LEZIONI DI FISIOPATOLOGIA RESPIRATORIA LA SPIROMETRIA UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA.

LEZIONI DI LEZIONI DI FISIOPATOLOGIA FISIOPATOLOGIA RESPIRATORIARESPIRATORIA

LA SPIROMETRIA

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI

PADOVAPADOVA

VOLUMI POLMONARIVOLUMI POLMONARI

Prove di funzionalità respiratoria

Mobilizzabili(modificazioni volontarie con la

respirazione)

Non mobilizzabili

STATICIDINAMICI

Gli spirometri a campana misurano lo spostamento dei volumi di aria mobilizzabili attraverso il movimento di una campana il cui bordo inferiore è immerso nell’acqua

Volumi polmonari mobilizzabili statici

Volumipolmonari mobilizzabili statici

CV

VRI

VRE

VC

Lo spirometro a campana registra le

variazioni del volume polmonare nel tempo

durante la respirazione

tranquilla

CVVRI

VRE

VC

Definizioni

Volumipolmonari mobilizzabili statici

• Volume Corrente (VC): volume d’aria mobilizzato ad ogni respiro tranquillo

• 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.




respirazione)

Non mobilizzabili

STATICIDINAMICI

CV

VRI

VRE

CPT

VR

CFR

VC

• Volume Corrente (VC): volume d’aria mobilizzato ad ogni respiro tranquillo.

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

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

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

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

V

t

Volumi polmonari non mobilizzabili


Il paziente viene posto all’interno di una cabina pressurizzata a T costante.

Si misurano le variazioni di P della cabina durante gli atti respiratori.Applicando la legge di Boyle si può ricavare il volume polmonare:P X V = (P + DP) x (V + DV)

V = (P + DP) x DV DP

Pletismografia corporea

Si collega il paziente allo spirometro al termine di una espirazione lenta (volume polmonare = CFR) .

Sono noti il volume del circuito e la concentrazione iniziale di elio (m = V1 x C1).

Si fa respirare il paziente fino ad ottenere una omogenea distribuzione del gas. Poiché l’He non si è per nulla disperso la quantità di He presente prima dell’equilibrio (m = V1 x C1) uguaglia la quantità all’equilibrio (m = V2 x C2).

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

CFR= V1 x ( C1 - C2 ) / C2 VR = CFR - VRE

V2=V1+CFR

C2

C1

He

tV1C1


Diluizione dell’elio

VOLUMI POLMONARI “NON MOBILIZZABILI”

VR: Volume residuoCFR: capacità funzionale residuaCPT: capacità polmonare totale (CV+VR)

VP=kV1P1=V2P2V1C1=V2C2

V2=V1C1/C2




respirazione)

Non mobilizzabili

STATICIDINAMICI

Prove di Funzionalità RespiratoriaProve di Funzionalità Respiratoria

• Volumi polmonari mobilizzabili statici

• Volumi polmonari non mobilizzabili

• Volumi polmonari mobilizzabili dinamici • Test di espirazione forzata

• Test di reversibilità

• Picco di flusso espiratorio

• Test di iperreattività bronchiale

Test di espirazione forzata

Dopo aver fatto compiere al paziente una inspirazione massimale, lo si fa espirare con la massima forza il massimo volume di aria possibile.

Misuriamo così :• Il volume espiratorio massimo nel primo secondo: VEMS

• La capacità vitale forzata: CVF

• Il rapporto VEMS / CVF % (indice di Tiffenau)

t1 sec

VEMS

CVF

V

Curva Volume / Tempo

5

0

1

2

3

4

1 2 3 4 5 6

CVF

CVF

Deficit ostruttivo

NORMALE

secondi

Litri

Curva flusso-volume Curva flusso-volume normale

Supponiamo che un soggetto inspiri sino alla capacità polmonare totale e poi espiri più forte che può fino al volume residuo.

E’ possibile rappresentare questa la manovra di espirazione forzata con una curva flusso-volume: ad ogni momento si riportano il flusso istantaneo ed il volume corrispondente

Possiamo osservare che il flusso sale molto rapidamente fino ad un alto valore ma poi declina durante la maggior parte dell’espirazione.

.V

V

2 4 6 8CPT VR

Curva flusso-volume

V

2 4 6

Deficit ostruttivo

Normale

Riduzione armonica di tutti i volumi polmonari, velocità di flusso ridotte

.V

8

Deficit restrittivo

Riduzione dei flussi a tutti i volumi polmonari espiratori con riduzione del PEF e concavità verso l’alto della curva espiratoria (freccia)

INTERPRETAZIONE

La spirometria non permette di identificare una specifica patologia ma rileva due tipi di deficit funzionali:

RESTRITTIVOOSTRUTTIVO

eMISTO

L’interpretazione deve fornire elementi di tipo

Qualitativo Quantitativo

Alterazione funzionale

Gradazione del danno

INTERPRETAZIONE

Test di espirazione forzata

• età• sesso• altezza• etnia

L’interpretazione avviene attraverso il confronto con valori “teorici”, espressione della normalità.

I parametri variano in relazione a vari fattori fisici e antropologici:

La prova spirometrica dipende dallo sforzo e dalla collaborazione del soggetto per cui è necessario sempre verificare: l’accettabilità del test la riproducibilità dei risultati

E.Lum,T.Iordo-1999

C.Schiraldi-2003

Guarda il tracciato – controlla le manovre scadenti

INTERPRETAZIONE

A. curva normale, sforzo buono

B. Test non accettabile per insicurezza iniziale

C. Sforzo non adeguato in fase iniziale(da ripetere)

D. Sforzo iniziale non adeguato, ma valida se riproducibile

E. Espirazione terminata troppo presto

F. La tosse influisce sul risultato (da ripetere)

G. Interruzione temporanea dell’espirazione

H. Potrebbe essere una variante normale in giovani

RE Hyatt,PD Scanlon,M Nakamura-1998

ALTERAZIONE FUNZIONALE DI TIPO OSTRUTTIVO

Ostruzione limitazione del flusso espiratorio forzato

VEMS/CVF < 70%


Verifica VEMS/CVFa. se normale non c’è ostruzioneb. se inferiore al 70% c’e ostruzione

Verifica il VEMSa. se VEMS/CVF ridotto, il VEMS quantifica l’ostruzione

INTERPRETAZIONE

VEMS % teorico grado di ostruzione > 80 borderline 65-80 lieve 50-65 moderata < 50 severa

b. Se VEMS/CVF normale e VEMS ridotto, controlla CVF

K.Berta-2002

E.Lum,T.Iordo-1999


Verifica VEMS/CVa. se normale non c’è ostruzioneb. se inferiore al 70% c’e ostruzione

Verifica il VEMSa. VEMS/CV ridotto, il VEMS quantifica l’ostruzione

INTERPRETAZIONE

VEMS %teorico grado di ostruzione > 80 borderline 65-80 lieve 50-65 moderata < 50 severa

K.Berta-2002

E.Lum,T.Iordo-1999

ALTERAZIONE FUNZIONALE DI TIPO RESTRITTIVO

Restrizione riduzione della CPT

CV < 80% del teoricoCPT < 80% del teorico

CV 1.59 (39%)CVF 1.54 (39%)VEMS 1.48 (46%)VEMS/CV 93.1 (120%)CPT 2.71 (42%)VR 1.13 (51%)VR/CPT 41.5 (118%)

Div.Pneum.-Padova-2002

INTERPRETAZIONE

a. se normale, non c’è deficit restrittivo

CV % teorico grado di restrizione > 80 borderline 65-80 lieve 50-65 moderata < 50 severa

c. se CV è ridotta e VEMS/CVF è ridotta il deficit restrittivo può o non può essere presente, giudicare clinicamente i volumi statici

E.Lum,T.Iordo-1999

b. se CVF è ridotta con VEMS/CVF normale, è abbastanza probabile un deficit restrittivo, bisogna avere la conferma dai volumi polmonari statici

Verifica VC

ALTERAZIONE FUNZIONALE DI TIPO MISTO: RESTRITTIVO + OSTRUTTIVO

CVFContemporanea riduzione di

VEMS/CVF

CV 2.06 (60%)CVF 1.73 (51%)VEMS 1.16 (43%)VEMS/CVF 52.0 (66%)CVT 3.64 (63%)VR 1.58 (66%)VR/CPT 43.0 (103%)

Div.Pneum.-Padova-2002

Test di espirazione forzata Interpretazione

RapportoVEMS/CVF %

VEMSVolume Espiratorio Massimo nel primo

Secondo

CVFCapacità Vitale Forzata

Indici FunzionaliInsufficienza ventilatoria

di tipo restrittivo

Diminuita

Diminuito in modo

proporzionale

alla CVF

Normale Diminuito

Normale o diminuita

Insufficienza

ventilatoria

di tipo ostruttivo

Diminuito più della CVF

Volumi polmonari statici Interpretazione

RapportoVR/CPT %

CPTCapacità Polmonare Totale

VRVolume Residuo

Indici FunzionaliInsufficienza ventilatoria

di tipo restrittivo

Diminuito

Diminuito in modo

proporzionale

al VR

Normale Aumentato

Aumentato

Insufficienza

ventilatoria

di tipo ostruttivo

Normale o lievemente aumentato

a. ostruzione senza restrizione1. VEMS/CVF ridotto, VEMS ridotto2. CV normale

b. restrizione senza ostruzione1. CV ridotta2. VEMS/CV normale, VEMS ridotto3. conferma con riduzione della CPT

c. ostruzione-restrizione associate1. CV ridotta2. VEMS/CVF e VEMS ridotti3. Fare attenzione per l’ostruzione che assomiglia alla restrizione VC può essere ridotta con un aumento di RV e TLC normale

a. fare VC lenta, se normale non c’è restrizioneb. ripetere VC dopo broncodilatazione, se normale non c’èrestrizionec. ottenere conferma da TLC

K.Berta-2002

Classificazione dei risultati

Insufficienza ventilatoria

di tipo OSTRUTTIVO di tipo RESTRITTIVO

• Asma

• BPCO

• Bronchiectasie

• Fibrosi polmonare

• Patologie della gabbia toracica

• Patologie neuromuscolari

• Lesioni occupanti spazio

•

Interpretazione

NORMALE

Esempio di interpretazione di spirometria n. 1

Esempio di interpretazione di spirometria n. 2a

SINDROMEOSTRUTTIVA

Insufficienza ventilatoria

di tipo OSTRUTTIVO di tipo RESTRITTIVO

• Asma

• BPCO

• Bronchiectasie

• Fibrosi polmonare

• Patologie della gabbia toracica

• Patologie neuromuscolari

• Lesioni occupanti spazio

•

Interpretazione

Si effettua in soggetti con ostruzione bronchiale accertata mediante esame spirometrico, somministrando un farmaco broncodilatatore b2-agonista a breve durata di azione (es.: 400 mg di salbutamolo) e si ripete la prova di espirazione forzata dopo 15-20 minuti.

Test di broncodilatazione o reversibilità


2 4 6 8 V

Valutazione della reversibilità

dell’ostruzione .V

Lung function testing: selection of reference values and interpretative strategies. American Thoracic Society. Am J Respir Crit Care Med 1991; 144: 1202-18

Dopo 20’ dalla somministrazione di 200-400 mcg di beta 2 agonista o 80 mcg di anticolinergico si rivaluta il VEMS con una manovra di espirazione forzata.

Si possono verificare 3 possibilità:

1. il VEMS aumenta di > 12% e 200 ml rispetto al basale tornando a valori normali ( > 80% del teorico): DEFICIT VENTILATORIO DI TIPO OSTRUTTIVO COMPLETAMENTE REVERSIBILE. (tipica dell’Asma bronchiale)

3. Il VEMS aumenta < 12% o di 200 ml rispetto al valore basale: DEFICIT VENTILATORIO NON REVERSIBILE . (tipico della BPCO non reversibile)


Nella BPCO con grave limitazione al flusso per minimi incrementi dei flussi espiratori non si ha un significativo miglioramento del VEMS ma si assiste ad una riduzione della CFR con conseguente aumento della CI.

La CI in tali pazienti è l’INDICE FUNZIONALE meglio correlato con la tolleranza allo sforzo.

E’ un utile complemento alla valutazione del test di broncodilatazione.

VolumeFlu

sso

Esp

ira

zio

ne

Insp

ira

zio

ne

Maestrelli. Fisiopatologia della broncopneumopatia cronica ostruttiva. Ann Ist Super Sanità 2003; 39(4):495-506

Esempio di interpretazione di spirometria n. 2b

OSTRUZIONE BRONCHIALE REVERSIBILE

Esempio di interpretazione di spirometria n. 3

SINDROMERESTRITTIVA

Si effettua nei soggetti che si sospetta (anamnesi positiva) essere affetti da iperreattività

bronchiale e che presentano un quadro funzionale normale al momento dell’osservazione.

Test di provocazione bronchiale

Esistono delle controindicazioni assolute (VEMS <50% del teorico o <1L; ipertensione non controllata; aneurisma aortico noto) e relative (VEMS <60 % del teorico o <1.5 L; incapacità di effettuare una manovra corretta; gravidanza; allattamento, terapie con inibitori delle colinesterasi)

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


Il test consiste nel far inalare per 2 minuti al soggetto per via aerosolica durante ventilazione a CV un agente broncocostrittore (metacolina, istamina, soluzioni iperosmolari) raddoppiando le concentrazioni (0.03 - 0.0625 - 0.125 - 0.25 - 0.5 – 1 – 2 – 4 – 8 – 16 mg/ml) ogni 5 minuti.

Dopo circa 30 e 90 secondi si esegue una spirometria per il calcolo del VEMS.

Si considera significativa una caduta del VEMS > 20%.



PC 20 FEV1 (mg/ml): concentrazione provocativa

PD 20 FEV1 (mcg):

dose provocativa

NORMALE: > 16 mg/ml NORMALE: > 1600 mcg

BORDERLINE: 4-16 mg/ml LIEVE: 400-1600 mcg

LIEVE (test positivo): 1-4 mg/ml MODERATO: 100-400 mcg

MODERATO-GRAVE: < 1 mg/ml GRAVE: 50-100 mcg


Classificazione del test di provocazione bronchiale

• molto sensibile (se negativa

escludo asma)

• poco specifica (responsività

bronchiale può essere presente

anche in BPCO, scompenso

cardiaco, fibrosi cistica, rinite

allergica)


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.

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% PD15FEV1= 1699 µgPD20FEV1= 2223 µg

Iperreattivita’ bronchialeCurve dose-risposta alla metacolina

Picco di Flusso Espiratorio Misurazione e significato del picco di flusso

Strumento maneggevole, di poco

costo e semplice utilizzo che

misura la massima velocità di

flusso espiratoria raggiunta

durante una espirazione forzata

(PEF o PEFR) e il volume

espiratorio massimo nel primo

secondo (VEMS) più specifico

perché sforzo indipendente.

Mezzo utile per seguire

l’andamento della malattia

asmatica nel tempo con

valutazione bi-giornaliera.

Fig 1 e 2 PEF depliant

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