Pädiatrie
Autoren
Ernst Eber

Diagnostik bei Luftwegskrankheiten von Kindern und Jugendlichen

Die pädiatrische Lungenfunktionsdiagnostik umfasst ein Spektrum von Methoden. Die gängigsten Methoden erfordern eine aktive Mitarbeit des Probanden oder Patienten und sind daher in der Routine erst ab dem späteren Kleinkindesalter einsetzbar. Darüber hinaus wurden Methoden entwickelt, die eine Lungenfunktionsdiagnostik auch beim Säugling und jungen Kleinkind ermöglichen. Für die Messung des ausgeatmeten Stickstoffmonoxids (fractional exhaled nitric oxide, FeNO) wird bei kooperativen Probanden am häufigsten die gut standardisierte Single-breath-online-Technik verwendet. In der pädiatrischen Pneumologie werden zur Luftwegsendoskopie heute nahezu ausschließlich flexible Endoskope eingesetzt. Mittels (ultra-)dünner Endoskope sind Untersuchungen auch von Früh- und Neugeborenen problemlos möglich.
Für die Diagnostik bei Luftwegskrankheiten von Kindern und Jugendlichen steht eine Reihe von Methoden, welche zum großen Teil aus der Erwachsenenmedizin übernommen und an die besondere Situation bei Kindern adaptiert wurden, zur Verfügung.

Lungenfunktionsdiagnostik

Grundsätzliches

Die pädiatrische Lungenfunktionsdiagnostik umfasst ein Spektrum von Methoden, mit welchen ventilatorische Leistungen sowie andere Funktionen des Respirationstrakts untersucht werden können. Ein universeller Test existiert nicht: Nur die Kombination von Messmethoden erlaubt eine umfassende Beurteilung des Funktionszustands des Respirationstrakts.
Die gängigsten Methoden erfordern aktive Mitarbeit des Probanden oder Patienten und sind daher in der Routine erst ab dem späteren Kleinkindesalter einsetzbar. Die Ruhespirometrie ermöglicht die Messung der ein- bzw. ausgeatmeten Volumina. Gasdilutionsmethoden und Ganzkörperplethysmografie erlauben die Messung des nicht ausatembaren Residualvolumens und komplettieren so die Erfassung der statischen Lungenvolumina. Die mittels Spirometrie mögliche Darstellung der forcierten Exspiration in der Volumen-Zeit-Kurve (bzw. durch die Registrierung desselben Atemmanövers als Fluss-Volumen-Kurve) ist eine etablierte Methode zur raschen Erfassung und Quantifizierung obstruktiver Lungenfunktionsstörungen. Ergänzend kann ganzkörperplethysmografisch der Atemwegswiderstand gemessen werden. Der reversible Anteil einer Luftwegsobstruktion ist mithilfe des Bronchospasmolysetests erfassbar. Bronchusprovokationsmethoden erlauben unter Verwendung eines bronchokonstriktorischen Reizes die Messung der bronchialen Reagibilität. Die isolierte Peak-Flow-Messung mittels einfacher Peak-Flow-Meter ermöglicht Verlaufsmessungen zu Hause und kann damit als Ergänzung der Diagnostik im Lungenfunktionslabor herangezogen werden.
Darüber hinaus wurden Methoden entwickelt, die eine Lungenfunktionsdiagnostik auch beim Säugling und jungen Kleinkind ermöglichen. Diese Methoden kommen mitarbeitsunabhängig am schlafenden bzw. sedierten Säugling oder jungen Kleinkind zum Einsatz. Dazu zählen u. a. Verschlusstechniken, die Multiple-breath-washout(MBW)-Technik, die Ganzkörperplethysmografie, und die sog. Kompressionstechniken Tidal-volume-rapid-thoracoabdominal-compression(RTC)-Technik und Raised-volume-RTC-Technik. Da diese Methoden technisch, zeitlich und personell sehr aufwändig sind, werden sie überwiegend in spezialisierten Zentren und im Rahmen wissenschaftlicher Untersuchungen eingesetzt.
Ebenfalls eine besondere Herausforderung stellt die Lungenfunktionsdiagnostik im Kleinkindesalter dar, in dem einerseits nicht mehr die passive Toleranz wie im Säuglingsalter, andererseits noch nicht die aktive Mitarbeit wie im Schulkindesalter vorherrscht. Oszillationstechniken („forced oscillation technique“ und Impulsoszillometrie), die sog. Unterbrechertechnik („rapid interrupter technique“) und Gasauswaschmethoden ermöglichen Lungenfunktionsdiagnostik auch in dieser Altersgruppe. Diese Methoden kommen ebenfalls überwiegend in spezialisierten Zentren und im Rahmen klinischer Studien zum Einsatz.
Letztlich besteht mit der arteriellen Blutgasanalyse eine in jedem Alter verfügbare Möglichkeit zur globalen Beurteilung der Gasaustauschkapazität des Respirationstrakts.
Aktive Mitarbeit von Kindern bei standardisierten Atemmanövern, aber auch der ruhige Schlaf eines (sedierten) Säuglings sind nur erreichbar, wenn Ambiente und Personal speziell auf die pädiatrische Lungenfunktionsdiagnostik abgestimmt sind. Die Tätigkeit in einem pädiatrischen Lungenfunktionslabor erfordert ein hohes Maß an Einfühlungsvermögen und Erfahrung im Umgang mit Kindern. Neben der Motivation durch den Untersucher können Animationsprogramme zum Erfolg beitragen.
Die Messung der Lungenfunktion von Kindern ist eine diagnostische Umsetzung der Atemphysiologie. Damit sind detaillierte Kenntnisse der Atemphysiologie sowie der unterschiedlichen Messprinzipien und Qualitätskriterien wichtige Grundlagen für die Arbeit in einem Lungenfunktionslabor. Die Wahl von diagnostischen Techniken richtet sich nach der Art der erwarteten Funktionsstörung und der klinischen Fragestellung. Im Kindesalter überwiegen obstruktive Lungenfunktionsstörungen bei weitem. Restriktive Funktionsstörungen als Folge von Krankheitsprozessen, welche den gesamten Luftgehalt der Lungen vermindern, sind im Kindesalter selten. Noch seltener ist ein klinisch relevanter Elastizitätsverlust der Lungen.
Im Folgenden wird eine Übersicht über die gängigsten diagnostischen Methoden vermittelt. In der Praxis oder in kleineren Kinderabteilungen realisierbare Methoden wie Spirometrie (inklusive Fluss-Volumen-Kurve) werden ausführlicher dargestellt. Zu komplexeren Methoden erfolgt nur eine kurze Beschreibung und der geschätzte Leser wird auf weiterführende Literatur verwiesen.

Statische Lungenvolumina

Registrierung
Mit einem Spirometer lassen sich jene Gasmengen, die nach maximaler Inspiration ausgeatmet (i. e. exspiratorische Vitalkapazität) bzw. nach maximaler Exspiration eingeatmet (i. e. inspiratorische Vitalkapazität) werden, ebenso erfassen wie ihre Anteile (Atemzugvolumen, inspiratorisches und exspiratorisches Reservevolumen). Die nicht ausatembare Gasmenge, welche nach einem exspiratorischen Vitalkapazitätsmanöver in der Lunge verbleibt (Residualvolumen), kann nur mit ergänzend eingesetzten Gasdilutionsmethoden (Messung der funktionellen Residualkapazität und Subtraktion des exspiratorischen Reservevolumens) bzw. mittels Ganzkörperplethysmografie (Messung des thorakalen Gasvolumens bei funktioneller Residualkapazität und Subtraktion des exspiratorischen Reservevolumens) bestimmt werden.
Messgrößen
Die Darstellung der statischen Lungenvolumina erfolgt im Volumen-Zeit-Diagramm (Abb. 1). Die kleinsten definierten Teileinheiten werden dabei als Volumina, die Summe von Volumina als Kapazitäten bezeichnet.
Beurteilung
Die statischen Lungenvolumina sind bei typischen Lungenfunktionsstörungen charakteristisch verändert. Aus der Abnormität eines einzelnen Parameters sollte allerdings keine Diagnose abgeleitet werden. Vielmehr sind mehrere Messwerte in der Zusammenschau zu beurteilen. Hilfreich in der Beurteilung ist auch die kombinierte Betrachtung der statischen und dynamischen Volumina sowie der forcierten exspiratorischen Flussraten (Abschn. 1.3 und Abschn. 1.4).
Bei Vorliegen einer obstruktiven Funktionsstörung bewirken die verengten intrathorakalen Luftwege in der Exspiration einen verfrühten Luftwegsverschluss. Damit vergrößert sich das Residualvolumen (RV) und die Vitalkapazität (VC) wird entsprechend verringert. Die Ruheatmung wird in ein höheres Lungenvolumen verlagert, um einen Luftwegsverschluss möglichst zu verhindern. Dies drückt sich in einer Erhöhung der funktionellen Residualkapazität (FRC) aus. Bei chronisch-obstruktiven Lungenkrankheiten verändert sich die Thoraxkonfiguration in Richtung Fassthorax. Damit vergrößert sich auch die Totalkapazität (TLC).
Bei Vorliegen einer restriktiven Funktionsstörung sind alle Lungenvolumina proportional vermindert. In dieser Situation genügt eine einfache Spirometrie nicht für eine verlässliche Diagnostik, da eine reduzierte VC nicht zwischen einer obstruktiven und einer restriktiven Funktionsstörung unterscheiden lässt. Eine restriktive Funktionsstörung kann nur durch Nachweis einer reduzierten TLC gesichert werden.

Forciertes Exspirogramm

Registrierung
Unter einem forcierten Exspirogramm wird die Darstellung eines forcierten exspiratorischen Vitalkapazitätsmanövers im Volumen-Zeit-Diagramm verstanden. Zur Registrierung des Atemflusses sind verschiedene Fluss-Sensoren (Pneumotachograf, Ultraschall-Fluss-Sensor) verwendbar. Die Verlässlichkeit der Methode hängt von der Verwendung validierter Hard- und Software sowie deren standardisierter Anwendung ab. Als Basis hierfür sind die aktuellen Richtlinien der European Respiratory Society (ERS) und der American Thoracic Society (ATS) zur Spirometrie heranzuziehen.
Messgrößen
In Abb. 2a sind eine normale und eine pathologische Kurve sowie die messbaren Parameter dargestellt.
Beurteilung
Die Registrierung des forcierten Exspirogramms wird als schnelle, apparativ einfache sowie gut reproduzierbare Methode vor allem zur Objektivierung und Verlaufskontrolle obstruktiver Atemwegserkrankungen genutzt.
Die bei einer obstruktiven Funktionsstörung verengten intrathorakalen Luftwege bremsen die exspiratorische Strömung und führen damit zu einer Abflachung der Kurve. Die Zeit bis zur vollständigen Entleerung der forcierten Vitalkapazität (FVC) ist verlängert. Wiewohl die FVC durch frühen Luftwegsverschluss verringert ist, findet sich das forcierte exspiratorische Volumen in 1 Sekunde (FEV1) meist noch stärker reduziert. Damit verringert sich der sog. Tiffeneau-Index (FEV1/FVC). Gelegentlich ist jedoch im Kindesalter bei überblähungsbedingter Zunahme des RV die FVC fast im selben Ausmaß eingeschränkt wie das FEV1. Daher schließt ein im Normbereich liegender Tiffeneau-Index eine obstruktive Funktionsstörung nicht aus.
Bei restriktiven Funktionsstörungen ist die Form des forcierten Exspirogramms kaum verändert. Alle messbaren Parameter sind in etwa demselben Ausmaß eingeschränkt, der Tiffeneau-Index ist normal.

Maximale exspiratorische Fluss-Volumen(MEFV)-Kurve

Registrierung
Es handelt sich hierbei um die Darstellung eines forcierten exspiratorischen Vitalkapazitätsmanövers in Form eines Fluss-Volumen-Diagramms. Im Vergleich zum Volumen-Zeit-Diagramm erlaubt diese Form der Registrierung einen vertieften atemphysiologischen Einblick, welcher mit Einschränkungen auch eine Differenzierung zwischen zentraler und peripherer Luftwegsobstruktion sowie die Darstellung des inhomogenen Entleerungsverhaltens unterschiedlicher Lungeneinheiten zulässt. Das vom Probanden durchzuführende Atemmanöver gleicht dem für das forcierte Exspirogramm, und es gelten die bereits für das forcierte Exspirogramm angeführten internationalen Richtlinien.
Messgrößen
In Abb. 2b sind eine normale und eine pathologische Kurve sowie die messbaren Parameter dargestellt.
Beurteilung
Zusätzlich zur nummerischen Auswertung der Kurve führt eine visuelle Formanalyse zu hohem Informationsgewinn.
Bei einer obstruktiven Funktionsstörung ist die MEFV-Kurve in allen Dimensionen verkleinert. Die FVC ist aufgrund des vergrößerten RV reduziert und die exspiratorischen Flussraten sind verringert. Bei inhomogener Entleerung kontrastiert ein wenig eingeschränkter exspiratorischer Spitzenfluss mit massiv reduzierten mitt- und endexspiratorischen Flussraten. Der deszendierende Teil der MEFV-Kurve hängt bogig zur Volumenachse durch (Abb. 3).
Bei einer restriktiven Funktionsstörung ist die MEFV-Kurve in allen Dimensionen gegenüber der Norm verkleinert, aber in ihrer Form normal (Abb. 4).
Bei variablen Stenosen des intrathorakalen Anteils der Trachea sowie bei fixierten Stenosen von Larynx oder Trachea kommt es zu einer Plateaubildung in der MEFV-Kurve (Abb. 5)

Maximale inspiratorische Fluss-Volumen(MIFV)-Kurve

Registrierung
Ein forciertes inspiratorisches Vitalkapazitätsmanöver wird üblicherweise nur als MIFV-Kurve registriert, da die Volumen-Zeit-Darstellung keinen Informationsgewinn bringt. Die Kombination einer MEFV- und einer MIFV-Kurve ergibt eine sog. Fluss-Volumen-Schleife. Die Erweiterung des Atemmanövers um eine zusätzliche forcierte Inspiration ist dann sinnvoll, wenn eine Beurteilung der extrathorakalen Luftwege angestrebt wird.
Messgrößen
In Abb. 2b ist auch eine normale MIFV-Kurve dargestellt. Der maximale mittinspiratorische Fluss kann gemessen werden. Für die Beurteilung genügt jedoch üblicherweise eine Formanalyse der Kurve.
Beurteilung
Bei strömungslimitierend wirksamen variablen Stenosen der extrathorakalen Luftwege zeigt sich die resultierende Einschränkung der Inspiration in Form einer Plateaubildung in der MIFV-Kurve. Bei fixierten Stenosen der zentralen Luftwege finden sich, ungeachtet der exakten Lokalisation der Einengung, Plateaubildungen sowohl in der MEFV- als auch in der MIFV-Kurve.

Gasdilution

Gasdilutionsverfahren dienen der Messung der FRC und ergänzen damit die Spirometrie. Bei der Helium-Einwaschung werden geschlossene Spirometersysteme mit Helium beschickt. Die Ruheatmung des Probanden verdünnt die Heliumkonzentration, welche mithilfe eines Gasanalysators laufend gemessen wird. Aus dem Ausmaß des Konzentrationsabfalls kann auf das mit dem Spirometer verbundene Lungenvolumen rückgerechnet werden. Bei der Stickstoff-Auswaschung wird der in den Lungen vorhandene Stickstoff durch Atmung von reinem Sauerstoff ausgewaschen, und die FRC aus dem Abfall der Stickstoff-Konzentration berechnet. Beide Methoden haben – insbesondere bei Patienten mit Luftwegsobstruktion – Schwächen. Das eingewaschene Helium kann Alveolarbezirke hinter verschlossenen Luftwegen nicht vollständig erreichen. Daher wird die FRC durch Nichterfassung dieses „trapped gas“ unterschätzt. Bei der Stickstoff-Auswaschung kann die bei Luftwegsobstruktion verlängerte Messung durch aus dem Gewebe nachströmenden Stickstoff fehlerhaft werden.
Mit der sog. Multiple-breath-washout(MBW)-Technik kann neben der FRC auch die Ventilationsinhomogenität in den kleinen und kleinsten Atemwegen erfasst werden. Der bekannteste und meist verwendete Parameter zur Beschreibung einer inhomogenen Ventilation ist der „lung clearance index“ (LCI). Der LCI ist ein sehr sensitiver Parameter zur Erfassung früher Veränderungen in den kleinsten Luftwegen bei chronischen Lungenerkrankungen (z. B. Mukoviszidose). Die Single-breath-washout(SBW)-Technik gehört ebenfalls zu den Gasdilutionsverfahren, erfordert jedoch ein Vitalkapazitätsmanöver oder ein vordefiniertes Atemzugvolumen und damit eine ausreichende Kooperation von Seiten des Probanden.

Ganzkörperplethysmografie

Grundsätzliches
Der Ganzkörperplethysmograf ermöglicht die Messung des thorakalen Gasvolumens (TGV) und des Atemwegswiderstandes („airway resistance“, Raw). Die Registrierung erfolgt bei Spontanatmung. Eine Mitarbeit in Form bestimmter Atemmanöver ist nicht notwendig, sodass Messungen schon bei Kleinkindern möglich sind. Die Ganzkörperplethysmografie ist ein apparativ aufwändiges und methodisch komplexes diagnostisches Verfahren und bleibt daher größeren pädiatrischen Lungenfunktionslabors vorbehalten.
Messung des TGV
Diese beruht auf dem Boyle-Mariotte‘schen Gesetz (unter isothermen Bedingungen bleibt das Produkt aus Druck und Volumen eines Gases konstant). Der Proband sitzt im Plethysmograf, einer geschlossenen Kabine, und atmet über das Mundstück gegen einen kurzen Verschluss an. Die resultierenden frustranen In- und Exspirationen werden am Mund als Druckschwankungen, die begleitenden Größenveränderungen des Thorax in der Kabine als Druckschwankungen registriert. Aus diesen Signalen kann auf das thorakale Gasvolumen rückgerechnet werden.
Ein praktischer Vorteil der Ganzkörperplethysmografie gegenüber den Gasdilutionsmethoden ist der geringe Zeitaufwand für die TGV-Messung. Darüber hinaus wird hinter verschlossenen Luftwegen befindliches „trapped gas“ miterfasst. Zur Messung der statischen Lungenvolumina wird deshalb in der Praxis die Spirometrie häufiger mit der Ganzkörperplethysmografie kombiniert als mit Gasdilutionsmethoden. Bei höhergradigen obstruktiven Funktionsstörungen ergeben sich gelegentlich Messfehler, wenn nach dem Verschluss am Mund kein vollständiger Druckausgleich zwischen den oberen Luftwegen und stark obstruierten Lungeneinheiten zustande kommt.
Messung des Raw
Bei der plethysmografischen Messung des Raw wird zuerst eine Druck-Strömungs-Kurve registriert, welche die durch die Atmung erzeugten Druckschwankungen in der Box zu der am Mund registrierten Strömung in Form einer sog. Widerstandsschleife in Beziehung setzt. Das unmittelbar darauf folgende Verschlussmanöver zur Messung des TGV ergibt das Verhältnis der atembedingten Kabinendruckschwankungen zu den Alveolardruckschwankungen. Mit diesen Daten zu Druck und Strömung kann auf den Strömungswiderstand rückgerechnet werden.
Da sich der Strömungswiderstand in einem Röhrensystem mit der 4. Potenz des Radius ändert, ist der plethysmografisch gemessene Raw ein hoch sensitiver Parameter zur Erfassung einer obstruktiven Lungenfunktionsstörung. Gegenüber den spirometrischen Messungen hat der Raw die Vorteile, mitarbeitsunabhängig zu sein und den möglichen Einfluss forcierter Atemmanöver auf die Weite der Luftwege zu vermeiden. Nachteile ergeben sich aus der hohen intraindividuellen Variabilität des Raw.

Bronchospasmolyse

Nach Feststellung einer obstruktiven Lungenfunktionsstörung kann der reversible (bronchospastisch bedingte) Anteil der Obstruktion mithilfe eines Bronchospasmolysetests objektiviert werden. Eine Bronchodilatator-empfindliche obstruktive Lungenfunktionsstörung findet sich bei zahlreichen akuten und chronischen Luftwegserkrankungen, und ist typisch für Asthma bronchiale. Ein negativer Bronchospasmolysetest schließt das Vorliegen eines Asthma bronchiale jedoch nicht aus, da Exazerbationen und/oder schwere Krankheitsverläufe mit einem Verlust der Bronchodilatator-Empfindlichkeit einhergehen können.
Nach der Basisdiagnostik inhaliert der Patient meist ein kurz wirksames β2-Sympathomimetikum. Dieses kann z. B. in Form von 4 Hüben eines Dosieraerosols (inhaliert über eine passende Vorschaltkammer) oder als mit einem Düsenvernebler produziertes Aerosol (inhaliert über ein Mundstück) appliziert werden. 10–15 Minuten nach Inhalation wird die Lungenfunktionsdiagnostik wiederholt.
Grundsätzlich kann jeder zur Erfassung einer Luftwegsobstruktion geeignete Lungenfunktionstest verwendet werden, in der Regel wird jedoch die Spirometrie verwendet. Ein Anstieg des FEV1 um 12 % oder mehr gilt als signifikante Bronchodilatation.

Bronchusprovokation

Grundsätzliches
Die verfügbaren Provokationsmethoden ermöglichen die Erfassung einer bronchialen Hyperreagibilität, die bei diversen respiratorischen Erkrankungen im Kindesalter besteht, und insbesondere für Asthma bronchiale typisch ist. Der Stellenwert der Bronchusprovokation in der klinischen Praxis ist umstritten. Manche betrachten die Quantifizierung der bronchialen Reagibilität als ausschließlich wissenschaftliche Methode, andere sehen die bronchiale Hyperreagibilität als Merkmal der Asthma-typischen bronchialen Inflammation und begründen damit den Einsatz der Bronchusprovokation in der Asthma-Diagnostik und im langfristigen Asthma-Management. Hilfreich erscheint die Erfassung einer bronchialen Hyperreagibilität bei Patienten mit normaler Lungenfunktion und auf Asthma bronchiale hinweisenden Symptomen. Da eine Bronchusprovokation die Lungenfunktion potenziell verschlechtert, soll sie nur unter entsprechender Sicherung in erfahrenen Labors durchgeführt werden.
Direkte Provokation
Der verwendete bronchokonstriktorische Reiz ist die Inhalation von Histamin oder Methacholin. Aus Sicherheitsgründen bestehen die gängigen Protokolle aus der sequenziellen Inhalation von definierten Aerosolmengen mit schrittweise gesteigerter Bronchokonstriktorkonzentration und dazwischen liegender wiederholter Lungenfunktionsdiagnostik. Die bronchiale Reagibilität wird als jene Bronchokonstriktordosis oder -konzentration quantifiziert, welche in der entstehenden Dosis-Wirkungs-Kurve eine prädefinierte Lungenfunktionsveränderung (z. B. einen 20-prozentigen Abfall des FEV1) verursacht. Wie alle Aerosol-basierten Methoden haben diese Methoden in der Pädiatrie das Problem der Dosisanpassung an Probanden mit unterschiedlich großen Respirationstrakten.
Indirekte Provokation
Als Stimulus wird vor allem die Erzeugung eines osmotischen Gradienten an der Oberfläche der Bronchialschleimhaut verwendet. Zu nennen sind hier verschiedene Formen von körperlicher Belastung (Fahrradergometrie, standardisierte Laufbelastung, freies Laufen), die Inhalation von hypo- oder hypertonen Lösungen, von Mannitolpulver und von Adenosin-Monophosphat sowie die Hyperventilation von trockener, kalter Luft. Letztere hat den Vorteil, die Problematik der Aerosol-Dosierung zu umgehen. Gekühlte und absolut trockene Luft aus einem Wärmeaustauscher wird über 4 Minuten unter eukapnischen Bedingungen hyperventiliert. Die bronchiale Reagibilität wird als dadurch ausgelöste Lungenfunktionsveränderung (z. B. Abfall des FEV1) quantifiziert.

Peak-Flow-Metrie

Die Messung des exspiratorischen Spitzenflusses („peak expiratory flow“, PEF) erfolgt im Rahmen der Spirometrie (Abb. 2b). Aufgrund der ausgeprägten Abhängigkeit des PEF von der Mitarbeit des Patienten wird der Spitzenfluss jedoch vor allem als Qualitätsparameter und darüber hinaus für die Beurteilung der zentralen Atemwege (siehe auch Plateaubildung in den Fluss-Volumen-Kurven) herangezogen. Die longitudinale isolierte Peak-Flow-Messung mittels mechanischer oder elektronischer Peak-Flow-Meter hat einen gewissen Stellenwert als Methode für das Heim-Monitoring bei Patienten mit chronisch obstruktiven Atemwegserkrankungen erlangt. Die (mehrmals) tägliche Erhebung von Messwerten kann in der Langzeit-Betreuung von Patienten mit Asthma bronchiale mit schlechter Symptomwahrnehmung für deren Selbstmanagement hilfreich sein. Andererseits werden PEF-Messungen oft nicht zuverlässig durchgeführt: Daher sind PEF-Protokolle mit Vorsicht zu interpretieren. Elektronische Peak-Flow-Meter mit Aufzeichnung von Messzeitpunkten, Werten und Qualitätskriterien bieten hier Vorteile.

Arterielle Blutgasanalyse

Grundsätzliches
Blut wird durch Arterienpunktion (z. B. A. radialis) gewonnen, unter intensivmedizinischen Bedingungen bei Notwendigkeit wiederholter Messungen aus einer arteriellen Verweilkanüle. Weniger exakt, aber auch weniger invasiv ist die Abnahme von „arterialisiertem“ Kapillarblut nach Applikation einer hyperämisierenden Salbe. Die arterielle Blutgasanalyse erlaubt eine globale Beurteilung der ventilatorischen und Gasaustausch-Funktion des Respirationstrakts.
Ventilation
Diese wird durch die Messung des arteriellen Kohlendioxidpartialdrucks (paCO2) beurteilt. Jede in Relation zu den metabolischen Bedürfnissen des Organismus zu geringe Ventilation äußert sich in einem Anstieg des paCO2, wobei nicht zwischen einer zentral bedingten, neuromuskulär verursachten oder aus einer Krankheit des Respirationstrakts resultierenden Hypoventilation unterschieden werden kann. Die Einbeziehung des gesamten Säure-Basen-Haushalts in die Beurteilung erlaubt bei erhöhtem paCO2 die Differenzierung zwischen akuter und chronischer respiratorischer Insuffizienz. Bei rascher Dekompensation hat das relativ langsam reagierende renale System noch keinen Einfluss auf den Säure-Basen-Haushalt (der pH-Wert als Ausdruck einer respiratorischen Azidose ist verringert, während der Basenüberschuss [base excess, BE] noch um Null liegt). Bei länger dauernder respiratorischer Insuffizienz wird der BE-Wert positiv.
Gasaustausch
Der arterielle Sauerstoffpartialdruck (paO2) ermöglicht über die Berechnung der alveoloarteriellen Sauerstoffpartialdruckdifferenz (AaDO2) die Beurteilung der Gasaustauschkapazität des respiratorischen Systems, welche lungenspezifisch, d. h. von extrapulmonalen Ursachen einer respiratorischen Insuffizienz unberührt ist. Zur Berechnung der AaDO2 ergibt sich der paO2 aus der arteriellen Blutgasanalyse. Der alveoläre Sauerstoffpartialdruck (pAO2) kann nach der Formel pAO2 = pIO2 – pACO2/0,8 berechnet werden. Dabei ist pIO2 der Partialdruck des inspirierten Sauerstoffs, pACO2 der Partialdruck des alveolären CO2, welches den eingeatmeten Sauerstoff verdünnt. Bei ausgezeichneter Diffusion des CO2 und vollständigem Ausgleich zwischen kapillärem und alveolärem Kompartment kann der paCO2 für den pACO2 substituiert werden. Da mehr CO2 ausgeschieden als O2 aufgenommen wird, geht auch der respiratorische Austauschquotient, welcher mit 0,8 approximiert werden kann, in diese Berechnung ein. Der pIO2 errechnet sich als 21 % des Gesamtluftdrucks (Barometerdruck, PB), von dem allerdings 47 mmHg für den Partialdruck der bei Einatmung stattfindenden Wasserdampfsättigung subtrahiert werden müssen: pIO2 = (PB–47) × 0,21.
Der Normalbereich der AaDO2 (pAO2–paO2) beträgt 0–10 mmHg. Im Kindesalter resultiert eine pathologisch erhöhte AaDO2 vor allem aus einer Ventilations-Perfusions-Imbalanz. Bei disseminierter peripherer Luftwegsobstruktion kann die arterielle Gefäßregulation nicht mehr vollständig gleichziehen. Es resultieren unterbeatmete, aber noch durchblutete (Shunt) sowie unterdurchblutete, aber noch beatmete (Totraum) Alveolarbezirke. Somit wird die AaDO2 zu einem globalen Maß der ventilatorischen Verteilungsstörung und dem daraus resultierenden „mismatch“ von Ventilation und Perfusion.

Referenzwerte

Referenz- oder Normwerte sind für eine valide Beurteilung von Messergebnissen unerlässlich. Sie berücksichtigen das Lungenwachstum und die physiologische Lungenentwicklung sowie geschlechtsspezifische, ethnische und Alters-Einflüsse. Am stärksten korrelieren die spirometrisch erfassten Lungenfunktionsparameter mit der Körpergröße. Es kann auf zahlreiche unterschiedliche Referenzwerte, welche in verschiedenen Populationen und auf der Basis unterschiedlicher statistischer Verfahren erstellt wurden, zurückgegriffen werden. Insbesondere die Frage, ob die verwendeten Referenzwerte für die zu untersuchende Population adäquat sind, ist kritisch zu evaluieren. Idealerweise sollten Referenzwerte aus Untersuchungen stammen, die an derselben Population mit derselben Methodik durchgeführt wurden. Seit einigen Jahren stehen im Rahmen der Global Lung Function Initiative der European Respiratory Society erarbeitete multiethnische Spirometrie-Referenzwerte für den Altersbereich 3–95 Jahre zur Verfügung.
Üblicherweise werden Messergebnisse sowohl in Absolutwerten als auch in Prozent des Normwerts (Sollwerts) angegeben. Bei Verwendung der Angabe %-Sollwert wird jedoch weder die interindividuelle Variabilität in der Population noch die unterschiedliche Variabilität verschiedener Lungenfunktionsparameter berücksichtigt. Es wird daher empfohlen, gemessene Volumina und Flüsse in sog. z-Scores umzurechnen, welche diese Aspekte berücksichtigen. Der Normalbereich liegt für alle gemessenen Lungenfunktionsparameter zwischen +2 und –2 Standardabweichungen.

Interpretation der Messergebnisse

Bei gesunden Kindern und Jugendlichen besteht sowohl für die Lungengrößse als auch für andere atemphysiologische Dimensionen eine beträchtliche interindividuelle Variabilität, die eine breite Streuung der Normwerte bedingt. Eine longitudinale Beurteilung zieht jedes Individuum als eigene Referenzperson heran. Gestützt auf eine relativ geringe intraindividuelle Variabilität einzelner Messgrößen (die Kenntnis dieser Variabilität ist Voraussetzung für eine valide Interpretation) erlaubt diese Vorgangsweise eine aussagekräftige Verlaufsbeobachtung von Patienten mit chronischen respiratorischen Erkrankungen.
Eine kompetente Interpretation der Messergebnisse basiert nicht auf einer isolierten Betrachtung einzelner Messgrößen, sondern setzt Veränderungen eines Spektrums von Parametern zueinander in Beziehung. Ergänzend ist eine Formanalyse der registrierten Kurven von Bedeutung.

Indikationen

Die Indikationsstellung zur Lungenfunktionsdiagnostik und die Auswahl der eingesetzten Methoden sind kaum standardisierbar. Grundsätzlich ist zu bedenken, dass die im Kindesalter häufige obstruktive Funktionsstörung mit keiner anderen diagnostischen Methodik so sensitiv, präzise, reproduzierbar und belastungsfrei erfasst werden kann (weder die klinische Untersuchung noch die Radiologie können hier eine vergleichbare Sensitivität aufweisen). Die Betreuung von Patienten mit Luftwegsobstruktion im „lungenfunktionsfähigen“ Alter ohne Einsatz der Funktionsdiagnostik ist als obsolet zu betrachten.
Viele klinische Fragestellungen können mit relativ einfachen Methoden wie der Spirometrie (inklusive Fluss-Volumen-Kurve) ausreichend beantwortet werden. Diese diagnostischen Methoden sind apparativ relativ einfach und nach ausreichender atemphysiologischer und methodischer Schulung dem niedergelassenen Pädiater ebenso wie kleineren Kinderabteilungen uneingeschränkt zugänglich. Bei exklusiver Nutzung nur einiger weniger Techniken sollte sich der Anwender aber auch der Limitationen dieser Techniken bewusst sein.

Messung des exhalierten Stickstoffmonoxids

Grundsätzliches
Für die Messung des ausgeatmeten Stickstoffmonoxids („fractional exhaled nitric oxide“, FeNO) kommen verschiedene Methoden zur Anwendung. Bei kooperativen Probanden (Motivationsprogramme können hilfreich sein) wird am häufigsten die gut standardisierte Single-breath-online-Technik verwendet. Für Säuglinge und Kleinkinder stehen weniger gut standardisierte, alternative Methoden mit gewissen Einschränkungen zur Verfügung. Darüber hinaus kann Stickstoffmonoxid auch in der Nase gemessen werden. Die Bestimmung des Stickstoffmonoxids erfolgt mittels Chemolumineszenz-Technik oder neuerdings auch mittels elektrochemischer Sensoren. Besonders bei longitudinalen Messungen ist zu berücksichtigen, dass FeNO bei Kindern mit dem Alter ansteigt; altersspezifische Referenzwerte stehen zur Verfügung. Andere Lungenfunktionstests wie z. B. die Spirometrie sollen grundsätzlich nach der FeNO-Messung durchgeführt werden.
Klinische Anwendung
FeNO korreliert mit anderen Markern für die eosinophile Inflammation und kann daher bei Patienten mit Asthma bronchiale zur Abschätzung des Grades der eosinophilen Inflammation und damit auch zur Steuerung der antiinflammatorischen Therapie eingesetzt werden. Die FeNO-Messung wird bei diesen Patienten jedoch nicht generell empfohlen, sondern bleibt spezifischen Fragestellungen vorbehalten.
Die Messung des nasalen NO wird als Screening-Methode bei Verdacht auf primäre ziliäre Dyskinesie eingesetzt und steht in spezialisierten Zentren zur Verfügung (Kap. „Kongenitale Anomalien von Atemwegen und Lungen inklusive primäre ziliäre Dyskinesie“).

Endoskopie

Grundsätzliches
Bis zum Beginn der 80er-Jahre des vorigen Jahrhunderts war eine Luftwegsendoskopie bei Kindern nur mit starren Geräten unter Narkosebedingungen möglich. Erst die Entwicklung entsprechend dünner fiberoptischer Endoskope ermöglichte eine flexible Endoskopie der Luftwege auch am sedierten, spontan atmenden, pädiatrischen Patienten. Damit ergab sich eine Reihe von Vorteilen: Die flexible Technik ist nicht nur schonender, sie erlaubt auch weiter periphere Einblicke und macht mit starren Geräten üblicherweise schlecht beurteilbare Bronchialabschnitte (z. B. Oberlappen) uneingeschränkt zugänglich. Vor allem aber erlaubt sie beim spontan atmenden Kind eine bessere Beurteilung von Instabilitätsphänomenen und druckabhängig variablen Stenosen. Daher wird in der pädiatrischen Pneumologie zur Luftwegsdiagnostik heute nahezu ausschließlich die flexible Endoskopie eingesetzt. Diese ist auch bei Früh- und Neugeborenen mittels (ultra-)dünner Endoskope problemlos möglich. Nach wie vor sind jedoch die meisten therapeutischen Indikationen (z. B. Fremdkörperentfernung) Domäne der starren Bronchoskopie.
Die flexible Endoskopie des Luftwegs ist eine invasive Methode, welche ein hohes Maß an manueller Geschicklichkeit und diagnostischer Kompetenz voraussetzt. Beide Qualifikationen sind nur über längeres Training zu erwerben und auch nur mit fortdauernder, ausreichend hoher Untersuchungsfrequenz zu erhalten. Dementsprechend bleibt die diagnostische flexible Luftwegsendoskopie Zentren vorbehalten.
Geräte/Ausstattung
Ein flexibles fiberoptisches Endoskop besteht aus Glasfaserbündeln, die das Licht zur Spitze des Endoskops leiten und das Bild transportieren. Die Chip-Technologie hat die Bildqualität deutlich verbessert und gilt inzwischen – mit Ausnahme der (ultra-)dünnen Endoskope – als Standard. Seilzüge ermöglichen eine Flexion der Spitze des Endoskops. Der Arbeitskanal (Durchmesser 1,2 bzw. 2 mm) dient zum Absaugen von Sekret, aber auch zur Instillation des Lokalanästhetikums und anderer Flüssigkeiten sowie zur Passage von Instrumenten. Der Außendurchmesser der heute in der Pädiatrie verfügbaren flexiblen Endoskope liegt zwischen 2,2 und 5 mm.
Eine gute Dokumentation ist unbedingte Voraussetzung. Sie soll u. a. die Indikation zur Untersuchung, Angaben zu Prämedikation und (Lokal-)Anästhesie sowie allfällige Komplikationen beinhalten. Da zahlreiche pathologische Befunde in der Pädiatrie funktioneller Natur sind, ist eine Videodokumentation sehr empfehlenswert.
Ein Endoskopieraum verfügt über eine Untersuchungsliege, Geräte zum Monitoring des Patienten, medizinische Gase sowie rasch greifbare Notfallmedikamente und Reanimationseinrichtungen. Neben dem Untersucher sind zumindest 2 weitere Personen, welche assistieren bzw. den Patienten überwachen, erforderlich.
Hygiene
Während der Untersuchung sollen Handschuhe getragen werden; die Verwendung eines Mundschutzes und einer Brille sind empfehlenswert. Die Desinfektion der verwendeten Geräte erfolgt laut Angaben der Hersteller und der jeweiligen behördlichen Vorgaben. Die Aufbereitung der Geräte kann manuell erfolgen, die Verwendung zertifizierter Waschmaschinen wird jedoch empfohlen. Auf die Dichtigkeitsprüfung sollte nicht vergessen werden.
Indikationen
Die Indikationen für eine diagnostische flexible Endoskopie sind zahlreich. Von Seiten der extrathorakalen Luftwege ist hier insbesondere ein persistierender inspiratorischer Stridor zu nennen, welcher ausnahmslos endoskopisch abgeklärt werden kann. Weitere Indikationen inkludieren ein atypisches Krupp-Syndrom, chronische Heiserkeit sowie das Bestehen einer Langzeit-Tracheostomie. Gängige Indikationen von Seiten der intrathorakalen Luftwege sind persistierende oder rekurrierende atelektatische oder infiltrative Veränderungen (sowie andere radiologisch auffällige, lokalisierte Belüftungsstörungen), persistierendes Giemen bzw. Pfeifen und chronischer Husten. Eine häufige Indikation ist die Durchführung einer bronchoalveolären Lavage (BAL, Abschn. 3.1). Gelegentlich ergeben sich auch therapeutische Indikationen wie die Instillation von mukolytischen Substanzen oder Surfactant bzw. das Absaugen von Bronchialsekret. Keine primäre Indikation für eine flexible Endoskopie ist der dringende Verdacht auf eine akute Fremdkörperaspiration. Bei Vorliegen einer Asphyxie, eines schattengebenden Fremdkörpers, eines einseitig abgeschwächten Atemgeräusches und/oder radiologischer Auffälligkeiten (z. B. einseitige/fokale Überblähung) ist eine starre Bronchoskopie angezeigt. Die starre Bronchoskopie erlaubt gleichzeitige Beatmung und Manipulation und ist daher bei einer Reihe von invasiven Prozeduren (z. B. Lasertherapie, Abtragung von Granulationsgewebe, Ballondilatation) sehr wertvoll.
Kontraindikationen
Flexible Luftwegsendoskopien sind in jeder Altersgruppe möglich und absolute Kontraindikationen existieren nicht. Zurückhaltung empfiehlt sich vor allem bei Gerinnungsstörungen mit klinisch relevanter Blutungsneigung und bei kritischer kardiorespiratorischer Insuffizienz. Meist können Kontraindikationen zwar durch geeignete Maßnahmen, wie z. B. Intubation und Beatmung umgangen werden, wie bei anderen medizinischen Eingriffen müssen jedoch Risiken und zu erwartende Vorteile für den Patienten sorgfältig abgewogen werden.
Komplikationen
Die flexible Luftwegsendoskopie ist in erfahrenen Händen ein sicheres Verfahren und schwerwiegende Komplikationen treten nur selten auf. Eine Hypoventilation kann aus einem Missverhältnis zwischen Außendurchmesser des Endoskops und innerer Weite des Luftwegs resultieren, und durch die Sedierung noch verstärkt werden. Richtige Gerätewahl, schnelle und adäquate Untersuchungstechnik und Früherkennung lassen diese Komplikation vermeiden bzw. prompt beseitigen. Laryngo- bzw. Bronchospasmus, mechanische Läsionen der Luftwegsmukosa sowie postendoskopischer Stridor sind in der Regel bei guter Untersuchungstechnik ebenfalls vermeidbar.

Bronchoalveoläre Lavage (BAL)

Grundsätzliches
Bei der BAL wird das flexible Endoskop so weit vorgeschoben, dass es einen Bronchus (bei diffusen Prozessen meist im Mittellappen oder in der Lingula, bei fokalen Prozessen im betroffenen Lappen oder Segment) abdichtet. Dann wird portionsweise sterile physiologische Kochsalzlösung eingespült und anschließend als BAL-Flüssigkeit wieder abgesaugt. Die technischen Details dieses Vorgehens (Volumen, Verweildauer, Sog etc.) sind nicht allgemein anerkannt standardisiert. Die gewonnene BAL-Flüssigkeit kann mikrobiologisch, zytologisch, biochemisch sowie molekularbiologisch aufgearbeitet werden. Die Normwerte für die Zellverteilung bei Kindern unterscheiden sich von denen bei Erwachsenen.
Indikationen
Eine BAL ist bei interstitiellen oder infektiösen Lungenerkrankungen indiziert. Die BAL ist diagnostisch bei Infektionen, Tumoren, der Alveolarproteinose, der Langerhans-Zell-Histiozytose und der Lungenhämosiderose. Bei anderen Erkrankungen, wie z. B. der Sarkoidose oder der exogen allergischen Alveolitis kann sie hilfreich sein. In der Neonatologie ist mitunter die Bestimmung der Surfactantproteine von Bedeutung.

Schleimhautbiopsie und transbronchiale Biopsie

Mit kleinen Zangen können auch über das flexible Endoskop bronchiale oder transbronchiale Biopsien zur histologischen Untersuchung entnommen werden.
Eine Schleimhautbiopsie ist unkompliziert, die Indikationen dazu im klinischen Alltag sind jedoch begrenzt (z. B. schweres Asthma, Tumore, Verdacht auf primäre ziliäre Dyskinesie). Bei unklarer Gefäßversorgung sollte eine Schleimhautbiopsie vermieden werden. Im Übrigen kann eine Biopsie unklarer Läsionen informativ bezüglich deren Dignität sein.
Transbronchiale Biopsien bei Kindern und Jugendlichen werden vor allem in Zentren mit Lungentransplantationsprogrammen durchgeführt. Vereinzelt kommen sie auch bei Kindern mit Verdacht auf interstitielle Lungenerkrankung oder malignen Erkrankungen zum Einsatz.
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