Evaluation of Diffusing Capacity for Carbon Monoxide (DLCO) and DLCO/VA (KCO) Across Different Lung Disease Phenotypes

Abstract

Purpose: Pulmonary function tests (PFTs) and diffusion capacity measurements, particularly DLCO and KCO (DLCO/VA), are essential for evaluating gas exchange impairment in various lung diseases. While DLCO reflects overall diffusion capacity, KCO may better discriminate between different pathophysiological mechanisms, especially in restrictive and obstructive lung disorders. Materials and methods: This retrospective, observational case-control study included 100 patients over 18 years of age followed at our clinic between January 2019 and June 2024 with complete PFT and DLCO data. Patients were divided into four groups: idiopathic pulmonary fibrosis (IPF, n=25), hypersensitivity pneumonitis (HSP, n=25), emphysema-dominant COPD (n=25), and chronic pleuroparenchymal fibroelastosis (KPFA, n=25). Groups were balanced by consecutively including patients after identifying 25 newly diagnosed IPF cases. Results: Mean DLCO values were reduced across all groups (42-51%), with no statistically significant differences (p=0.182). In contrast, KCO values differed significantly among groups (p<0.001), with emphysema patients showing markedly lower KCO compared to IPF and HSP groups, reflecting impaired gas exchange efficiency per unit alveolar volume. TLC values did not differ significantly (p=0.165), while spirometric parameters demonstrated characteristic obstructive patterns in emphysema and relatively preserved values in fibrotic diseases. These findings highlight the importance of assessing KCO alongside DLCO and VA to better distinguish between parenchymal and extraparenchymal restrictive disorders. Conclusion: While DLCO alone cannot reliably differentiate lung disease subtypes, KCO provides a more sensitive measure of underlying pathophysiology. By supporting previously reported and sometimes controversial literature values with real-world patient data, this study contributes meaningful evidence to the clinical interpretation of diffusion parameters. Integrating KCO, DLCO, and VA measurements enhances diagnostic accuracy and understanding of gas exchange abnormalities across distinct lung diseases.

Keywords

• Diffusing capacity for carbon monoxide (DLCO)
• transfer coefficient (KCO)
• interstitial lung disease (ILD)
• emphysema
• pulmonary function testing

Restriktif Akciğer Hastalıklarında Karbon Monoksit Difüzyon Kapasitesi (DLCO) ve Transfer Katsayısı (KCO): klinik değerlendirme ve yorumlama

Öz

Amaç: Solunum fonksiyon testleri (SFT) ve difüzyon kapasitesi ölçümleri, özellikle DLCO ve KCO (DLCO/VA), çeşitli akciğer hastalıklarında gaz değişim bozukluğunu değerlendirmede hayati öneme sahiptir. DLCO genel difüzyon kapasitesini yansıtırken, KCO farklı patofizyolojik mekanizmaları ayırt etmede özellikle restriktif ve obstrüktif akciğer hastalıklarında daha belirleyici olabilir. Gereç ve yöntem: Bu retrospektif, gözlemsel olgu-kontrol çalışmasına Ocak 2019–Haziran 2024 tarihleri arasında kliniğimizde izlenen ve SFT ile DLCO verileri eksiksiz olan 18 yaş üstü 100 hasta dahil edilmiştir. Hastalar dört gruba ayrılmıştır: idiyopatik pulmoner fibrozis (İPF, n=25), hipersensitivite pnömonisi (HSP, n=25), amfizem baskın KOAH (n=25) ve kronik plevroparankimal fibroelastozis (KPFA, n=25). Gruplar, 25 yeni tanı almış İPF olgusunun belirlenmesinin ardından ardışık hasta dahil edilerek dengelenmiştir. Bulgular: Ortalama DLCO değerleri tüm gruplarda azalmış olup (%42-51) istatistiksel olarak anlamlı farklılık göstermemiştir (p=0,182). Buna karşın, KCO değerleri gruplar arasında anlamlı şekilde farklı bulunmuştur (p<0,001); amfizemli hastalarda KCO, İPF ve HSP gruplarına göre belirgin şekilde düşük olup, alveoler hacim başına azalmış gaz değişim verimliliğini yansıtmaktadır. TLC değerleri gruplar arasında anlamlı farklılık göstermemiştir (p=0,165), ancak spirometrik parametreler amfizem grubunda tipik obstrüktif paterni gösterirken fibrotik hastalıklarda nispeten korunmuş değerler saptanmıştır. Bu bulgular, DLCO ve VA ile birlikte KCO değerlendirilmesinin parankimal ve ekstraparankimal restriktif bozuklukların ayrımında önemini vurgulamaktadır. Sonuç: DLCO tek başına akciğer hastalığı alt tiplerini güvenilir şekilde ayırt edemezken, KCO altta yatan patofizyolojiyi daha hassas olarak yansıtmaktadır. Literatürde hali hazırda bilinen ve tartışmalı değerleri, gerçek hasta verileri ile destekleyerek klinik yorumlamaya katkı sağlamaktadır. KCO, DLCO ve VA ölçümlerinin birlikte değerlendirilmesi, farklı akciğer hastalıklarındaki gaz değişim bozukluklarının anlaşılmasını ve tanısal doğruluğu artırmaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Karbon monoksit difüzyon kapasitesi (DLCO)
• Transfer katsayısı (KCO veya DLCO/VA)
• amfizem
• interstisyel akciğer hastalığı (İAH)
• solunum fonksiyon testi

References

1. Pellegrino R, Viegi G, Brusasco V, et al. Interpretative strategies for lung function tests. Eur Respir J. 2005;26(5):948-968. doi:10.1183/09031936.05.00035205
2. Graham BL, Steenbruggen I, Miller MR, et al. Standardization of Spirometry 2019 Update. An Official American Thoracic Society and European Respiratory Society Technical Statement. Am J Respir Crit Care Med. 2019;200(8):e70-e88. doi:10.1164/rccm.201908-1590ST
3. Wanger J, Clausen JL, Coates A, et al. Standardisation of the measurement of lung volumes. Eur Respir J. 2005;26(3):511-522. doi:10.1183/09031936.05.00035005
4. Macintyre N, Crapo RO, Viegi G, et al. Standardisation of the single-breath determination of carbon monoxide uptake in the lung. Eur Respir J. 2005;26(4):720-735. doi:10.1183/09031936.05.00034905
5. Hughes JM, Pride NB. Examination of the carbon monoxide diffusing capacity (DL(CO)) in relation to its KCO and VA components. Am J Respir Crit Care Med. 2012;186(2):132-139. doi:10.1164/rccm.201112-2160CI
6. Myrberg T, Lindberg A, Eriksson B, et al. Restrictive spirometry versus restrictive lung function using the GLI reference values. Clin Physiol Funct Imaging. 2022;42(3):181-189. doi:10.1111/cpf.12745
7. Turkish Thoracic Society. Interpretation of Pulmonary Diffusion Capacity: Consensus Report. Ankara: Turkish Thoracic Society; 2022.
8. Stanojevic S, Graham BL, Cooper BG, et al. Official ERS technical standards: Global Lung Function Initiative reference values for the carbon monoxide transfer factor for Caucasians. Eur Respir J. 2017;50(3):1700010. doi:10.1183/13993003.00010-2017

9. Neder JA, Berton DC, Muller PT, O'Donnell DE. Incorporating Lung Diffusing Capacity for Carbon Monoxide in Clinical Decision Making in Chest Medicine. Clin Chest Med. 2019;40(2):285-305. doi:10.1016/j.ccm.2019.02.005
10. Johnson DC. Importance of adjusting carbon monoxide diffusing capacity (DLCO) and carbon monoxide transfer coefficient (KCO) for alveolar volume. Respir Med. 2000;94(1):28-37. doi:10.1053/rmed.1999.0740
11. Ayers LN, Ginsberg ML, Fein J, Wasserman K. Diffusing capacity, specific diffusing capacity and interpretation of diffusion defects. West J Med. 1975;123(4):255-264.
12. Kaminsky DA, Whitman T, Callas PW. DLCO versus DLCO/VA as predictors of pulmonary gas exchange. Respir Med. 2007;101(5):989-994. doi:10.1016/j.rmed.2006.09.003
13. Frans A, Nemery B, Veriter C, Lacquet L, Francis C. Effect of alveolar volume on the interpretation of single breath DLCO. Respir Med. 1997;91(5):263-273. doi:10.1016/s0954-6111(97)90029-9
14. Cottin V, Nunes H, Brillet PY, et al. Combined pulmonary fibrosis and emphysema: a distinct underrecognised entity. Eur Respir J. 2005;26(4):586-593. doi:10.1183/09031936.05.00021005
15. Devalla L, Ghewade B, Jadhav U, Annareddy S. Resolving the complexity: a comprehensive review on carbon monoxide diffusion capacity in chronic obstructive pulmonary disease patients. Cureus. 2024;16(2):e53492. doi:10.7759/cureus.53492
16. Goldin J, Cascella M. Diffusing Capacity of the Lungs for Carbon Monoxide. Wright State University School of Medicine; Istituto Nazionale Tumori - IRCCS - Fondazione Pascale, Napoli, Italy. Last update October 6, 2024.
17. Celli BR, Wedzicha JA. Update on Clinical Aspects of Chronic Obstructive Pulmonary Disease. N Engl J Med. 2019;381(13):1257-1266. doi:10.1056/NEJMra1900500
18. Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease (GOLD) 2024 Report. Global strategy for prevention, diagnosis and management of COPD.
19. Macintyre N, Crapo RO, Viegi G, et al. Standardisation of the single-breath determination of carbon monoxide uptake in the lung. Eur Respir J. 2005;26(4):720-735. doi:10.1183/09031936.05.00034905