SPIROMETRIA

DEFINIZIONE:
La  spirometria è un indagine di semplice e rapida esecuzione in grado di fornire misure dei volumi e dei flussi polmonari e quindi di studiare la funzione ventilatoria.
Da quando John Hutchinson nel 1846 mise a punto il primo apparecchio per l'esecuzione della spirometria, questo test di valutazione della funzionalità respiratoria si è rapidamente diffuso per la sua facilità di esecuzione da parte dei soggetti collaboranti e la sua estrema utilità pratica nella corretta valutazione e gestione del paziente con problemi respiratori.

I primi spirometri, chiamati a campana, (un esempio è nela figura di sinistra) erano costituiti da un boccaglio nel quale  il paziente respirava. Il boccaglio era collegato con un tubo ad una campana rovesciata. L’immissione di aria (espirazione) o la sottrazione della stessa (inspirazione) da parte del paziente, determinava lo spostamento della campana che alzava o abbassava un pennino ad essa connesso. Il pennino scriveva su un rullo ruotante di carta millimetrata.
Il risultato di una prova di spirometria statica è mostrata nella figura a destra. Come si vede dal grafico il soggetto è stato invitato a respirare prima tranquillamente (a volume corrente), poi veniva invitato a inspirare fino al massimo possibile in modo lento e graduale e, giunto alla massima inspirazione, ad espirare ancora in modo lento ma fino a svuotare “completamente” i polmoni. Tale manovra permette la misura della cosiddetta capacità vitale lenta, per distinguerla dalla capacità vitale forzata, che invece viene eseguita facendo inspirare lentamente il paziente e quindi al suo punto di massima inspirazione e al via dell’operatore, fargli espellere in modo più veloce e più forte possibile tutta l’aria che può (“fino in fondo”, “fino al massimo”). Il soggetto in esame viene invitato ad eseguire una manovra massimale inspiratoria e successivamente viene misurata la pressione esofagea a glottide chiusa (in assenza di flusso, quindi). Desufflando progressivamente la gabbia toracica ad intervalli fissi e registrando le rispettive pressioni esofagee è possibile quindi ottenere la “curva pressione-volume in rilasciamento del sistema toraco-polmonare”.
Attualmente si impiegano strumenti computerizzati, in grado di svolgere rapidamente tutti i calcoli.
La spirometria è oggi un test facilmente eseguibile anche in ambulatorio. Il paziente stesso può addirittura effettuare a domicilio il proprio monitoraggio spirometrico con l'ausilio di piccoli spirometri portatili di semplice utilizzo e di facile lettura.

INDICAZIONI:  
L'indagine spirometrica rappresenta un punto chiave nella valutazione iniziale del soggetto con una sospetta diagnosi di asma, dando informazioni sulla presenza e sul grado di ostruzione bronchiale e sulla reversibilità o meno dell'ostruzione dopo inalazione di un broncodilatatore short-acting (solitamente, salbutamolo 200 (g: la broncodilatazione viene considerata significativa quando l'aumento del FEV1 è >12% e di almeno 200 ml).
Una mancata risposta al broncodilatatore può essere dovuta ad un'ostruzione anatomica fissa, alla presenza di tappi di muco o a flogosi delle vie aeree. I pazienti con asma cronico possono quindi non rispondere al salbutamolo e può essere necessario un ciclo di 2-3 settimane con corticosteroidi orali per dimostrare una reversibilità dell'ostruzione bronchiale.
Dopo la fase di valutazione iniziale del soggetto asmatico, la spirometria deve essere ripetuta a trattamento iniziato per dimostrare il raggiungimento di una funzionalità respiratoria normale o quasi normale.
Per quanto riguarda il monitoraggio a lungo termine del paziente asmatico, in particolare in età pediatrica, una valutazione clinica e spirometrica deve essere effettuata almeno due volte all'anno.
Inoltre, la misurazione della funzionalità respiratoria è essenziale nel monitorare la fine di un episodio asmatico acuto e nel guidare la gestione dei soggetti con asma più grave.
Infine, l'esecuzione dell'esame spirometico può essere richiesto in caso di cause legali o per studi epidemiologici.   
Indicazioni alla spirometria   
DIAGNOSI:
  • Valutazione in presenza di sintomi (dispnea, wheezing, ortopnea, tosse, produzione di muco, dolore toracico), segni (espirazione prolungata, sibili, suoni respiratori ridotti, iperinsufflazione, cianosi, deformità toraciche)
  • Valutazione in presenza di tests di laboratorio anormali (ipossia, ipercapnia, policitemia, RX torace anormale)
  • Misurazione degli effetti della malattia sulla funzionalità polmonare
  • Screening di individui a rischio di malattie polmonari
  • Valutazione dei rischi in fase preoperatoria
  • Valutazione della prognosi (trapianto polmonare, ecc.)
  • Valutazione della funzionalità respiratoria nell'attività sportiva
 
MONITORAGGIO: 
  • Valutazione degli interventi terapeutici (broncodilatatori, steroidi, antibiotici nella fibrosi cistica, trattamento dell'insufficienza cardiaca)
  • Descrizione del corso di malattie che interferiscono con la funzione respiratoria (polmonari, cardiache, neuromuscolari)
  • Monitoraggio di soggetti esposti ad agenti o farmaci tossici o nocivi
 
VALUTAZIONI MEDICO-LEGALI: 
  • Cause legali
  • Studi epidemiologici
  • Derivazione di valori spirometrici di riferimento
 
VOLUMI STATICI:
I volumi ricavati con il metodo della capacità vitale lenta sono chiamati volumi polmonari statici e sono:

Volume Corrente (VC) - volume di aria inspirato ed espirato durante ciascun atto respiratorio. E' pari a circa 500-700 ml nel normale.
Volume di Riserva Inspiratoria (VRI) - massima quantità di aria che può essere ulteriormente inspirata al termine di una inspirazione normale  (“riempa completamente i polmoni,  fino al massimo”)
Volume di Riserva Espiratoria (VRE) - massima quantità di aria che può essere espirata al termine di un'espirazione normale (“tiri fuori tutta l’aria fino al massimo possibile, fino a svuotare i polmoni”);
Capacità Vitale (CV) - quantità di aria che può essere espulsa dai polmoni dopo un'inspirazione massima  (CV = VRI + VC + VRE). Il suo valore normale è di 5000 ml circa.
Capacità Inspiratoria (CI) - quantità massima di aria che può essere inspirata a partire dal livello espiratorio di base  (CI = VRI + VC).

Rimangono non calcolabili alcuni volumi statici:
Volume Residuo (VR) - quantità di aria che rimane nei polmoni al termine di una espirazione e i suoi derivabili. Nell'adulto è pari a circa 1200 ml.
Capacità Polmonare Totale (CPT) - quantità di aria contenuta nei polmoni al termine di un'inspirazione massima (CPT = VRI + VC + VRE + VR). E' intorno ai 6 l nell’adulto.
Capacità Funzionale Residua (CFR) - quantità di aria che rimane nei polmoni al livello espiratorio di riposo (CFR = VRE + VR).


Infatti al termine di una espirazione massima rimane aria all’interno dei polmoni. Questa aria che residua è chiamata appunto volume residuo. Vi sono vari metodi per misurarlo, come il pletismografo corporeo o i metodi di diluizione con gas inerti come ad esempio l’elio. Conoscendo la concentrazione di un gas all’interno dello strumento, una volta che il paziente viene connesso a circuito chiuso con lo strumento stesso, il gas si distribuirà anche nel volume polmonare del paziente. La sua concentrazione pertanto diminuirà e acquisirà all’equilibrio un valore che per mezzo di una proporzione ci permette di calcolare il volume di aria del paziente. Esempio: concentrazione del gas al punto 0 (nello strumento): 2x%; concentrazione finale all’equilibrio: x%; il gas si è distribuito in un volume doppio di quello iniziale; conoscendo il volume di partenza (nello strumento) si calcola facilmente il volume polmonare totale del paziente.


VOLUMI DINAMICI:
Eseguendo la prova della capacità vitale forzata, con l'uso di apparecchiature di facile uso (pneumotacografi), vengono forniti due tipi di tracciati: una curva volume/tempo e una curva flusso/volume.
Dai quali si ricavano i volumi polmonari dinamici.
La curva volume/tempo (a sinistra) riflette la capacità di svuotamento rapido dei polmoni sotto lo sforzo massimale dei muscoli respiratori. Da essa si ricavano:

Volume Espiratorio Massimo al primo Secondo (VEMS, in inglese FEV1 Forced Expiratory Volume) - rappresenta il volume di aria espirata durante il primo secondo di una espirazione forzata.
Capacità Vitale Forzata (CVF, in inglese FVC) - volume d'aria espirato forzatamente dopo un'inspirazione massimale.
Flusso Espiratorio Forzato tra il 25% e il 75% della CVF (FEF 25-75, in inglese MEF 25-75 Maximal Expiratory Flow)
Indice di Tiffeneau (rapporto FEV1/FVC x 100)

Dalla curva flusso/volume (nelle altre due figure) si ricavano:
Picco di Flusso Eespiratorio (PEF) - massimo flusso espirato in dipendenza dello sforzo espiratorio (rappresenta il punto più alto della curva). I valori normali sono di circa 10 l/sec
Capacità vitale forzata - Tutti i risultati ottenuti vengono confrontati ai valori di riferimento standardizzati, ottenuti per classi di età, sesso e altezza.
Il valore misurato viene espresso come percentuale dei valori di riferimento o predetti.

INTERPRETAZIONE DEI RISULTATI:
Il FEV1 è considerato normale se il suo valore risulta superiore all’80% del predetto.
Secondo la ERS (European Respiratory Society) la broncostruzione è lieve se il FEV1 è uguale o superiore al 70%, moderata se tra 50 e 69%, grave se inferiore al 50%. Secondo l’American Thoracic Society, invece, l’ostruzione è lieve se il FEV1 ha valori uguali o superiori al 50%, moderata tra il 35 e 49%, e grave se inferiore al 35%.
Il FEV1 comprende sia la fase iniziale che parte di quella tardiva della manovra espiratoria forzata, dipende dall'entità dello sforzo espiratorio e riflette quindi il diametro delle vie aeree centrali, ma è anche un buon indicatore dell'ostruzione delle vie aeree periferiche. Il FEV1 è quindi parametro complessivo della funzionalità delle vie aeree. Il suo valore diminuisce di circa 30 ml/anno (nel fumatore fino a 70 ml/anno).
Il FEF 25-75 è invece un parametro sforzo-indipendente, in quanto misurato dopo il primo 25% dell'FVC, ed esprime quindi la resistenza delle piccole vie aeree. (Nella curva flusso-volume esiste una prima parte che dipende dallo sforzo messo in atto da chi esegue il test; ma successivamente il flusso diventa direttamente dipendente dalla resistenza delle vie aeree e indipendente dallo sforzo impiegato dal paziente).
E’ considerato normale se superiore al 65% del valore predetto.
L’FVC è considerato normale se superiore all’80% del valore predetto.
Con i valori di FEV1 e FVC si calcola l'Indice di Tiffeneau (o rapporto FEV1/FVC x 100), il cui valore normale è maggiore a 70 (in valore assoluto) o meglio superiore all’88% del predetto nell’uomo e all’89% nella donna; maggiore di 80 nel bambino. Una sua riduzione è indice di malattia ostruttiva  (nella forma restrittiva il rapporto rimane invariato).
Il PEF risulta normale se  superiore all'80% del predetto. Da quanto detto il PEF è una variabile sforzo-dipendente e pertanto riflette il diametro delle vie aeree centrali.



ALTERAZIONI DELLA FUNZIONALITA' RESPIRATORIA:
Le alterazioni della funzionalità respiratoria sono generalmente distinte in due grandi gruppi a seconda che il difetto evidenziato sia di tipo ostruttivo o restrittivo. Esiste poi un terzo caso in cui siano presenti contemporaneamnte entrambe le componenti; si parla allora di deficit di tipo misto.

Deficit ostruttivo
Questo tipo di alterazione è caratterizzata da un restringimento del diametro delle vie aeree e quindi un ostacolo al flusso aereo. Tra le cause più frequenti di questa condizione si riconoscono l’iperproduzione di muco, l’edema della parete bronchiale, il broncospasmo, ecc.
La sindrome ostruttiva, espressione di incremento delle resistenze al flusso aereo, consegue più spesso a malattie in cui si abbia spasmo della muscolatura liscia bronchiale (asma) o riduzione del calibro bronchiale dovuta a edema della mucosa o ad ipersecrezione (bronchite cronica); infine, anche l’enfisema polmonare, caratterizzato da una perdita di strutture connettivali ed elastiche e da più facile collassabilità del polmone, può dare luogo ad alterazioni funzionali di tipo ostruttivo.
L'esame spirometrico di un difetto ostruttivo è caratterizzato da:
- Un aspetto concavo dell curva flusso-volume per collabimento precoce delle vie aeree.
- Una riduzione dei flussi espiratori, principalmente a carico del FEV1 e del PEF, con FVC inizialmente normale o quasi (l'indice di Tiffeneau risulta quindi ridotto).
- Vi è ovviamente anche una riduzione del FEF25-75, quale indice della pervietà delle vie aeree periferiche, per compromissione funzionale delle piccole vie aeree; talora negli stati iniziali di sindrome ostruttiva può essere la sola alterazione presente.
- Nei casi di ostruzione più grave (figura a destra) si riduce anche la FVC in seguito alla chiusura precoce delle vie aeree con intrappolamento di aria nei polmoni.
La somministrazione di un broncodilatatore migliora i parametri spirometrici.

Deficit restrittivo
In questo tipo di alterazione è presente una riduzione dei volumi polmonari che può essere dovuta a varie cause, tra cui: ridotta distensibilità dei polmoni o della parete toracica, perdita o collasso del parenchima polmonare, debolezza dei muscoli respiratori, ecc.
La sindrome restrittiva si realizza in qualsiasi condizione morbosa, a carico del polmone o della gabbia toracica, in cui sia presente una ridotta distensibilità (compliance) dell’organo. Ciò può accadere per effetto di gravi malformazioni scheletriche (cifoscoliosi, ecc.), o ancora in seguito ad alterazioni fibrotiche dei foglietti pleurici o del parenchima polmonare (pneumopatie diffuse interstiziali); anche la congestione venosa del piccolo circolo, secondaria ad insufficienza ventricolare sinistra, rende il polmone meno distensibile producendo tipiche alterazioni restrittive.
Va precisato tuttavia che la sindrome restrittiva pura è, come tale, piuttosto infrequente, associandosi non di rado ad un variabile grado di ostruzione.
L'esame spirometrico di un difetto restrittivo è caratterizzato da una riduzione di tutti i volumi polmonari.
In particolare:
- Si ha una riduzione concomitante e proporzionale di FVC e FEV1.
- Con indice di Tiffeneau (FEV1/FVC) normale.
- Il PEF risulta ridotto.
- Anche il FEF25-75 può essere ridotto, ma il FEF 50-25 spesso è inalterato o aumentato rispetto al volume polmonare
La somministrazione di un broncodilatatore non modifica i parametri spirometrici.

Deficit Misto
La sindrome disventilatoria di tipo misto è un quadro patologico che presenta alcune caratteristiche di ambedue le condizioni.

TEST DOPO BRONCODILATAZIONE:
L'esame spirometrico può essere effettuato prima e dopo la somministrazione di un ß2 stimolante per aerosol, per dimostrare la reversibilità della broncostruzione.  In questo caso si ottengono due curve, che si riferiscono alla registrazione precedente e successiva alla somministrazione (dopo 20 minuti dalla prova basale) del broncodilatatore short-acting (solitamente salbutamolo). La broncodilatazione viene considerata significativa quando l'aumento del FEV1 è >12% e di almeno 200 ml. Prima dell’esecuzione della prova è necessario un adeguato periodo di wash-out nei pazienti in trattamento con broncodilatatori  (in genere 6-8 ore; 12 ore con l’utilizzo di salmeterolo).

LIMITI:
Vi sono alcune situazioni patologiche che possono influenzare l'affidabilità della valutazione spirometrica e che possono anche essere aggravate dalla manovra espiratoria forzata6. In presenza di tali condizioni, che possono quindi essere considerate controindicazioni relative della spirometria, può essere necessario rimandare la prova spirometrica. I quadri patologici in questione sono:
  • emottisi di origine sconosciuta,
  • pneumotorace,
  • angina pectoris instabile o infarto miocardico recente,
  • embolia polmonare,
  • aneurismi cerebrali, addominali o toracici,
  • interventi chirurgici recenti all'occhio, al torace o all'addome,
  • presenza di nausea o vomito.
Uno dei limiti maggiori della spirometria è comunque rappresentato dalla mancanza di collaborazione del paziente, in quanto è necessario ottenere una corretta esecuzione della manovra espiratoria forzata, i cui criteri di accettabilità sono rigorosamente standardizzati.
La spirometria richiede quindi una collaborazione attiva da parte del paziente e questo ne limita l'esecuzione a bambini di età uguale o superiore ai 5-6 anni (alcuni non riescono addirittura ad eseguire una manovra adeguata fino a dopo i 7 anni).
Nei lattanti e nei bambini in età prescolare si deve pertanto ricorrere ad altri metodi per misurare la funzionalità respiratoria (misurazione delle resistenze respiratorie, valutazione dei flussi espiratori con il metodo della compressione rapida toraco-addominale nei lattanti e nei bambini nei primi due anni di vita, misurazione dei volumi polmonari, ecc.).
Inoltre, poiché la spirometria misura flussi e volumi d'aria espirati durante la manovra forzata e non offre quindi alcuna informazione riguardo al volume residuo, la misurazione dei volumi polmonari assoluti (con pletismografia, wash-out dell'azoto, diluizione dell'elio) può risultare indispensabile nel risolvere alcuni problemi interpretativi e diagnostici.