al corso di spirometria Benvenuti al corso di spirometria Realizzato da Jordi Giner, Felip Burgos e SIBELMED

Iniziamo

Storia della spirometria Iniziamo

Storia della spirometria Iniziamo Etimologicamente, spirometria significa misurazione del fiato o della respirazione. Il termine è attribuito a Lavolisier (1862), scopritore dell’ossigeno cui diede il nome.

Primo tentativo di misurazione dei volumi polmonari Galeno (129-200 dc) Medico e filosofo greco Nel suo esperimento, faceva respirare un bambino dentro e fuori da una vescica, inferendone che il volume che entrava con ogni respirazione non variava (non registrava misurazioni).

Condusse più di 4000 spirometrie Il primo spirometro John Hutchinson (1811-1861) Inventore dello spirometro. Condusse più di 4000 spirometrie Nasce a Newcastle Studia medicina presso l’università di Londra, chirurgia a Southampton. Lavorò per 2 anni presso il London Brompton Hospital, dove sviluppò le sue teorie e scrisse le principali opere sulla spirometria (1846). La spirometria così come la conosciamo oggi nasce praticamente dalla sua mano, poiché fu egli a disegnare il primo modello di spirometro.

Relación lineal entre la VC y la altura John Hutchinson (1811-1861) Relación lineal entre la VC y la altura vc Osservò che il volume dell’aria che è possibile esalare dai polmoni completamente gonfi (capacità vitale o VC) era una buona indicazione della longevità di un individuo. Quando questa misurazione era compromessa, si poteva prevedere una morte prematura. (VALORE PRONOSTICO).

Altri spirometri antichi Spirometro fabbricato nel 1850 (famiglia Pixxi, Parigi 1850) e dal dott. S.W. Mitchell (1859). Spirometri portatili (verso il 1900). Spirometro ad acqua (Godart, 1960)

Prima spirometria eseguita presso l’Hospital de la Santa Creu i Sant Pau. (Barcellona 1958) Autore sconosciuto / Fons Escuela Claret

Schema di ventilazione 8 VC TLC I RV 6 4 vt 2 FRC E RV RV VC: Capacità Vitale Vt: Volume Circolante RV: Volume Residuo ERV: Volume di Riserva Espiratorio TLC: Capacità Polmonare Totale FRC: Capacità Residua Funzionale IRV: Volume di Riserva Inspiratorio

Cos’è la spirometria La spirometria è l’esame essenziale per lo studio della funzione polmonare, misura il volume dell’aria che è possibile spostare in un’espirazione massima e forzata. È utile per studiare problemi respiratori (asma, COPD, ecc.) e per valutare possibili alterazioni lavorative correlate ai polmoni.

Spirometria VEMS = FEV1 FVC 8 6 4 2 VEMS = FEV1 FVC En el 1er segundo VEMS: Volume Expiratoire Maximum Seconde (Volume Espiratorio Massimo in un Secondo) FEV1: Forced Expiratory Volume in the first Second (Volume Espiratorio Forzato in un Secondo).

COPD Broncopneumopatia cronica ostruttiva caratterizzata dall’ostruzione cronica e poco reversibile al flusso aereo, causata principalmente da una reazione infiammatoria al fumo del tabacco. (GOLD; GESEPOC) ASMA Malattia respiratoria cronica caratterizzata dall’infiammazione delle vie aeree, iperrisposta ad un’ampia varietà di stimoli e ostruzione bronchiale reversibile. (GINA; GEMA) Volume (l) Flujo (L/s)

Caratteristiche (pneumotacometri) Tipi di spirometro Secondo le proprietà Acqua / asciutti Chiusi / aperti Volumetrici / pneumotacometro Secondo l’utilità Laboratori della funzionalità polmonare Screening dei pazienti Quelli più utilizzati attualmente sono gli pneumotacometri (aperti) Tipi di pneumotacometro: Lilly Fleisch Turbina Ultrasuoni Venturi Altri: filo caldo, Pitot, ecc.... Caratteristiche (pneumotacometri) Sono di tipo aperto Sono sensori del flusso Rapporto del flusso con il tempo Calcolo dei volumi mediante microprocessore Vari tipi di curve: Volume/tempo Flusso/volume Tacometro : dal greco τάχος, tachos, ‘velocità’ e μέτρον, metron, ‘misura’ (In alcune bibliografie lo pneumotacometro è denominato pneumotacografo)

Caratteristiche esigibili agli spirometri Misurare un volume minimo di 8 litri e un flusso da 0 a 14 l/s Misurare un volume con un’esattezza minima di ± 3% o ± 50 ml (il migliore) Accumulare segnale per 30” Resistenza al flusso di 14 l/s inferiore a 1,5 cmH2O Determinazione dell’inizio della manovra in base a estrapolazione retrograda Registrazione grafica simultanea

Spirometro a campana Spirometro ad acqua Si spostano la carta e il pennarello Quando si esegue l’espirazione, si sposta la campana Compare la registrazione

Spirometro a mantice Di tipo chiuso e asciutto Si spostano la carta e il pennarello Compare la registrazione Registra l’espirazione forzata. Spirometro più usato fino all’avvento dello pneumotacometro. Quando si esegue l’espirazione, il mantice si gonfia

Spirometro a pistone Di tipo chiuso e asciutto Si sposta la carta e compare la registrazione Quando si esegue l’espirazione, si spostano il pitone e il pennarello Cilindro sigillato che non lascia fuoriuscire l’aria.

Pneumotacometro LILLY (principio di funzionamento) Misurazione basata sulla differenza tra le pressioni del flusso d’aria prima e dopo l’attraversamento di una RESISTENZA conosciuta (setaccio (A)), che è direttamente proporzionale al flusso d’aria che passa attraverso un SENSORE DI PRESSIONE. Una volta ottenuto il flusso, il microprocessore calcola i volumi mediante integrazione matematica del flusso in funzione del tempo. Schema di uno pneumotacometro LILLY P1 P2 B A Pneumotacometro Lilly usa e getta Evita la contaminazione incrociata A: resistenza B: sensore di pressione o trasduttore differenziale Il trasduttore differenziale rileva la pressione prima della resistenza (P1) e dopo la resistenza (P2) per calcolare il flusso; mediante integrazione di quest’ultimo si ottiene il volume.

Pneumotacometro FLEISCH (principio di funzionamento) Misurazione basata sulla differenza tra le pressioni del flusso d’aria prima e dopo l’attraversamento di una RESISTENZA conosciuta (capillari paralleli (A)), che è direttamente proporzionale al flusso d’aria che passa attraverso un SENSORE DI PRESSIONE. Una volta ottenuto il flusso, il microprocessore calcola i volumi mediante integrazione matematica del flusso in funzione del tempo. P1 P2 B A Schema di uno pneumotacometro FLEISCH A: resistenza B: sensore di pressione o trasduttore differenziale Il trasduttore differenziale rileva la pressione prima della resistenza (P1) e dopo la resistenza (P2) per calcolare il flusso; mediante integrazione di quest’ultimo si ottiene il volume.

TURBINA (principio di funzionamento) Lo spirometro a TURBINA è uno strumento per l’acquisizione di segnali fisici e l’elaborazione delle informazioni fornite dal segnale correlato alla funzionalità polmonare. Durante il procedimento avviene un passaggio dalla grandezza fisica a quella elettrica. Le unità incaricate di eseguire questo passaggio sono denominate trasduttori. TRASMETTITORE RICEVITORE ROTAZIONE La funzione di trasduzione viene realizzata in due fasi: Il volume da misurare attraversa la turbina e imprime al rotore una rotazione proporzionale a tale volume. La rotazione viene rilevata mediante l’interruzione di un fascio di luce infrarossa il cui sensore trasforma la luce ricevuta in un segnale elettrico di tipo digitale.

Ultrasuoni (principio di funzionamento) Per calcolare il flusso, questi trasduttori si basano sulla proprietà degli ultrasuoni consistente nel fatto che, quando formano un determinato angolo rispetto alla direzione del flusso, gli ultrasuoni che vanno nella stessa direzione del flusso impiegano meno tempo a giungere al ricevitore rispetto a quelli che vanno in senso contrario. A B C

Rappresentazione della spirometria

Spirometria Volume (l) Flujo (L/s) Tiempo (s) Volume (l)

Apporto delle due rappresentazioni Verificare la corretta conclusione Verificare la qualità della manovra Flujo (L/s) Volume (l) Verificare che l’inizio sia stato brusco e senza vacillamento Verificare che l’inizio sia stato brusco e senza vacillamento Tiempo (s) Volume (l)

Alterazioni funzionali: Ostruzione Non ostruzione

Polmoni Bronchi Polmone di un individuo sano Polmone dello stesso individuo con COPD Bronchi Via respiratoria normale Via respiratoria in asma Via respiratoria in COPD Parete infiammate e ingrossata Aria intrappolata nell’alveolo Muscolo liscio contratto Muscolo liscio rilassato Muscolo liscio ancora rilassato Parete infiammata

Spirometria “normale” Via respiratoria Flujo (L/s) Volume (l) Tempo (s) Volume (l)

Spirometria ostruita Via respiratoria Flujo (L/s) Volume (l) Tempo (s) Volume (l)

Spirometria NON ostruttiva Via respiratoria Flujo (L/s) Volume (l) Tempo (s) Volume (l)

Spirometria mista Via respiratoria Flujo (L/s) Volume (l) Volume (l) Tempo (s) Volume (l)

Parametri della spirometria

Parametri spirometrici FVC : Capacità Vitale Forzata Volume d’aria espulso durante la manovra forzata (l). FEV1 : Volume espiratorio forzato nel primo secondo. FEV1/FVC : Esprime il volume d’aria espirato nel primo secondo rispetto al massimo che può essere espulso durante la manovra di respirazione forzata. FEV6 : Volume espiratorio forzato nel sesto secondo ( ). Spirometria forzata Tempo (s) Volume (l) FEV6 FVC FEV1

Parametri spirometrici PEF (Peak Flow) Flusso espiratorio massimo o flusso di picco. Flusso massimo ottenuto durante una manovra di espirazione forzata. Viene generato prima di espellere il 15% della FVC e deve essere mantenuto per 10 ms (millisecondi) come minimo. È espresso in l/sec. Parametro sforzo dipendente. Spirometria forzata Volume (l) Flujo (L/s) PEF

Parametri spirometrici FEF 50 % Flusso massimo quando è stato espirato il 50% della FVC. FEF 25-75 % Flusso massimo tra il 25 e il 75% della FVC (flussi meso-espiratori). I flussi meso-espiratori possono rilevare precocemente l’ostruzione (in poca misura) ma sono molto variabili. Spirometria forzata Volume (l) Flujo (L/s) FEF FEF 25 FEF 50 FEF 75

Parete infiammate e ingrossata Spirometria Via respiratoria ostruita Tempo (s) Volume (l) FVC ≈ FEV6 Parete infiammate e ingrossata FEV6 6 sec FVC 1 sec FEV1 FEV1

FVC ≈ FEV6 6 sec Nei pazienti con ostruzione del flusso aereo, la manovra espiratoria può essere tediosa e prolungata e può avere poca rilevanza e un’ampia variabilità, pertanto alcuni autori e consensi sostengono che in questo tipo di malati il valore del FEV6 (volume espiratorio forzato dopo 6 sec) diventa equiparabile a quello della FVC. Parimenti, il rapporto FEV1/FVC viene sostituito dal rapporto FEV1/FEV6 .

A quali parametri bisogna prestare attenzione? Sullo schermo osserviamo che sono attivati alcuni dei parametri “più significativi”. I restanti parametri, sebbene importanti, rivestono una minore rilevanza.

Spirometria “normale” FEV1 3,9 (l) FVC 5,0 (l) FEV1/ FVC 78% FVC FVC > 80% valore di riferimento Volume (l) Flujo (L/s) Tra il 70 e l’80% Curva Flusso / volume Curva Volume / tempo Tempo (s) Volume (l) FVC PEF FVC FEV1

Spirometria Ostruttiva FEV1 1.5 (l) FVC 4.0 (l) FEV1/ FVC 38% FVC FVC Volume (l) Flujo (L/s) Inferiore al 70% Curva Flusso / volume Curva Volume / tempo Tempo (s) Volume (l) FVC PEF FVC FEV1

Progressione dell’ostruzione Spirometria Progressione dell’ostruzione COPD Broncopneumopatia cronica ostruttiva caratterizzata dall’ostruzione cronica e poco reversibile al flusso aereo, causata principalmente da una reazione infiammatoria al fumo del tabacco (GOLD, GESEPOC ). COPD Flujo (L/s) Volume (l)

Spirometria Non ostruttiva FEV1 1.8 (l) FVC 1.9 (l) FEV1/ FVC 95% FVC Volume (l) Flujo (L/s) Superiore all’80% Curva Flusso / volume Curva Volume / tempo Tempo (s) Volume (l) PEF FVC FVC FEV1

Indicazioni e limitazioni

Indicazioni Valutare la capacità respiratoria in presenza di sintomi respiratori. Valutare l’impatto respiratorio delle malattie di altri organi o sistemi (malattia cardiaca, renale, epatica, neuromuscolare, ecc.). Screening delle alterazioni funzionali respiratorie in presenza di malattie a rischio (tabacco, agenti lavorativi, processi allergici, ecc.). Valutazione dei rischi dei procedimenti chirurghici. Valutare la presenza di alterazioni respiratorie in occasione di richieste di incapacità professionale o altri valutazoni di tipo legale. Valutare la risposta terapeutica a diversi farmaci o esami clinici farmacologici. Studi epidemiologici.

Limitazioni Controindicazioni Lesioni della bocca. Emiparesi facciale. Nausee causate dall’inserimento della bocchetta o del pneumotacometro. In tracheotomie mal curate o con eccesso di secrezioni. Controindicazioni Impossibilità mentale o fisica di svolgere correttamente una manovra forzata. Dolore toracico, pneumotorace, emottisi. Angina instabile. Distacco della retina. Atteggiamento litigioso del paziente.

Valori di riferimento (detti anche TEORICI)

Valori di riferimento (teorici) Obiettivo: Confrontare i valori medi con quelli teorici relativi a sesso, età, statura, peso ed etnia. Materiale (equazioni di riferimento): FVC: M 0.028 T + 0.0345 P + 0.0573 E - 3.21 F 0.0305 T + 0.0356 P + 0.0356 E - 3.04 ANTROPOMETRIA Metodo: I valori osservati / di riferimento espressi in %.

Valori di riferimento (teorici) Valori di riferimento spirometrici raccomandati nel nostro ambiente

Metodologia di misurazione dei parametri

Espressione dei risultati I risultati si esprimo in % rispetto al valore di riferimento % Vref = Voss/Vrif x 100 (La percentuale del valore di riferimento è uguale al valore osservato diviso per il valore di riferimento moltiplicato per 100) Dispersione intorno all’equazione di predizione L’intervallo di confidenza del 95% o percentile 95 sono uguali, calcolano il limite inferiore di normalità (LIN) mediante la formula: LIN = VR - SEE x 1,645 99,7% 95,4% 68,3% µ-3ơ µ-2ơ µ-ơ µ µ+ơ µ+2ơ µ+3ơ

Svolgimento della spirometria

per lo svolgimento della spirometria Decalogo per lo svolgimento della spirometria 1 ADDESTRARE adeguatamente il professionista che svolgerà le spirometrie e disporre di nozioni di patologia respiratoria. 2 CONTROLLO QUALITÀ Verificare quotidianamente con un campione conosciuto il corretto funzionamento dello spirometro, poiché ciò consente di confermare che esso funziona entro i limiti stabiliti. La verifica e/o calibrazione quotidiana assicurano un controllo della qualità confrontabile e certifica la buona prassi del professionista (con siringa di almeno tre litri).

Controllo della qualità (calibrazione) Obiettivo: Stabilire una corrispondenza tra l’unità campione (siringa) e le grandezze da misurare. Materiale: Siringa (di minimo tre litri). Stazione meteorologica (gli spirometri di qualità ne sono già provvisti, altrimenti si possono usare quelle convenzionali da parete o da tavolo).

Controllo della qualità (calibrazione) Metodo: Calibrazione quotidiana. Flusso alto, medio e basso *. Per verificare il corretto funzionamento di uno spirometro è possibile eseguire un’unica manovra a flusso medio: da 2 a 5 l/s. Tuttavia, la verifica/calibrazione ideale che assicura una buona pratica va eseguita a flussi alti, medi e bassi. * Livello del flusso Basso: da 0,4 a 1,2 l/s Medio: da 2 a 5 l/s Alto: da 6 a 12 l/s

Controllo della qualità Modalità di esecuzione della verifica/calibrazione Altro odo di rappresentare la calibrazione secondo la marca e il modello dello strumento. ESP. 2 . 1 % F l u s s o m. 1 . 8 l / s I NSP. 3 . 0%

Tempo di soppressione e farmaci INFORMARE opportunamente il paziente del procedimento da seguire, dei motivi che lo giustificano e dell’assenza di molestie, nonché dell’importanza di una collaborazione adeguata. 3 Tempo di soppressione e farmaci Ore Agonisti ß2 azione breve 6 Agonisti ß2 azione prolungata 12 Anticolirgenici azione breve Anticolirgenici azione prolungata 24 Teofiline ritardate 36 - 48 EVITARE prima di svolgere l’esame: La somministrazione preliminare di broncodilatatori e registrala nel caso in cui il paziente li abbia assunti. Il consumo di tabacco. L’esercizio vigoroso. L’assunzione di cibo e/o bevande abbondanti. L’abbigliamento molto aderente. 4

Come calcolare l’apertura 5 OTTENERE la statura e i peso del paziente scalzo e con abbigliamento leggero, nonché l’età e il sesso, per calcolare i valori di riferimento. Nei pazienti con deformità toracica accentuata occorre misurare l’apertura invece della statura (braccia distese a croce); in questo caso bisogna annotarlo nel rapporto. Apertura Come calcolare l’apertura Statura = apertura / 1,06 6 COLLOCARE il paziente su una sedia comoda con schienale verticale affinché appoggi la schiena e non si inclini in avanti. Far sedere il paziente con la testa alta e senza incrociare le gambe. Mantenere il naso chiuso con pinze. Collocare la bocchetta, il filtro antibatterico o il trasduttore usa e getta sul trasduttore (usare prodotti certificati). Se l’esame viene svolto in posizione supina, annotarlo.

7 SPIEGARE Inspiri tutta l’aria che può Si metta la bocchetta in bocca in modo chiaro e semplice come vanno eseguite le manovre di spirometria, che saranno massime e forzate. Inspiri tutta l’aria che può Si metta la bocchetta in bocca Soffi: FORTE IN MODO CONTINUO SENZA FERMARSI FINCHÉ NON LO DICO: può sembrarle che non ne esca più e invece ce n’è ancora, io lo controllo sullo schermo

Incoraggiare Di più Molto bene Soffi Durante lo svolgimento della spirometria è imprescindibile incoraggiare il paziente affinché la manovra sia valida, poiché bisogna ottenere la sua collaborazione per raggiungere uno sforzo brusco, massimo e prolungato. (6 secondi). Tempo (s) Volume (l) Curva Volume / tempo Gli spirometri attuali sono provvisti di incentivi molto utili per raggiungere questo obiettivo.

8 ESEGUIRE un’inspirazione massima, lenta, pausa < 1 sec. Espirazione massima, rapida e forzata con un inizio brusco. Eseguire un minimo di 3 e un massimo di 8 manovre, cercando di fare in modo che 2 di esse siano prive di errori e che e differenze della FVC e del FEV1 siano inferiori al 5% o 150 ml (100 se la FVC è inferiore a 1 litro). La durata di ogni manovra non dev’essere inferiore a 6 secondi (3 secondi nei bambini). Verificare i tracciati. 8

Caratteristiche del corso della manovra Il corso della manovra deve essere caratterizzato dall’assenza di artefatti e intaccature. Curva concava Senza artefatti Senza intaccature Deve disegnare una curva concava. 62

Criteri di ripetitività Tre (3) manovre accettabili di un massimo di otto (8) che soddisfino i seguenti criteri: La differenza nella FVC e nel FEV1 delle due migliori dev’essere inferiore al 5% o 150 ml (100 ml se la FVC < litro). Più di otto manovre stancano il paziente e sarà difficile ottenere valori migliori. Meno di tre manovre possono dare luogo a errori dovuti alla mancanza di addestramento del paziente.

Estrapolazione retrograda L’estrapolazione retrograda è il metodo raccomandato per trovare il punto zero del tempo (inizio della manovra). Nella manovra di spirometria di volume-tempo si prolungano le linee base del tempo e del volume (in disegno ampliato) e il punto in cui si intersecano è il punto zero del tempo estrapolato. Nota: Il volume estrapolato deve essere pari o inferiore a 150 ml o il 5% della FVC (il migliore dei due criteri). Gli spirometri attuali lo calcolano automaticamente e, se si supera il valore, emettono un messaggio d’errore durante la manovra. Punto 0 del tempo Volume (l) Volume estrapolato Tempo (s)

Criteri di inizio L’inizio della manovra deve essere rapido, brusco e senza vacillamento. Inizio corretto Volume (l) Tempo (s)

Criteri di inizio Manovra con un cattivo inizio. Manovra con un inizio corretto.

Criteri di conclusione Tempo di manovra superiore a 6 sec. Senza cambiamenti in 1 sec; volume inferiore a 25 ml. Su sfondo rosso, immagine con una curva che termina bruscamente, su sfondo verde manovra con una buona conclusione. Curva non corretta, termina bruscamente. Manovra con una buona conclusione.

9 SELEZIONARE i migliori valori della FVC e del FEV1 anche se sono di manovre diverse, purché soddisfino i criteri citati in precedenza. Il resto dei parametri verrà tratto dalla manovra con la maggiore somma di FVC e FEV1 .

Quali parametri bisogna registrare Selezionare i migliori valori di FVC e FEV1, anche se sono di manovre diverse. L’ideale è scegliere i parametri da manovre prive di errori (avvisi), anche se in molti casi è difficile. Una volta eseguite le manovre, registrare la migliore FVC e il miglior FEV1 , anche se si trovano in manovre diverse. Il resto dei parametri verrà tratto dalla manovra con la maggiore somma di FVC e FEV1 . Nella maggior parte degli strumenti attuali questi criteri vengono applicati automaticamente. Una volta eseguite le manovre, registrare la migliore FVC e il miglior FEV1, anche se si trovano in manovre diverse. Il resto dei parametri verrà tratto dalla manovra con la maggiore somma di FVC e FEV1 . Nella maggior parte degli strumenti questi criteri vengono applicati automaticamente. L’ideale è scegliere i parametri da manovre prive di errori anche se questo, come si vedrà in seguito, in molti casi è difficile.

Gradi di qualità proposti dallo NLHEP (National Lung Health Education Program) Grado Descrizione A Tre manovre accettabili (senza errori) e tra le due migliori FVC e FEV1 una differenza inferiore a 150 ml B Tre manovre accettabili (senza errori) e tra le due migliori FVC e FEV1 una differenza compresa tra 151 e 200 ml C Due o tre manovre accettabili (senza errori) e tra le due migliori FVC e FEV1 una differenza compresa tra 201 e 250 ml D Due o tre manovre accettabili (senza errori) e tra le due migliori FVC e FEV1 una differenza superiore a 250 ml E Una manovra accettabile (senza errori) F Nessuna manovra accettabile (senza errori) Proposta dello NLHEP (Office Spirometry for Lung Health Assessment in Adults: A Consensus Stament From the National Lung Health Education Program ; CHEST: 2000; 117:1146-1161)

Prova di broncodilatazione Inalare broncodilatatore Muscolo liscio rilassato Via respiratoria broncodilatata Muscolo liscio contratto Parete infiammate e ingrossata Aria intrappolata nell’alveolo Via respiratoria in asma 15 min 4 inalazioni (con camera) PARAMETRO PRE REF (%) POST FVC 3.21 3.89 85 3.56 7 FEV1 2.32 3.14 74 2.65 13 FEV1/FVC 69.91 79.38 88 74.37 6 PRE POST L’esame verrà considerato positivo se si verifica un aumento pari o superiore a: FVC: 12% o FEV1: 12% e inoltre con un minimo di 200 ml

PULIRE il trasduttore, dato che è esposto direttamente al paziente e bisogna mantenerlo in perfette condizioni fisiche e igieniche. Pulirlo e disinfettarlo secondo le indicazioni del fabbricante. In mancanza utilizzare acqua saponata e, se possibile, sterilizzarne periodicamente le parti esposte al paziente. Nei pazienti potenzialmente contagiosi (HIV+, epatiti C, tubercolosi polmonare ecc.) usare pneumotacometri usa e getta o svolgere l’esame al fine giornata utilizzando filtri antibatterici. Quindi procedere ad una pulizia approfondita. 10

Grazie Iniziamo