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Medicine

Einsatz der Forced Oscillation Technique zur Beurteilung der Atemwegsmechanik bei Erwachsenen

Published: February 09, 2022
doi:
10.3791/63165
, , , , ,
1Airborne Hazards and Burn Pits Center of Excellence, War Related Illness and Injury Study Center,VA NJ Health Care System, 2Rutgers New Jersey Medical School,Rutgers Biomedical and Health Sciences, 3Vassar College

Summary

Da die Verwendung der erzwungenen Oszillationstechnik (FOT) zunehmend zur Charakterisierung der Atemmechanik eingesetzt wird, besteht die Notwendigkeit, die Methoden in Bezug auf aufkommende technische Richtlinien und verschiedene Herstellerempfehlungen zu standardisieren. Für zwei Fälle wird ein detailliertes Protokoll mit BAV-Bewertung und -Interpretation zur Verfügung gestellt, um die Standardisierung der Methoden zu erleichtern.

Abstract

Es besteht ein zunehmendes Interesse an der Verwendung der erzwungenen Oszillationstechnik (FOT) oder Oszillometrie zur Charakterisierung der Atemmechanik bei gesunden und kranken Personen. FOT, eine ergänzende Methode zum traditionellen Lungenfunktionstest, verwendet eine Reihe von Schwingungsfrequenzen, die der Gezeitenatmung überlagert sind, um die funktionelle Beziehung zwischen Atemwegsdruck und Strömung zu messen. Diese passive Bewertung liefert eine Schätzung des Widerstands des Atmungssystems (Rrs) und der Reaktanz (Xrs), die das Atemwegskaliber bzw. die Energiespeicherung bzw. -dissipation widerspiegeln. Trotz der jüngsten Zunahme der Popularität und der aktualisierten technischen Standards war die klinische Einführung langsam, was zum Teil auf die fehlende Standardisierung in Bezug auf die Erfassung und Berichterstattung von FOT-Daten zurückzuführen ist. Ziel dieses Artikels ist es, die fehlende Standardisierung in allen Laboratorien durch die Bereitstellung eines umfassenden schriftlichen Protokolls für das BAV und eines begleitenden Videos zu beheben. Um zu veranschaulichen, dass dieses Protokoll unabhängig von einem bestimmten Gerät verwendet werden kann, wurden in den Fallbeispielen und Videodemonstrationen drei separate FOT-Geräte verwendet. Damit soll der Einsatz und die Interpretation des BAV vereinheitlicht, praktische Anregungen gegeben sowie zukünftige Fragen aufgezeigt werden, die es zu adressieren gilt.

Introduction

Die Forced Oscillation Technique (FOT) oder Oszillometrie wurde erstmals vor über 60 Jahren eingeführt1 und ermöglicht die Messung der Atmungsmechanik über extern angelegte Druckschwingungen, die während der Gezeitenatmung überlagert werden. Kurz gesagt, Druck und Luftstrom werden am Mund von Aufnehmern über einen Frequenzbereich gemessen. Die Spektralanalyse wird dann verwendet, um die Impedanz (Zrs) oder die Amplituden- und Phasendifferenzen zwischen Druck und Luftstrom bei jeder Frequenz zu bestimmen2,3. Zrs stellt die Summe der Kräfte dar, die Druckschwingungen entgegenwirken, und ist typischerweise durch Komponenten des Widerstands (Rrs) und der Reaktanz (Xrs) gekennzeichnet. Rrs spiegelt die dissipativen mechanischen Eigenschaften des Atmungssystems wider (Energiedissipation), während Xrs die dynamische Elastanz und Trägheit des Atmungssystems (Energiespeicherung) widerspiegelt. Die Zrs-Bewertung bei mehreren Schwingungsfrequenzen ermöglicht darüber hinaus die Beurteilung der Gleichmäßigkeit der Luftstromverteilung. Für einen Überblick über die BAV-Signalverarbeitung, physiologische Prinzipien und Anwendungen: Bitte beachten Sie die Stellungnahmen der European Respiratory Society (ERS) Task Force2,4.

Das BAV ist kein Ersatz für die Spirometrie, sondern eine ergänzende Beurteilung der Lungenfunktion. Es kann jedoch mehrere Vorteile gegenüber spirometrischen Tests bieten, einschließlich Messungen während der Gezeitenatmung (anstrengungsunabhängig) und Potenzial für die Beurteilung der distalen oder kleinen Atemwege, die mit Spirometrie nicht durchführbar sind5. Infolgedessen hat das BAV im pädiatrischen Umfeld 6,7 sowie bei der Beurteilung des symptomatischen Patienten mit normaler oder konservierter Spirometrie an Bedeutung gewonnen8,9,10,11. BAV hat auch bei Bronchoprovokationstests einen klinischen Nutzen gezeigt, bei denen die Symptome stärker mit dem BAV assoziiert sind als mit der Spirometrie12. Darüber hinaus erfordert das BAV niedrigere Dosen bronchoprovokativer Wirkstoffe, um messbare Unterschiede in der Atmungsfunktion zu induzieren13.

Angesichts dieser Erkenntnisse ist das Interesse am BAV für die klinische Praxis und Forschung in den letzten Jahren gestiegen. Laut einer im Juli 2021 durchgeführten Scopus-Suche nach den Begriffen “erzwungene Oszillationstechnik” oder “Impulsoszillometrie” stieg die mittlere Anzahl der Publikationen zum BAV von 35 pro Jahr (2000-2010) auf 94 pro Jahr (2010-2020). Trotz dieses gestiegenen Interesses hat die Standardisierung bei der Erfassung und Meldung von BAV-Daten erst in jüngster Zeit mit den jüngsten ERS Technical Standards for Respiratory Oscillometry4 mehr Beachtung gefunden. Derzeit sind mehrere FOT-Systeme kommerziell erhältlich, die sich je nach Drucksignaltyp (z. B. Pseudozufall, Impulszug), Aufzeichnungszeitalter, Frequenzbereich und Auflösung unterscheiden14. Trotz dieser Unterschiede kann die Erfassung und Berichterstattung von BAV-Daten durch den Techniker einem universellen Ansatz folgen, der im Mittelpunkt des vorliegenden Manuskripts steht. Hierin wird ein standardisiertes Protokoll bereitgestellt, das mit den technischen Standards des ERS übereinstimmt4. Dieses Protokoll wird durch praktische Beispiele mit Forschungs- und klinischen Daten veranschaulicht, die in unserem Labor gesammelt wurden. Konkret liegt der Fokus auf der Anwendung und Interpretation des BAV in der klinischen Beurteilung der adulten Dyspnoe.

Protocol

Das folgende Protokoll wurde vom Rutgers University Institutional Review Board genehmigt. Alle Freiwilligen, die an dieser Studie teilnahmen, gaben vor allen Tests eine schriftliche Einverständniserklärung ab. 1. Vorbereitung vor dem Test Beurteilen Sie die Person auf Allergien oder Empfindlichkeit gegenüber Mundstück- oder Nasenclipmaterialien, auf Mund- oder Gesichtsschmerzen, die eine ordnungsgemäße Versiegelung des Mundstücks verhindern, auf die Fähigkeit, Anweisungen zu befolgen, und auf bekannte Empfindlichkeit gegenüber dem bronchodilatierenden Mittel, das verwendet wird. Stellen Sie sicher, dass sich die einzelnen Personen bequem kleiden und vor dem Testen nicht trainieren oder eine schwere Mahlzeit zu sich nehmen. Beziehen Sie sich vor dem Testen auf die örtlichen Laborrichtlinien bezüglich der Verwendung von Koffein, Tabakprodukten oder Inhalatoren. Führen Sie FOT zuerst in Situationen mit mehreren Lungenfunktionstests durch, die tiefe Atemzüge erfordern. Führen Sie Tests in einer ruhigen und komfortablen Umgebung durch. Bereiten Sie Vorräte und Materialien vor der Ankunft der Person vor. Stellen Sie einen verstellbaren Stuhl ohne Räder zur Verfügung, um sicherzustellen, dass die Füße der Person flach auf dem Boden liegen. Stellen Sie der Person einen antibakteriellen Einwegfilter und einen Nasenclip zur Verfügung, die zum Testen verwendet werden können. Halten Sie sich beim Testen an die örtlichen Laborverfahren für das Anlegen von persönlicher Schutzausrüstung. 2. Verifizierung mit Impedanzprüflast Suchen Sie das Testladeobjekt, bevor Sie die Person testen.HINWEIS: Statische Prüflasten sind vom Hersteller gelieferte Objekte mit bekannter Impedanz (vorzugsweise mit resistiven, elastischen und inertialen Komponenten), die für jedes Gerät spezifisch sind. Verwenden Sie eine Prüflast mit einer Impedanz von ca. 15 hPa·s· L-1, das die erwarteten Zrs für Erwachsene übertrifft. Stellen Sie sicher, dass die Prüflast werkseitig kalibriert ist (falls zutreffend).HINWEIS: Einige Testlasten erfordern eine jährliche Werksneukalibrierung, befolgen Sie daher das im Gerätehandbuch beschriebene Protokoll. Konsultieren Sie das Handbuch oder wenden Sie sich an den Hersteller, wenn die Prüflast zur Überprüfung versehentlich fallen gelassen wird oder optisch beschädigt erscheint. Öffnen Sie das Kalibrierungs- oder Verifizierungsmenü in der Software. Setzen Sie die Prüflastvorrichtung fest in das BAV ein und schließen Sie das Prüfverfahren gemäss den Empfehlungen des Herstellers ab. Überprüfen und speichern Sie die Überprüfungsergebnisse.HINWEIS: Eine erfolgreiche Überprüfung stellt sicher, dass die Messwerte mit der Prüflast innerhalb einer Toleranz von ≤+10% oder ±0,1 hPa·s· übereinstimmen. L-1. Wenn die Überprüfung fehlschlägt oder Fehler aufweist, stellen Sie sicher, dass die Prüflast ordnungsgemäß in das FOT-Gerät eingesessen wurde und kein Hindernis im Fluss vorhanden ist. Tipps zur Fehlerbehebung finden Sie im Handbuch. Überprüfen Sie das Gerät täglich oder unmittelbar vor dem Testen mit der Testlast. 3. Prüfverfahren Stellen Sie standardisierte Anweisungen und Demonstrationen für die Person bereit. Informieren Sie die Person über die ungefähre Dauer einer einzelnen Akquisition und die Anzahl der Replikate, die durchgeführt werden (siehe Schritt 3.2). Informieren Sie das Individuum über die Empfindungen, die es durch die Schwingungen erfahren wird, z. B. Flattern oder Vibrationen in Brust und Mund. Lassen Sie die Person wissen, dass das Gerät nach einer kurzen Beobachtungszeit Oszillationen beginnt, um die Atmung zu regulieren. Weisen Sie die Person an, während des Testzeitraums nicht zu schlucken. Weisen Sie die Person an, aufrecht zu sitzen, wobei die Füße flach auf dem Boden liegen und das Kinn für die Dauer des Testzeitraums nach oben zeigt. Weisen Sie die Person an, eine Versiegelung mit den Lippen und Zähnen auf dem Mundstück durch eine Demonstration zu erstellen. Weisen Sie die Person an, die Zunge entspannt zu halten. Weisen Sie die Person an, offene Handflächen fest gegen die Wangen zu legen, wobei die Fingerspitzen in der Nähe der Schläfe und die Daumen der Unterkieferlinie folgen. Weisen Sie die Person an, die Ellbogen in einer bequemen Position leicht ausgestellt zu halten, um eine Brustausdehnung zu gewährleisten. Weisen Sie die Person an, die regelmäßige ruhige Atmung auf dem Mundstück aufrechtzuerhalten, bis der Techniker sie auffordert, aufzuhören. Messsitzung durchführen Halten Sie sich an die Hygiene- und Infektionskontrollstandards wie für die Spirometrie beschrieben15. Befestigen Sie den antibakteriellen Filter am Gerät.HINWEIS: Verwenden Sie Filter, die den ATS/ERS-Richtlinien mit einer Beständigkeit <1,5 hPa·s· entsprechen. L-1 bei einem vom Hersteller verifizierten Durchfluss von weniger als 14 l/s. Geben Sie Anweisungen wie in Schritt 3.1 beschrieben an und stellen Sie sicher, dass die Person korrekt positioniert ist, wenn der Nasenclip an Ort und Stelle und der Mund fest um das Mundstück des Geräts herum verschlossen sind. Nachdem die Person mehrere Atemzyklen mit stabiler, passiver und komfortabler Gezeitenatmung abgeschlossen hat, stellen Sie sicher, dass das Gerät automatisch mit der Datenerfassung beginnt. Alternativ kann der Techniker die Datenerfassung mit der Software auslösen. Weisen Sie die Person an, sich vom Mundstück zu lösen, nachdem mindestens drei artefaktfreie Atemzüge während einer einzigen Akquisition erworben wurden.HINWEIS: Um drei artefaktfreie Atemzüge zu erreichen, wird eine Mindestaufnahmedauer von 30 s empfohlen. Die Einstellungen einiger FOT-Geräte stoppen automatisch bei einer vordefinierten Aufnahmedauer und/oder dem Erreichen einer bestimmten Anzahl von Atemzügen (siehe Abschnitt 4 für Details zur Identifizierung von Artefakten). Passen Sie die Ruheintervalle zwischen den Wiederholungsmessungen (ca. 60-90 s) nach Bedarf an, um körperliche Beschwerden zu vermeiden. Beurteilen Sie optional das Ansprechen des Bronchodilatators. Verabreichen Sie Salbutamol an die Person in Übereinstimmung mit den Standard-Laborverfahren für Aerosol-Medikamente (z. B. Dosierinhalator, Vernebler) und warten Sie 15 min16.HINWEIS: Wenn Sie einen Dosierinhalator mit Abstandshalter verwenden, verabreichen Sie vier separate Dosen von 100 μg. Wiederholen Sie die gleichen Verfahren wie zuvor (siehe Schritt 3.2), um Replikate nach dem Bronchodilatator zu erhalten. 4. Bestimmung akzeptabler Messungen Identifizieren Sie Artefakte durch visuelle Inspektion. Überwachen Sie dazu die Tiefe (Tidalvolumen; Vt) und Atemfrequenz (Atemfrequenz; fR) in Echtzeit während der Erfassung, um visuell stabile und ruhige Atemmuster von Replikation zu Replikation zu gewährleisten.HINWEIS: Für jedes Replikat wird der durchschnittliche Vt, fR oder sein Produkt (Minutenbeatmung, V̇E) in der Software angezeigt. Vergleichen Sie diesen Wert zwischen den Replikaten, um bei Bedarf ein individuelles Feedback zur Tiefe und Geschwindigkeit der Atmung zu geben. Überprüfen Sie das Replikat manuell, um Artefakte wie Husten, Schlucken, Lecken oder andere Unterbrechungen des Durchflusses und der Druckspuren auszuschließen, die in Echtzeit angezeigt werden können. Verwerfen Sie alle Replikate, die negative Widerstände enthalten. Überprüfen Sie die automatische Softwareerkennung von Artefakten.HINWEIS: Hersteller verwenden Softwarealgorithmen, um Artefakte zu erkennen und ganze oder teilweise Atemzüge (d. H. Inspiration und Ablauf) auszuschließen. Machen Sie sich mit den angewendeten Algorithmen vertraut und melden Sie dies, wenn Sie Daten aus einer Messsitzung zusammenfassen. Oft beinhalten diese Algorithmen die Identifizierung von Rrs, Xrs und Atemmustern außerhalb des normalen physiologischen Bereichs sowie Ausreißer beim Vergleich von Atemzug für Atemzug. Bewerten der Variabilität Erwerben Sie mindestens drei akzeptable Replikate (d. h. solche, die ≥3 artefaktfreie Atemzüge enthalten). Berechnen Sie den Variationskoeffizienten (CoV) innerhalb der Sitzung für den gesamten Rrs bei der niedrigsten Frequenz (z. B. Rrs bei 5 Hz).HINWEIS: CoV wird nach folgender Formel berechnet: Da der akzeptable CoV innerhalb der Sitzung für Erwachsene ≤10% beträgt, erhalten Sie zusätzliche Replikate, wenn der CoV >10% beträgt, oder fahren Sie mit Schritt 5 fort, wenn CoV ≤10% beträgt.HINWEIS: Das Erreichen von CoV ≤10% kann bei Personen mit Atemwegserkrankungen schwierig sein. 5. Meldedaten Geben Sie bei der Meldung der FOT-Ergebnisse folgende Details an. Geben Sie den Gerätenamen, das Modell, die Softwareversion und den Hersteller an. Schließen Sie die Eingangsreizfrequenzwellenform (z. B. pseudozufälliges Rauschen, Multifrequenz) und den zugehörigen Frequenzbereich ein. Geben Sie die Details zu subjektiven und automatischen Qualitätskontrollverfahren an, die zur Bestimmung akzeptabler Replikate und der Anzahl der enthaltenen artefaktfreien Replikate verwendet werden. Geben Sie die Wiederholbarkeit oder Präzision der Messung (CoV) und den Cut-off an. Geben Sie den Mittelwert der Replikationsmessungen an, die frei von Artefakten waren und einen CoV ≤10% für FOT-Parameter lieferten. Halten Sie sich an die Laborstandards, welche BAV-Parameter zu melden sind.HINWEIS: Während es derzeit keinen Konsens darüber gibt, welche FOT-Variablen einbezogen werden sollen, bietet der TECHNISCHE STANDARD DES ERS ein Beispiel dafür, welche Parameter gemeldet werden können, wie in Tabelle 1 für die unten dargestellten Fallbeispielergebnisse dargestellt. Verwenden Sie Referenzgleichungen aus der Population, die mit demselben FOT-Gerät untersucht wird (falls verfügbar).HINWEIS: Viele Referenzgleichungen gehen von einer genauen Aufzeichnung von Alter, Geschlecht, Größe und Gewicht aus14. Geben Sie optional sowohl die absolute als auch die relative Differenz an, wenn fot vor und nach einem Bronchodilatator durchgeführt wurde. Schließen Sie auch die Dosis von Salbutamol ein. 6. Qualitätskontrolle und Wartung Wenden Sie ein Qualitätskontrollprogramm mit biologischen Kontrollen an (d. H. ≥2 gesunde Nichtraucher), das regelmäßige Routinetests beinhaltet. Legen Sie eine Baseline (mittlere ± SD) durch die Erfassung von 10-20 artefaktfreien Replikationsmessungen an verschiedenen Tagen (innerhalb von 2 Wochen) von jeder biologischen Kontrolle fest. Wählen Sie einen niedrigen (5 Hz) und mittleren Frequenzparameter (20 Hz) für Widerstand und Reaktanz, die für die Qualitätskontrolle befolgt werden sollen. Vergleichen Sie bei nachfolgenden routinemäßigen regelmäßigen Tests die Ergebnisse mit den Baseline-Messungen.HINWEIS: Weitere Einzelheiten zur Bewertung und Umsetzung von Qualitätssicherungsstandards finden Sie in den empfohlenen Leitlinien für Lungenfunktionslaboratorien17. Die Häufigkeit der biologischen Kontrolltests (z. B. wöchentlich, monatlich) sollte das Volumen der Tests im Labor widerspiegeln. Befolgen Sie die Empfehlungen der Hersteller zu regelmäßigen Wartungsarbeiten wie Reinigung, Luftfilterwechsel, Software-Updates und Werkskalibrierung.

Representative Results

Zunächst wird ein Fall eines gesunden Erwachsenen als praktisches Beispiel für die Datenerfassung vorgestellt und wie der Techniker einzelne Messungen für die Berichterstattung auswählt (Fallbeispiel 1). Zweitens wird ein klinisches Beispiel eines Patienten geliefert, der wegen unerklärlicher Dyspnoe zur FOT-Akquisition vor und nach einem Bronchodilatator mit Schwerpunkt auf Interpretation überwiesen wird (Fallbeispiel 2). Beachten Sie, dass in diesen Fallbeispielen gezielt BAV-Geräte von zwei verschiedenen Herstellern verwendet wurden, um einen universellen Ansatz zu veranschaulichen. Weitere Einzelheiten finden Sie in der Materialtabelle. Fallbeispiel 1FOT wurde bei einer gesunden 25-jährigen hispanischen Hündin durchgeführt (Größe: 164 cm, Gewicht: 84,9 kg). Der Teilnehmer war ein Nie-Raucher, leugnete Atemwegssymptome und hatte keine Vorgeschichte von Lungenerkrankungen oder anderen signifikanten Vorgeschichten. Sie hatte auf Koffein (≥8 h) und kräftige Bewegung (≥24 h) verzichtet. Sie hatte kürzlich eine spirometrische Untersuchung, die als normal ohne Anzeichen von Obstruktion oder Einschränkung gelesen wurde: FEV1 / FVC: 0,88, FEV1: 3,30 L (98% vorhergesagt) und FVC: 3,70 L (97% vorhergesagt). Nach Erläuterung und Demonstration der Testverfahren wurden drei FOT-Messungen mit ca. 1-2 min zwischen den Aufnahmen erhalten. Die visuelle Inspektion und der Qualitätskontrollalgorithmus der Software identifizierten keine Artefakte. Rrs bei 5 Hz für die ersten drei Messungen wurde dann untersucht, um den CoV innerhalb der Sitzung zu bestätigen (Einzelmessungen: 3,06, 3,79, 3,46 hPa·s · L-1; Durchschnitt: 3.44 hPa·s· L-1, Standardabweichung: 0,36 hPa·s L-1, CoV = Standardabweichung / Mittelwert = 0,36 / 3,44 = 0,105 * 100 = 10,5%). Da der CoV der ersten drei Messungen >10% betrug, waren zusätzliche Messungen notwendig. Eine vierte Messung wurde erhalten (Rrs bei 5 Hz = 3,40 hPa·s· L-1) und innerhalb der Sitzung wurde CoV unter Verwendung aller Messungen neu berechnet (Einzelmessungen: 3,06, 3,79, 3,46, 3,40 hPa·s· L-1; Durchschnitt: 3.43 hPa·s· L-1; Standardabweichung: 0,30 hPa·s· L-1; CoV = Standardabweichung / Mittelwert = 0,30 / 3,43 = 0,087 * 100 = 8,7 %) Da die CoV-Kriterien innerhalb der Sitzung erfüllt waren, wurden die durchschnittlichen FOT-Indizes als Durchschnitt der Messungen berechnet. Diese Messungen sind in Abbildung 1 dargestellt und in Tabelle 1 dargestellt. Um den Vergleich mit den Erwartungswerten zu erleichtern, werden in Tabelle 2 die vorhergesagten Werte für alle FOT-Indizes (sofern vorhergesagte Werte verfügbar sind), die unteren Grenzwerte des Normalwerts (LLN), die oberen Grenzwerte des Normalwerts (ULN), % der vorhergesagten Werte und die Z-Werte unter Verwendung von Standardreferenzgleichungen dargestellt, die Alter, Geschlecht und Gewicht berücksichtigen14. Fallbeispiel 2Ein 48-jähriger kaukasischer Mann (Größe: 185 cm, Gewicht: 89 kg) wurde zur Beurteilung von chronischem Husten und Belastungsdyspnoe ohne offensichtliche Ursache (z. B. Medikamente, Atemwegs- oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder psychische Komorbidität) an unser Zentrum überwiesen. Er war ein lebenslanger Nie-Raucher, befürwortete aber die Exposition gegenüber Dämpfen, Gasen, Staub und Dämpfen während eines 7-monatigen Militäreinsatzes im Irak. Es wurde ein vollständiger Lungenfunktionstest durchgeführt (d. H. Körperplethysmographie, Bronchodilatator-Spirometrie und Lungendiffusionskapazität für Kohlenmonoxid) und alle Ergebnisse lagen innerhalb normaler Grenzen. FoT wurde vor und 15 min nach Verabreichung des Bronchodilatators (4 Züge von 100 μg Salbutamol über Dosierinhalator mit Abstandshalter) durchgeführt (Abbildung 2). Die einzelnen Studiendaten und Mittelwerte sind in Tabelle 3 prä- und post-bronchodilatatorische Verabreichung dargestellt; Da jede Studie technisch akzeptabel war, werden die Messungen vor und nach dem Bronchodilatator sowie ihre absolute und relative Differenz in Tabelle 4 angegeben. Darüber hinaus werden die vorhergesagten Werte, % der vorhergesagten Werte, LLN und ULN auch unter Verwendung von Standardreferenzgleichungen gemeldet, die Alter, Geschlecht und Gewicht berücksichtigen14. Wir haben die in Tabelle 3 und Tabelle 4 beschriebenen Variablen abgegrenzt, um die Veranschaulichung von zwei Konzepten zu vereinfachen: 1) Bestimmung abnormaler versus normaler Reaktionen und 2) Bronchodilatator-Reversibilität. Für Rrs-Messungen gelten Werte, die den ULN überschreiten (d. h. erhöhter Widerstand), als abnormal. Hier ist der Vorbronchodilatator Rrs bei 4 Hz (3,32 hPa·s· L-1) überschreitet den ULN (2,59 hPa·s· L-1) und ist 155% des vorhergesagten Wertes ([3,32 / 2,14] * 100 = 155,14). Nach Bronchodilatator-Verabreichung wurde Rrs bei 4 Hz um 45,78% reduziert und übertraf das von Oostveen et al.14 berichtete 95. Perzentil (d.h. -32% für Rrs bei 4 Hz). Diese Reaktion würde auf eine positive Bronchodilatatorreaktion in der Resistenz hinweisen. Zusätzlich wird der nach bronchodilatator beobachtete Wert normalisiert (d.h. repräsentativ für das, was als Normalwert angesehen wird) und beträgt 84,1% des vorhergesagten Wertes ([1,80 / 2,14] * 100 = 84,11). Xrs bei 4 Hz wird unterschiedlich interpretiert, da die beobachteten Werte negativ sind. Daher sind abnormale Werte diejenigen, die den LLN überschreiten (d. H. Negativere Reaktanz). Hier hatte das Individuum einen Prä-Bronchodilatator (-0,98 hPa·s· L-1) und Post-Bronchodilatator (-0,83 hPa·s· L-1) Werte, die über dem LLN (-1,11 hPa·s· L-1). Der Unterschied zwischen Prä- und Post-Bronchodilatator betrug ungefähr 15%, was unter dem von Oostveen et al.14 berichteten 95. Perzentil liegt (d.h. +33,8% in Xrs bei 4 Hz). Daher werden alle Xrs-Werte als normal betrachtet. Der Reaktanzbereich (oder AX) ist der integrierte Bereich der niederfrequenten Reaktanz und daher ein positiver Wert. Abnormale AX-Werte sind solche, die den ULN überschreiten und eine negativere Reaktanz widerspiegeln. Wie Xrs bei 4 Hz, Präbronchodilatator AX (2,77 hPa·s· L-1) und Postbronchodilatator AX (1,23 hPa·s· L-1) liegen beide unterhalb des ULN. Obwohl es eine Reduktion von -55% vom Prä- zum Post-Bronchodilatator-Wert gab, fällt dies unter das von Oostveen et al.14 berichtete 95. Perzentil (d.h. -56,0% für AX bei 4 Hz). Zusammengenommen gilt AX ebenfalls als normal. Abbildung 1: Atemwiderstand (Rrs) und Reaktanz (Xrs) als Funktion der Schwingungsfrequenz (Hz) bei einem gesunden Erwachsenen. Der mittlere ± SD aller Replikate wird für Rrs (blaue Kreise) und Xrs (rote Quadrate) bei jeder gemessenen Frequenz dargestellt. Jeder Datenpunkt stellt Gesamt- oder Ganzatmungsmessungen dar. Die Daten wurden mit einem Gerät gesammelt, das einen pseudozufälligen, relativen Primzahlsignaltyp im Bereich von 5-37 Hz verwendet. Weitere Informationen zu diesem Gerät finden Sie in der Materialtabelle . Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 2: Beurteilung vor und nach dem Bronchodilatator. Atemwiderstand (Rrs; blau) und Reaktanz (Xrs; rot) vor (offene Kreise) und nach (offene Dreiecke) Bronchodilatator-Verabreichung. Gestrichelte rote Linien stellen die obere und untere Grenze der Normalen für Rrs bzw. Xrs dar14. Die Daten wurden mit einem Gerät gesammelt, das einen pseudozufälligen Signaltyp im Bereich von 4-48 Hz verwendet. Weitere Informationen zu diesem Gerät finden Sie in der Materialtabelle . Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Variable T1 T2 T3 T4 Avg SD Rrs5 3.06 3.79 3.46 3.40 3.43 0.30 Rrs5 (insp) 3.30 3.45 3.34 3.64 3.43 0.15 Rrs11 2.77 4.02 3.08 2.89 3.19 0.57 Rrs19 2.92 3.71 3.30 3.13 3.27 0.33 Rrs5-19 0.14 0.08 0.15 0.26 0.16 0.08 Xrs5 -0.90 -0.76 -0.69 -0.90 -0.81 0.11 Xrs5 (insp) -1.44 -0.91 -0.86 -1.08 -1.07 0.26 Xrs5 (exp) -0.63 -0.46 -0.55 -0.77 -0.60 0.13 Delta Xrs5 -0.81 -0.45 -0.31 -0.31 -0.47 0.24 Xrs11 -0.04 -0.09 0.00 -0.09 -0.06 0.04 Xrs19 0.92 0.86 1.12 0.94 0.96 0.11 AXT 2.83 2.57 2.05 2.98 2.61 0.41 Fres | 11.27 11.62 10.99 11.57 11.36 0.29 Vt 0.90 0.98 0.95 0.61 0.86 0.17 Tabelle 1: Standardberichterstattung ausgewählter BAV-Parameter: Zusammenfassung der Studien. Diese Tabelle zeigt alle Messreplikate über Studien (T1-T4) und ihre zusammenfassenden Statistiken (Durchschnittswerte und Standardabweichungen (SD)). Die Durchschnittswerte über alle Studien hinweg werden verwendet, um die Testsitzung darzustellen. Allgemeine Parameter werden unter Variable aufgelistet. Widerstand (Rrs) und Reaktanz (Xrs) sind für ganze Atemzüge bei 5, 11 und 19 Hz sowie während der Inspiration bei 5 Hz (Rrs5(insp) und Xrs5(insp)) vorgesehen. Weitere berichtete Parameter sind Reaktanzfläche (AX) bei 5 Hz, Resonanzfrequenz (Fres) und Tidalvolumen (Vt). Variable Vorhergesagt LLN ULN Durchschnittlicher Ausgangswert % der prognostizierten Z-Score Rrs5 3.76 – 4.11 3.43 91% -0.34 Rrs5 (insp) – – – 3.43 – – Rrs11 2.74 – 3.18 3.19 116% -0.33 Rrs19 3.52 – 3.92 3.27 93% -0.3 Rrs5-19 0.14 – – 0.16 118% 0.05 Xrs5 -1.37 -1.50 – -0.81 59% 1.32 Xrs5 (insp) – – – -1.07 – – Xrs5 (exp) – – – -0.60 – – Delta Xrs5 – – – -0.47 – – Xrs11 -0.14 -0.26 – -0.05 36% 0.22 Xrs19 – – – 0.96 – – AXT 4.08 5.11 2.61 64% -0.64 Fres | 12.73 – 13.14 11.36 89% – Tabelle 2: Standardberichterstattung ausgewählter BAV-Parameter: Referenz- und Vorhersagewerte. Es besteht derzeit kein Konsens darüber, welche BAV-Parameter in einen Basisbericht aufgenommen werden sollen; Der TECHNISCHE ERS-Standard enthält jedoch ein Beispiel dafür, welche Parameter gemeldet werden können4, die in der beigefügten Tabelle enthalten sind. Diese Tabelle zeigt die gemittelten Messwerte, die aus der Testsitzung gemeldet wurden, sowie die begleitenden Referenzwerte, die derzeit verfügbar sind. Allgemeine Parameter werden unter Variable aufgelistet. Widerstand (Rrs) und Reaktanz (Xrs) sind für ganze Atemzüge bei 5, 11 und 19 Hz sowie während der Inspiration bei 5 Hz (Rrs5(insp) und Xrs5(insp)) vorgesehen. Weitere Parameter sind die Reaktanzfläche (AX) bei 5 Hz und die Resonanzfrequenz (Fres). Für die Parameter mit verfügbaren Referenzwerten14 werden auch vorhergesagte, % vorhergesagte, untere und obere Grenzen des Normalwerts (LLN, ULN) und Z-Score-Werte berechnet. Prä-Bronchodilatator Post-Bronchodilatator Variable T1 T2 T3 Avg SD T1 T2 T3 Avg SD Rrs 3.34 3.21 3.42 3.32 0.11 1.81 1.89 1.69 1.80 0.10 Xrs -1.25 -0.72 -0.98 -0.98 0.26 -0.42 -1.32 -0.74 -0.83 0.45 AXT 2.50 2.02 2.79 2.44 0.39 0.73 1.95 1.01 1.23 0.64 Tabelle 3: Interpretation des Niederfrequenzwiderstands (Rrs), der Reaktanz (Xrs) und des Reaktanzbereichs (AX): Zusammenfassung der Studien. Diese Tabelle zeigt alle Messreplikate über Studien (Prä- und Post-Bronchodilatator) und ihre zusammenfassenden Statistiken (Durchschnittswerte und Standardabweichungen (SD)). Die Durchschnittswerte über alle Studien hinweg werden verwendet, um die Werte der Testsitzung für die Basisdurchschnitte (Prä-Bronchodilatator) und post-Bronchodilatator-Durchschnittswerte darzustellen. Variable Vorhergesagt LLN ULN Durchschnittlicher Ausgangswert % der prognostizierten Post BD Durchschnitt % der prognostizierten Absolute Veränderung Veränderung in % Rrs 2.14 NA 2.59 3.32 155% 1.80 84% 1.52 -45.78% Xrs -0.97 -1.11 NA -0.98 101% -0.83 86% -0.15 15.31% AXT 2.15 NA 3.08 2.44 113% 1.23 57% 1.21 -49.59% Tabelle 4: Interpretation des Niederfrequenzwiderstands (Rrs), der Reaktanz (Xrs) und des Reaktanzbereichs (AX): Referenz- und Vorhersagewerte. Niederfrequente (4 Hz) Rrs, Xrs und AX werden zusammen mit den entsprechenden vorhergesagten Werten, % der vorhergesagten Werte und den unteren (LLN) und oberen (ULN) Grenzwerten von normal14 gemeldet. Messungen vor (Baseline Avg) und nach (Post BD Avg) Bronchodilatator werden zusammen mit der entsprechenden absoluten und relativen Veränderung (% Veränderung) dargestellt.

Discussion

Der jüngste ERS Technical Standard on FOT4 betont die Notwendigkeit einer stärkeren Strenge und Standardisierung der Messung. Die strikte Einhaltung mehrerer kritischer Schritte vor, während und nach dem Testen ist erforderlich. Es wird empfohlen, dass fot vor stärker anstrengungsabhängigen Manövern durchgeführt wird, die tiefe Atemzüge erfordern, wie z.B. Körperplethysmographie und Diffusionsfähigkeit. Die Endbenutzerüberprüfung der Prüflast mit bekannter Impedanz ist mindestens täglich oder unmittelbar vor dem Testen erforderlich. Klare, konsistente und präzise Anweisungen von geschultem Personal können extrinsische Variabilitäten bei der Datenerfassung minimieren. Jedes Forschungs- oder klinische Labor sollte sein eigenes Protokoll entwickeln, das die von den technischen Richtlinien des ERS empfohlenen minimalen Coaching-Techniken implementiert. Es ist wichtig, dass die Endbenutzer während jedes Manövers potenzielle Fehler, die auftreten können, wie Mundlecks, glottischer Verschluss, Husten und instabile Atemmuster, beobachten, identifizieren und korrigieren können. Obwohl es schwierig sein kann, bestimmte Fehler in Echtzeit zu bewerten, sollten sich die Endbenutzer nicht nur auf die automatische Erkennung durch das verwendete Gerät verlassen. Akzeptable Kriterien, die vom Hersteller festgelegt werden, sollten gründlich überprüft werden, und zusätzliche Kriterien sollten den ERS-Erklärungen entsprechen. Obwohl jedes Gerät einen einzigartigen Bericht generiert, ist eine standardisierte Berichterstattung über FOT-Parameter möglich und kann den Vergleich zwischen Laboren und Studien erleichtern. Schließlich müssen strenge Qualitätskontrollverfahren, einschließlich der routinemäßigen Bewertung gesunder biologischer Kontrollen, sowohl in der Forschung als auch in der Klinik durchgeführt werden.

Die strikte Einhaltung eines standardisierten Protokolls minimiert die Variabilität der Leistung. Das Erreichen eines CoV ≤10% kann jedoch immer noch schwierig sein und bei Patienten mit Atemwegserkrankungen möglicherweise nicht immer möglich sein. Es obliegt dem Techniker, die Variabilität zu minimieren, und es gibt mehrere Strategien, die zu berücksichtigen sind, wenn ein CoV ≤10% nicht erreicht werden kann. Stellen Sie zunächst sicher, dass die Messung unter ähnlichen Umständen für jedes Replikat erfasst wird. Dazu gehört die Überwachung der Körperhaltung, der Handplatzierung und der Einhaltung anderer Anweisungen. Der Techniker kann erwägen, die ersten Anweisungen zu wiederholen, zusätzliche visuelle Demonstrationen durchzuführen und der Person ein längeres Ruheintervall anzubieten. Basierend auf der Erfahrung wird festgestellt, dass ein häufiger Grund für übermäßige Variabilität die Annahme einer anderen Sitzposition zwischen den Wiederholungsmessungen ist, wobei sich Individuen neu positionieren können, um eine bequemere Position oder Belastung zu erreichen, um das Mundstück zu erreichen. Dies ist am häufigsten bei der Verwendung von tragbaren FOT-Geräten, die für die Haltung des Technikers ausgelegt sind, wenn die Position des Mundstücks nicht festgelegt ist. Um dieses Problem zu lösen, können flexible Armhalterungen erworben werden, die für elektronische Geräte wie Kameras ausgelegt sind, die schnell an einem Schreibtisch oder Tisch befestigt werden können und eine individuelle Positionierung ermöglichen. Nachdem sichergestellt wurde, dass die Leistung zwischen den Wiederholungsmessungen angemessen und konsistent ist, sollte der Techniker zusätzliche Replikate erwerben.

Im Gegensatz zur Spirometrie, bei der maximal acht Versuche empfohlen werden, um Ermüdung zu vermeiden, wird für das BAV aufgrund seines aufwandsunabhängigen Ansatzes wahrscheinlich keine maximale Anzahl von Wiederholungen empfohlen. In der Praxis erfassen einige Forscher bis zu acht Wiederholungsmessungen18, und in unserem Labor wird eine ähnliche Faustregel von bis zu 10 Messungen verwendet. Die Festlegung einer Obergrenze ist praktisch wichtig, um das Ende einer Testsitzung zu definieren. Dies ist besonders relevant für Personen mit Atemwegserkrankungen, wobei CoV von mehr als 10% eher die zugrunde liegenden Krankheitsprozesse als einen geringen Aufwand widerspiegeln kann. Harkness et al.18 beschrieben kürzlich ihre Erfahrungen mit diesen Patientenpopulationen und schlugen vor, dass ein liberalerer Cut-off (CoV bis zu 20%) für die klinische Interpretation immer noch meldepflichtig sein könnte. Jede Klinik und jedes Forschungslabor sollte zwischen praktischen Entscheidungen wie Zeitdruck, Fähigkeit des Prüflings und Ermüdungsgrad sowie der Wahrscheinlichkeit, den CoV-Cutoff zu erreichen, abwägen. Ein zu berücksichtigender Ansatz ist die Implementierung eines Notensystems. Sobald beispielsweise mindestens drei artefaktfreie Replikationsmessungen aus maximal 10 Versuchen erhalten wurden, wenden Sie eine Buchstabennote an, die den CoV-Werten entspricht – d. h. “A” ≤10%; “B” > 10 % und ≤15 %; “C” > 15 % und ≤20 %; und “D” > 20%. Zusätzliche Strategien, die in Betracht gezogen werden müssen, können die Änderung der Software- und Hardware-Erfassungsparameter umfassen, um vollständigere Atemzüge zu erreichen. Zum Beispiel haben einige Hersteller Einstellungen, um längere Aufnahmedauern und / oder erweiterte Aufnahmeepochen zu berücksichtigen, um mehr als das von ERS empfohlene Minimum von drei vollständigen Atemzügen zu erreichen. Bei der Meldung der FOT-Ergebnisse ist es zwingend erforderlich, alle Akquisitionsparameter offenzulegen, um die Interpretation und den Vergleich mit anderer publizierter Literatur zu erleichtern. Die BAV-Erfassungsparameter werden weiterhin aktiv untersucht und werden wahrscheinlich zu zukünftigen Änderungen der BAV-Leistung und -Messung führen.

Ziel dieses Beitrags ist es, die neueste Technologie und Anwendung des BAV aufzuzeigen sowie ein standardisiertes Protokoll für Tests bei Erwachsenen bereitzustellen. Es ist jedoch wichtig, die damit verbundenen Grenzen des BAV zu erkennen. Erstens sind Impedanzmessungen besonders suspekt gegenüber Artefakten wie extrathorakalen Einflüssen4. Daher konzentriert sich das aktuelle Protokoll auf die Minimierung dieses Einflusses, wie z.B. die Sicherstellung einer angemessenen Wangenunterstützung während des Erwerbs. Darüber hinaus verhindern Unterbrechungen des Flusses (z. B. Zunge, die das Mundstück bedeckt, Schlucken, fehlgeleitete Atemzüge) eine genaue Messung und führen zu weniger gültigen Atemzügen für Zrs-Berechnungen19. Zweitens, obwohl FOT aus der Perspektive des Patienten einfach durchzuführen ist, ist die Identifizierung dieser Artefakte sowie die Interpretation der Ausgabe für den Techniker und Kliniker eine Herausforderung20. Zum Beispiel produzieren aktuelle FOT-Geräte eine beträchtliche Menge an Daten, um die Atemmechanik einer Person zu charakterisieren; Der Mangel an Referenzwerten und der Konsens über Schlüsselvariablen sind jedoch Faktoren, die die klinische Einführung verlangsamen. In ähnlicher Weise wird zwar empfohlen, mindestens drei artefaktfreie Studien4 zu erhalten, aber wenn mehr als drei Studien durchgeführt und für akzeptabel befunden werden, gibt es derzeit keinen Konsens über die empfohlenen Methoden, um auszuwählen, welche dieser Studien zur Darstellung der Testsitzung verwendet werden. Daher wird der klinische Nutzen von FOT bei einer Vielzahl von Atemwegserkrankungen weiterhin aktiv untersucht. Schliesslich gibt es aus technischer Sicht eine Heterogenität zwischen den BAV-Herstellern in Bezug auf: i) Frequenzwellenformen, ii) Algorithmen zur Fehlererkennung und iii) Inter- und Intraatemanalysen2,21,22,23,24. Viele der oben genannten Einschränkungen können durch die Einhaltung eines standardisierten Protokolls sowie durch eine transparente Berichterstattung über Ausgabe- und Aufzeichnungsparameter behoben werden.

Lungenfunktionstests umfassen traditionell Messungen des Lungenvolumens und der Lungenkapazitäten sowie die Wirksamkeit des Gasaustauschs, die sowohl von Untersuchern als auch von Prüfern erhebliche Anweisungen, Zusammenarbeit und Aufwand erfordern. Darüber hinaus wird bei Manövern häufig ein Gemisch von Gasen in verschiedenen Konzentrationen eingeatmet, was einige als invasive Techniken betrachten könnten. Diese stehen im Gegensatz zum BAV, bei dem mechanische Eigenschaften der Lunge wie Rrs, Elastanz und Trägheit mit weniger invasiven Schwingungsfrequenzen untersucht werden. Somit kann das BAV als sinnvolle Ergänzung zu einer umfassenden Lungenfunktionsbeurteilung dienen. Beispielsweise kann das BAV in Szenarien, in denen die Symptome in keinem Verhältnis zu herkömmlichen Lungenfunktionstests stehen, wie z. B. bei beruflicher Exposition und/oder unerklärlicher Dyspnoe, einzigartige klinische Einblicke bieten9,11. Darüber hinaus kann das BAV auch für das Screening von Personen mit höherem Risiko für zukünftige Lungenerkrankungen wie asymptomatische Raucher25 und Solche mit Umweltexposition wichtig sein26. Schliesslich haben neuere Daten gezeigt, dass das BAV auch für die tägliche Überwachung bestimmter Krankheitszustände wie belastungsinduzierter Bronchokonstriktion27 und Lungensymptome im Zusammenhang mit rheumatoider Arthritis einzigartig hilfreich sein kann28. Der vorliegende Artikel konzentriert sich auf die Anwendung von FOT in der erwachsenen Bevölkerung, obwohl der klinische und Forschungsnutzen von FOT auch in pädiatrischen Populationen gut beschrieben wurde29,30.

Zukünftige Forschungsrichtungen sollten sich weiter auf technische und Leistungsaspekte des BAV konzentrieren, wie die Standardisierung der Datenpräsentation und -berichterstattung sowie die Charakterisierung der damit verbundenen Variabilität und Wiederholbarkeit. Im klinischen Umfeld kann das BAV in allen Altersgruppen weit verbreitet zur Beurteilung von Dyspnoe und zur Früherkennung chronischer Atemwegserkrankungen oder systemisch krankheitsassoziierter pulmonaler Manifestationen eingesetzt werden.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Diese Arbeiten wurden zum Teil durch die Vergabe von Aufträgen #10010115CN2 des Electric Power Research Institute unterstützt. Der Inhalt stellt nicht die Ansichten des U.S. Department of Veterans Affairs oder der Regierung der Vereinigten Staaten dar.

Materials

Quark i2M Cosmed n/a https://www.cosmed.com/en/products/pulmonary-function/quark-i2m
Software (version): PFTSuite (10.0e)
Signal Type: Pseudo-random
Frequencies (Hz): 4, 6, 8, …, 48
Resmon Pro MGC Diagnostics n/a https://mgcdiagnostics.com/products/resmon-pro-v3-forced-oscillation-technique
Software (version): Pro Full (v3)
Signal Type: Pseudorandom, relative primes
Frequencies (Hz): 5, 11, 19
Tremoflo C-100 Thorasys n/a https://www.thorasys.com/
Software (version): tremfolo (1.0.43)
Signal Type: Pseudo-random, relative primes
Frequencies (Hz): 5, 11, 14, 17, 19, 23, 29, 31, 37
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References

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Forced Oscillation TechniqueFOTRespiratory MechanicsLung FunctionSmall AirwaysAt-home MonitoringVentilator OptimizationQuiet EnvironmentTest Load VerificationTest DurationDisposable FilterNose ClipLip SealHand Positioning

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Qian, W., Desai, A., Therkorn, J. H., Klein-Adams, J. C., Sotolongo, A. M., Falvo, M. J. Employing the Forced Oscillation Technique for the Assessment of Respiratory Mechanics in Adults. J. Vis. Exp. (180), e63165, doi:10.3791/63165 (2022).
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