Fisiologia - la spirometria

La spirometria

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.

I primi spirometri, chiamati a campana, 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 mostrato nella figura 1. Come si vede dal grafico il soggetto veniva 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.

termine dell'ispirazione normale”)volume di riserva espiratoria (VRE)massima quantità di aria che può essere ulteriormente espirata al termine di una espirazione normale(“svuota completamente i polmoni, fino al termine dell'espirazione normale”)capacità vitale (CV)massima quantità di aria che può essere inspirata ed espirata durante una respirazione forzatavolume residuo (VR)quantità di aria che rimane nei polmoni dopo una espirazione forzata (“aria che non può essere espulsa”)capacità polmonare totale (CPT)somma di tutti i volumi polmonari statici (“volume totale dei polmoni”)

1. 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")
2. capacità vitale (CV) - quantità di aria che può essere espulsa dai polmoni dopo un'inspirazione massima (CV = VRI + VC + VRE)
3. capacità inspiratoria (CI) - quantità massima di aria che può essere inspirata a partire dal livello espiratorio di base (CI = VRI + VC)
4. volume residuo (VR) - quantità di aria che rimane nei polmoni al termine di una espirazione
5. capacità polmonare totale (CPT) - quantità di aria contenuta nei polmoni al termine di un'inspirazione massima (CPT = VRI + VC + VRE + VR)
6. 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 stesso strumento, 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.

La misura dei "flussi" polmonari e dei volumi polmonari dinamici (prova della capacità vitale forzata), con l'uso di apparecchiature di facile uso (pneumotacografi), fornisce due tipi di tracciati: una curva volume/tempo e una curva flusso/volume (Fig.2).

Da tali curve si ricavano una serie di misure di cui le più importanti sono:

• Volume espiratorio forzato in 1 secondo (VEMS o, in inglese, FEV1) che rappresenta il volume di aria espirata durante il primo secondo di una espirazione forzata.
• Capacità vitale forzata (CVF, o, 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).
• Indice di Tiffeneau (rapporto FEV1/FVC x 100).
• Picco di flusso espiratorio (PEF) massimo flusso espirato in dipendenza dello sforzo espiratorio (rappresenta il punto più alto della curva).

Tutti i risultati ottenuti vengono

confrontati ai valori di riferimento standardizzati, ottenuti per classi dietà, sesso e altezza. Il valore misurato viene espresso come percentuale dei valori di riferimento o predetti. 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%, 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 della ostruzione delle vie aeree periferiche. Il FEV1 è quindi parametro complessivo.

La funzionalità delle vie aeree 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).

È 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. 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.

Le alterazioni della funzione respiratoria possono essere suddivise in due gruppi principali:

Difetti ventilatori ostruttivi (in cui è presente un restringimento nel diametro delle vie aeree e quindi un ostacolo al flusso aereo e che riconosce come causa l'iperproduzione di muco, l'edema della parete bronchiale, il broncospasmo, ecc).

Difetti ventilatori restrittivi (in cui è presente una riduzione dei volumi polmonari dovuta a ridotta distensibilità dei polmoni o della parete toracica, perdita o collasso del parenchima polmonare, debolezza dei muscoli respiratori, ecc.).

Deficit ventilatori misti.

L'esame spirometrico di un difetto ostruttivo (Figg. 3-4) 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, 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 si riduce anche la FVC (per chiusura precoce delle vie aeree e intrappolamento di aria nei polmoni).

Fig.3 Curva flusso-volume (quadro ostruttivo)

Fig.4 Curva flusso-volume (quadro ostruttivo grave)

Nella sindrome restrittiva (Fig. 5), tutti i volumi polmonari risultano ridotti. Ovviamente si riducono anche FVC, FEV1, PEF e FEF25-75, mentre l'indice di Tiffenau rimane normale (riduzione di FEV1 e FVC della stessa entità).