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VOLUMI POLMONARI “STATICI” VOLUME CORRENTE (tidal volume:TV): il volume di gas inspirato e successivamente espirato in ciascun atto respiratorio. VOLUME DI RISERVA INSPIRATORIA (IRV): il volume di gas che può essere ulteriormente inspirato al termine di una inspirazione corrente. VOLUME DI RISERVA ESPIRATORIA (ERV): il volume di gas che può essere ulteriormente espirato al termine di una espirazione corrente. VOLUME RESIDUO (RV): il volume di gas non mobilizzabile che resta nei polmoni al termine di un’espirazione massimale. CAPACITA’ FUNZIONALE RESIDUA (FRC) è il volume di gas presente nei polmoni a fine espirazione durante un respiro tranquillo. CAPACITA’ POMONARE TOTALE (TLC) è tutta l’aria contenuta nei polmoni al termine di una inspirazione massimale.

11

VT

VT

40% VC

RV

TLC

stato di equilibrio dell’apparato respiratorio in cui la parete toracica tende ad espandersi con una pressione uguale a quella con cui il polmone tende a collassare

CFR=VOLUME DI RIPOSO

Capacità Funzionale Residua Volumi polmonaria fine espirazione corrente

•E’ deteminata dall’equilibrio statico toraco-polmonare •Rappresenta una riserva di O2 dell’organismo

•Evita un andamento pulsatile di O2 e CO2 ematici

•Rende minima la resistenza vascolare polmonare •Rende minimo il lavoro muscolare respiratorio a riposo

INSPIRAZIONE ESPIRAZIONE

100 mmHg 40

100 mmHg

40 mmHg

46 mmHg 40

PaO2

PaCO2

PaO2

PaCO2

INSP EXP INSP EXP

NORMAL

FEV1/VC ≥ LLN

VC ≥ LLN VC ≥ LLN

CW, NM disorders

TLC ≥ LLN

OBSTRUCTION NORMAL

yes

yes

no

yes

DLCO ≥ LLN

ILD - PV disorders

yes no

no

RESTRICTION

no

yes TLC ≥ LLN

no

yes

MIXED

no

DLCO ≥ LLN DLCO ≥ LLN

ILD Pneumonitis

Asthma CB Emphysema

yes yes no no

ERJ 2005, 26:948- 968

METODI DI MISURA DEI VOLUMI POLMONARI

• METODI CHIMICI Diluizione di un gas non residente (wash-in): elio circuito chiuso Diluizione di un gas residente (wash-out): azoto circuito aperto • METODO FISICO: Pletismografia corporea

Documenti di riferimento

Fattori che influenzano la misura

Pressione barometrica Umidità relativa Temperatura ambiente

Volume dei gas

DILUIZIONE DEI GAS in due volumi comunicanti

Il gas a peso molecolare più basso si diluisce più velocemente

He rebreating (spirometro a campana)

Tecnica della diluizione dell’elio -in circuito chiuso-

“Se la quantità di una sostanza disciolta in un volume è nota e la sua concentrazione può essere misurata, il volume nel quale questa sostanza è disciolta può essere calcolato”

(CO2 viene assorbita dal sistema e O2 viene aggiunto al sistema in misura corrispondente a quello consumato dal soggetto per mantenere il V del sistema costante).

Michael G. Levitzky. Pulmonary Physiology. Third Ed; 1993. Chapter 2.

• C1 X V1 = C2 x (V1 + V2 ) • Quindi • V2 = V1 ( C1 – C2 ) / C2

He rebreating Spirometro

•deve poter misurare un volume ≥ 7 litri •il circuito fino alla bocca del paziente non deve superare i 4.5 litri

•deve avere una pompa in grado di mescolare i gas contenuti nello spirometro

•un assorbitore di CO2

•un sistema di reintegro dell’O2

•un assorbitore di umidità sulla linea dell’analizzatore di elio

He rebreating Analizzatore di He

(conduttività termica) Deve avere •range di misura fra 0 e 10% circa •risoluzione ≤ 0.01 % di He nell’intero range •il 95% del tempo di risposta deve essere < 15 sec ogni variazione del 2% della concentrazione dell’He.

•Deve essere stabile con uno spostamento massimo dal punto di lettura dello 0.02% in 10 min.

He rebreating Analizzatori di He

• Controllo accuratezza giornaliero 0% (aria ambiente) e 10%

• Controllo linearità semestrale su più punti

He rebreating Tecnica di misura

Occorre seguire gli specifici dettagli di utilizzo dei vari apparecchi, ma in linea di massima si segue questo schema:

Si introduce nello spirometro una certa quantità di He (di solito 600 ml. ) ed una certa

quantità di O2 fino ad arrivare alla concentrazione di He prevista (7- 10%) Si apre il circuito strumento-paziente alla fine di una espirazione a volume corrente Si ricorda al paziente di respirare tranquillamente Si introduce regolarmente O2 per compensare quello consumato nella respirazione e la

CO2 che invece viene assorbita e non rientra nel circuito Si controlla la concentrazione dell’ elio. L’equilibrio si considera completo quando non varia più di 0.02% per 30 sec. ( In alcuni sistemi è prevista l’esecuzione di una o due manovre di inspirio ed

espirio, non necessariamente complete per permettere un più veloce e completa diluizione anche nei distretti polmonari più ostruiti)

A questo punto si chiude il circuito strumento-paziente e si termina l’esame; se previsto dall’apparecchiatura si esegue una misura della ERV o della CVL per il calcolo di Volume Residuo (RV) e TLC

[He end-tidal]

Concentrazione limiteall’ equilibrio

0 %

wash-out spirometro

wash-in alveolare

METODO A CIRCUITO CHIUSO (DILUIZIONE DELL’ELIO)

CRITERI DI ACCETTABILITA’:

-ASSENZA DI LEAKS (tracciato basale pre-test piatto)

-ATTI RESPIRATORI REGOLARI (graduale abbassamento livello end-tidal)

-AGGIUNTA DI O2 APPROPRIATA (200-400 ml/min)

-VARIABILITA’ < 0,02% ULTIMI 30” DEL TEST (continuare fino a max 10’)

-VARIABILITA’ < 10% MULTIPLE MISURAZIONI FRC

La tecnica è basata sulla eliminazione dell’N2 contenuto nei polmoni mediante una

respirazione prolungata di O2 al 100%. La concentrazione iniziale dell’N2 alveolare e

quella alla fine del test sono usate per calcolare il volume polmonare all’inizio del test.

Wash-out dell’Azoto

Per la misura della FRC a circuito aperto può venire usato il metodo diretto con analizzatori di N2 a spettroscopia

Il campione di gas attraversava una camera di ionizzazione, sotto vuoto, che permette la conversione di un fascio di luce emesso dalla sostanza da analizzare in un segnale elettrico La camera di misura è tenuta sotto vuoto da una pompa e la calibrazione viene eseguita su due punti: lo 0% è ottenuto con ossigeno puro al 100%, il punto più alto viene tarato in aria ambiente (intorno al 78,08%).


L’analizzatore deve essere lineare in tutto il range (0-80%) con una in accuratezza < 0.2% e una risoluzione < 0.01%.

Il tempo di risposta < 60 ms per variazioni del 10%.

Wash-out dell’Azoto analizzatori di N2

Se si utilizza una valvola a spillo per creare il vuoto in un analizzatore di N2 spettroscopico, occorre controllarla e pulirla di frequente.

Recentemente si preferisce valutare la concentrazione di N2 nell’aria alveolare non più direttamente, ma sfruttando la

Legge di Dalton la pressione totale di una miscela di gas è data

dalla somma delle pressioni parziali dei singoli componenti così

PB = PH2O + PO2 + PCO2 + PN2


Misurando O2 e CO2 con analizzatori rapidi e di dimensioni più contenute si può risalire al valore di N2 .

L’accuratezza, la deriva, e la linearità di questi analizzatori devono dare un risultato

indiretto che abbia caratteristiche paragonabili ad una misura diretta dell’N2.


In apparecchi più recenti che permettono un’analisi in flusso continuo di gas (con un intervallo di campionamento di 15 ms ) l’apparecchio viene tarato su 3 punti: 16%, 21% (aria ambiente) e 26%.

Siccome la misura è influenzata dalla velocità di transito dei gas nell’analizzare, sono visualizzate anche il transito e i tempi di risposta degli analizzatori


I sistemi di misura dei volumi respiratori a circuito aperto collegati a questi apparecchi (pneumotacografo, turbina, ecc.) dovrebbero rispettare la standardizzazione prevista per la spirometria, ma è richiesto un range di flusso di 0-6 l/sec-1. Vanno anche considerati i problemi legati alla diversa densità e viscosità dei gas.

L’accuratezza della misura di flusso e di volume deve essere controllata giornalmente


La valvola che collega il paziente al contenitore di O2, deve avere uno spazio morto <100ml per gli adulti, mentre per i bambini piccoli 2 ml/Kg .

L’O2 può essere erogato da un pallone od a una fonte collegata ad una valvola a domanda: questa deve avere una resistenza alla inspirazione molto bassa, <1KPa (10 cm H2O), soprattutto per i pazienti con patologie neuromuscolari.


il volume di azoto espirato cono ogni singolo respiro è determinato dall’area sotto la curva e sommato ad ogni altro respiro

Tracciato normale

Tracciato ostruttivo

Apertura segmenti isolati

Non riproducibile- perdite

Problemi alle valvole monodirezionali – mancato zero

Indice di clearance come indicatore della distribuzione della ventilazione

Controlli di qualità con siringa

Pletismografia corporea

Dal Greco “πλετηυσµοσ” (estensione)


Cabina (“box”) con volume da 5-600 a 9-1000 L in grado di rilevare differenze di volume di 0.5 ml che consente la misura :

• volume gassoso comprimibile intratoracico (iTGV)

• resistenza al flusso delle vie aeree (Raw)

• curve flusso/volume massimali (o parziali) (F/Vth)

Pletismografia corporea Legge di Boyle-Mariotte

P x V = P1 x V1

a temperatura costante in un sistema chiuso (per una quantità fissa di gas)

P x V = costante

Legge di Boyle : P x V = ( P ± Δ P ) x ( V ± ΔV ) PxV = PxV ± VxΔP ± PxΔV ± ΔPxΔV V x ΔP = ΔV ( P ± ΔP ) V = (P ± ΔP) ΔV ΔP V = (PB – 47) ΔPpleth x K ΔPmouth

MISURA DELLA CAPACITA’ RESIDUA FUNZIONALE : METODO DELLA PLETISMOGRAFIA CORPOREA

V = TGV = FRC P = Palv endexp = Patm-47 = PB -47 ΔP = ΔPalv ≈ ΔPmouth ΔV = ΔV TGV ≈ ΔP pleth = ΔV pleth


P x V = (P x V) - (P x ∆V) + (∆P x V) - (∆P x ∆V) 0 = (P x V)-(P x ∆V)+(∆P x V)-(∆P x ∆V)-(P x V) 0 = - (P x ∆V) + (∆P x V) - (∆P x ∆V) P x ∆V = ∆P x V P x (∆V/∆P) = V

iTGV = P,bar x ∆V,box (or ∆P,box)/∆P,mouth iTGV - Vd,app - Vt,occ = FRC,pleth

se P è la pressione alveolare a fine espirazione (P,alv) ÷ P barometrica (P,bar) se V è il volume gassoso intratoracico (TGV) a fine espirazione e se ∆P = variazione della pressione alveolare (∆P,alv) ÷ ∆P,mouth e se ∆V = variazione del volume toracico (∆V,th) ÷ ∆V,box or ∆P,box

P x V = (P + ∆P) x (V - ∆V)

Pletismografo a volume costante (viene misurata la variazione di pressione nel box : ∆P,box) Pletismografo a pressione costante (viene misurata la variazione di volume nel box : ∆V,box) direttamente tramite spirometro indirettamente tramite pneumotacografo


Tipi di Pletismografo

Pbox costante Vbox costante Pbox costante

1. Flusso con lo pneumotacografo 2. Pressione alla bocca (±20 cmH20) con risposta in frequenza piatta sino a 8Hz 3. Pressione nel Box (±0.2 cmH20) (idem)

• Quando il paziente inspira la pressione alla bocca diminuisce e la pressione box aumenta

• Quando il paziente espira la pressione alla bocca aumenta e la pressione box diminuisce

• I pazienti modificano la pressione a partire da soli 50 ml proprio come avviene durante la calibrazione

Volume constant Body Box

Pressure constant Body Box

• Quando il paziente inspira la pressione alla bocca diminuisce e il volume nel box diminuisce • Quando il paziente espira la pressione alla bocca aumenta e il volume nel box aumenta

spirometro

pneumotach.

Pletismografia corporea Per la corretta determinazione del iTGV occorre rispettare il principio di Pascal.

In presenza di ostruzione delle vie aeree, ∆P,alv possono non essere esattamente riflesse da ∆P,mouth a shutter chiuso con il rischio di una sovrastima del iTGV.

Questo fenomeno risulta essere frequenza- dipendente e un “panting” rallentato appare

ristabilire l’accuratezza della tecnica.*

* Rodenstein et al. JAP 1983

determinazione della FRC 1. “LINKED” (senza disconnettere il paziente):

Determinazione di ERV immediatamente dopo la determinazione

della FRC, quindi far eseguire manovre di IVC lente

RV = FRC – ERV (media delle ERV collegate a FRC accettabili)

TLC = RV + IVC (maggiore IVC accettabile)

2. MANOVRE SEPARATE (in caso di ostruzione o dispnea severe):

Esecuzione di IC dopo FRC, poi esecuzione di VC (IVC a seguito di ERV; EVC dopo esecuzione di IC)

FRC = media delle FRC accettabili per il calcolo di TLC

TLC = media dei 3 maggiori valori ottenuti sommando FRC accettabili + IC collegate

“LINKED”

Pletismografia (TGV) Consigli

• Criteri di esecuzione – Piccoli atti respiratori (~50-100 ml) – Manovre costanti e gentili

(0.5-1 manovre/sec) – Frequenza < 60 bpm (40 è ottimale) – Rilassamento tra le manovre – Fornire continuo “feedback” sull’esecuzione

Pletismografia (TGV) Consigli • Fase Porta Aperta

– Spiegare completamente la procedura – Dimostrare la manovra

• Mani sulle guance e sotto il mento e gomiti giù – Pratica col paziente

• Fase Porta Chiusa – Pratica mentre si aspetta la stabilità termica

• Circa 30 secondi (non più richiesta con i nuovi pletismografi)


Usare una mano sola diminuisce il problema e il disagio del paz.


• Loop non chiusi suggeriscono perdite di pressione bocca/box

• Tracce completamente orizzontali suggeriscono nessun segnale di pressione alla bocca

• Tracce completamente verticali suggeriscono nessun segnale di pressione nel box

Esecuzione Paziente Criteri di Accettabilità TGV

• Media di 3-5 manovre accettabili • I valori di TGV dovrebbero avere una

riproducibilità entro il 5% • Livello fine-espirazione precedente

stabile

Pletismografia (TGV) controllo e correzione

Differenza Tgv-FRC

Cfr plet controllo qualità in vivo

Confronto tac- elio- pletismografo

RISULTATI TLC (L) Soggetto Sottogruppo TC Pleth He

1 M Normali 8.24 8.17 7.99 2 M N 6.98 6.75 6.74 3 M N 5.97 5.98 5.84 4 M N 7.53 7.63 7.61

Media 7.18 7.13 7.05 DS 0.96 0.97 0.96

5 M Ostruiti 8.75 8.77 6.45 6 F O 5.54 5.30 4.91 7 F O 6.45 6.88 4.78 8 M O 7.76 7.21 6.87

Media 7.13 7.04 5.75 DS 1.42 1.42 1.06

9 M Ristretti 4.42 4.41 4.09 10 M R 3.15 3.36 3.31 11 M R 3.54 3.41 3.37

Media 3.70 3.72 3.59 DS 0.65 0.60 0.44

CAPACITA’ POLMONARE TOTALE

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

TL

C (L

)

TC Pleth He

CONTROLLI-normali

-0.40

-0.30

-0.20

-0.10

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

RV He + RV Pleth/2 (L)

RV H

e -

Rv

Plet

h (L

)

+2 SD

-2 SD

x

Bland-Altman (RV)

TLCTC VS TLCHe : P < 0.03

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

TL

C (L

)

TC Pleth He

OSTRUITI

*



0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

TL

C (L

)

TC Pleth He

RISTRETTI

Differenze statiche: bolle enfisematose

B R maschio Età = 70 aa Altezza = 172 cm Peso = 58 Kg

PLETISMOGRAFIA-DILUIZIONALE

RV = 5.59 L TLC = 8.20 L

RV = 2.86 L TLC = 5.45 L

Diagnosi di difetto ventilatorio misto (?)

V G maschio Età: 70 aa Altezza: 163 cm Peso: 81 Kg

Basale

oss. (L) % pred.

RV Elio 2,22 91

RV Plet 3,10 127

TLC Elio 4,40 74

TLC Plet 5,36 90

basale

S G maschio Età: 80 aa Altezza: 170 cm Peso: 100 Kg

Basale

oss. (L) % pred.

RV Elio 1,96 71

RV Plet 3,7 134

TLC Elio 4,43 68

TLC Plet 6,24 96

basale

FRC con Diluizione = 2 L FRC con Pletismografica = 2L

Vie aeree occluse

FRC con Diluizione = 1 L FRC con Pletismografica = 2L

Asma bronchiale

* p < 0.01; ** p < 0.001 vs Pleth n = 16 § p < 0.001 vs baseline

§

Tantucci C et al. J of Asthma 2011, 48:33-40

Samee et al. JACI, 111:1205-11 2003

Control (FEV1 = 118 % pred.)

After MCh (-38 % bas.) (FEV1 = 73 % pred.)

After Salbutamol (FEV1 = 136 % pred.)

Challenge with Methacholine in Asthma and HHe3 NMR

Images taken at 1 Lt. above FRC

basale

Baseline Post B2 10 days 30 days

FEV1 = 1.53 FEV1 = 2.09 FEV1 = 2.95 FEV1 = 3.36

1 yr

FEV1 = 3.48

male; age:68 yr, heigth:172 cm, weigth:72 Kg

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

Volu

me

(L)

FRC PlethFRC HeFEV1

4.12

2.88

3.50

2.98

3.36

3.34 3.21

2.85 2.90 3.08

3.52 3.39

3.03 3.09

Bas post B2 1 anno 2 aa 3 aa 4 aa 5 aa

FEV1= 0.89 L

FEV1= 1.16 L

FEV1= 1.79 L

FEV1= 1.55 L FEV1= 1.62 L

FEV1= 2.06 L

FEV1= 2.28 L

Chronic asthma (R.E.)

15 mm

2 mm 4 mm 10 mm

13 mm

R U male age: 75 yr heigth: 164 cm weigth: 55 Kg

BPCO

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Vo

lum

e (

L)

TLC PlethTLC HeFRC PlethFRC HeFEV1

Bas post B2 2mm 4mm 10mm 13mm 15mm

BPCO

1.11 1.33 1.14 1.33 1.19 1.25 1.22

4.82

7.12 7.65

4.88 4.26 4.44 4.37 4.43 4.69

6.17

5.16

5.88 5.39 5.35

Visto tutto ciò è sbagliato pensare che la valutazione funzionale respiratoria nel paziente con sospetto di difetto

ostruttivo- bpco -enfisema per essere veramente completa , debba

comprendere sia la cfr pletismografica che quella con diluizione?

grazie

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