Literatuur ergometrie ventilatie - NVALT

Ventilatoire Beperking van de Inspanning 1
Dyspnoe bij inspanning is één van de belangrijkste klachten van patiënten met een longziekte.
Het inspanningsonderzoek kan dan ook een belangrijke rol spelen zowel bij het inschatten van
de ernst van de ziekte als bij de evaluatie van behandeling en follow-up van de ziekte. In het
algemeen gaat het bij inspanningsonderzoek om de vraag [1] welke inspanning de patiënt kan
leveren en [2] door welk mechanisme de inspanning beperkt wordt. In dit onderdeel zullen we
ingaan op de vraag op welke manier een stoornis in de ventilatie de inspanning kan beperken
en hoe dit kan worden afgeleid uit de metingen tijdens het onderzoek.
Ventilatie tijdens normale inspanning
Gezonde mensen hebben een aanzienlijke ventilatoire overcapaciteit. Dat wordt direct
duidelijk uit de verandering van de belangrijkste ademhalingsparameters tijdens inspanning,
zeker wanneer deze worden vergeleken met parameters van de circulatie. Het
ademminuutvolume in rust bedraagt ongeveer 5-12 l/min en kan bij de meeste volwassenen
toenemen tot 100-120 l/min (een tienvoudige toename). Daarentegen kan de cardiac output
toenemen van 4-6 l/min tot 20-25 l/min (slechts een vijfvoudige toename). Als het gaat om O2
en CO2 transport is het dan ook niet verrassend dat de circulatie tijdens inspanning normaal
gesproken de beperkende factor is. De beperking van de cardiac output komt in eerste
instantie tot stand door het bereiken van een maximaal slagvolume van het hart en in tweede
instantie (de uiteindelijke beperkende factor) door het bereiken van de maximale
hartfrequentie, afhankelijk van de leeftijd. Het ventilatoire vermogen wordt onder normale
omstandigheden niet geheel aangesproken, en bij maximale inspanning is er nog een
aanzienlijke ventilatoire reserve over. Vrijwel altijd neemt de ventilatie eerst toe door een
toename van het teugvolume en meestal pas na het passeren van de anaërobe drempel ook
door een toename van de ademfrequentie. Dat leidt tot een verhoogde ademarbeid. In het
algemeen geeft dat geen dyspnoe: dyspnoe is een sensatie die meestal pas ontstaat wanneer
bewust of onbewust een discrepantie wordt opgemerkt tussen ademarbeid en opgewekte
1 Cursus Ergometrie Mei 2012, J.G. van den Aardweg, Medisch Centrum Alkmaar, j.g.vanden.aardweg@mca.nl

luchtstroom. ‘Onbelemmerd’ diep ademen tijdens hardlopen geeft meestal geen dyspnoe, wel
wanneer de ademhaling wordt belemmerd door bijvoorbeeld bronchusobstructie. Tijdens
onbelemmerde ademhaling wordt ademarbeid vooral gebruikt voor inspiratie, de expiratie is
voornamelijk passief door het terugveren van long en borstwand naar het rustvolume (de
functionele residuale capaciteit of FRC). Met ‘borstwand’ wordt hier de gehele begrenzing
van de thoraxholte bedoeld: in deze zin is de buik dus het onderste deel van de borstwand. Op
FRC-niveau is de naar binnen gerichte elastische kracht van het longweefsel precies gelijk aan
de naar buiten gerichte elastische kracht van de borstwand (doordat de ribben iets naar binnen
worden getrokken en de buik iets omhoog wordt ‘gezogen’, althans in zittende of staande
positie). Op FRC-niveau is dus geen ademspierarbeid nodig om de toestand te handhaven. In
dit evenwicht is er een geringe onderdruk in de pleuraholte. Tijdens inademing is ademarbeid
nodig voor het uitrekken van de long (als een elastische ballon). Bij relatief lage teugvolumes
(bijvoorbeeld < 1 liter) helpt de thoraxwand mee met de inspiratie: de ribbenkast en de buik
veren terug naar hun rustpositie, die meestal groter is dan het FRC (het rustvolume van de
thoraxwand is meestal 4 l, het FRC 2,5 l). Bij diepere inspiratie gaat de borstwand
tegenwerken: het kost energie om het volume van de borstwand verder te vergroten. In de
grafiek van longvolume vs. pleuradruk is de ademarbeid het oppervlak tussen de
compliantielijnen van long en borstwand (zie dia 4 in de hand-outs). Duidelijk is dat de
ademarbeid sterk gaat toenemen wanneer ingeademd wordt tot vlak bij de totale
longcapaciteit (TLC). Dit is elastische ademarbeid; daarnaast is enige arbeid nodig voor het
overwinnen van de weerstand van de luchtwegen, wat sterk toeneemt bij obstructieve
longziekten. Bij een normale rustademhaling duurt de actieve inspiratie ongeveer even lang
als de passieve expiratie (dia 5). De totale expiratieduur is meestal wat langer doordat men
even op FRC-niveau blijft hangen. Door deze eind-expiratoire pauze is de inspiratietijd
gedeeld door de totale ademduur (TI/TTOT) normaal gesproken ~40%. Wanneer de
ademfrequentie toeneemt tijdens inspanning wordt eerst deze eind-expiratoire pauze
opgebruikt (en vervolgens wordt de in- en expiratoire flow verder opgehoogd om de
frequentie verder te laten toenemen). Tijdens maximale inspanning is het spirogram dus een
soort zaagtand met een TI/TTOT-ratio van ongeveer 50%. Alleen bij expiratoire obstructie kan
de expiratie zodanig verlengen dat de TI/TTOT-ratio tijdens maximale inspanning onder de
45% blijft. De expiratietijd TE blijft dan dus langer dan de inspiratietijd TI (verlengd
expirium). Zie dia 6. Vaak – maar niet altijd – duidt dit op het bestaan van expiratoire
flowlimitatie.

Expiratoire flowlimitatie
Dit is het grootste probleem van patiënten met een obstructieve longziekte tijdens inspanning.
Expiratoire flowlimitatie is een situatie waarbij de luchtstroom door de luchtwegen is
begrensd – bij een toename van het drukverschil tussen alveoli en mond neemt de luchtstroom
niet verder toe. Bij gezonde personen ontstaat dit alleen tijdens geforceerde expiratie (het
inspannings-onafhankelijke deel van de flow-volumecurve, zie dia 8). Normaal gesproken
ontstaat er geen expiratoire flowlimitatie tijdens inspanning (ook niet bij atleten). Wanneer de
flow-volumecurve tijdens inspanning de maximale flow-volumecurve raakt, is dat een
aanwijzing voor flowlimitatie (zie dia 7). Om dit goed te kunnen interpreteren, is het wel
noodzakelijk dat de flow-volumecurve tijdens inspanning op de juiste wijze op de volume-as
wordt geplaatst. Hierbij kan gebruikt worden van de aanname dat het TLC tijdens inspanning
min of meer constant blijft. Door de patiënt tijdens inspanning in te laten ademen tot TLC-
niveau, kan hieruit de locatie van de flow-volumecurve op de volume-as worden bepaald.
Wat is de oorzaak van expiratoire flowlimitatie? Het probleem ontstaat door een bijna-
collaps van de grotere intrathoracale luchtwegen (meestal de segmentsbronchi). Deze bijna-
collaps ontstaat doordat de positieve intrathoracale druk tijdens uitademing niet alleen op de
alveoli, maar ook op de intrathoracale luchtwegen wordt uitgeoefend. Daarbij daalt de
intraluminale druk in de luchtwegen in de richting van alveoli naar mond door de weerstand
in de meer perifeer gelegen luchtwegen. De intraluminale druk wordt verder verlaagd doordat
de stromende lucht op zich al een onderdruk creëert (als een ‘kielzog’). Het leidt ertoe dat in
de luchtwegen een punt ontstaat waar de intraluminale druk gelijk is aan de extraluminale
intrathoracale druk (equal pressure point). Stroomafwaarts hiervan is de intraluminale druk
lager dan de extraluminale, wat leidt tot een bijna-collaps op plaatsen waar de wand van de
luchtwegen relatief flexibel is (en dat is op het niveau van de segmentsbronchi).
Hoe leidt dit nu tot flowlimitatie? In het geval van flowlimitatie is er blijkbaar geen
totale collaps van de luchtwegen, anders zou de flow niet gelimiteerd maar onderbroken zijn.
Kennelijk wordt de stroom begrensd wanneer de diameter van de luchtwegen op een bepaald
punt bijna geheel collaberen. Op zich zou de luchtstroom eindeloos kunnen toenemen
wanneer de luchtwegen zich vernauwen, zolang de stroomsnelheid maar kan blijven
toenemen. Dan geldt: de stroomsnelheid op een bepaald punt is de stroomsterkte (flow)
gedeeld door het oppervlak van het lumen (dia 9). De stroomsnelheid (v in dia 9) is echter
beperkt: deze kan niet groter worden dan de geluidssnelheid (het doorbreken van de
geluidsbarrière zou teveel energie kosten). Met ‘geluidssnelheid’ wordt hier bedoeld de

voortplantingssnelheid van een drukgolf door het inwendige van de luchtwegen (c in dia 9 en
10). Dit is langzamer dan de geluidssnelheid in lucht, doordat de voortplanting van golven
wordt afgeremd door het meetrillen van de wand (het is in feite een ‘holle snaar’: hoe
zwaarder de snaar, hoe langzamer de drukgolf – vergelijkbaar met de lagere tonen van een
zwaardere gitaarsnaar). Zie dia 10. In de luchtwegen wordt c geschat op 10 tot 50 m/s.
Vermenigvuldigd met het oppervlak van de luchtwegen op het punt van maximale collaps
(enkele mm 2 ), levert dit een maximale flow op in de orde van 0,1 tot 1,0 L/s.
Gevolgen van expiratoire flowlimitatie tijdens inspanning
Expiratoire flowlimitatie (EFL) veroorzaakt 2 problemen, die aan elkaar gerelateerd zijn: [1]
intrinsieke positieve eind-expiratoire druk (intrinsic PEEP) en [2] hyperinflatie. Normaal
gesproken daalt de positieve intra-alveolaire druk tijdens passieve expiratie tot nul (d.w.z.
gelijk aan de buitenluchtdruk). In geval van EFL is de luchtstroom dermate gering dat de long
nog niet geheel is ‘leeggelopen’ tijdens expiratie, waardoor er een nog een positieve
alveolaire druk blijft bestaan aan het einde van de uitademing (de intrinsic PEEP). Om
vervolgens in te ademen, zullen de inademingsspieren eerste de alveolaire druk moeten laten
dalen tot nul, waarna alveolaire druk negatief wordt en de lucht pas naar binnen gaat stromen.
Dit leidt tot een korte fase waarin de expiratoire stroom wordt afgeremd: de
inademingsspieren zijn al begonnen met contractie maar de luchtstroom is nog naar buiten
gericht (dia 12). Vanzelfsprekend kost dit extra ademarbeid. Ten tweede leidt EFL tot een
ventielwerking: bij toename van de ventilatie kan de inspiratoire flow wel maar de expiratoire
flow niet toenemen, waardoor de patiënt zichzelf opblaast (hyperinflatie). Dit gaat ook
gepaard met extra ademarbeid, doordat de compliantie van zowel long als borstwand lager is
bij hogere longvolumes (dia 4).
Tijdens normale inspanning neemt het teugvolume aanvankelijk toe door zowel dieper
in als uit te ademen (dia 7, linker panel). Dit is energetisch gunstig: het is een slingering om
een evenwichtstoestand (het FRC). Bij EFL is diepere expiratie niet mogelijk: de flow-
volumecurve schuift op richting TLC (dia 7, middelste panel). Dat is energetisch ongunstig:
de ‘slinger’ is voortdurend uit de evenwichtstoestand. Voor hetzelfde teugvolume is veel meer
energie nodig (zie dia 17, vergelijk deze met dia 4). Wanneer het longvolume het TLC begint
te naderen wordt de ventilatie steeds zwaarder: de inspanning loopt vast op een ventilatoire
beperking met lage ademreserve.
Hyperinflatie wordt bij COPD waarschijnlijk voornamelijk veroorzaakt door EFL (en
in mindere mate door verhoogde longcompliantie bij emfyseem). Een aanwijzing voor EFL

tijdens inspanning is het raken van de flow-volumecurve aan de maximale flow-volumecurve;
een bewijs wordt pas geleverd wanneer de flow niet blijkt toe te nemen als het drukverschil
tussen alveoli en mond wordt vergroot. Dit kan worden gerealiseerd door kortdurende
onderdruk aan te brengen bij de mond (negative expiratory pressure, NEP). Wanneer de
expiratoire flow tijdens een teug met NEP gelijk is aan de expiratoire flow van een
vergelijkbare ademteug zonder NEP, is dat een bewijs voor het bestaan van EFL (dia 13,
rechter plaatje). In het linker plaatje van dia 13 bestaat duidelijk geen EFL: de flow neemt toe
door het drukverschil tussen mond en alveoli te vergroten met NEP.
Veel patiënten met ernstig COPD vertonen al EFL in rust, in minder ernstige gevallen
ontstaat het probleem pas tijdens inspanning. Dia 15 laat nog eens zien wat er met het
teugvolume gebeurt tijdens normale inspanning; dia 16 laat zien wat er gebeurt als EFL
(aangetoond met NEP) al bestaat in rust (links), of ontstaat op 1/3 van de maximale belasting
(midden), of pas ontstaat op 2/3 van de maximale belasting (rechts). Duidelijk is dat hoe
eerder EFL ontstaat, hoe sterker de hyperinflatie en hoe groter de kans op ventilatoire
beperking van de inspanning. In dat geval is het teugvolume tijdens maximale inspanning
meestal klein: het is relatief zwaar om diep in en uit te ademen op een hoog teugvolume.
Patiënten met een lage inspiratoire capaciteit (IC) als uiting van hyperinflatie in rust, blijken
dan ook een kleiner teugvolume te bereiken tijdens maximale inspanning (dia 18).
Nogmaals: de ademreserve
Om een lage ademreserve aan te tonen is een schatting nodig van de maximale ventilatie die
de patiënt kan leveren. Klassiek is de maximale vrijwillige ventilatie (MVV), waarbij de
patiënt gevraagd wordt maximaal diep te ademen met een frequentie van 30/min. Velen doen
dit echter op een hoog longvolume (dia 19), het komt dan neer op een hyperinflatie-
manoeuvre die in niets lijkt op het adempatroon tijdens maximale inspanning door een
gezonde proefpersoon (dia 7). Mogelijk om deze reden maakt het voor de interpretatie
meestal niet veel uit wanneer de maximale ventilatie wordt geschat met een nog simpeler
maat, zoals 40 × FEV1.
Niet iedere ventilatoire inspanningsbeperking gaat gepaard met een lage ademreserve.
Met name bij cardiale patiënten blijft het longvolume nogal eens ‘hangen’ op een laag niveau
(dia 20). De flow loopt dan vast op de maximale flow (er ontstaat EFL), maar op de één of
andere manier bestaat er een onvermogen om op te schuiven naar een hoger longvolume
(waarmee de EFL weer teniet gedaan zou kunnen worden). Mogelijk is dit een gevolg van
lage longcompliantie, waardoor de ademarbeid onevenredig toeneemt bij hogere

longvolumes. Iets vergelijkbaars wordt nogal eens gezien bij obesitas, waar de lage
compliantie van de thoraxwand (inclusief buik) het diepere inademen hindert. Daarnaast kan
de timing van in- en expiratie een rol spelen. In ieder geval leidt dit tot een vorm van
ventilatoire beperking met een hoge ademreserve. Zonder flow-volumecurves tijdens
inspanning (of nog beter: oesophagusdrukmeting) is dit niet altijd makkelijk op te sporen.
Interpretatie
Een ventilatoire beperking van de inspanning kan worden vastgesteld op basis van directe
(ventilatoire) gegevens, eventueel ondersteund door indirecte gegevens, zoals een hoge
hartfrequentiereserve of een oplopende arteriële PCO2. Wanneer we ons beperken tot metingen
van de ventilatie, kunnen we het bovenstaande samenvatten in de volgende vuistregels voor
de interpretatie van het inspanningsonderzoek (dia 21):
• Lage ademreserve (o.b.v. MVV of 40 × FEV1) < 25%:
- Ventilatoire beperking;
- Echter: Bij hoge ademreserve is ventilatoire beperking ook mogelijk (expiratoire
flowlimitatie zonder hyperinflatie, o.a. bij obesitas of hartfalen)
• Hoge VT/VC-ratio (> 55%):
- Kan passen bij belemmerde ademmechanica (o.a. restrictie);
- Echter bij zowel COPD als restrictie vaak lage VT/VC-ratio bij ernstige ziekte
• Hoge ademfrequentie bij relatief lage VT:
- Past bij zowel COPD als restrictie
• Lage TI/TTOT-ratio (< 45%):
- Past bij expiratoire obstructie (hoeft geen EFL te zijn)
• Flow-volumecurve en inspiratoir reservevolume:
- Laag IRV is een teken van ventilatoire beperking;
- Expiratoire curve raakt maximale curve en heeft een ‘afgezaagde’ vorm: kan passen
bij EFL, echter geen bewijs!
- Soms blijft het longvolume laag en IRV hoog, met een flow die maximaal wordt voor
dit volume (expiratoire flowlimitatie zonder hyperinflatie: past bij belemmerde
ademmechanica bij adipositas of hartfalen).

Ventilatoire
Inspanningsbeperking
Joost van den Aardweg
Medisch Centrum Alkmaar
Cursus Ergometrie Mei 2012
Werkgroep Longfunctie NVALT
Ventilatoire overcapaciteit
Circulatie:
Rust Maximale waarde
– Hartfrequentie 60-80 150-200 min −1
– SV 0.06-0.08 0.14-0.15 L
– Cardiac output 4-6 20-25 L/min
Ventilatie:
– Ademfrequentie 12-16 30-45 min −1
– VT 0.3-0.5 1.5-2.5 L
– V’E 5-12 100-120 L/min
Adempatroon tijdens inspanning
VT neemt toe
Na anaërobe
drempel:
1
3
– TI/TTOT ratio stijgt
van ~40% naar
50%
– Frequentie neemt
toe
5
Ventilatoire beperking van de
inspanning?
Welke inspanning kan patiënt leveren?
Wat is de oorzaak van de
inspanningsbeperking?
Hoe is te zien of een belemmering van de
ventilatie een rol speelt bij de beperking van
de inspanningstolerantie?
Ademarbeid (inspiratie)
Elastisch Elastisch + Weerstand 4
In- en expiratietijd
Normaal
COPD
2
6
1

Flow-volumecurve tijdens
inspanning
Johnson, Chest 1999; 116: 488
Expiratoire flowlimitatie
Maximale snelheid (v) = voortplantingssnelheid drukgolf (c) 9
Consequenties van expiratoire
flowlimitatie
De flow is onafhankelijk van drukverschil alveolus-mond (PA – Pm)
Aan het einde van de expiratie is er nog steeds overdruk in de alveoli
(PA > Pm): PEEPi
Aan het eind van de expiratie moet eerst de PEEPi worden
overwonnen zodat PA = Pm, dan pas inspiratoire flow
Diep uitademen lukt niet: patiënt kan VT alleen verhogen door dieper
in te ademen
7
11
Inspannings-onafhankelijk deel
van de flow-volumecurve
Flowlimitatie
Collapsible tube
c = voortplantingssnelheid drukgolf
Afremming van de expiratie bij
EFL
Afremming
In
Uit
PEEPi
Flowlimitatie
8
10
12
2

Aantonen van EFL: Negative
Expiratory Pressure
Tantucci, Eur Respir J 1998; 12: 799 13
Longvolumes tijdens inspanning
(normaal)
Ademarbeid tijdens hyperinflatie door
expiratoire flowlimitatie
15
17
Gevolg van EFL: dynamische
hyperinflatie
Wanneer EFL ontstaat tijdens
inspanning:
dynamische hyperinflatie
14
Koulouris, J Appl Physiol 1997; 82: 723 16
Lagere IC in rust → lagere VT
tijdens inspanning
Diaz, Eur Respir J 2001; 17: 1120
18
3

MVV-manoeuvre versus
maximale ventilatie tijdens
inspanning
Differentiaaldiagnostisch
Lage ademreserve (obv. MVV of 40 × FEV 1 ) < 25%
Ventilatoire beperking
Echter ook bij hoge ademreserve is ventilatoire beperking mogelijk (expiratoire flowlimitatie
zonder hyperinflatie)
Hoge VT/VC-ratio (> 55%)
Kan passen bij belemmerde ademmechanica (oa. restrictie)
Echter bij zowel COPD als restrictie vaak lage VT /VC ratio bij ernstige ziekte
Hoge ademfrequentie bij relatief lage VT
Past bij zowel COPD als restrictie
Lage TI/ TTOT -ratio (