Le prove di funzionalità respiratoria Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia Clinica di Malattie dell’Apparato Respiratorio Direttore Prof. L. M. Fabbri Corso Integrato di Malattie dell’Apparato Respiratorio e Chirurgia Toracica Le prove di funzionalità respiratoria

Test di funzionalità polmonare La Ventilazione: Prove di Funzionalità Respiratoria Gli scambi gassosi: Emogasanalisi arteriosa

Test di funzionalità polmonare La Ventilazione: Prove di Funzionalità Respiratoria Volumi polmonari statici Volumi polmonari dinamici Test di espirazione forzata Curva flusso-volume Picco di flusso espiratorio Test di reversibilità Test di iperreattività bronchiale Capacità di diffusione del monossido di carbonio (CO)

Oggi sostituito dai più maneggevoli spirometri elettronici. Spirometria classica Spirometro a campana Registra le variazioni del volume polmonare nel tempo durante la respirazione tranquilla e forzata. Oggi sostituito dai più maneggevoli spirometri elettronici. VRI CV VC VRE

Spirometro a campana e tracciato spirometrico Spirometria classica Spirometro a campana e tracciato spirometrico Definizioni Volume Corrente (VC): volume d’aria mobilizzato ad ogni respiro tranquillo (circa 600-800 mL). VRI CV VC VRE

Spirometro a campana e tracciato spirometrico Spirometria classica Spirometro a campana e tracciato spirometrico 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. VRI CV VC VRE

Spirometro a campana e tracciato spirometrico Spirometria classica Spirometro a campana e tracciato spirometrico 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. VRI CV VC VRE

Spirometro a campana e tracciato spirometrico Spirometria classica Spirometro a campana e tracciato spirometrico 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. VRI CV VC VRE

Volumi polmonari statici 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. VRI CV VC VRE VR

Volumi polmonari statici 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. VRI CV VC VRE CFR VR

Volumi polmonari statici 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. VRI CPT CV VC VRE FRC VR

Volumi polmonari statici Misurazione Gli spirometri misurano lo spostamento dei volumi gassosi mobilizzabili attraverso il movimento di una campana il cui bordo inferiore è immerso nell’acqua (spirometri a campana) o di un mantice a secco (spirometri a secco). Con la semplice spirometria non può essere valutato il volume non mobilizzabile (VR) e le capacità che lo comprendono (CFR, CPT). La pletismografia consente la misurazione diretta del volume di gas intratoracico basandosi sulla legge di Boyle (P x V = K). E’ possibile misurare i volumi polmonari anche mediante la diluizione dei gas, sia in circuito chiuso (diluizione di elio a concentrazione nota) o in circuito aperto (diluizione dell’azoto alveolare respirando ossigeno puro).

Volumi polmonari statici Misurazione 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

Volumi polmonari statici Misurazione Diluizione dell’elio 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 (V1 e C1). Si fa respirare il paziente fino ad ottenere una omogenea distribuzione del gas e qundi si misura la concentrazione finale di elio (C2). C1 x V1 = C2 x V2; essendo V2=V1+CFR CFR= V1 x ( C1-C2 / C2 ) VR= CFR-VRE He C1 C2 V1 C1 t V2=V1+CFR

Volumi polmonari statici Misurazione log [N2] Diluizione dell’azoto Si collega il paziente allo spirometro mentre respira O2 al 100% Si fa respirare al paziente O2 al 100% e si misurano la concentrazione iniziale di N2 e quella di 3 atti respiratori < 1%. CFR= VN2 – C/F0N2 – FxN2 VR= CFR-VRE 100 10 1 O2 100% t N2 .

Volumi polmonari statici Interpretazione La valutazione della gravità delle anomalie spirometriche viene effettuata analizzando i valori misurati, confrontandoli con quelli teorici e rilavandone le differenze percentuali. Indici Funzionali Incapacità ventilatoria di tipo restrittivo Incapacità ventilatoria di tipo ostruttivo VR diminuito aumentato CPT Diminuito in modo proporzionale al VR Normale o lievemente aumentato Rapporto VR/CPT % normale

Test di espirazione forzata VEMS, CVF, indice di Tiffeneau 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 di gas emesso in un secondo (VEMS). Il volume totale di gas che può essere emesso (CVF). Il rapporto VEMS/CV% (indice di Tiffenau). 1 sec V VEMS CVF t

Test di espirazione forzata Interpretazione del test di espirazione forzata Indici Funzionali Incapacità ventilatoria di tipo restrittivo Incapacità ventilatoria di tipo ostruttivo CVF Diminuita VEMS Diminuito in modo proporzionale alla CVF Diminuito più della CVF Rapporto VEMS/CV % Normale Diminuito

Test di espirazione forzata insufficienza ventilatoria di tipo RESTRITTIVO di tipo OSTRUTTIVO Asma Bronchite cronica Enfisema Patologie della gabbia toracica Patologie neuromuscolari Lesioni occupanti spazio Fibrosi polmonare

Curva flusso-volume espiratoria normale E’ possibile rappresentare la manovra di espirazione forzata con una curva flusso-volume: ad ogni momento si riportano il flusso istantaneo ed il volume espirato. La velocità di flusso aumenta fino al limite massimo della curva, ma non oltre per il fenomeno della compressione dinamica delle vie aeree. . V 2 4 6 8 V

Compressione dinamica delle vie aeree Curva flusso-volume Compressione dinamica delle vie aeree All’inizio di una espirazione forzata abbiamo massimi valori di P intrapleurica e P alveolare. A livello delle vie aeree la P aumenta meno rispetto alla P alveolare per la presenza delle fisiologiche resistenze al flusso. Lungo le vie c’è un punto in cui la P eguaglia quella intrapleurica = PUNTO DI EGUAL PRESSIONE. Il segmento a valle del PEP limita la capacità di esprimere più flusso Pintrapl. 30 Palv 60 ( 30 + 30 ) 50 40 30 20

Interpretazione della curva flusso-volume I.V. Restrittiva Aumentate pressioni di ritorno elastico con volumi piccoli, e velocità di flusso conseguentemente ridotte . Normale il calibro delle vie aeree. . V 2 4 6 8 V

Interpretazione della curva flusso-volume I.V. Restrittiva Aumentate pressioni di ritorno elastico con volumi piccoli, e velocità di flusso conseguentemente ridotte . Normale il calibro delle vie aeree. I.V.Ostruttiva Pressione di ritorno statico ridotta per distruzione della componente elastica. Ostruzione delle vie aeree da secrezioni, ispessimento, collasso per perdita della forza di trazione del parenchima circostante. . V 2 4 6 8 V

Test di Funzione Respiratoria Interpretazione: anormalità di tipo ostruttivo ATS: VEMS/CVF < 5° percentile della popolazione ERS: VEMS/CV% < 88% (maschi) o 89% (femmine) predetto GOLD: VEMS/CVF < 70% STADIO 1: VEMS > 50% predetto LIEVE: VEMS >80% predetto STADIO 1: VEMS > 80% predetto STADIO 2: VEMS 35-49% predetto MODERATA: VEMS 50 – 80% predetto STADIO 2: VEMS 50-80% predetto STADIO 3: VEMS < 35% predetto GRAVE: VEMS <50% predetto STADIO 3: VEMS 30-50% predetto STADIO 4: VEMS <30% predetto Fonte: Mannino DM. Respir Care 2003; 48: 1185-1191

Test di Funzione Respiratoria Interpretazione: anormalità di tipo restrittivo Se la CPT è stata misurata e <80% predetto: Se la CPT non è stata misurata la riduzione della CV senza riduzione del rapporto VEMS/CV è definita come “restrizione dell’escursione volumetrica dei polmoni” LIEVE: CV 70-80% predetto MODERATA: CV 60-70% predetto MODERATAMENTE GRAVE: CV 50-60% predetto GRAVE: CV <50% predetto

NORMALE

SINDROME OSTRUTTIVA

SINDROME RESTRITTIVA

Prove broncodinamiche Le prove broncodinamiche valutano in modo indiretto la risposta funzionale a seguito della inalazione di agenti in grado di provocare broncodilatazione o broncocostrizione. Si dividono in test di broncodilatazione o reversibilità e test di provocazione bronchiale. Il test di broncodilatazione o reversibilità si effettua in soggetti con ostruzione bronchiale accertata mediante esame spirometrico, somministrando un farmaco broncodilatatore b2-agonista a rapida durata di azione (es.: 200 mg di salbutamolo) e si ripete la prova di espirazione forzata dopo 15 minuti. Il test di provocazione bronchiale si effettua nei soggetti che si sospetta siano affetti da iperreattività bronchiale e che presentano un quadro funzionale normale al momento dell’osservazione. Si fa inalare al soggetto un agente broncocostrittore (metacolina, istamina, soluzioni iperosmolari, aria fredda). Si considera significativa una caduta del VEMS>20%. Nel caso della metacolina il test è normale per una dose provocativa (PD20) > 1200 mg.

Valutazione della variabilità nell’asma Test di reversibilità PRE-b2-SHORT ACTING Insuff. Ventilatoria di tipo ostruttivo POST-b2 SHORT ACTING Dopo somministrazione di b2-agonista il VEMS è aumentato del 12% e di 200 ml rispetto al valore basale: INSUFFICIENZA VENTILATORIA DI TIPO OSTRUTTIVO REVERSIBILE. Se VEMS torna a valori normali (>80% del predetto): INSUFFICIENZA VENTILATORIA DI TIPO OSTRUTTIVO COMPLETAMENTE REVERSIBILE. Valutazione della variabilità nell’asma . V 2 4 6 8 V

OSTRUZIONE BRONCHIALE REVERSIBILE

Test di iperreattività Valuatazione della iperreattività bronchiale aspecifica nell’asma VEMS Valuta la risposta bronchiale a vari stimoli: Metacolina Soluzione ipertonica Nebbia PD 20

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). Mezzo utile per seguire l’andamento della malattia asmatica nel tempo con valutazione bi-giornaliera. Fig 1 e 2 PEF depliant

Capacità di diffusione Il processo di diffusione dell’O2 e della CO2 dall’ambiente alveolare al sangue capillare e viceversa si sviluppa attraverso la membrana alveolo-capillare. I test di diffusione valutano l’integrità di tale membrana. La capacità di diffusione (DL) è influenzata da molteplici fattori e in particolare è: - direttamente proporzionale alla superficie del letto capillare in contattto con gli alveoli (portata ematica e contenuto in Hb) e cioè alla superficie di scambio, e alla diffusibilità del gas. - inversamente proporzionale allo spessore della membrana stessa. La DL viene valutata generalmente impiegando monossido di carbonio (CO), dotato di altissima affinità per l’Hb (DLCO). Il test di diffusione del monossido di carbonio viene effettuato facendo inalare al soggetto il CO a bassissime concentrazioni (0.3%) in miscela di elio (He) mediante respiro singolo. La DLCO così misurata può anche e essere espressa in termini di coefficiente di diffusione (KCO), cioè di rapporto fra DLCO e ventilazione alveolare.

Capacità di diffusione Test del singolo respiro Misurazione della Capacità di diffusione Test del singolo respiro Obiettivo : valutare la quantità di CO che passa dagli alveoli al sangue durante un periodo di apnea di 10”a TLC DLCO = TLC x Kco (dove K è il coefficiente di diffusibilità del CO) Durante l’apnea FACO si riduce progressivamente per il passaggio di CO nel plasma, con andamento esponenziale, secondo l’equazione di Krogh: FACOtx = FACOto * e -Kt FACOtx misurato nel gas espirato dopo aver tolto i primi 750ml (spazio morto), campione rappresentativo del gas alveolare. DLCO= K x VA/T x FACOt0/FACOtx Spazio morto Campione alveolare He 10% CO 0.3% Pco alveolare

Capacità di diffusione Definizione ed interpretazione della diffusione alveolo-capillare Passaggio dei gas molecolari dagli spazi alveolari ai globuli rossi. Avviene passivamente per solo effetto del gradiente di concentrazione Aumento dello spessore Fibrosi Edema polmonare Riduzione della superficie Enfisema Pneumonectomia

Classificazione di gravità delle alterazioni della DLCO <40% del predetto Riduzione severa 41-60% del predetto Riduzione moderata 61-75% del predetto Riduzione lieve 76-80% del predetto Ai limiti inferiori della norma 81-140% del predetto Normale >140% del predetto Aumentato