Spirometric studies on the adult general population of Helsinki : bronchodilation responses, determinants, and intrasession repeatability of FEV1, FEV6, FVC, and forced expiratory time

Abstract

Spirometry is the most widely used lung function test in the world. It is fundamental in diagnostic and functional evaluation of various pulmonary diseases. In the studies described in this thesis, the spirometric assessment of reversibility of bronchial obstruction, its determinants, and variation features are described in a general population sample from Helsinki, Finland. This study is a part of the FinEsS study, which is a collaborative study of clinical epidemiology of respiratory health between Finland (Fin), Estonia (Es), and Sweden (S). Asthma and chronic obstructive pulmonary disease (COPD) constitute the two major obstructive airways diseases. The prevalence of asthma has increased, with around 6% of the population in Helsinki reporting physician-diagnosed asthma. The main cause of COPD is smoking with changes in smoking habits in the population affecting its prevalence with a delay. Whereas airway obstruction in asthma is by definition reversible, COPD is characterized by fixed obstruction. Cough and sputum production, the first symptoms of COPD, are often misinterpreted for smokers cough and not recognized as first signs of a chronic illness. Therefore COPD is widely underdiagnosed. More extensive use of spirometry in primary care is advocated to focus smoking cessation interventions on populations at risk. The use of forced expiratory volume in six seconds (FEV6) instead of forced vital capacity (FVC) has been suggested to enable office spirometry to be used in earlier detection of airflow limitation. Despite being a widely accepted standard method of assessment of lung function, the methodology and interpretation of spirometry are constantly developing. In 2005, the ATS/ERS Task Force issued a joint statement which endorsed the 12% and 200 ml thresholds for significant change in forced expiratory volume in one second (FEV1) or FVC during bronchodilation testing, but included the notion that in cases where only FVC improves it should be verified that this is not caused by a longer exhalation time in post-bronchodilator spirometry. This elicited new interest in the assessment of forced expiratory time (FET), a spirometric variable not usually reported or used in assessment. In this population sample, we examined FET and found it to be on average 10.7 (SD 4.3) s and to increase with ageing and airflow limitation in spirometry. The intrasession repeatability of FET was the poorest of the spirometric variables assessed. Based on the intrasession repeatability, a limit for significant change of 3 s was suggested for FET during bronchodilation testing. FEV6 was found to perform equally well as FVC in the population and in a subgroup of subjects with airways obstruction. In the bronchodilation test, decreases were frequently observed in FEV1 and particularly in FVC. The limit of significant increase based on the 95th percentile of the population sample was 9% for FEV1 and 6% for FEV6 and FVC; these are slightly lower than the current limits for single bronchodilation tests (ATS/ERS guidelines). FEV6 was proven as a valid alternative to FVC also in the bronchodilation test and would remove the need to control duration of exhalation during the spirometric bronchodilation test.Astma ja keuhkoahtaumatauti (COPD) ovat kansansairauksia, joiden diagnostiikassa virtaus-tilavuusspirometria on keskeisessä asemassa. Astmassa keuhkoputkien ahtautuminen on vaihtelevaa ja palautuvaa, joko spontaanisti tai keuhkoputkiin vaikuttavien lääkeaineiden seurauksena. Keuhkoahtaumatauti on pääasiassa tupakan savusta johtuva keuhkoputkia ahtauttava sairaus, jossa keuhkoputkien muutokset ovat pysyviä. Keuhkoahtaumatauti on usein alidiagnosoitu sairaus. Taudin varhaisia oireita pidetään usein vaarattomina ja ohimenevinä. Kansainvälisten kriteerien mukaisesti diagnoosi perustuu spirometrialöydökseen, jossa todetaan keuhkoputkien ahtautumisesta johtuva ilman virtausnopeuden ja keuhkotilavuuksien pienentyminen; tosiasiassa tauti on kuitenkin monivivahteisempi. Osalla potilaista keuhkorakkuloiden tuhoutuminen johtaa keuhkon laajentumaan (emfyseemaan) ja toisilla potilailla taudinkuvaa hallitsee krooninen keuhkoputkitulehdus. Keuhkoahtaumatautia sairastaa noin 10% väestöstä ja lääkärin toteama astma on aikaisempien tulosten perusteella noin 6%:lla helsinkiläisistä aikuisista. Väitöstutkimus liittyy yhteispohjoismaiseen FinEsS-tutkimukseen, jossa tutkitaan hengityssairauksien esiintyvyyttä Suomessa (Fin), Virossa (Es) ja Ruotsissa (S). Tutkimusaineisto perustuu vuonna 1996 Helsingistä valittuun 8000 henkilön satunnaisotantaan. Näin valituille henkilöille lähetettiin postitse kyselylomake hengityssairauksien oireista. Vastanneista 6062 henkilöstä valittiin vuonna 2000 edelleen 1200 henkilöä kliinisiin tutkimuksiin, joihin osallistui 643 henkilöä vuosina 2001-2003. Tässä väitöstutkimuksessa tutkittiin virtaus-tilavuusspirometrialla mitattujen keuhkofunktiomuuttujien vaihtelua sekä bronkodilaatiovastetta väestössä. Virtaus-tilavuusspirometrian tärkeimpien mittaussuureiden todettiin tutkimuksessa olevan hyvin toistettavia mittauskerran aikana. Sen sijaan puhallusaika (FET) vaihteli muita mittaussuureita enemmän myös terveillä aikuisilla. Puhallusajan todettiin olevan noin 10 sekuntia ja pitenevän ikääntyessä ja keuhkoputkien ahtauman lisääntyessä. Keuhkoputkia laajentavan lääkityksen seurauksena sekuntikapasiteetin (FEV1) paraneminen oli väestötasolla vähäisempää kuin aikaisempien tutkimusten perusteella on oletettu. Väestötasolla FEV1- arvon paraneminen yli 9% lähtötasosta oli tilastollisesti merkitsevää. Nopean vitaalikapasiteetin (FVC) arvot pienenivät vielä yleisemmin erityisesti terveillä tupakoimattomilla aikuisilla; merkitsevän muutoksen raja oli 6% lähtötasosta. Kuuden sekunnin sekuntikapasiteetin (FEV6) on katsottu voivan korvata FVC:n seulontatutkimuksissa ja avoterveydenhuollossa. Tässä tutkimuksessa vahvistui käsitys, että FEV6 voisi korvata FVC:n seulontatutkimuksissa, jolloin tarve säädellä puhallusaikaa bronkodilaatiokokeen aikana poistuu. FEV6:n käytön yleistymistä rajoittavat kuitenkin toistaiseksi vielä suomalaisten viitearvojen puute. FEV1:n bronkodilataatiovaste väestössä oli odotettua vähäisempi; tulos viittaisi siihen suuntaan, että käytössä olevia FEV1:n merkitsevän muutoksen rajoja olisi ehkä syytä tarkistaa