Taskukokoinen spirometri keuhkoaltistusten seurannassa

Spesifeissä tai työtä jäljittelevissä altistuskokeissa todettu astmareaktio on varmin ammattiastman kriteeri. Reaktio voi olla paitsi välitön, myös viivästynyt, joten potilaan keuhkojen toimintaa seurataan 24 tuntia altistuksen jälkeen.

Astmareaktion mittana käytetään uloshengityksen huippuvirtaus- (PEF) ja uloshengityksen sekuntikapasiteetti- (FEV1) arvoja. PEF kuvaa lähinnä suurten hengitysteiden obstruktiota. Sen koetulos riippuu suuresti potilaan yhteistyöhalusta sekä puhallukseen käytetystä hengityslihasvoimasta. Sekuntikapasiteettia mittaamalla saadaan parempi kuva pienten hengitysteiden obstruktiosta. Tulos on myös paremmin toistettava ja vähemmän lihasvoimasta riippuvainen kuin PEF:n. Varsinkin viivästyneessä astmareaktiossa altistuskokeen jälkeen PEF:n sensitiivisyys on huonompi kuin FEV1:n (1). Kansainvälisissä ammattiastmadiagnostiikan ohjeissa suositellaankin ensisijaisesti FEV1:n seuraamista (2).

Monen potilaan usein toistuvat FEV1-mittaukset on käytännössä hankala järjestää kiinteällä spirometrillä. Sen vuoksi diagnostiikassa on seurattu pääasiassa vain PEF-arvoa. Yleensä käytetään Wrightin mittaria, jonka etuja ovat pieni koko ja huokeus. Mittarien erojen takia tulee kunkin potilaan kaikilla puhalluskerroilla käyttää samaa mittaria, joten niitä tarvitaan useita.

Työterveyslaitoksen potilasosastolla tehdään ammattiastmaselvityksissä vuosittain noin 800 altistuskoetta, yleensä kolme altistusta potilasta kohden. Altistuskokeita edeltää aina PEF:n vuorokausiseuranta: kolme rinnakkaista hyväksyttävää mittausta kolmen tunnin välein. Altistuskokeessa PEF-mittaukset tehdään ennen koetta, kokeen aikana 5-15 minuutin välein ja sen jälkeen tunnin välein kahdeksaan tuntiin ja edelleen kolmen tunnin välein 24 tuntiin saakka sekä lisäksi tarvittaessa, eli vähintään 18 mittausta. Tulosten luotettavuuden parantamiseksi hoitaja valvoo jokaisen PEF-puhalluksen.

Sekuntikapasiteetin tutkimiseksi potilas puhaltaa spirometriin tilavuus-aikatulostuksella ennen altistusta sekä 1/2:n, 1:n, 2:n, 4:n, 6:n ja 8 tunnin kuluttua altistuskokeesta sekä lisäksi tarvittaessa, jos potilaalla on astmaoireita, mutta PEF-arvoissa ei todeta laskua. Vähintään tehdään siis 7 FEV1-mittausta.

Yhdellä potilaalla on siten koevuorokauden aikana vähintään 25 keuhkojen toimintakoetilannetta, joissa on useita rinnakkaispuhalluksia. Altistuskokeita tehdään osastolla yleensä kuusi päivässä, joten hoitajilla on vuorokauden aikana vähintään 150 mittaustilannetta.

Markkinoille on viime aikoina tullut taskukokoisia patterikäyttöisiä mikrospirometrejä, joilla saadaan samalla kertaa mitatuksi FEV1 ja FVC, lisäksi ne laitteesta riippuen tulostavat myös FEV%:n ja PEF:n. Laitteista Micro Spirometerin toistettavuus on tässä lehdessä julkaistussa tutkimuksessa todettu riittäväksi astmapotilaiden seurannassa (3). Siinä käytettävä puhallustekniikka eroaa PEF-mittariin verrattuna siten, että lyhyen räjähtävän puhalluksen sijaan suoritetaan maksimaalinen ulospuhallus, jota jatketaan lähes jäännöstilavuuden tasolle saakka.

Seuraavassa vertaamme mikrospirometrilla saatuja tuloksia vastaaviin paljespirometrin FEV1- ja Wrightin mittarin PEF-arvoihin ja esitämme kokemuksia uuden laitteen käytöstä keuhkoaltistuskokeissa.

AINEISTO JA MENETELMÄT

Aiemmin käytössä olleet laitteet

PEF-mittauksissa käytettiin 17 Wrightin mittaria (Clement Clarke M286, valmistaja Ferraris Medical LTD, maahantuoja Itka Oy). Kolmesta rinnakkaisesta hoitajan valvomasta mittauksesta, joista kahden parhaan välin tuli olla alle 20 l/min, otettiin paras.

FEV1-mittauksessa käytettiin vuonna 1985 hankittua tilavuus-aika-paljespirometria (Vitalograph Model S, valmistaja Vitalograph Ltd, maahantuoja G. W. Berg Oy), joka oli kytketty Apple-tietokoneeseen ja -kirjoittimeen. Kone laskee prosentit ennen testiä otetuista arvoista. Spirometri sijaitsi potilasosastolla tutkimushuoneessa, jonne potilas ja hoitaja menivät kutakin mittausta varten. Tilavuuskalibrointi tehtiin päivittäin.

Kokeiltava laite

Micro Plus Spirometer (Micro Medical Ltd, Englanti, maahantuoja Spira Oy hengityshoitokeskus) toimii turbiinianturiperiaatteella. Turbiinianturissa on pyörivä siipimäinen osa, jonka pyörimisnopeus mitataan optisesti ja tulos muunnetaan tilavuusarvoiksi.

Laite antaa samasta puhalluksesta sekä FVC-, FEV1-, FEV%- ja PEF-lukemat, joista seurasimme FEV1:ä ja PEF:a. Tulos kirjattiin digitaalinäytöltä. Laitteessa ei ole muistia eikä kirjoitinkytkentää. Tarkkuus on valmistajan mukaan +- 2 %. Laite voidaan kalibraatiopumpulla tarkistaa mutta ei säätää.

Koejärjestelyt

Mikrospirometrillä ja perinteisillä laitteilla tulostuvien arvojen vertailu. 25 tervettä henkilökuntaan kuuluvaa koehenkilöä suoritti rinnakkaiset sekuntikapasiteetin mittaukset sekä paljespirometrilla että mikrospirometrilla näiden vastaavuuden selvittämiseksi. Samoin 23 koehenkilöä puhalsi rinnakkaiset PEF-mittaukset Wrightin mittarilla ja mikrospirometrilla PEF-arvojen vastaavuuden selvittämiseksi. Puhallustekniikkaan kiinnitettiin erityistä huomiota.

Puhallustavan vaikutus PEF-arvoon. 23 henkilöä puhalsi PEF-arvot sekä Wrightin mittarilla että mikrospirometrilla. Molemmilla puhallettiin sekä lyhyt maksimaalinen että maksimaalisella voimalla lähtevä pitkä, FEV1-mittaukseenkin riittävä puhallus.

Potilaiden FEV1- ja PEF-tulokset keuhkoaltistuskokeissa. Yhdelletoista potilaalle tehtiin keuhkojen toimintakokeet rinnakkain paljespirometrilla, Wrightin PEF-mittarilla ja mikrospirometrilla. Mukana oli 6 PEF:n ja FEV1:n vuorokausiseurantaa ja 12 altistuskoeseurantaa. Rinnakkaisia sekuntikapasiteetin mittauksia mikrospirometrillä (MP) ja spirometrilla (V) oli 81 ja PEF-mittauksia mikrospirometrilla ja Wrightin mittarilla yhteensä 301.

Kaikki keuhkojen toimintakokeet tehtiin kokeneen hoitajan opastamina. Mittarien erilaisiin puhallustekniikoihin kiinnitettiin huomiota: maksimaalisen sisäänhengityksen jälkeen tutkittavat puhalsivat Wrightin mittariin nopean ja lyhyen mutta mikrospirometriin nopean ulospuhalluksen, keuhkot lähes tyhjiksi.

Tuloksia tarkasteltiin graafisesti piirtämällä mittareiden antamat arvot suorakulmioon, jonka halkaisijalle niiden piti sijoittua, jos rinnakkaisarvot olivat yhtä suuria. Pisteiden systemaattinen poikkeaminen halkaisijalta osoitti mittareiden välistä epätarkkuutta eli harhaa. Mittaustulosten eroja tarkasteltiin myös keskiarvon avulla.

Keskimääräisen eron 95 %:n luottamusväli laskettiin normaalijakauman perusteella. Koska kummankin mittarin tulokset sisältävät satunnaisvaihtelua, tavanomainen regressiomalliin perustuva analyysi ei soveltunut. Kuvaajina käytettiin toisen asteen polynomista sovitusta. Käyrät on tulkittava havaintoaineiston keskimääräisenä kulkuna eikä niihin niiden epälineaarisuuden takia tule liittää Pearsonin korrelaatiokerrointa. Mittaustulosten toistettavuutta (luotettavuutta) kvantitoitiin keskihajonnalla.

TULOKSET

Koehenkilöiden sekuntikapasiteetit olivat paljespirometrimittauksissa välillä 2,02-4,90 l (keskiarvo 3,22 l, keskihajonta 0,67 l) ja mikrospirometrilla mitattuina 1,97-4,77 l (keskiarvo 3,15 l, keskihajonta 0,65 l). Pisteet asettuivat harhattomasti suoralle, ja satunnaisvaihtelu oli vähäistä (kuvio 1a). Korrelaatiokerroin oli 0,974. Mittausten ero (MP-V) oli keskimäärin -0,06 l (vaihteluväli -0,43 - +0,28 l; 95 %:n luottamusväli -0,12 - +3,6 l). Ero ei riippunut sekuntikapasiteetin suuruudesta (kuvio 1b).

Koehenkilöiden PEF-tulokset olivat Wrightin mittarilla välillä 245-730 l/min (keskiarvo 503 l, keskihajonta 156 l) ja mikrospirometrilla mitattuna välillä 297-838 l/min (keskiarvo 551 l/min, keskihajonta 189 l/min) (kuvio 2a). Mikrospirometrin tulokset olivat suurempia kuin Wrightin vastaavat arvot (kuvio 2b). Eron keskiarvo oli 44 l/min (vaihteluväli -12 - +120 l/min, 95 %:n luottamusväli 25-64 l/min). Mittaustuloksien ero tuli sitä suuremmaksi, mitä suurempi oli PEF-mittauksien keskiarvo.

Kun 23 koehenkilön rinnakkaiset PEF-mittaukset katsottiin puhallustekniikkaa erityisesti painottaen, Wrightin lyhyt puhallus antoi suuremman tuloksen kuin pitkä (eron keskiarvo 27 l/min, keskihajonta 32 l/min). Ero suureni suhteessa keskiarvoon. Mikrospirometrin lyhyt puhallus antoi yleensä hieman suuremman tuloksen kuin pitkä (eron keskiarvo 10 l/min, keskihajonta 17 l/min). Ero suureni hieman, kun mittausten keskiarvo kasvoi.

Kahdeksan potilaan altistuskokeiden yhteydessä otetut sekuntikapasiteettiarvot olivat paljespirometrilla mitattuina välillä 1,55-4,50 l (keskiarvo 3,0 l, keskihajonta 0,9 l) ja mikrospirometrillä mitattuina 1,51-4,41 l (keskiarvo 2,9 l, keskihajonta 0,9 l). Pisteet asettuivat hyvin samalle suoralle (kuvio 3a). Korrelaatiokerroin oli 0,986. Keskimääräinen ero oli -0,07 l (vaihteluväli -0,42 - +0,33 l; 95 %:n luottamusväli -0,10 - -0,04 l). Tulos ei riippunut sekuntikapasiteetin suuruudesta (kuvio 3b).

Potilaiden PEF-tulokset olivat Wrightin mittarilla välillä 275-630 l/min (keskiarvo 487 l/min, keskihajonta 94 l/min) ja mikrospirometrilla välillä 234-700 l/min (keskiarvo 502 l/min, keskihajonta 128 l/min) (kuvio 4a). Keskimääräinen ero oli 15 l/min (vaihteluväli -102 - +120 l/min; 95 %:n luottamusväli 10-21 l/min) (kuvio 4b). Mittaustuloksien erolla oli positiivinen korrelaatio niiden keskiarvoon.

Kuviossa 5 esitetään yhden potilaan altistuskokeen yhteydessä tehdyt FEV1- ja PEF-mittaukset vanhoilla menetelmillä ja mikrospirometrillä seurattuina. Jälkimmäisessä FEV1-arvojen seuranta on tiheämpää ja reaktion arviointi siten luotettavampaa. Sekä välitön että viivästynyt reaktio tuli molemmissa samankaltaisena esiin.

POHDINTA

Sekä koehenkilöiden että potilaiden mikrospirometrilla (Micro Plus Spirometer) mitatut FEV1-arvot vastasivat vertailussa hyvin paljespirometrilla mitattuja riippumatta sekuntikapasiteetin suuruudesta. Uudella laitteella puhalletut lukemat olivat keskimäärin 0,06 l pienemmät kuin paljespirometrilla saadut.

Taskukokoiset spirometrit ovat aikaisemminkin antaneet isoilla laitteilla mitattuihin verrattuna pienempiä FEV1-lukemia. Vuonna 1987 Gunawardena ym. totesivat, että mikrospirometrin lukemat olivat keskimäärin 0,05 l (95 %:n luottamusväli 0,025-0,075 l) pienemmät kuin Vitalograph-laitteella mitatut. Ero kasvoi sekuntikapasiteetin suuretessa. FEV1-arvot olivat välillä 0,4-5,5 l, joten tutkimuksessa oli mukana pienempiä arvoja kuin omassamme. Vuonna 1988 Hosie ym. totesivat vastaavasti mikrospirometrin antavan keskimäärin 0,2 litraa pienemmät tulokset. Ero ei ollut riippuvainen FEV1-arvon suuruudesta.

Kotimaisessa työssä (3) Micro Spirometer -laitteella mitattuja FEV1-arvoja verrattiin kuivamäntätyyppisellä virtaustilavuusspirometrillä mitattuihin. Mikrospirometri antoi keskimäärin 0,44 (0,10-1,18) l pienempiä arvoja. Ero kasvoi FEV1-arvon suurentuessa. Omassa työssämme FEV1-tulokset vastasivat paremmin toisiaan kuin siinä. Käyttämämme mikrospirometri oli saman tuotteen uudempi versio.

Kahdella mittarilla saatujen PEF-arvojen vastaavuus oli huonompi kuin sekuntikapasiteettien vertailussa, hajonta oli suurempi, ja ennen kaikkea PEF-lukemien keskiarvo vaikutti tulokseen. Potilailta mikrospirometri näytti pienissä PEF-arvoissa (< 400 l/min) yleensä pienempiä lukemia kuin Wrightin mittari (kuvio 4b). Koehenkilöiltä mikrospirometri antoi yleensä suuremmat lukemat kuin Wrightin mittari; heilläkin ero suureni PEF-arvon suuretessa (kuvio 2b). Potilailla on toistuvien puhalluksien aiheuttama väsymys saattanut vaikuttaa pienissä PEF-arvoissa tulokseen.

Wrightin mittarilla ja elektronisella taskukokoisella spirometrilla mitattujen PEF-arvojen vastaavuus ei ollut hyvä myöskään Gunawardenan ym. tekemässä vertailussa keskimääräinen ero oli 11,6 l/min (95 %:n luottamusväli 6,4-16,8 l/min) (5). PEF-arvon suuruudella ei ollut vaikutusta tulokseen. Erilaista puhallustekniikkaa pidettiin suuren vaihtelun syynä (5).

Huonon vastaavuuden syy liittynee Wrightin mittarin ominaisuuksiin: kun tietokoneohjatun pumppusysteemin ja pneumotakografin antamia PEF-tuloksia on verrattu Wrightin mittarin lukemiin, jälkimmäiset ovat olleet enimmillään 50 l/ min suuremmat silloin, kun PEF-arvot ovat olleet välillä 300-500 l/min (6). Tällä korjauksella tasoittuu ainakin osittain toteamamme PEF-arvon suuruuden vaikutus eri mittarien lukemien eroon (MP-W) (kuvio 4b). Kun edellä mainitun spirometrilaitteiston antamia PEF-lukemia on verrattu taskukokoisen spirometrin (Micro Medical) tuloksiin, vastaavuus on ollut hyvä, +- 5 %:n tai 5 l/min virheen rajoissa (6,7).

Mikrospirometri antaa siis luotettavampia PEF-tuloksia kuin Wrightin laite.

MIKROSPIROMETRI OIKEIN KÄYTETTYNÄ SUOSITELTAVA VÄLINE

Kokemuksemme puoltavat taskukokoisen spirometrin käyttöä altistuskoeseurannoissa. Siinä sekuntikapasiteetin mittaukset kattavat koko vuorokauden seurannan, jolloin testituloksien tarkkuus ja luotettavuus lisääntyvät. Myös PEF-tulokset ovat sillä mitattuina entistä luotettavampia. Lisäetuna on mittauksien väheneminen potilaalta altistus- koetta kohden vähintään neljänneksellä ja hoitajilta työpäivää kohden vähintään kolmanneksella. Koska sekuntikapasiteetin seuranta on altistuskokeissa luotettavaa ja kätevää, voidaan myös PEF-arvojen kirjaamisesta luopua. Markkinoilla ei ole vielä laitetta, jossa olisi tarkoitukseemme tarvittavat tallennusominaisuudet, joten mittarilukemat kirjataan käsin.

Taskukokoisen spirometrin käytössä on tärkeää muistaa erilainen puhallustekniikka Wrightin mittariin verrattuna: maksimaalinen puhallus jäännöstilavuustasoon. Kunnollisen FEV1-arvon saamiseksi puhalluksen tulee olla tarpeeksi pitkä, liian lyhyt taas antaa liian suuren PEF-arvon.

Laitteen turbiinianturi on myös herkkä pienille virtauksille, joita se saattaa rekisteröidä varsinaisen puhalluksen ulkopuolelta. Koska puhalluksen laadun dokumentaatio puuttuu, puhalluttajan on tunnettava spirometriatutkimuksen yleiset virhemahdollisuudet (8). On myös syytä pitää mielessä laitteen mekanismi: kirkas valo hämää optisen lukijan, joten puhallusta ei pidä suorittaa päin kirkasta auringonvaloa.

KIRJALLISUUTTA