Aus dem Zentrum Kinderheilkunde, Humangenetik und Dermatologie der Abteilung für Pädiatrische Pneumologie und Neonatologie
der Medizinischen Hochschule Hannover
Lungenfunktionsuntersuchung bei Kindern – eine Evaluation für die Praxis
Dissertation
zur Erlangung des Doktorgrades der Medizin in der Medizinischen Hochschule Hannover
Angenommen vom Senat der Medizinische Hochschule Hannover Am 12.11.2007
Gedruckt mit Genehmigung der Medizinischen Hochschule Hannover
Rektor: Prof. Dr. med. Dieter Bitter-Suermann
Betreuerin: Prof.’in Dr. med. Monika Gappa
Referent: Prof. Dr. med. Marius Höper
Korreferent: Prof.’in Dr. med. Eva Hummers-Pradier Tag der mündlichen Prüfung: 12.11.2007
Promotionsausschussmitglieder:
Prof. Dr. med. Thomas Werfel Prof. Dr. med. Georg Scheumann PD. Dr. med. Thorsten Witte
Inhaltsverzeichnis
Einleitung ... 5
Kapitel I – Erhebung zur Verwendung von Spirometern in hausärztlichen, kinder- und jugendärztlichen und pneumologischen Praxen in Hannover ... 9
1. Einleitung ... 9
2. Methodik ... 9
3. Ergebnisse ... 10
4. Diskussion ... 15
5. Zusammenfassung ... 17
Kapitel II – Evaluation der in der Praxis gebräuchlichen Spirometer in Bezug auf die Verwendung im Kindesalter ... 19
1. Einleitung ... 19
2. Methodik ... 19
3. Ergebnisse ... 21
4. Diskussion ... 25
5. Zusammenfassung ... 35
Kapitel III - Erfassung der Messgenauigkeit der Spirometer ... 36
1. Einleitung ... 36
2. Methodik ... 36
3. Ergebnisse ... 39
4. Diskussion ... 43
5. Zusammenfassung ... 48
Kapitel IV - Motivationswirkung der Praxisspirometer auf Kinder ... 49
1. Einleitung ... 49
Abkürzungsverzeichnis ... 64
Literaturverzeichnis ... 65
Herstelleradressen ... 70
Anhänge ... 72
Anhang 1: Brief an die Kinder- und Jugendärzte, Allgemeinmediziner und Pneumologen in der Stadt Hannover, Laatzen und Langenhagen ... 73
Anhang 2: Fragebogen zur Erfassung der Spirometerbenutzung durch die Kinder- und Jugendärzte, Allgemeinärzte und Pneumologen in der Stadt Hannover, Laatzen und Langenhagen ... 74
Anhang 3: Vergleich der Messwerte des Bodyplethysmographen und der Testgeräte durch eine Regressionsgerade ... 75
Anhang 4: Aufklärungsbogen für die Eltern zur Befragung der Kinder ... 80
Anhang 5: Fragebogen zur Bewertung der Lungenfunktionsmessgeräte durch die Kinder ... 81
Lebenslauf ... 82
Danksagung ... 85
Erklärung ... 86
Lungenfunktionsuntersuchung bei Kindern – eine Evaluation für die Praxis
Einleitung
Die Messung der Lungenfunktion ist ein essentieller Bestandteil in der Diagnostik und Therapie kindlicher Lungenerkrankungen. Die am häufigsten durchgeführte Lungenfunktionsmessung ist die Spirometrie mit Aufzeichnung des Atemflusses (l/s) auf der Ordinate gegen das Volumen (l) auf der Abszisse zur Darstellung einer forcierten exspiratorischen Flussvolumenkurve 4, 43, 45. Aus einem solchen Manöver lassen sich verschiedene Parameter wie die Forcierte Vitalkapazität FVC, die Einsekundenkapazität FEV1, der exspiratorische Spitzenfluss (Peak Exspiratory Flow, PEF) und die maximalen exspiratorischen Flüsse an verschiedenen Punkten der Vitalkapazität (MEFx) bestimmen. Diese Parameter bilden die Basis zur Beurteilung von Ventilationsstörungen und geben Aufschluss über Art, Schweregrad, Lokalisation und Verlauf restriktiver und obstruktiver Ventilationsstörungen 1, 12, 50. Messungen des maximalen exspiratorischen Flussvolumens wurden erstmals 1947 zur Beurteilung pneumologischer Erkrankungen eingeführt 61.
Die Spirometrie gilt als einfache, kostengünstige und zuverlässige Untersuchung 4, die unter anderem eine wesentliche Rolle für Diagnose, Schweregradeinteilung und Verlaufskontrolle des kindlichen Asthma bronchiale spielt 53. Mit einer Prävalenz von wenigstens 8 bis 10 % ist das Asthma bronchiale die häufigste chronische, respiratorische Erkrankung im Kindesalter 17, 36, 60. Die hausärztliche Betreuung der Kinder mit Asthma bronchiale erfolgt in Deutschland in der Regel durch Kinder- und Jugendärzte, Allgemeinärzte und Pneumologen. Es liegen jedoch kaum Daten vor, die Aufschluss darüber geben, in welchem Umfang eine kindgerechte
dass bei der Lungenfunktionsdiagnostik im Kindesalter die speziellen Anforderungen dieser Altersgruppe in Bezug auf die Auswahl geeigneter Geräte, die Gestaltung der Umgebung, in der die Messungen durchgeführt werden, und die Auswertung der erhobenen Daten berücksichtigt werden sollen 39, 40.
Die Arbeitsgruppe Lungenfunktion der Gesellschaft Pädiatrische Pneumologie (GPP) hat bereits vor mehreren Jahren Empfehlungen zur Durchführung einer Lungenfunktionsdiagnostik im Kindesalter sowie eine Auswahl geeigneter Geräte erarbeitet und publiziert. Seitdem wurde in mehreren Arbeiten gezeigt, dass eine Spirometrie prinzipiell auch an Kindern vor dem Schulalter erfolgreich durchgeführt werden kann 3, 4, 13, 22, 28, 35, 62. Mehrere Arbeiten haben sich mit der Anwendung von Animationsprogrammen befasst, die die Lungenfunktionsmessung bei Kindern erleichtern sollen, und viele Gerätehersteller haben ihre Spirometriegeräte mit entsprechenden Animationsprogrammen ausgestattet.
Obwohl einige Autoren eigene Kriterien zur Durchführung der Lungenfunktion im frühen Kindesalter vorgeschlagen haben 13, 27, existieren bislang keine einheitlichen Empfehlungen für die Spirometrie an Kindern. Das Fehlen entsprechender Standards erklärt auch, warum die Hersteller kommerziell verfügbarer Lungenfunktionsgeräte bislang in der Mehrzahl keine auf die besonderen Bedürfnisse dieser Altersgruppe zugeschnittenen Geräte anbieten.
Diese Arbeit wurde daher in Zusammenarbeit mit der AG Lungenfunktion der GPP unter Federführung von M. Gappa als Sprecherin der AG konzipiert, mit den Zielen:
- zu erfassen, in welchem Umfang eine Lungenfunktionsmessung bei Kindern in den kinder- und jugendärztlichen Praxen, den allgemeinmedizinischen Praxen und den pneumologischen Praxen der Region Hannover angeboten wird,
- die Qualität der verwendeten Geräte anhand der von der GPP erarbeiteten Empfehlungen und der aus der Literatur verfügbaren neueren Erkenntnisse zur kindgerechten Lungenfunktion im Vergleich zu den von den Herstellern zur Verfügung gestellten Daten zu überprüfen,
- eine Auswahl der aktuell auf dem Markt verfügbaren Geräte im Lungenfunktionslabor der Abteilung Pädiatrische Pneumologie und Neonatologie der Kinderklinik der Medizinischen Hochschule Hannover zu testen und die Akzeptanz bei Kindern aller Altersgruppen zu untersuchen,
- sowie anhand der erhobenen Daten aktuelle Empfehlungen für die Auswahl von Lungenfunktionsgeräten zur Untersuchung von Kindern zu erarbeiten.
Empfehlungen zur Spirometrie im Kindesalter
Niggemann und Seidenberg haben vor einigen Jahren für die AG Lungenfunktion der GPP Empfehlungen zur Durchführung der Spirometrie im Kindesalter und zur Verwendung entsprechender Geräte in der pädiatrischen Praxis publiziert 43, 44, 52. Diese beinhalten folgende wesentliche Punkte:
- Verwendung eines großen Monitors zur Darstellung von Flussvolumenkurven sowie Norm- und Prozentwerten,
- Online-Darstellung der Kurven und der Ruheatmung,
- Anpassung der Achsen an die kindlichen Volumina und Messung eines Flusses von 400 ml/s und 200 ml/s,
- Verwendung geeigneter Kinder-Sollwerte und -Parameter, - Verwendung von speziellen Mundstücken,
und Reproduktionskriterien von ATS bei Kindern mit wenigen Modifikationen erbracht werden können 47.
Die vorliegende Arbeit ist zur besseren Übersicht entsprechend den vorgestellten Zielen in mehrere Abschnitte gegliedert, die jeweils eine Beschreibung der angewendeten Methoden, eine Darstellung der Ergebnisse und die Diskussion dieser Teilergebnisse beinhalten:
- Erhebung des Ist-Zustandes: Verfügbarkeit von Lungenfunktionsgeräten in hannoverschen Praxen,
- Evaluation der vorhandenen Geräte bezüglich der Empfehlungen,
- Evaluation und Validierung der Messergebnisse der derzeit auf dem Markt verfügbaren Spirometer,
- Untersuchung der Akzeptanz der verfügbaren Spirometer in der praktischen Anwendung bei Kindern.
Diese Teilaspekte werden abschließend insgesamt diskutiert und eine Empfehlung für die zukünftige Anwendung von Geräten zur Spirometrie im Kindesalter vorgestellt.
Kapitel I – Erhebung zur Verwendung von Spirometern in hausärztlichen, kinder- und jugendärztlichen und pneumologischen Praxen in Hannover
1. Einleitung
Zur Feststellung, welche Spirometer derzeit in den Arztpraxen zur Durchführung von Lungenfunktionsmessungen im Kindes- und Jugendalter benutzt werden, erfolgte im Mai 2002 eine Befragung der Allgemeinärzte, Kinder- und Jugendärzte und Pneumologen in Hannover.
2. Methodik
Dazu wurde ein Fragebogen entwickelt, um eine statistische Auswertung vornehmen zu können. Damit wurde in Erfahrung gebracht, welche Spirometer bei Kindern in den Arztpraxen verwendet werden, wer die Untersuchungen durchführt, ab welchem Alter eine Lungenfunktionsmessung durchgeführt wird, wie viele Kinder untersucht werden und wie der Service durch den Hersteller oder den Vertrieb der in der Praxis verwendeten Geräte ist (s. Anhänge 1 und 2).
Dieser Fragebogen wurde im Mai 2002 auf dem Postweg versandt. Erfolgte innerhalb von zwei Wochen keine Rückmeldung, wurden die Praxen telefonisch kontaktiert und der Fragebogen bei Zustimmung nach telefonischen Angaben ausgefüllt.
Angeschrieben wurden Kinder- und Jugendärzte, Allgemeinmediziner und Pneumologen mit Kassenarztsitz in Hannover Stadt, Laatzen und Langenhagen. Die
wurde zum Beispiel nicht nach Hygienestandards oder der Benutzungsweise der Geräte gefragt. Weiterhin wurde in der Erklärung betont, dass die Daten vertraulich behandelt werden.
3. Ergebnisse
Nur 56/112 Ärzten (50 %) schickten den beantworteten Fragebogen an die Kinderklinik der Medizinischen Hochschule Hannover zurück.
Die anschließende telefonische Befragung aller schriftlich nicht erfassten Praxen ergab zusätzliche Informationen von 19 kinder- und jugendärztlichen, zwei pneumologischen und 35 allgemeinmedizinischen Arztpraxen, so dass insgesamt Antworten von 97/112 (87 %) Arztpraxen ausgewertet werden konnten. Für drei Kinder- und Jugendärzte, drei Pneumologen und neun Allgemeinmediziner waren keine Daten verfügbar.
Von den 97 Ärzten, deren Angaben im Folgenden ausgewertet wurden, sind 41 Kinder- und Jugendärzte, sieben Pneumologen und 49 Allgemeinmediziner.
Ein Lungenfunktionsgerät ist in 52/97 Praxen (54 %) verfügbar. Dazu gehören 20 kinder- und jugendärztliche Praxen (48 %) und 25 allgemeinmedizinische Praxen (51
%). Alle pneumologischen Praxen arbeiten mit einem Bodyplethysmographen. In 5/7 Praxen gibt es zusätzlich zum Bodyplethysmographen ein einfaches Spirometer bzw.
Lungenfunktionsmessgerät.
Die Lungenfunktionsuntersuchung wird in fast allen Praxen von einer Arzthelferin durchgeführt. Nur in 1/20 kinder- und jugendärztlichen Praxen wird das Gerät ausschließlich vom Arzt bedient. In fünf Arztpraxen führen sowohl der Arzt als auch die Arzthelfer Untersuchungen durch, dazu gehören 4/20 kinder- und jugendärztliche Praxen sowie 1/7 pneumologischen Praxen.
Insgesamt wurden 20 verschiedene Lungenfunktionsmessgeräte von 13 verschiedenen Herstellern genannt (s. Abb. 1 und Anhang 2).
Abb.1 Anzahl der in den Praxen genutzten Geräte verschiedener Hersteller
21
5 5
5 4
2
2 2 2 2 2 1 1 Jaeger-Toennis
Ganshorn Customed Vitalograph Schiller Zan
Micro medical Fukuda Denshi Hellige
Bosch Spirometrics Polymed Chest Elmed
2/97 Praxen gaben an, dass Geräte mehrerer Hersteller verwendet werden. Das meist genutzte Gerät (18/97) ist der Flowscreen der Firma Jaeger-Toennies. Von Jaeger-Toennies wurden weiterhin einmal der Masterscope und zweimal der Masterscreen genannt. Fünf Ärzte nutzen den Custovit M von Customed. Von Schiller wurden der SP-1 dreimal und der Cardiovit AT 10, bei dem es sich um ein kombiniertes Spirometer- und EKG-Gerät handelt, in einer Praxis zur Spirometrie verwendet. 5/97 Praxen verwenden ein Gerät der Firma Vitalograph, davon zwei den Pneumotrac, zwei den Alpha und eine den 2120. 2/97 Praxen verwenden den Zan100 der Firma Zan. Die Firma Ganshorn ist mit dem Spirojet, dem Powercube sowie dem Ganzkörperplethysmographen Bodyscope vertreten. Der Hersteller Micro medical wurde mit den Geräten Microloop und Microlap insgesamt zweimal genannt.
Sowohl der Flowmate IV von Spirometrics als auch der Vicatest R von Hellige sowie der Spiro 501 von Bosch sind in jeweils zwei Arztpraxen vorhanden. Nur einmal
Alle Pneumologen gaben die Verwendung eines Bodyplethysmographen an.
Zusätzlich wurde in 2/7 Praxen ein Flowscreen verwendet.
In den allgemeinmedizinischen Praxen waren jeweils unterschiedliche Geräte vertreten.
28/52 Praxen empfanden den Service durch den Hersteller bzw. den Vertrieb als gut, 4/52 als mittelmäßig und 2/52 als schlecht. Von 15 Arztpraxen ist der Service noch nicht genutzt bzw. benötigt worden. Drei Ärzte gaben dazu keine Antwort. Der Service von Jaeger-Toennies und Elmed wurde jeweils einmal als schlecht eingestuft. Als mittelmäßig wurde der Service ein weiteres Mal für Jaeger-Toennies und sonst jeweils einmal für Schiller, Ganshorn und Zan beschrieben.
In 47/52 Arztpraxen mit Lungenfunktionsmessgerät (90 %) wird das Gerät auch zur Untersuchung von Kindern und Jugendlichen verwendet. Nur 5/25 allgemeinmedizinischen Praxen mit Spirometern (20 %) verneinten die Frage nach Untersuchungen bei Kindern.
Die folgende Abbildung stellt die Altersverteilung bei der Messung der Lungenfunktion in allen Praxen (n=52) bei Kindern dar.
Abb. 2 Mindesalter für Spirometrie in allen Arztpraxen
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Praxen
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Alter arythmetischer Mittelwert = 7,1
Jahre
Bei den kinder- und jugendärztlichen Praxen wurde der Beginn der Lungenfunktionsuntersuchungen jeweils einmal mit dem dritten und dem vierten Lebensjahr angegeben. Zehn Kinder- und Jugendärzte setzten den Beginn beim fünften, weitere sechs beim sechsten Lebensjahr fest. Nur ein Kinder- und Jugendarzt gab an, dass er bei Kindern erst ab dem zehnten Lebensjahr eine Spirometrie durchführen würde. Ein Kinder- und Jugendarzt enthielt sich bei dieser Frage (s. Abb. 3).
Abb. 3 Mindesalter für Spirometrie in Kinder- und Jugendarztpraxen
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Praxen 10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Alter
arythm etischer M ittelw ert = 5,4 Jahre
Die Pneumologen hatten eine Beginnalterspanne zwischen dem ersten und dem vierten Lebensjahr, wobei nur jeweils einer das erste und das zweite Lebensjahr angab.
Abb. 4 Mindesalter für Spirometrie in den Allgemeinarztpraxen
0 1 2 3 Praxen 4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Alter
arythmetischer Mittelwert = 10,3 Jahre
In den allgemeinmedizinischen Praxen wird die Lungenfunktion in 4/20 Praxen vor dem fünften Lebensjahr gemessen. Die meisten beginnen damit jedoch erst ab dem zehnten Lebensjahr oder später. 6/20 gaben an, dass sie erst ab dem 15. oder 16.
Lebensjahr eine Lungenfunktionsuntersuchung durchführen.
Betrachtet man nun die Anzahl der Lungenfunktionsuntersuchungen, ergibt sich folgendes Bild: 20/52 führen im Monat bis zu fünf Untersuchungen bei Kindern durch, 9/52 mehr als 25. Von den kinder- und jugendärztlichen Praxen mit Spirometer führen 4/20 pro Monat bis zu fünf Spirometrien bei Kindern durch, weitere 4/20 bis zu zehn und nochmals 4/20 Praxen bis zu 20 Untersuchungen pro Monat. In 6/20 Praxen gibt es mehr als 25 Untersuchungen pro Monat. Zwei Praxen beantworteten diese Frage nicht.
Abb. 5 Anzahl der untersuchten Kinder pro Monat
0 2 4 6 8 10 12 14 16
5 10 15 20
> 25
Patienten pro Monat
Kinder- und Jugendärzte Pneumologen
Allgemeinärzte Ärzte
arythmetischer Mittelwert = Kinder- und Jugendärzte 14 Unt., Pneumologen 15 Unt., Allgemeinärzt 4 Unt.
Nur in 2/7 pneumologischen Arztpraxen gibt es weniger als zehn Lungenfunktionsmessungen bei Kindern im Monat. In den anderen fünf Praxen gab es 20 oder mehr Untersuchungen pro Monat.
Seltener finden Spirometrien bei Kindern in den allgemeinmedizinischen Praxen mit Spirometer statt, so dass 16/20 angeben, dass sie bis zu fünf Untersuchungen pro Monat vornehmen. 6/20 teilen mit, dass sie eine oder weniger Untersuchungen pro Monat durchführen. Nur ein Allgemeinmediziner antwortet, dass in seiner Praxis monatlich bis zu 20 dieser Untersuchungen erfolgen. Zwei allgemeinmedizinische Praxen antworten hierzu nicht.
unbefriedigend. Die Gründe dafür wurden, um die Mitarbeit der Arztpraxen nicht weiter zu beeinträchtigen, nicht hinterfragt und bleiben daher ungeklärt. Nachdem die verbliebenen Praxen telefonisch befragt wurden, konnte jedoch ein Rücklauf von insgesamt 87 % erreicht und somit eine ausreichende Basis für diese Untersuchung hergestellt werden.
Die Erhebung hat gezeigt, dass nur die Hälfte der kinder- und jugendärztlichen sowie der allgemeinärztlichen Praxen über ein Lungenfunktionsmessgerät verfügt. Von diesen Praxen werden im Mittel neun Lungenfunktionsuntersuchungen bei Kindern pro Monat durchgeführt.
Legt man allein für das kindliche Asthma bronchiale eine Prävalenz von 8-10 % zu Grunde, bedeutet dies, dass die Mehrzahl der Kinder, bei denen aufgrund des Beschwerdebildes ein Asthma bronchiale vermutet werden muss, keine Lungenfunktionsmessung erhält.
Die pneumologischen Praxen sind alle mit Lungenfunktionsmessgeräten ausgestattet. Die Zahl der angegebenen Untersuchungen bei Kindern schließt aber aus, dass per Überweisung von den Kinder- und Jugendärzten und Allgemeinmedizinern die diagnostische Lücke geschlossen wird.
Das angegebene Altersspektrum für die Durchführung einer Lungenfunktionsmessung im Kindesalter ist sehr weit. Während die Durchführbarkeit und Validität einer Messung bei einem zweijährigen Kind fraglich erscheint, belegt die von einigen Allgemeinmedizinern angegebene Altersgrenze von 16 Jahren die Unsicherheit in Bezug auf den Umgang mit Kindern.
Um aussagekräftige Untersuchungsergebnisse zu erzielen, ist die Kooperation der jungen Patienten gefragt. Gerade bei Kindern ist es oft schwierig, eine entsprechende Compliance zu erreichen 62. Dies kann daher nur durch eine kindergerechte Umgebung sowie durch geübte und speziell trainierte Bediener gewährleistet werden 6,.44 Die an die teilnehmenden Praxen gerichtete Frage, welches Personal die Untersuchungen durchführt, sollte einen ersten Aufschluss darüber geben, welche Priorität diesem Umstand in den Praxen eingeräumt wird. In
unserer Umfrage stellte sich heraus, dass in der überwiegenden Anzahl von Praxen die Arzthelferinnen diese Untersuchung durchführen. Auch wenn dies die Qualität der Arbeitsleistung nicht prinzipiell in Frage stellt, erscheint es doch fragwürdig, dass sich die Ärzte selbst zum großen Teil aus der Durchführung dieser recht anspruchsvollen Untersuchungen herausnehmen. Allerdings liegen Informationen über eine spezielle Weiterbildung hier nicht vor. Daher kann über die Qualität keine Aussage gemacht werden.
Bereits Matthys und Niggemann haben empfohlen, Ausbildungs- und Fortbildungsstrukturen zu entwickeln 37, 44. Eine verbesserte Fachkompetenz könnte zu einer Steigerung sowohl der Quantität als auch der Qualität der Lungenfunktionsdiagnostik im Kindesalter führen.
Als eine andere mögliche Erklärung für die schlechte Akzeptanz der Lungenfunktionsmessung in der Praxis kommt der Service der Gerätehersteller in Frage. Bei offensichtlicher Fehlfunktion des Gerätes, aber auch bei Unsicherheiten bezüglich der Anwendung, sollte der Hersteller zwecks Klärung zur Verfügung stehen und einen umfassenden Service gewährleisten. Außerdem ist er gefordert, durch fachgerecht installierte Software-Updates die Geräte an Weiterentwicklungen und neue Referenzwerte anzupassen 9. Nur dann ist die Grundlage für die Durchführung valider Messungen gegeben. Der Service wurde von immerhin mehr als 10 % der Praxen als unzureichend beschrieben.
Es bleibt Spekulation, ob die Vergütung der Leistung Spirometrie bei der schlechten Bilanz, die aus dieser Erhebung resultiert, eine Rolle spielt. Die Messung einer validen Spirometrie ist im Kindesalter aufwendiger als im Erwachsenenalter und erfordert ein besonderes Engagement des Untersuchers. Dieser Tatsache wird in
unstrittig. Die hier vorgestellte Erhebung belegt, dass eine erhebliche Unterversorgung vor allem im hausärztlichen Bereich besteht. Wenn diese Situation verbessert werden soll, müssen entsprechende Aufklärungsmaßnahmen durchgeführt und Fortbildungsmöglichkeiten über Indikation und Durchführung von Lungenfunktionsmessungen im Kindesalter angeboten werden.
Kapitel II – Evaluation der in der Praxis gebräuchlichen Spirometer in Bezug auf die Verwendung im Kindesalter
1. Einleitung
Nachdem im vorherigen Kapitel untersucht wurde, welche Lungenfunktionsmessgeräte in den Arztpraxen der Kinder- und Jugendärzte, Pneumologen und Allgemeinmediziner vorhanden sind, werden nun Ausstattung, Optionen und Funktionen der genannten Geräte genauer betrachtet. Eine kindgerechte Untersuchung setzt voraus, dass die Geräte geeignet sind. Daher wird anhand der Empfehlungen von Niggemann und Seidenberg 43, 44, 52 vor allem die Eignung der auf dem Markt befindlichen Geräte in Beziehung auf Lungenfunktionsuntersuchungen im Kindesalter abgeklärt.
2. Methodik
Zur Erfassung und Beurteilung der Ausstattung der in der Praxis gebräuchlichen Lungenfunktionsgeräte in Bezug auf die Verwendung zur Messung der Flussvolumenkurve bei Kindern wurden die Hersteller der Spirometer angeschrieben und um Beantwortung eines Fragebogens gebeten. Der Fragebogen erfasste die laut Niggemann und Seidenberg für Lungenfunktionsuntersuchungen im Kindesalter relevanten Kriterien.
Außerdem wurde eine Auswahl an Geräten, die leihweise von den Herstellern zur Verfügung gestellt wurden, im Lungenfunktionslabor der Abteilung Pädiatrische Pneumologie und Neonatologie der Medizinischen Hochschule Hannover getestet.
- Online-Darstellung der Messung als Flussvolumenkurve, - Möglichkeit der Ruheatmung und ihrer Darstellung,
- Speicherung von Rohdaten zwecks wiederholter Betrachtung und Auswertung durch den Untersucher,
- Verwendung von Kindermundstücken, - Hygienestandard, Verwendung von Filtern,
- Ausgabe kindgerechter Parameter wie FEV0,5 und FEV0,75,
- Ausgabe der Reproduzierbarkeit in % der besten FVC und der besten FEVt, - Kindersollwerte und Prozentwerte,
- Ausgabe zusätzlicher Qualitätskriterien wie forcierte Exspirationszeit (FET) und extrapoliertes Volumen (back-extrapolated volume Vbe) zur Beurteilung des Start- of-Tests,
- Flussmessung von 200 ml/s, - BTPS Korrektur,
- Anpassung der Skalierungen bzw. Vergrößerung der Darstellung, - Überlagerung der verschiedenen Messversuche,
- Verwendung von Animationsprogrammen zur Unterstützung der Atemtechnik mit einstellbarem Schwierigkeitsgrad.
3. Ergebnisse
Von den in der Befragung der niedergelassenen Ärzte genannten Geräten (s. Kap. I) wurden folgende Geräte von der Untersuchung ausgenommen, da sie schon seit längerer Zeit nicht mehr produziert wurden und keine Nachfolgemodelle zur Verfügung standen: Spirosift s5000 (Futuda Deshi), Spiro 501 (Bosch) und Vicatest R (Hellige).
Da keine Produktinformation zu folgenden Geräten zur Verfügung standen, wurden diese ebenfalls von der weiteren Beurteilung ausgenommen: Microspiro Hi 298 (Chest), Flowmate IV (Spirometrics) und das unbenannte Gerät der Firma Elmed.
Ebenso wurden die Ganzkörperplethysmographen Bodyscope von Ganshorn und Masterscreen von Jaeger-Toennies sowie das EKG-Gerät Cardiovit AT 10 von Schiller von der weiteren Beurteilung ausgeschlossen.
Somit verblieben von den genannten Lungenfunktionsmessgeräten Customed M, Spirojet, Powercube, Flowscreen, Masterscreen, Masterscope, Microloop, Microlab, SP-1, Alpha, 2120, Pneumotrac und Zan 100. Zusätzlich wurden folgende speziell für den Gebrauch in der Praxis angebotenen Spirometer ausgewertet: Superspiro von.
Micro medical, Spiropro von Jaeger-Toennies und SP-2 von Schiller.
Damit standen insgesamt 16 Spirometer für die Beurteilung zur Verfügung.
Abb. 6 Geprüfte Praxisspirometer
Zan Zan 100
Vitalograph Pneumotrac
Vitalograph 2120
Vitalograph Alpha
Customed
Custovit M Micro medical
Microloop Micro medical
Microlap Micro medical Superspiro
Jaeger-Toennies Spiropro
Jaeger-Toennies Flowscreen
Jaeger-Toennies Masterscreen
Jaeger-Toennies Masterscope
Ganshorn Spirojet
Ganshorn Powercube
Schiller Spirovit SP-1
Schiller Spirovit SP-2
Die Auswertung der Geräte nach obigen Kriterien ist in Tabelle 1 zusammengefasst.
Eine ausreichend große Monitordarstellung wird von den PC-gestützten Geräten geboten (Masterscreen, Masterscope, Spirojet, Powercube, ZAN 100, Pneumotrac und Custovit M). Die kleineren Spirometer verfügen über einen kleinen LCD- Bildschirm. Nur ein Gerät bietet lediglich ein Balkendiagramm zur Beurteilung an (2120), dafür ist dieses ebenso wie Microlab, Microloop, Superspiro und Flowscreen
mit einer Schnittstelle für den PC ausgestattet und ermöglicht so die Darstellung der Flussvolumenkurve und der Ruheatmung über einen großen Monitor. Ruheatmung ist mit einer Ausnahme an allen Geräten möglich.
Eine adäquate Online-Darstellung ist nur bei den PC-gestützten Geräten möglich.
Das Spiropro ist dabei eine Ausnahme, da lediglich die auf dem Handgerät abgespeicherten Daten auf den Computer übertragen werden können.
Bei den kleinen Geräten ist die Einsicht in die Bildschirme zum Teil erheblich erschwert und die Größe der Darstellung unzureichend. Hinzu kommt, dass die Displays beim Spiropro und den Spirovit-Geräten aufgrund ihrer Anordnung nicht für den Patienten einsehbar sind.
Eine in der Praxis unbegrenzte Speichermöglichkeit ist in der Regel über den Anschluss an einen PC gegeben. Alpha, SP-1 und SP-2 bieten diese Option nicht.
Die Speicherkapazität der Handgeräte selbst ist in der Regel sehr klein. Das Alpha hat keine Speicherkapazität.
Kindermundstücke sind für alle Lungenfunktionsmessgeräte mit Ausnahme des Custovit M und der Spirovit SP-1 und SP-2 erhältlich.
Filter stehen mit wenigen Ausnahmen für alle Geräte zur Verfügung. Beim SP-1 und SP-2 werden Einwegpneumotachographen benutzt. Beim Spiropro ist eine Reinigung und Desinfektion der gesamten Mundstück-Pneumotachograph-Einheit nach jedem Patienten vorgesehen, so dass keine Filter erforderlich sind. Das Custovit M verwendet lediglich Einwegpappmundstücke, nach jedem Patienten gewechselt werden.
Tab. 1 Evaluation der Praxisspirometer
Zan 100 Pneumotrac 2120 Alpha Custovit M Microloop Microlab Superspiro Spiropro Flowscreen Materscreen Masterscope Spirojet Powercube Spirovit SP-1 Spirovit SP-2
Monitor + + (+) - + (+) (+) (+) - (+) + + + + - -
Kurve + + (+) + + + + + + + + + + + + +
Ruheatmung + + + - + + + + + + + + + + + +
Online + + (+) (+) + + + + (+) + + + + + (+) (+) Speicher + + (+) - + + + + (+) (+) + + + + (-) (-)
Mundstücke + + + + - + + + + + + + + + (-) (-)
Hygiene + + + + - + + + + (+) (+) (+) + + + +
Filter + + + + - + + + 0 + + + + + 0 0
FEV0,75 / 0,5 +/+ +/+ +/+ -/- +/+ +/- +/- +/- -/- +/- +/+ +/+ +/+ +/+ -/- -/- 10 % Differenz (+) (+) (+) - - (+) (+) (+) - (+) (+) (+) (+) (+) - -
Sollwerte + + + - + + + + - (+) + + + + - -
Prozentwerte + + + + + + + + + + + + + + + +
Vbe (+) - - - - - - - - - + + - - - -
FET (+) (+) (+) - (+) (+) (+) (+) (+) (+) (+) (+) (+) (+) - -
200 ml/s + + + + + + + + + + + + + + + +
BTPS + + + - + + + + + + + + + + + +
Vergrößerung + + (+) - + - - - (+) + + + + + - - Überlagerung + - - - + + + + (+) + + + + + - - Animation + + (+) - (+) + + + - (+) + + + + - - Schwierigkeit (+) - - - - + + + - (+) (+) (+) + + - - + = erfüllt, (+) = teilweise erfüllt, (-) = teilweise nicht erfüllt, - = nicht erfüllt
Die Berechnung kindgerechter Parameter ist nicht bei allen Spirometern möglich.
FEV0,75 bzw. FEV0,5, FET und Vbe werden nur von den großen Geräten berechnet und angegeben. Eine für Kinder empfohlene Einstellung des Reproduktionskriteriums auf 10 % 45 ist bei keinem Gerät möglich. Allerdings kann die Differenz von einigen Spirometern, mit Ausnahme des Alpha, des Custovit M, des Spiropro und der Spirovitgeräte, angezeigt werden.
Kein Spirometer erlaubt die Definition und Eingabe angepasster Qualitätskriterien für Kinder. Referenzwerte für Kinder sind jedoch in die Mehrzahl der untersuchten Geräte integriert. Die Berechung der Prozentwerte wird durch alle Testspirometer vorgenommen.
Alle Spirometer erfassen einen Fluss von 200 ml/s und ermöglichen die Korrektur um die Umgebungseinflussgrößen.
Die optische Überlagerung von mehreren Messmanövern wird nicht von allen Geräten realisiert. Eine Vergrößerung der darstellten Flussvolumenkurve bzw.
Anpassung der Skalierung ist nur bei einzelnen Geräten möglich (s. Tab. 1).
Die PC-gestützten Systeme bieten allesamt Animationsprogramme an, beim Custovit M ist dazu eine Aufrüstung erforderlich. Die Handgeräte bieten diese Möglichkeit teilweise, davon einige nur bei optionalem Anschluss an einen PC. Eine Anpassung der Schwierigkeitsstufe der Animationen ist bei keinem Spirometer benutzerfreundlich möglich. Bei den Lungenfunktionsmessgeräten von Ganshorn lässt sich die Schwierigkeit zwar im Menu verstellen, jedoch nicht während des Messvorganges. Bei den Geräten von Micro medical wird eingestellt, wie viel Exspiration geleistet werden muss, um das Animationsprogramm zu erfüllen. Auch dies ist nur im Menu steuerbar. Zan und Jaeger-Toennies (Flowscreen, Masterscreen und Masterscope) bieten verschiedene Computerspiele an, die sich unter anderem in der Schwierigkeit unterscheiden, aber nicht verstellbar sind.
4. Diskussion
Die Beurteilung der unterschiedlichen auf dem Markt verfügbaren Spirometer zeigt erhebliche Unterschiede auf. Nur sechs der untersuchten Geräte erfüllen die wesentlichen Kriterien für die Durchführung von Lungenfunktionsuntersuchungen im Kindesalter. Diese Geräte sind alle an einen PC gebunden, und die Darstellung erfolgt über einen handelsüblichen Monitor. Die größere Speicherkapazität erlaubt eine flexiblere Programmgestaltung, die Verbindung mit einem Monitor eine in der Größe akzeptable Darstellung. Die kleinen Geräte sind für die Anwendung bei Kindern in der Regel aufgrund der fehlenden Flexibilität und der unzureichenden
sind kleine oder nicht vorhandene Bildschirme von großem Nachteil. Eine exakte Koordination des Atemmanövers sollte anhand eines großen Bildschirmes erfolgen
43. Neben der Flussvolumenkurve sollte auch die Ruheatmung darstellbar sein 62, da eine forcierte Exspiration aus der sichtbaren Ruheatmung gut zu koordinieren ist 52.
Eine adäquate Online-Darstellung erlaubt es dem Untersucher, zum optimalen Zeitpunkt seine Anweisungen an den Patienten zu ändern. Außerdem ermöglicht sie die Beobachtung einer Plateaubildung bei den maximalen Atemmanövern und die exakte Beurteilung der Mitarbeit des Patienten. Mögliche Artefakte können leicht erkannt und fehlgeschlagene Atemmanöver zeitnah wiederholt werden 52, 43.
Hinzu kommt, dass die optische Abbildung des eigenen Atemmanövers die maximale In- und Exspirationsleistung verbessert und besonders für Kinder eine wichtige Motivationshilfe ist 62.
Mit wenigen Ausnahmen (Alpha, Spiropro, SP-1 und SP-2) ist eine ausreichend gute Online-Darstellung von Flussvolumenkurve und Ruheatmung über die Schnittstelle zu erreichen. Dafür ist in der Regel zusätzliche Software nötig, die sich zum Anschaffungspreis hinzuaddiert. Allein aufgrund der Darstellung kommen Alpha, Spiropro, SP-1 und SP-2 nicht zur Anwendung bei Kindern in Frage. Diese Geräte erfordern eine Koordination über die Körperhaltung bzw. Ausdehnung des Thoraxes des Patienten, die im Vergleich zur Koordinierung mittels Flussvolumenkurve nur sehr unpräzise sein kann.
Hinzu kommt, dass Spirometer, bei denen der Patient erst nach einer Inspiration an das Mundstück gehen kann, die Kinder vor die Schwierigkeit stellen, diese Koordinationsleistung zu erbringen. Das einzige Gerät, an dem keine Ruheatmung vorgenommen werden kann, ist das Alpha.
Die Anforderungen an die Speichermöglichkeiten zur Reanalyse schließen die gleichen Geräte von den Empfehlungen aus. Ein Datenspeicher, der zu jedem Zeitpunkt eine Reanalyse der erhobenen Daten ermöglicht, wird einstimmig gefordert
4, 43, 52. Das Alpha erlaubt die Dokumentation nur über den integrierten Drucker, eine elektronische Speicherung erfolgt nicht. Die Speicherkapazität der Spirovitgeräte
genügt den Anforderungen ebenfalls nicht. Alle anderen Geräte verfügen durch Anschluss an einen PC über genügend Speichervolumen.
Ein weiteres Ausschlusskriterium sind nicht vorhandene Kindermundstücke. Wenn der Durchmesser der Mundstücke zu groß ist und die Lippen das Mundstück nicht fest umschließen, kommt es zu Nebenluft, und das Untersuchungsergebnis wird verfälscht 44. Da bis auf das Custovit M und die Spirovit-Spirometer SP-1 und SP-2, deren Einwegmundstücke jedoch einen sehr kleinen Durchmesser haben, alle Lungenfunktionsmessgeräte mit Kindermundstücken ausgestattet sind, kann man von einer theoretischen Ausrichtung der Geräte zur Anwendung bei Kindern ausgehen.
Das Einhalten der Hygienerichtlinien 31 ist gleichermaßen verbindlich für die Anwendung der Geräte in allen Altersgruppen. Es ist daher nicht verwunderlich, dass alle Hersteller die Anforderungen prinzipiell erfüllen. Aufgrund des Krümmersystems bei den Spirometern von Jaeger-Toennies ist hier jedoch nach jedem Patienten der gleichzeitige Wechsel von Mundstück und Krümmer 44 oder der Einsatz von Filtersystemen obligatorisch, die sonst nur bei bestimmten, infektiösen Patientengruppen verbindlich sind 23, 29, 31, 54, 57. Auch das Custovit M kann unter Umständen eine Gefährdung für die Patienten darstellen. Zwar werden die Pappmundstücke nach jedem Patienten gewechselt, doch die weiter innen liegenden Geräteteile bergen ebenfalls die Gefahr einer Keimlast, so dass der Custovit M bei infektiösen Patienten entweder nicht eingesetzt werden sollte oder nur dann, wenn die Möglichkeit einer anschließenden kompletten Desinfektion aller Atmungsabschnitte besteht.
Hier zeigt sich, dass die Umsetzung der Hygieneanforderungen in der Praxis für die
der Qualität und Validität von Lungenfunktionsmessungen im Kindesalter vorgeschlagen. Diese Kriterien wurden bislang nicht als Standard publiziert und daher auch nur teilweise in kommerziell verfügbare Geräte integriert.
Mehrere Autoren stellten fest, dass Kleinkinder oftmals nur eine Exspiration von weniger als 1 s erbringen können 27, 63. Kinder, besonders Vorschulkinder, haben große Atemwege in Relation zu ihren Lungenvolumina und leeren ihre Lungen daher schneller 4, 25. So besteht kaum ein Unterschied zwischen FEV1 und FVC.
Kanengiser und Dozer haben in ihrer Studie über forcierte Exspirationsmanöver bei Kindern im Alter von drei bis fünf Jahren festgestellt, dass nur wenige von ihnen durchgehend eine Exspiration für mindestens 1 s leisten konnten 27. Daher sollten bei jungen Kindern FEV0,75 und FEV0,5 mit erfasst werden, die bessere Ergebnisse, gute Reproduzierbarkeit sowie eine ausreichende Sensitivität, um Atemwegsobstruktionen zu erkennen, erbringen 13, 34, 45, 51. Alle computergebundenen Spirometer zeigen beide Messparameter an. Keiner dieser beiden Messwerte wird hingegen vom Alpha, dem Spiropro und den Spirovitgeräten erfasst, was eigentlich darauf hinweist, dass eine Benutzung zumindest im Kleinkindesalter nicht möglich ist. Alle Spirometer von Micro medical sowie der Flowscreen stellen nur den FEV0,75 dar. Eine Anwendung bei Kindern ab dem Schulalter ist somit vorstellbar. Bei Vorschulkindern wäre das Anzeigen von FEV0,5 wünschenswert, um genügend Vergleichsmöglichkeiten zu haben. In dem Vergleich von Meister wird als ein Nachteil des Flowscreen beschrieben, dass der FEV1-Wert aus unerklärlichen Gründen oft nicht errechnet wird 38. Dies und das Fehlen des FEV0,5 bestätigte sich auch in unseren Untersuchungen. In solchen Situationen ist es erforderlich, das Atemmanöver zu wiederholen, was besonders bei Kleinkindern zur Minderung der Compliance führt.
Um die Validität der Messergebnisse zu gewährleisten, muss deren Reproduzierbarkeit evaluierbar sein 47. Außerdem fanden Eisen und Kollegen heraus, dass Personen, die verfehlte Reproduzierfähigkeit zeigen, einen größeren Lungenfunktionsverlust haben als solche, die die Kriterien erfüllen 16. Daher kommt der Reproduzierbarkeit der Messergebnisse eine zweifache Relevanz zu.
Die Reproduzierbarkeit wird anhand der Parameter Delta FVC und des Delta FEV1 der beiden besten Atemmanöver aus einem Minimum von drei absolvierten Atemmanövern bestimmt 2, 3.
Die einzigen Spirometer, deren Software eine Beurteilung der Reproduzierbarkeit nach ATS beinhaltet, sind der Flowscreen, der Masterscreen und der Masterscope von Jaeger-Toennies, wobei diese optional auch abgestellt werden kann. Dies ist besonders bei Kleinkindern erforderlich, denn Kanengiser und Dozer fanden heraus, dass bei einer maximal zugelassenen Differenz von 5 % bzw 100 ml 2 zwischen der besten und der zweitbesten Messung nur bei 32 % (bei FEV1) bzw. 59 % (bei FVC) der Kinder reproduzierbare Messergebnisse erzielt werden können 27.
Daher wird empfohlen, entweder einen absoluten Wert von mindestens 100 ml oder einen relativen von 10 % Diskrepanz von FVC oder FEV1 zwischen den beiden besten Lungenfunktionsmessungen gelten zu lassen 4, 33, 45, 58, 59. Nystad erhält bei Anwendung dieses Reproduktionskriteriums eine Erfolgsrate von 90 % bei Kindern zwischen vier und sechs Jahren 45.
Eine Einstellung entsprechend dieser Empfehlung ist an keinem der hier untersuchten Spirometer direkt möglich. Von einigen Herstellern wird eine Änderung der Einstellungen vor der Anlieferung des Gerätes bereitgestellt, was besonders für Allgemeinärzte, die nur selten Spirometrien bei Kindern durchführen, nicht sinnvoll wäre.
Allerdings ist eine Überschreitung der Diskrepanz bei den anderen Lungenfunktionsmessgeräten möglich, ohne dass die Lungenfunktionsmessung aus der folgenden Interpretation ausgeschlossen wird. Dies entspricht den Empfehlungen
weil sie von verschiedenen Autoren anhand großer Probekollektive erstellt wurden.
Es genüge, wenn die pädiatrischen Normwerte für alle Parameter im Gerät gespeichert seien 44.
Pädiatrische Normwerte liegen mit Ausnahme des Alpha, des Spiropro, des Flowscreen-Basisgerätes sowie SP-1 und SP-2 bei allen Lungenfunktionsmessgeräten vor. Allerdings verfügt keines der Geräte über Kindersollwerte für alle Parameter, da auch keiner der Autoren für alle möglichen Parameter Sollwerte entwickelt hat. In dem Fall kann der Forderung Niggemanns nicht Folge geleistet werden.
Nystad und Eigen schreiben, dass die Referenzstandards der Autoren Pulgar und Promadhat, Hsu, Knudson, Quantier und Zepletal 24, 30, 48, 49, 64, die normalerweise für die Untersuchungen bei Kindern herangezogen werden, fast ausschließlich Kinder erfassen, die größer als 1,10 m oder älter als 5 Jahre sind 15, 45. Somit werden Messwerte von Kleinkindern nicht erfasst. Untersuchungen ohne entsprechende Sollwerte und damit ohne valide Prozentwerte sind nicht sinnvoll, da eine Auswertung der Ergebnisse nur unzureichend möglich ist. Daraus folgt, dass die Eignung aller auf dem Markt erhältlichen Geräte für die Anwendung bei Kleinkindern in Frage zu stellen ist.
Da die Sollwerte außerdem einer ständigen Wandlung unterliegen, kommt ihrer regelmäßigen Überarbeitung eine besondere Bedeutung zu.
Als Start-of-test-Kriterium wird von ATS ein Vbe von 0,15 l genannt. Vbe gilt als unabhängig von Alter und Gewicht und damit als das beste Start-of-Test-Kriterium 2. Arets empfiehlt ein minimales Vbe von 0,12 l als Akzeptanzkriterium, da 90 % der Kinder im Alter unter 15 Jahren fähig seien, diesen Wert zu erfüllen 3. Die untersuchten Spirometer bilden zum größten Teil kein Vbe ab. Allein beim Masterscreen und beim Masterscope wird dieser Messparameter angezeigt.
Allerdings ist auch bei diesen beiden Geräten der Vbe nicht verstellbar, so dass die ATS-Kriterien entweder streng eingehalten werden müssen oder alle Flussvolumenkurven akzeptiert werden. Beim Zan 100 ist der Vbe-Parameter durch einen Techniker einstellbar. Fraglich ist nun, ab welchem Zeitpunkt die Messung bei
den anderen Geräten erfolgt. Ob der Vbe-Wert nur nicht angezeigt wird, die Messung aber dennoch mit dieser Methode beginnt, oder von den einzelnen Geräten nicht zum Testanfang hinzugezogen wird, bleibt auch nach mehrmaligen Anfragen in den Entwicklungsabteilungen der Hersteller unklar. Es stellt sich also die Frage, wie groß die Messwertabweichungen der einzelnen Parameter bei den Geräten sind, die kein Vbe darstellen können.
Von ATS wurde als End-of-test-Kriterium ein FET von 6 s mit der unspezifischen Empfehlung, dass bei Kindern auch kürzere Exspirationen akzeptabel sind, aufgestellt 2. Arets stellt fest, dass über 90 % der untersuchten Kinder ein FET von über 2 s erreichten, und schlägt vor, ein minimales FET von 2 s bei Kindern über 8 Jahren und von über 1 s bei Kindern unter 8 Jahren zu akzeptieren 3. Die vorliegenden Lungenfunktionsmessgeräte messen bis auf das Alpha und die Spirovitgeräte jeweils ein FET, allerdings ist der Parameter nicht auf eine Akzeptanz von 2 oder gar 1 s Exspiration einstellbar. Wie bei dem oben genannten Reproduzierbarkeitskriterium wird auch hier kein Atemmanöver durch das Gerät selbst von der weiteren Interpretation ausgeschlossen.
Da einige Kinder nur einen sehr niedrigen Atemfluss erbringen können, wird empfohlen, dass ein konstanter Fluss von 200 ml/s messbar sein sollte. Dabei liegt die fehlende Sensitivität jedoch nicht an dem Pneumotachographen, sondern an der computerisierten Signalverarbeitung, so dass die Signalverarbeitung auch auf kleinere Flüsse eingestellt werden muss 52. Bei den vorliegenden Geräten besteht jedoch kein Sensitivitätsmangel, so dass die meisten von ihnen auch kleinere Flüsse als 200 ml/s erfassen können.
Um Umwelteinflüsse auszuschließen, sollte neben der täglichen Eichung eine
Volumina und den kleinen ex- und inspiratorischen Flüssen sonst zu klein auf dem Bildschirm abbildet 52. Gerade bei kleinen Bildschirmen führt eine Darstellung ohne Vergrößerung zu erheblichen Einbußen der Beurteilbarkeit und der Koordination einer Flussvolumenkurve. Die Spirovitgeräte, der Microlab, der Superspiro und der Microloop erfüllen diese Anforderung nicht, das 2120 und das Spiropro nur mittels Computersoftware.
Niggemann fordert zum Vergleich der Untersuchungen die Überlagerung der einzelnen Kurven auf dem Bildschirm und dem Ausdruck. So sollte zum Beispiel der Bronchospasmolysetest mit der vorherigen Basislungenfunktionsmessung verglichen werden können 44. Eine Verbesserung oder Verschlechterung der Flussvolumenkurve ist dadurch erheblich einfacher und genauer zu erkennen, so dass auch ein eher ungeübter Untersucher die Diskrepanzen feststellen kann. Die Fähigkeit zur Kurvenüberlagerung fehlte bei den Geräten von Vitalograph und Schiller, der Spiropro bietet diese Möglichkeit nur bei Anschluss an einen PC.
In den letzten Jahren entwickelte sich ein zunehmendes Interesse an der Integration eines visuellen Ansporns für Kinder in Form von Computeranimationen. Besonders bei Kleinkindern können neue computeranimierte, interaktive Systeme die Motivation stärken, zur Teilnahme ermutigen und die Patienten so trainieren, dass sie erfolgreiche und reproduzierbare Testresultate erbringen 22, 32, 45, 62.
In der Studie von Vilozni et al. bewirkt eine Computeranimation namens Spirogame von Zan eine Reduzierung der inadäquaten Kurven. Eine andere Animation von Jaeger-Toennies mit einem Kerzenspiel führt jedoch nicht zu diesen Ergebnisverbesserungen 62.
Die Untersuchung von Gracchi zeigt, dass sich die Flussvolumenkurven bei Vorschulkindern mit der Nutzung von Computeranimationsprogrammen nicht verbessert und in einigen Fällen sogar verschlechtert haben (s. Kap. III). Dafür benennt er mehrere mögliche Ursachen: Manche Kinder brachen die forcierte Exspiration ab, sobald das Ziel einer Animation erreicht war. Einige ältere Kinder ließen sich durch die Animation ablenken und konzentrierten sich auf das Spiel anstatt auf das eigentliche Atemmanöver 22. In einer anderen Studie entfernten sich
die Kinder ganz vom Mundstück, sobald sie ihre Exspiration beendet bzw. das Animationsziel erreicht hatten 4.
Aufgrund dieser Einschränkungen lautet die Schlussfolgerung von Gracchi, dass Computeranimationen gerade bei jüngeren Kindern vor allem zum Trainieren vor dem eigentlichen Lungenfunktionstest eingesetzt werden sollten. Bei der eigentlichen Messung lehnt er eine routinierte Benutzung ab 22.
Möglicherweise können diese Probleme durch eine adäquate Anpassung der Schwierigkeitsstufe teilweise umgangen werden. Dies ist jedoch nur bei wenigen Geräten möglich, und auch dann nur im Menü, so dass der Untersucher zunächst den Flussvolumenkurvenmodus verlassen muss. Darunter kann die Kooperation eines ungeduldigen Kindes leiden. Bei Zan und Jaeger-Toennies besteht die Möglichkeit, aus verschiedenen Spielen mit unterschiedlichen Schwierigkeitsgraden zu wählen. Ein Wechsel des Schwierigkeitsgrades bedeutet dann gleichzeitig einen Wechsel des Spieles, an das der Patient zunächst herangeführt werden muss.
Im Rahmen dieser Arbeit konnte nicht untersucht werden, auf welche Parameter die einzelnen Animationen ausgerichtet sind. Diese Fragestellung gilt es in zukünftigen Untersuchungen zu berücksichtigen. Bei der oben genannten Studie von Vilozni über die Computeranimationen von Zan und Jaeger-Toennies bestand beim Kerzenspiel eine Ausrichtung auf Peak Flow, beim Spirogame auf FVC. Das Erzielen eines hohen Peak Flow setzt zwar eine maximal forcierte Exspiration voraus, eine lange Exspiration ist jedoch nicht erforderlich. Daher ist die Ausrichtung auf den FVC vorzuziehen 46, 62. Insgesamt bleibt die Feststellung, dass Computeranimationen auf den richtigen Messparameter einstellbar sein sollten.
Zur Gruppe der geeigneten Lungenfunktionsmessgeräte zählen der Zan 100, der Masterscreen, der Masterscope sowie mit geringen Einschränkungen der Powercube, der Spirojet und der Pneumotrac. Diese Geräte erfüllen alle bzw. fast alle Empfehlungen aus der Literatur und können somit ohne Bedenken bei Kindern angewendet werden. Verbessert werden sollten abhängig vom Gerät auch in dieser Gruppe die Einstellbarkeit der Reproduzierbarkeitskriterien (z.B. 10 % Differenz zwischen den beiden besten FVC oder FEV1), das Erfassen und die Darstellung von Vbe, die Einstellbarkeit von FET auf 2 s oder 1 s sowie die Anpassung des Schwierigkeitsgrades der Animation.
Zur Gruppe der begrenzt geeigneten Spirometer gehören der Custovit M, das 2120, der Microloop, der Microlab, der Superspiro und der Flowscreen. Mit diesen Geräten ist die Untersuchung von Kindern möglich, wenn der Untersucher auf Fehlerquellen achtet und die Schwachstellen der einzelnen Spirometer kennt. Der Custovit M grenzt sich ein wenig von der restlichen Gruppe ab, da er ein computergebundenes Spirometer ist, wobei die kinderspezifischen Anforderungen nicht ganz erfüllt werden.
Dennoch stellt er einen Grenzfall zur Gruppe der geeigneten Geräte dar.
Eher ungeeignet sind der Alpha, der Spiropro und die Spirovitgeräte SP-1 und SP-2.
Diese wurden nicht für Kinderuntersuchungen entwickelt, was unter anderem daran deutlich wird, dass viele Empfehlungen zur Verbesserung der Kriterien in Bezug auf die Anwendung bei Kindern, sowohl seitens der ATS als auch der Fachautoren, nicht umgesetzt wurden.
Es fällt insgesamt auf, dass es einen deutlichen Qualitätsunterschied zwischen den computergebunden, stationären Spirometern und den nicht computergebundenen, tragbaren Spirometern gibt. Fraglich ist, ob es diesen Unterschied tatsächlich geben müsste, da sich mit Ausnahme des Monitors die meisten Merkmale der stationären Geräte auch in tragbare Spirometer integrieren ließen. Somit sind es Versäumnisse der Hersteller, die zu diesen Qualitätsunterschieden führen.
In Bezug auf die Spirometer, die in den Arztpraxen der Stadt Hannover und der beiden Umlandgemeinden benutzt werden, ist keine abschließende Wertung möglich, da nur über 41 der insgesamt 52 benutzten Geräte Informationen
gesammelt und miteinander verglichen werden konnten. Daher erfolgt an dieser Stelle eine eingeschränkte Beurteilung.
Nur 5/41 der eingesetzten Geräte gehören zur Gruppe der eher ungeeigneten Spirometer. 26/41 sind aus der Gruppe der begrenzt geeigneten Geräte. Nicht untersucht wurde, ob diese ständig im Anschluss an einen PC verwendet werden und somit zumindest einige Unzulänglichkeiten vermieden werden. Nur 10/41 der genutzten Spirometer stammen aus der Gruppe der geeigneten Geräte.
Insgesamt ist dies ein unbefriedigendes Ergebnis, das vermutlich auch auf die stark variierenden Anschaffungspreise der Spirometer zurückzuführen ist. Hierzu wird auf die Preislisten der Hersteller verwiesen. Gerade die Geräte aus der geeigneten Gruppe kosten aufgrund ihrer Ausstattung zwei- oder dreimal so viel wie Geräte aus den beiden anderen Gruppen. Aufgrund der seltenen Anwendung der Spirometer amortisiert sich der Anschaffungspreis nur langsam. Jedoch wird die Entscheidung für ein einfaches Gerät unter der Vorraussetzung einer sorgfältigen und kritischen Untersuchungstechnik immer noch für sinnvoller erachtet als die Betreuung von Patienten mit Atemwegssyndromen ohne die Möglichkeit einer Lungenfunktionsmessung 52.
5. Zusammenfassung
Bei der Untersuchung traten deutliche Abstufungen der Qualität der getesteten Spirometer hervor. Diese sind so gravierend, dass einige Geräte als nicht für Untersuchungen im Kindesalter geeignet eingestuft werden müssen. Dazu zählen ausschließlich tragbare, nicht computergebundene Spirometer. Dem gegenüber
Kapitel III - Erfassung der Messgenauigkeit der Spirometer
1. Einleitung
Die Basisversorgung erfolgt durch hausärztlich tätige Allgemeinmediziner und Kinderärzte, die in der Regel einfache Spirometer verwenden. Eine Konsultation von Fachärzten bzw. kinderpneomologischen Zentren findet in der Regel nur auf Überweisung statt. Daher muss gewährleistet sein, dass die Messergebnisse vergleichbar sind.
In diesem Kapitel wird untersucht, inwieweit sich die Versuchsergebnisse aus den praktischen Lungenfunktionstests mit den in den Arztpraxen verwendeten Spirometern von denen der Bodyplethysmographen unterscheiden. Hierzu wurden Probanden an den Testspirometern und an den Bodyplethysmographen getestet und die Ergebnisse einander gegenüber gestellt.
Weiterhin wird untersucht, inwiefern sich die Anwendung von Animationsprogrammen auf die Messergebnisse auswirkt.
2. Methodik
Untersuchungsgegenstand war weder die Fähigkeit der Probanden, an den ausgewählten Spirometern zu exspirieren, noch die Frage, ob es für Kinder in bestimmten Altersgruppen zu schwierig ist, das Atemmanöver richtig zu absolvieren.
Somit wurden Kinder und Jugendliche ausgewählt, die es beherrschten, eine repräsentative Lungenfunktionsmessung zu absolvieren. Diese Auswahl fand sowohl vorab durch Besprechung mit den Medizinisch-Technischen Assistentinnen der Lungenfunktionsambulanz der Kinderklinik der Medizinischen Hochschule Hannover als auch im Nachhinein durch die Selektion der Messergebnisse statt.
Die Kinder und Jugendlichen, die einen Termin in der Lungenfunktionsambulanz hatten und durch die Medizinisch-Technischen Assistentinnen an einem Bodyplethysmographen untersucht wurden, wurden anschließend zu einer weiteren
Lungenfunktionsmessung an einem der für die Studie zu testenden Spirometer aufgefordert.
Bei der Untersuchung handelte es sich um eine einfache Spirometrie zur Darstellung einer Flussvolumenkurve. Die Geräte wurden genau so bedient, wie es die Gebrauchsanweisung bzw. die Erklärungen des einführenden Mitarbeiters der Herstellerfirma vorschrieben. Dies wurde sowohl bei der Eichung, der Einstellung der Umweltbedingungen, der Hygiene wie auch bei der Durchführung der Atemmanöver genau eingehalten.
Die Kinder und Jugendlichen wurden gebeten, entsprechend dem geforderten Atemmanöver an dem jeweiligen Spirometer zu pusten. Bei den Anweisungen an die Patienten orientierte sich der Untersucher an den Atemanweisungen in der Lungenfunktionsambulanz der Kinderklinik der Medizinischen Hochschule Hannover:
tiefes, maximales Einatmen und „pusten, pusten!“. Das geforderte Atemmanöver wurde jedem Patienten individuell erklärt. Den jüngeren Kindern wurde es zusätzlich vorgespielt und vorstellbare ähnliche Situationen zur Erklärung genannt, z.B. „denke an einen Geburtstagskuchen mit vielen Kerzen“ 6, 15. Die Untersuchungen wurden im Sitzen in aufrechter Position und mit Nasenklipp durchgeführt. Ein systematischer Effekt auf FEV1 und FVC durch Anwendung des Nasenklipp wurde zwar nicht nachgewiesen 11, aufgrund der besseren Vergleichbarkeit mit den Messungen der Medizinisch-Technischen Assistentinnen kam dieser jedoch durchgehend zum Einsatz. Außerdem wurde, soweit dies möglich war, ein Viren- und Bakterienfilter verwendet.
Die Patienten wurden gebeten, mehrere Atemmanöver zur Erfüllung von drei validen Flussvolumenkurven durchzuführen. Die maximale Anzahl der Atemmanöver wurde
einzelnen Spirometern vorhanden war, wurde diese bei einem Teil der Testpersonen angewandt, um auch deren Einfluss auf die Messergebnisse zu erfassen. Hierbei wurde jede Animation, die ein Testgerät zur Verfügung stellte, mindestens einmal angewendet.
Zur Auswahl eines geeigneten Vergleichsgerätes bzw. eines geeigneten Goldstandards mussten die im letzten Kapitel aufgeführten Anforderungen, die jedes Spirometer erfüllen sollte, herangezogen werden. Außerdem wurde ein Vergleichsgerät gesucht, das Messungen mit hoher Präzision gewährleistet. Wichtig war es auch, den Arbeitsablauf des Lungenfunktionslabors der Kinderklinik möglichst wenig zu beeinträchtigen.
Daher fiel die Wahl auf die beiden Bodyplethysmographen Bodyscope von Ganshorn und den Masterscope von Jaeger-Toennies, die schon im Lungenfunktionslabor der Kinderklinik der Medizinischen Hochschule Hannover stehen und von den Medizinisch-Technischen Assistentinnen täglich benutzt werden.
Um nun gegenüberzustellen, wie genau die Testgeräte messen, mussten Vergleichsparameter herangezogen werden, die von allen Geräten gemessen werden. Außerdem sollten besonders wichtige Lungenfunktionsparameter, die einen hohen Aufschluss über den Zustand der Lungenfunktion geben, verglichen werden.
Um diesen Ansprüchen gerecht zu werden, wurden die Parameter FVC-forcierte Vitalkapazität und FEV1-forciertes Einsekundenvolumen ausgewählt. Diese beiden Parameter stellen sowohl für restriktive als auch für obstruktive Lungenfunktionserkrankungen sehr wichtige Diagnoseparameter dar 1, 12, 50. Zwar wäre es vorteilhafter, gerade bei Kindern statt des FEV1 den FEV0,75 oder FEV0,5 zu vergleichen. Wie jedoch aus dem vorherigen Kapitel zu entnehmen ist, liegen diese Parameter nicht bei allen Spirometern vor. Daher wurden jeweils der FEV1 und der FVC vom besten Test an dem jeweiligen Testgerät mit dem besten Test an dem jeweiligen Bodyplethysmographen verglichen. Die Auswahl des besten Tests fand durch den Untersucher statt.
3. Ergebnisse
Da es aus Zeit- und Sachaufwandsgründen nicht möglich war, alle Geräte aus der Studie zu testen, musste eine weitere Auswahl stattfinden. So wurde der Masterscope von Jaeger-Toennies ausgelassen, weil dieser dem Masterscreen des gleichen Herstellers in fast allen Funktionen ähnelt. Auch der Powercube wurde nach Beratung mit der Firma Ganshorn nicht in die Studie eingefasst, da der Spirojet fast die gleiche Ausstattung aufweist. Der Pneumotrac von Vitalograph stellt die stationäre Variante des 2120 dar, und der Microlab unterscheidet sich nur durch den integrierten Drucker vom Microlab (beide Micro medical), so dass auch hier jeweils nur ein Gerät für die Studie herangezogen wurde.
Somit wurden die Lungenfunktionsmessgeräte Custovit M, Spirojet, Spiropro, Flowscreen, Masterscreen, Microloop, Superspiro, Alpha, 2120, SP-1, SP-2 und Zan 100 untersucht.
An der Untersuchung nahmen 295 Patienten im Alter von vier bis 18 Jahren teil.
Hiervon litten 169 Patienten an Asthma bronchiale, 62 an zystischer Fibrose, 38 an einer autoimmunen, bakteriellen oder anders erworbenen entzündlichen Erkrankung und 26 an einer kongenitalen Erkrankung, systemischen Erkrankung, mechanischen Behinderung der Atmung, oder es lag ein Zustand nach Operation vor.
Wichen die absolvierten Flussvolumenkurven zu stark voneinander ab, so dass eine Reproduzierbarkeit nicht erreicht wurde, und wurde auch nach dem fünften Versuch keine maximale Ausatmung erreicht, so wurden die Ergebnisse von der weiteren Auswertung ausgeschlossen. So wurden schon vorab die Messdaten von 25 Patienten verworfen und nicht weiter verwendet.
