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LE PROVE DI FUNZIONALITA’ RESPIRATORIA

Alfonso Savoia Scuola di Specializzazione Allergologia/Immunologia Clinica SUN

LE PROVE DI FUNZIONALITA’ RESPIRATORIA

•La spirometria è la metodica diagnostica più importante per lostudio della meccanica respiratoria, ossia per la valutazione quantitativa dei volumi polmonari.

•Attraverso le prove di funzionalità respiratoria è possibile indagareogni aspetto della VENTILAZIONE:           

VOLUMI POLMONARI DINAMICI

VOLUMI POLMONARI STATICI

CAPACITA’ DI DIFFUSIONE DEL MONOSSIDO DI CARBONIO                

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PROVE DI FUNZIONALITA’ RESPIRATORIA: PRINCIPALI INDICAZIONI

• Diagnosi di patologie polmonari (segni, sintomi, esami di laboratorio o esami strumentali alterati)

• Valutazione della gravità o progressione della patologia (BPCO, fibrosi cistica, patologie polmonari interstiziali, scompenso cardiaco, patologie neuromuscolari)

• Valutazione del rischio preoperatorio

• Valutazione del grado di invalidità a fini assicurativi

PROVE DI FUNZIONALITA’ RESPIRATORIA: PRINCIPALI CONTROINDICAZIONI

• Emottisi

• PNX

• Recente intervento addominale/toracico

• Trauma toracico

• Recente intervento agli occhi

• IMA (entro tre mesi) o angina instabile

• Aneurisma toracico

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LE PROVE DI FUNZIONALITA’ RESPIRATORIA

STUDIO DEI VOLUMI     DINAMICI 

(volumi direttamente misurabili alla spirometria perchè mobilizzabili)

• TEST DI ESPIRAZIONE FORZATA• PICCO DI FLUSSO ESPIRATORIO• TEST DI REVERSIBILTA’• TEST DI PROVOCAZIONE BRONCHIALE

LE PROVE DI FUNZIONALITA’ RESPIRATORIA‐ spirometri a volume

SPIROMETRO A CAMPANA:Struttura meccanica, costituita da una campana immersa in acqua all’interno della quale viene fatto respirare il soggettoPermette la valutazione dei volumi mobilizzabili durante l’espirazione tranquilla e forzata

Permettono una misurazione diretta dei volumi d’aria respirati. Il risultato è espresso  attraverso un grafico del volume espirato nel tempo (spirogramma)

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LE PROVE DI FUNZIONALITA’ RESPIRATORIA – spirometri a flusso

Hanno rimpiazzato gli spirometri a volume: si basano sulla misurazione del flusso, da cui è possibile calcolare il valore dei volumi

PNEUMOCATOGRAFOStruttura elettronica, che registra variazioni di pressione determinate dal passaggio del flusso di aria attraverso una resistenza

LE PROVE DI FUNZIONALITA’ RESPIRATORIA

STUDIO DEI VOLUMI STATICI (volumi non misurabili direttamente alla spirometria perchè non mobilizzabili)

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STUDIO DEI VOLUMI STATICImetodo della diluizione dei gas

• Il principio di tale metodica si basa sulla rirespirazione in un circuito chiuso di gas  a concentrazione nota (C1), non presente nei polmoni e che non diffonde dall’ambiente alveolare a quello capillare (es. ELIO), posto in apparecchio con volume noto (V1).

• Quantità totale di elio nello strumento = C1 X V1

• Se si collega il soggetto allo strumento al termine di una espirazione tranquilla (a livello di CFR), si avrà che:

VOLUME COMPLESSIVO = V1 +VOLUME POLM. PZ (V2)

• Nel corso della rirespirazione la C polmonare di elio (C2) sale, mentre C elio nell’apparecchio (C1) scende fino a raggiungere un equilibrio:

C1 x V1 = C2 x V2; essendo V2=V1+CFR

CFR= V1 x ( C1‐C2 / C2 )VR= CFR‐VRE

STUDIO DEI VOLUMI STATICIpletismografia

•Il paziente è posto all’interno di una cabina ermeticaSi attua la misurazione della variazione di P alla bocca delpaziente in funzione della variazione di P che il contenuto dellacabina subisce in seguito a variazioni di volume del torace.•Applicando la legge di Boyle si può ricavare il volumepolmonare:P X V = (P+ P) x (V+ V)V = (P+P) x V

P• I vantaggi della pletismografia sono:

‐metodica più attendibile

‐ possibilità di conscenza della resistenza e del suo reciproco(conduttanza)

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VOLUMI POLMONARI

CV

VRI

VRE

CPT

VR

FRC

VC

Definizioni

• Volume Corrente (VC): volume d’aria mobilizzato ad ogni respiro tranquillo (circa 600‐800 mL).

• Volume di Riserva Inspiratoria (VRI): volume d’aria mobilizzabile al di sopra di un VC.

• Volume di Riserva Espiratoria (VRE): volume d’aria mobilizzabile al di sotto di un VC.

• Capacità Vitale (CV): massimo volume d’aria che può essere espirato completamente e lentamente dopo un’inspirazione massimale.

• Volume Residuo (VR): volume d’aria presente nel polmone al termine di una espirazione massimale.

• Capacità Funzionale Residua (CFR): massima quantità d’aria contenuta nel polmone al termine di una espirazione tranquilla.

• Capacità Polmonare Totale (CPT): massima quantità d’aria contenuta nel polmone all’apice di una inspirazione massimale.

VOLUMI POLMONARI DINAMICI         Test di espirazione forzata

VEMS, CVF, indice di TiffeneauDopo aver fatto compiere al pazienteuna inspirazione massimale, lo si faespirare con la massima forza il massimovolume di aria possibile.

Misuriamo così :

• Il volume di gas emesso in un secondo(VEMS).

• Il volume totale di gas che può essereemesso (CVF).

• Il rapporto VEMS/CV% (indice diTiffenau).

t

1 sec

VEMS

CVF

V

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CURVA VOLUME‐TEMPOSu un sistema di assi cartesiani sono rappresentati i volumi polmonari in funzione del tempo. La curva riflette la capacità di svuotamento rapido dei polmoni sotto sforzo massimale dei muscoli respiratori e misura in particolare: FEV 1/ FVC/ FEF 25-75.Dai valori di FEV1 e FVC deriva un rapporto che può surrogare (in mancanza della CV lenta) l’indice di Tiffeneau (propriamente rapporto FEV1 e VC)

Curva flusso-volumeCurva flusso-volume normale

E’ possibile rappresentare la manovra diespirazione forzata con una curva flusso‐volume: ad ogni momento si riportano ilflusso istantaneo ed il volume espirato.

La velocità di flusso aumenta fino al limitemassimo della curva (picco di flusso ‐ PEF),ma non oltre per il fenomeno dellacompressione dinamica delle vie aeree.Segue un graduale declino progressivo delflusso.

E’fondamentale distinguere il PEF dallaporzione intermedia e finale della curva: ilprimo è considerato SFORZO‐DIPENDENTE,mentre gli indici relativi alla seconda partedella curva dipendono dallo stato di elasticitàparenchimale (SFORZO‐INDIPENDENTE)

.F

V

2 4 6 8

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MODALITA’ DI ESECUZIONE DELLA SPIROMETRIA

• La spirometria richiede una certa collaborazione da parte del paziente.

• Bisogna sempre spiegare al paziente quello che deve fare mimando l'esempio direttamente. E' consigliabile che indossi lo stringinaso. Deve chiudere bene le labbra intorno al boccaglio. Deve inspirare. Deve poi espirare in modo forzato per almeno 6 secondi. Si devono eseguire 3 prove e verificare che siano correttamente completate.

MODALITA’ DI ESECUZIONE DELLA SPIROMETRIA

• 1) I valori delle spirometrie devono essere riproducibili (farne almeno 3). La variabilità del PEF deve essere < del 10% e quella della CVF e del FEV1 < del 5%.2) L'espirazione deve durare almeno 3‐4 secondi nel bambino e 6 secondi nell'adulto. Alcuni spirometri riportano il tempo impiegato nell'espirazione.3) Fare espirare fino a flusso zero.4) Un Tiffeneau troppo alto è dubbio (non può espirare troppa aria tutta nel primo secondo). Moderatamente elevato potrebbe rientrare nell'ambito di una patologia restrittiva.5) Se lo spirometro riporta anche i flussi al 25‐50‐75% della CVF, questi devono essere in scala. 6) Considerare la risposta al test di broncodilatazione nei casi dubbi.

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ERRORI NELL’ESECUZIONE DELLA SPIROMETRIA

Tosse

Arresto espirazione prima di 6’

Chiusura della glottide

Partenza lenta dell’espirazione

Controllo di qualitàCurve Flusso/volume scorrette

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LE PROVE DI FUNZIONALITA’ RESPIRATORIA‐ interpretazione dati 

spirometrici• Le PFR sono interpretate in rapporto a valori di riferimento 

misurati in un campione della popolazione non affetta da patologie respiratorie.

• La popolazione di riferimento è analizzata per caratteri antropometrici e caratteristiche  etniche.

• Al fine di confermare la validità e la applicabilità dei valori di riferimento, essi dovrebbero essere comparati con valori della popolazione locale (popolazione considerata sana)

• I valori di riferimento pubblicati dovrebbero includere i limiti inferiori e superiori del range di normalità, indicando anche il 5° percentile: infatti, nelle ultime linee guide ERS/ ATS questo è il parametro di riferimento

Curva flusso-volume patologica

V

2 4 6

Deficit ostruttivo

Normale

Armonica riduzione dei volumi polmonari, aumentate pressioni di ritorno elastico, velocità di flusso ridotte e normale calibro delle vie aeree 

.

F

8

Deficit  restrittivo

Riduzione dei flussi a tutti i volumi polmonari espiratori con riduzione del PEF (dovuta al rallentamento dell’espirazione provocato dall’ostruzione) e concavità verso l’alto della curva espiratoria (conseguenza della compressione delle vie aeree e della disuniformità della distribuizione delle vie aeree)

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LE PROVE DI FUNZIONALITA’ RESPIRATORIA‐ interpretazione dati 

spirometrici•Sulla base dei valori spirometrici vengono distinte differenti condizioni disventilatorie, impropriamente dette sindromi:

SINDROME OSTRUTTIVA(OSTRUZIONE DELLE VIE AEREE)

broncocostrizione    (ASMA)

occupazione di spazio endobronchiale per la presenza di secrezioni (BPCO)

riduzione del supprto elastico delle pareti     (ENFISEMA)

LE PROVE DI FUNZIONALITA’ RESPIRATORIA‐ interpretazione dati 

spirometrici

SINDROME RESTRITTIVA

Alterazioni strutturali del   parenchima(FIBROSI INTERSTIZIALI, MALATTIE POLMONARI SOSTITUTIVE ‐ neoplasie, o DISTRUTTIVE ‐ ascesso)

Condizioni di obliterazione degli alveoli per invasione da parte di fluidi (POLMONITI/ EDEMA POLMONARE) o per perdita del contenuto aereo (PNX) 

Quadri patologici extra‐parenchimali, in particolare ridotta espansibilità del torace (CIFOSCOLIOSI/ OBESITA’/ SPONDILITE ANCHILOSANTE/ MALATTIE NEUROMUSCOLARI)

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SINDROME OSTRUTTIVA : CRITERI DIAGNOSTICI

• La sindrome ostruttiva è definita come una sproporzionata riduzione dei flussi aerei massimali (FEV1) rispetto ai volumi polmonari massimali (FVC):  si considera come ostruzione una riduzione del rapporto FEV1/FVC al di sotto del 5° percentile                                                                                       (Lung function test interpretation‐ Pellegrino et al. Eur Resp J)

• Altre definizioni di deficit ostruttivo sono state poste e l’impatto delle differenti definizioni sulla prevalenza dell’ostruzione in una popolazione campione è stato valutato (STUDIO NHANES III – Population impact of different definitions of airway obstruction‐ Celli et al. Eur Resp J 2003)

• Tale studio ha dimostrato che differenti definizioni di ostruzione possono produrre tassi di prevalenza che variano di circa il 200 %

STUDIO NHANES III ‐Population impact of 

different definitions of airway obstruction‐ Celli et al. Eur Resp J 2003)

1) SELF REPORTED‐ pz che hanno risposto SI alle seguenti domande: TI HA MAI DETTO IL MEDICO CHE SEI AFFETTO DA BRONCHITE CRONICA O DA ENFISEMA 

2) STADIO II A LINEE GUIDA GOLD 3)   DEFINIZIONE ATS – AM J RESP CRIT CARE MED 1995;152: SUPPL 5 77‐121 4)   DEFINIZIONE ERS ‐ EUR RESP JOURN 1995 ; 8: 1398‐14205)   STADIO I LINEE GUIDA GOLD

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CLASSIFICAZIONE DELLA SEVERITA’ DEL DEFICIT OSTRUTTIVO

•Il livello della funzionalità polmonare correla con le capacità funzionali del paziente (sia nella vita lavorativa che nella vita quotidiana), con la prognosi e con la mortalità

•In particolare in una metanalisi eseguita in Gran Bretagna si è evidenziato che i pz affetti da BPCO con FEV 1 > 2 DS al di sotto della media presentavano, rispetto a pz con FEV 1 compreso in 1 DS dal valore medio, un tasso di mortalità 12 volte superiore, un tasso di malattie polmonari non neoplastiche 10 volte superiore, e una percentuale doppia di patologie cardiache (follow up eseguito per 20 anni)

Peto R et al. The relevance in adults of air-flow obstruction, but not of mucus hypersecretion, to mortality from chronic lung disease; resultsfrom 20 years of prospective observation. Am Rev RespirDis 1983; 128: 491–500.

PROVE BRONCODINAMICHELe prove broncodinamiche valutano in modo indiretto la risposta funzionale aseguito della inalazione di agenti in grado di provocare broncodilatazione obroncocostrizione. Si dividono in test di broncodilatazione o reversibilità e testdi provocazione bronchiale.

Il test di broncodilatazione o reversibilità si effettua in soggetti con ostruzionebronchiale accertata mediante esame spirometrico, somministrando un farmacobroncodilatatore 2-agonista a rapida durata di azione (es.: 200/400 g disalbutamolo) e si ripete la prova di espirazione forzata dopo 15 minuti.

Il test di provocazione bronchiale si effettua nei soggetti che si sospetta sianoaffetti da iperreattività bronchiale e che presentano un quadro funzionalenormale al momento dell’osservazione. Si fa inalare al soggetto un agentebroncocostrittore (metacolina, istamina, soluzioni iperosmolari, aria fredda). Siconsidera significativa una caduta del VEMS>20%. Nel caso della metacolina iltest è normale per una dose provocativa (PD20) > 1200 g.

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TEST DI BRONCOREVERSIBILITA’

• La risposta al broncodilatatore è un test fondamentale sia dal punto di vista diagnostico (differenziazione asma ‐ BPCO) sia per predire la successiva risposta alla terapia con broncodilatatori

• Un aumento del FEV 1 del 12% con incremento > 200 ml dello stesso configura un deficit ostruttivo di tipo reversibile (tipico dell’asma bronchiale); se il FEV 1  ritorna a valori normali (superiori all’80% del predetto) l’ostruzione è totalmente reversibile; se il FEV 1, pur aumentando del 12% e di 200 ml, non torna a valori normali l’ostruzione è parzialmente reversibile.

• Nel caso in cui non si verifichi dopo test al salbutamolo un incremento del FEV 1, il deficit ostruttivo è definito irreversibile (tipico della BPCO)

TEST DI PROVOCAZIONE BRONCHIALE• Il test di provocazione bronchiale dimostra la presenza di una Iper‐reattività Bronchiale, che, seppur 

non esclusiva dell’Asma, rappresenta un carattere fisiopatologico fondamentale di tale patologia.

• La modalità di esecuzione del test prevede la ‘somministrazione’ di agenti in grado di indurre broncocostrizione: si classificano agenti selettivi e non selettivi e ,tra questi ultimi, stimoli diretti e stimoli indiretti     

Agenti broncocostrittori

Selettivi: Allergeni

Non Selettivi

Diretti

Indiretti

•Metacolina•Analoghi muscarinici•Istamina•Leucotrieni•Prostaglandine•I•Es. fisico•Ipervent. Volontaria•Salina Ipertonica•AMP•Mannitolo

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Nel pannello di sinistra è raffigurata la curva dose-risposta del test alla metacolina in un soggetto normale e, nel pannello di destra, quella di un soggetto con asma.

© 2010 PROGETTO LIBRA • www.ginasma.it

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IPERREATTIVITÀ BRONCHIALECurve dose‐risposta alla metacolina

40 120 240 400 800 1600 3200

Dose (µg di metacolina)

10

20

30

40

50

60

70

ΔFEV1%PD15FEV1= 31 µgPD20FEV1= 49 µgPD30FEV1= 92 µg

40 120 240 400 800 1600 3200

Dose (µg di metacolina)

10

20

30

40

50

60

70

ΔFEV1%

Esistono delle controindicazioni assolute(VEMS < 50% del predetto o < 1 L; IMA nei 3mesi precedenti; ipertensione non controllata;aneurisma aortico noto) e relative (VEMS <60 % del predetto o < 1.5 L; incapacità dieffettuare una manovra corretta; gravidanza;allattamento; terapie con inibitori dellecolinesterasi)

Guidelines for Methacoline and Exercise Challenge Testing-1999. American Thoracic Society. Am J Respir Crit Care Med 2000; 161: 309-329

Test di provocazione bronchiale

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SINDROME RESTRITTIVA: DEFINIZIONE• Il difetto ventilatorio restrittivo è caratterizzato dalla riduzione della Capacità Polmonare 

Totale , con associata riduzione di tutti i volumi polmonari. Pertanto l’indice di Tiffenau (FEV1/CV) sarà conservato.

• La sindrome restrittiva è causata da una riduzione della capacità polmonare per riduzione dell’espansibilità toraco‐polmonare, riconducibili a: patologie della gabbia toracica, patologie neuromuscolari, lesioni occupanti spazio (cisti, tumori),pneumopatie interstiziali (polmoniti interstiziali, fibrosi, edema interstiziale), patologie pleuriche, patologie extra‐toraciche (ascite/obesità/gravidanza)

INDICI FUNZIONALI

DEFICIT RESTRITTIVO

DEFICIT OSTRUTTIVO

VR Diminuito Aumentato

CPT Diminuito in modo 

proporzionale al VR

Normale o lievemente aumentato

VR/CPT Normale Aumentato

INDICI FUNZIONALI

DEFICIT RESTRITTIVO

DEFICIT OSTRUTTIVO

FVC Diminuita Diminuita o normale

FEV 1 Diminuito in modo 

proporzionale a FVC

Diminuito più della FVC

FEV1/FVC Normale Diminuito

SINDROME RESTRITTIVA: CRITERI DIAGNOSTICI

• Affinché possa esser posta diagnosi di deficit restrittivo è necessaria la valutazione dei parametri statici (pletismografia): lo studio dei parametri dinamici potrà essere soltanto indicativo di deficit restrittivo

Basata sulla CPT: Se la CPT non è stata misurata si considera la riduzione della CV e si parla di “restrizione dell’escursione volumetrica dei polmoni”

LIEVE:

CPT < predetto ma > 70%

LIEVE:

CV < predetto ma > 70%

MODERATA:

CPT 60-70% predettoMODERATA: CV 60-70% predetto

MODERATAMENTE GRAVE:

CPT < 60% predetto

MODERATAMENTE GRAVE:

CV 50-60% predetto

GRAVE:

CV 50-34% predetto

MOLTO GRAVE:

CV < 34% predetto

American Thoracic Society. 1991. Lung function testing: selection of reference values and interpretative strategies. Am. Rev. Respir. Dis. 144:1202-1218.

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DIFFUSIONE ALVEOLO‐CAPILLARE

• Il processo di diffusione dell’O2 e della CO2 dall’ambiente alveolare al sanguecapillare e viceversa si sviluppa attraverso la membrana alveolo‐capillare. I test didiffusione valutano l’integrità di tale membrana.

• Lo scambio dei gas attraverso tale barriera avviene tramite un meccanismo didiffusione passiva

DIFFUSIONE ALVEOLO‐CAPILLARE

• La capacità di diffusione (DL) attraverso i tessuti è descrittadalla legge di Fick che indica la quantità di gas che passa lamembrana nell’unità di tempo:

• Vol. gas =  A/T x Δp x D

‐ direttamente proporzionale alla superficie del letto capillare(A) in contatto con gli alveoli (portata ematica e contenuto inHb) e cioè alla superficie di scambio, alla costante didiffusione del gas (D) ed alla differenza di pressione parzialedel gas (Δp) tra i due lati della membrana.

‐ inversamente proporzionale allo spessore della membrana(T).

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DIFFUSIONE ALVEOLO‐CAPILLARE: Condizioni fisiologiche e patologiche associate a variazioni della DLCO

• Riduzione DLCO:

• Patologie ostruttive

• Patologie restrittive

• Malattie sistemiche a coinvolgimento  polmonare

• Patologie cardiovascolari

• Altre: anemia, IRC, dialisi, fumo di          marjuana, ingestione acuta e cronica di etanolo, cocaina, fumo di sigaretta, BOOP.

Incremento DLCO:• Policitemia

• Emorragia polmonare

• Patologie associate ad aumentatoflusso ematico (Shunt sn-ds)

• Esercizio fisico

• Postura (aumento dal 5-30% nelpassaggio da seduto a supino)

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