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)
Spirometria classica
Spirometro a campana
VRI
CV
VC
VRE
Registra le variazioni
del volume
polmonare nel
tempo durante la
respirazione
tranquilla e forzata.
Oggi sostituito dai più
maneggevoli
spirometri
elettronici.
Spirometria classica
Spirometro a campana e tracciato spirometrico
Definizioni
•
VRI
CV
VC
VRE
Volume Corrente (VC): volume d’aria
mobilizzato ad ogni respiro tranquillo (circa
600-800 mL).
Spirometria classica
Spirometro a campana e tracciato spirometrico
Definizioni
•
•
VRI
CV
VC
VRE
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.
Spirometria classica
Spirometro a campana e tracciato spirometrico
Definizioni
•
•
VRI
CV
VC
VRE
•
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.
Spirometria classica
Spirometro a campana e tracciato spirometrico
Definizioni
•
•
VRI
CV
•
•
VC
VRE
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.
Volumi polmonari statici
Definizioni
•
•
VRI
•
CV
•
•
VC
VRE
VR
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.
Volumi polmonari statici
Definizioni
•
•
VRI
•
CV
•
VC
•
VRE
•
CFR
VR
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.
Volumi polmonari statici
Definizioni
•
•
VRI
CPT
CV
•
•
VC
•
VRE
•
FRC
VR
•
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.
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
He
C1
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
C2
V1
C1
t
V2=V1+CFR
Volumi polmonari statici
Misurazione
Diluizione dell’azoto
Si collega il paziente allo spirometro mentre
respira O2 al 100%
log [N2]
100
10
1
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
N2
O2 100%
t
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 Incapacità ventilatoria
di tipo restrittivo
di tipo ostruttivo
VR
diminuito
aumentato
CPT
Diminuito in modo
proporzionale al VR
Normale o lievemente
aumentato
Rapporto
VR/CPT %
normale
aumentato
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.
1 sec
V
VEMS
CVF
t
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).
Test di espirazione forzata
Interpretazione del test di espirazione forzata
Indici Funzionali
Incapacità ventilatoria Incapacità ventilatoria
di tipo restrittivo
di tipo ostruttivo
CVF
Diminuita
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 OSTRUTTIVO
di tipo RESTRITTIVO
• Asma
• Bronchite cronica
• Patologie della gabbia
toracica
• Enfisema
• Patologie neuromuscolari
• Lesioni occupanti spazio
• Fibrosi polmonare
Curva flusso-volume
Curva flusso-volume espiratoria normale
E’ possibile rappresentare la manovra di
espirazione forzata con una curva flussovolume: ad ogni momento si riportano il
flusso istantaneo ed il volume espirato.
.
V
La velocità di flusso aumenta fino al
limite massimo della curva, ma non oltre
per il fenomeno della compressione
dinamica delle vie aeree.
2
4
6
8
V
Curva flusso-volume
Compressione dinamica delle vie aeree
All’inizio
Pintrapl. 30
Palv 60
( 30 + 30 )
50
40
30
20
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
Curva flusso-volume
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
Curva flusso-volume
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
I.V.Ostruttiva
2
4
6
8
V
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.
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
LIEVE: CV 70-80% predetto
MODERATA: CV 60-70% predetto
MODERATA: CV 60-70% predetto
MODERATAMENTE GRAVE: CV 5060% predetto
MODERATAMENTE GRAVE: CV 5060% predetto
GRAVE: CV <50% 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.
Test di reversibilità
.
V
Valutazione della
variabilità nell’asma
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.
2
4
6
8
V
OSTRUZIONE BRONCHIALE REVERSIBILE
Test di iperreattività
Valuatazione della iperreattività bronchiale
VEMS
aspecifica nell’asma
Valuta la risposta bronchiale a
vari stimoli:
PD 20
 Metacolina
 Soluzione ipertonica
 Nebbia
Picco di Flusso Espiratorio
Misurazione e significato del picco di flusso
Fig 1 e 2 PEF
depliant
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.
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
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)
Spazio
morto
Campione
alveolare
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
He 10%
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
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
concentrazione
per
Aumento dello spessore
• Fibrosi
• Edema polmonare
solo
effetto
del
gradiente
Riduzione della
superficie
• Enfisema
• Pneumonectomia
di
Classificazione di gravità delle alterazioni della
DLCO
Aumentato
>140% del predetto
Normale
81-140% del predetto
Ai limiti inferiori della norma
76-80% del predetto
Riduzione lieve
61-75% del predetto
Riduzione moderata
41-60% del predetto
Riduzione severa
<40% del predetto