mitarbeitsabhängigkeit dieser Metode ist geringer als bei der Spirometrie und der zeitliche Mehraufwand ist gering. Der hohe apparative Aufwand und die hohen Anschaffungskosten erklären jedoch, wieso Bodyplethysmographen praktisch nur in Kliniken und bei Spezialisten zu finden sind.

Messprinzip

Bestimmung des Atemwiderstands

Der Bodyplethysmograph wird als eine Kabine mit einem (weitgehend) abgeschlossenen Luftvolumen ausgeführt, sie sieht wie eine kleine Telefonzelle aus. Die Kabine weist eine minimale Undichtigkeit auf um eine Kabinendruckerhöhung durch die Körperwärme des Patienten auszugleichen. Während der Untersuchung atmet der Patient durch ein Spirometer um Flusseigenschaften zu bestimmen. Zur Einatmung hebt sich nun der Brustkorb des Patienten, was das Luftvolumen in der Kabine minimal verkleinert und somit den Druck erhöht. In Ruheatmung kann man nun beobachten werden welche Druckänderung nötig ist um einen gewissen Fluss zu erzeugen. Die Analyse dieser sog. Atemschleife erlaubt Rückschlüsse auf die Compliance der Lunge und kann somit leicht und schnell Krankheitsbilder wie eine einfache Obstruktion (flachere Atemschleife) oder eine COPD (dreiecksförmige Ausstülpung im expiratorischen Teil der Atemschleife) aufdecken. Der spezifische Atemwegswiderstand sRAW entspricht dann der Steigung der Atemschleife. Zur Bestimmung des totalen Atemwiderstands ist noch das thorakale Gasvolumen (TGV) von Nöten: $RAW={\frac {sRAW}{(TGV)}}$, welches im nächsten Schritt bestimmt wird.

Bestimmung des thorakalen Gasvolumens

Die Messung des thorakalen Gasvolumens beruht auf dem physikalischen Gesetz von Boyle und Mariott, nachdem das Produkt aus Druck und Volumen konstant bleibt. Wie beschrieben kommt es durch die Atembewegungen jeweils zu einer Kompression oder Expansion des im Thorax eingeschlossenen Gasvolumens. Während in der Atemruhelage (Ende der Ausatmung) der Luftdruck in der Lunge dem Aussendruck entspricht, vergrößert sich bei Einatmung durch das Heben des Brustkorbs das Volumen in der Lunge wordurch wiederum der Luftdruck fällt. Daraufhin kann das Gesetz von Boyle und Mariott folgendermassen angewendet werden:

$P\cdot V_{l}=(V_{l}+\Delta V)\cdot (P-\Delta P)$

Der Druck P entspricht hier dem normalen Aussendruck in Ruhe. Die Volumenänderung dV kann durch die Änderung des Kabinendrucks bei bei der Einatmung bestimmt werden. Die Änderung des Drucks dP wird durch ein Manometer am Mundstück des Patienten bestimmt. Ein Shutter verschließt kurzzeitig das Mundstück wodurch kein Atemfluss mehr gemessen werden kann und somit kein Druckabfall über dem Atemwegswiderstand existiert. Der gemessene Druck entspricht dann allein dem Druck in den Lungenalveolen, dem intrapulmonalen Druck. Somit kann die obige Gleichung nach dem unbekannten Lungenvolumen, welches dem thorakalen Gasvolumen entspricht, umgestellt werden:

$V_{l}=(P-\Delta P)\cdot {\frac {\Delta V}{\Delta P}}$

Mit weiteren durch einfache Spirometrie bestimmten Parametern kann nun auch auf die totale Lungenkapazität und das Residualvolumen geschlossen werden.

Obwohl die Physik dieser Methode nicht allzu komplex erscheint, beherrschen diese Technik nur wenige Hersteller. Weltweit bieten nur ca. ein duzend Unternehmen Bodyplethysmographen an. Dies liegt einerseits an den extrem kleinen Druckunterschieden, die bei der Inspiration entstehen, aber auch an den großen Störeinflüssen, wie Kabinenerwärmung, Phasenverschiebung des Drucks oder Anfälligkeit gegenüber externen Druckeinflüssen der sensiblen Sensoren.

Indikation

Die Spirometrie liefert erste Hinweise auf das Vorliegen einer Lungerkrankung und eigenet sich zur Beobachtung des Krankheits- und Behandlungsverlaufs. Für eine definitive Diagnose ist eine Bodyplethysmographie allerdings unumgänglich. Neben der grundsätzlichen Unterscheidung von z.B. Asthma und COPD, erlaubt ein Bodyplethysmograph eine schnelle Einordnung der Obstruktion in z.B. homogene Obstruktion, COPD oder extrathorakalen Stenose. Auch zur sicheren Diagnose von Restriktionen, Lungenemphysemen oder Lungenfibrose bedarf es einer Bodyplethysmographie.

Weblinks

• Empfehlungen der Deutschen Atemwegsliga zur Bodyplethysmographie Erscheinungsjahr: 2009 (PDF; 1,39 MB)

Dieser Artikel behandelt ein Gesundheitsthema. Er dient weder der Selbstdiagnose noch wird dadurch eine Diagnose durch einen Arzt ersetzt. Bitte hierzu den Hinweis zu Gesundheitsthemen beachten!