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

Prove di funzionalità respiratoria VOLUMI POLMONARI Mobilizzabili (modificazioni volontarie con la respirazione) Non mobilizzabili STATICI DINAMICI

Prove di funzionalità respiratoria VOLUMI POLMONARI Mobilizzabili (modificazioni volontarie con la respirazione) Non mobilizzabili STATICI DINAMICI

Volumi polmonari mobilizzabili statici 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 MISURA TUTTI I VOLUMI TRANNE CHE IL VR. QUANDO IL SOGGETTO COMPIE UN ATTO INSPIRATORIO DIMINUISCE IL VOLUME E SI ALZA IL PENNINO; IN ESP SI AUMENTA IL VOLUME ED IL PENNINO SI ABBASSA

Volumi polmonari mobilizzabili statici Lo spirometro a campana registra le variazioni del volume polmonare nel tempo durante la respirazione tranquilla VRI CV QUANDO IL SOGGETTO COMPIE UN ATTO INSPIRATORIO DIMINUISCE IL VOLUME E SI ALZA IL PENNINO; IN ESP SI AUMENTA IL VOLUME ED IL PENNINO SI ABBASSA Correzione BTPS: l’aria emessa dai polmoni viene a trovarsi in condizioni fisiche diverse, e’ necessario correggere i volumi misurati in funzione della temperatura, pressione atmosferica e saturazione del vapor d’acqua per riportarli alle cosiddette condizioni alveolari teoriche (correzione a BTPS: Body, Temperature and Pressure, Saturated). VC VRE

Volumi polmonari mobilizzabili statici Definizioni 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. VRI CV VC VRE

Prove di funzionalità respiratoria VOLUMI POLMONARI Mobilizzabili (modificazioni volontarie con la respirazione) Non mobilizzabili STATICI DINAMICI

Volumi polmonari non mobilizzabili 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 VRI CPT CV VC VRE CFR VR t

Volumi polmonari non mobilizzabili Pletismografia corporea 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 Dopo esp normale si chiude boccaglio con otturatore. Si fa fare al soggetto sforzi respiratori: - Quando inspira aumenta vol. polmone e aumenta pressione in cabina (perché il suo vol. di gas diminuisce) - Ottengo la CFR e da qui il VR (VR = CFR - VRE) CALCOLA IL VOLUME TOTALE DEI GAS NEI POLMONI……ANCHE QUELLO NON VENTILATO (PNX, BOLLE DI ENFISEMA)

Volumi polmonari non mobilizzabili Diluizione dell’elio He 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 C1 C2 V1 C1 t Paziente è collegato a spirometro con concentrazione conosciuta di He (virtualmente insolubile nel sangue) Durante l’equilibratura aggiungo O2 per rimpiazzare quello consumato dal soggetto e riassorbo anidride carbonica. V2=V1+CFR

VOLUMI POLMONARI “NON MOBILIZZABILI” VP=k V1P1=V2P2 V1C1=V2C2 VR: Volume residuo CFR: capacità funzionale residua CPT: capacità polmonare totale (CV+VR) V2=V1C1/C2

Prove di funzionalità respiratoria VOLUMI POLMONARI Mobilizzabili (modificazioni volontarie con la respirazione) Non mobilizzabili STATICI DINAMICI

Prove 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) V VEMS CVF VOLUMI POLMONARI DINAMICI VEMS oltre che riflettere un volume mi fa vedere la limitazione al flusso (contrazione muscolare liscia, tappi, secrezioni) CVF: normalmente il 70-75% viene espirato nel primo secondo Riga azzurra divide a destra fase ESP a sin fase INSP 1 sec t

Curva Volume / Tempo 5 1 2 3 4 6 CVF Deficit ostruttivo NORMALE 1 2 3 4 6 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 CPT VR 2 4 6 8 V

Curva flusso-volume Normale Riduzione dei flussi a tutti i volumi polmonari espiratori con riduzione del PEF e concavità verso l’alto della curva espiratoria (freccia) . V Deficit ostruttivo Deficit restrittivo Riduzione armonica di tutti i volumi polmonari, velocità di flusso ridotte 2 4 6 8 V

L’interpretazione deve fornire elementi di tipo La spirometria non permette di identificare una specifica patologia ma rileva due tipi di deficit funzionali: RESTRITTIVO OSTRUTTIVO e MISTO L’interpretazione deve fornire elementi di tipo Qualitativo Quantitativo Alterazione funzionale Gradazione del danno

Test di espirazione forzata INTERPRETAZIONE

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: età sesso altezza etnia

l’accettabilità del test la riproducibilità dei risultati C.Schiraldi-2003 E.Lum,T.Iordo-1999 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

 Guarda il tracciato – controlla le manovre scadenti INTERPRETAZIONE  Guarda il tracciato – controlla le manovre scadenti curva normale, sforzo buono Test non accettabile per insicurezza iniziale Sforzo non adeguato in fase iniziale(da ripetere) Sforzo iniziale non adeguato, ma valida se riproducibile Espirazione terminata troppo presto La tosse influisce sul risultato (da ripetere) Interruzione temporanea dell’espirazione 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%

INTERPRETAZIONE  Guarda il tracciato – controlla le manovre scadenti  Verifica VEMS/CVF a. se normale non c’è ostruzione b. se inferiore al 70% c’e ostruzione  Verifica il VEMS a. se VEMS/CVF ridotto, il VEMS quantifica l’ostruzione E.Lum,T.Iordo-1999 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

INTERPRETAZIONE  Guarda il tracciato – controlla le manovre scadenti  Verifica VEMS/CV a. se normale non c’è ostruzione b. se inferiore al 70% c’e ostruzione  Verifica il VEMS a. VEMS/CV ridotto, il VEMS quantifica l’ostruzione E.Lum,T.Iordo-1999 VEMS %teorico grado di ostruzione > 80 borderline 65-80 lieve 50-65 moderata < 50 severa K.Berta-2002

ALTERAZIONE FUNZIONALE DI TIPO RESTRITTIVO Restrizione  riduzione della CPT CV < 80% del teorico CPT < 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  Verifica VC E.Lum,T.Iordo-1999 a. se normale, non c’è deficit restrittivo b. se CVF è ridotta con VEMS/CVF normale, è abbastanza probabile un deficit restrittivo, bisogna avere la conferma dai volumi polmonari statici 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

ALTERAZIONE FUNZIONALE DI TIPO MISTO: RESTRITTIVO + OSTRUTTIVO CVF Contemporanea 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 Insufficienza ventilatoria di tipo restrittivo Insufficienza ventilatoria di tipo ostruttivo Indici Funzionali CVF Capacità Vitale Forzata Diminuita Normale o diminuita VEMS Volume Espiratorio Massimo nel primo Secondo Diminuito in modo proporzionale alla CVF Se penso ristretto devo approfondire con CPT Diminuito più della CVF Rapporto VEMS/CVF % Normale Diminuito

Volumi polmonari statici Interpretazione Insufficienza ventilatoria di tipo restrittivo Insufficienza ventilatoria di tipo ostruttivo Indici Funzionali VR Volume Residuo Diminuito Aumentato Diminuito in modo proporzionale al VR Se penso ristretto devo approfondire con CPT Normale o lievemente aumentato CPT Capacità Polmonare Totale Rapporto VR/CPT % Normale Aumentato

 Classificazione dei risultati a. ostruzione senza restrizione 1. VEMS/CVF ridotto, VEMS ridotto 2. CV normale b. restrizione senza ostruzione 1. CV ridotta 2. VEMS/CV normale, VEMS ridotto 3. conferma con riduzione della CPT c. ostruzione-restrizione associate 2. VEMS/CVF e VEMS ridotti 3. 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 restrizione b. ripetere VC dopo broncodilatazione, se normale non c’è restrizione c. ottenere conferma da TLC K.Berta-2002

Insufficienza ventilatoria Interpretazione Insufficienza ventilatoria di tipo OSTRUTTIVO di tipo RESTRITTIVO Asma BPCO Bronchiectasie Fibrosi polmonare Patologie della gabbia toracica Patologie neuromuscolari Lesioni occupanti spazio

Esempio di interpretazione di spirometria n. 1 NORMALE

Esempio di interpretazione di spirometria n. 2a SINDROME OSTRUTTIVA

Insufficienza ventilatoria Interpretazione Insufficienza ventilatoria di tipo OSTRUTTIVO di tipo RESTRITTIVO Asma BPCO Bronchiectasie Fibrosi polmonare Patologie della gabbia toracica Patologie neuromuscolari Lesioni occupanti spazio

Test di broncodilatazione o reversibilità 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 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) Valutazione della reversibilità dell’ostruzione . V Paziente non deve aver assunto broncodilatatore spry o per aerosol per almeno 8-12 ore. (VEMS dopo) – (VEMS base) / (VEMS teorico) x 100 > del 12%. Non ha senso l’esecuzione del test nel ristretto perché le vie sono già aperte. 2 4 6 8 V Lung function testing: selection of reference values and interpretative strategies. American Thoracic Society. Am J Respir Crit Care Med 1991; 144: 1202-18

Test di broncodilatazione o reversibilità 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. Espirazione Flusso Volume Nel BPCO con grave limitazione al flusso per minimi incrementi dei flussi espiratori non si ha significativo miglioramento del VEMS ma si assiste ad una riduzione della CFR con conseguente aumento della CI rispetto al valore di paretenza. CI in tali pazienti è l’INDICE FUNZIONALE meglio correlato con la tolleranza allo sforzo. E’ un utile complemento alla valutazione del test. Inspirazione 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 SINDROME RESTRITTIVA

Test di provocazione bronchiale 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) Se PA sistolica>200 o diastolica >100. 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 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%. A 30 secondi mi aspetto la caduta massima………a 90 secondi in genere si ha un recupero. Effetto metacolina dura 20 minuti. Prima faccio aerosol con il tampone perché già qui si può chiudere (basta 9-10%) mi fermo. Alla fine comunque vada do 2-4 puff di ventolin e aspetto che torni al 90% basale. Wash out da farmaci che riducono la responsività: da 8 ore(short acting) a 48 ore(long acting) a 1 settimana(tiotropio). Non caffè, tea, cola, cioccolato il giorno della prova. Guidelines for Methacoline and Exercise Challenge Testing-1999. American Thoracic Society. Am J Respir Crit Care Med 2000; 161: 309-329

Classificazione del test di provocazione bronchiale 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 LIEVE PD20: tra 4-16 mg/ml MODERATO PD20: tra 100-400 mg/dl GRAVE PD20: tra 50-100 mg/dl 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 molto sensibile (se negativa escludo asma) poco specifica (responsività bronchiale può essere presente anche in BPCO, scompenso cardiaco, fibrosi cistica, rinite allergica)

Iperreattivita’ bronchiale Curve dose-risposta alla metacolina 40 120 240 400 800 1600 3200 Dose (µg di metacolina) 10 20 30 50 60 70 ΔFEV1% PD15FEV1= 1699 µg PD20FEV1= 2223 µg 40 120 240 400 800 1600 3200 Dose (µg di metacolina) 10 20 30 50 60 70 ΔFEV1% PD15FEV1= 31 µg PD20FEV1= 49 µg PD30FEV1= 92 µg 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.

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