Le prove di funzionalità respiratoria (PFR) sono indagini strumentali mediche che permettono di esaminare la funzione dell’apparato respiratorio nelle sue multiple e complesse componenti nelle condizioni di salute e malattia. Nella pratica clinica questi test sono utilizzati sia per la diagnosi delle malattie respiratorie che per la valutazione del loro decorso clinico nel tempo e degli effetti della terapia. Altri campi di utilizzo delle PFR sono l’epidemiologia, la medicina del lavoro e dello sport e gli studi di ricerca fisiologica e clinica. Il diffuso utilizzo di tali indagini nella moderna medicina respiratoria è dovuto alla loro elevata capacità di esaminare i differenti settori anatomici dell’apparato respiratorio colpiti dalla malattia, alla non invasività dei test, all’applicazione della moderna tecnologia per l’analisi dei dati in brevissimo tempo e con elevata precisione, ed infine al costo contenuto della strumentazione.
Per tutti questi motivi, le PFR sono state oggetto delle prime linee guida a livello internazionale della medicina moderna a partire dalla fine degli anni ‘70 e con aggiornamenti successivi riportati in ordine temporale nella bibliografia.American Thoracic Society. Standadization of spirometry. Am Rev Respir Dis 1979; 119: 831-8.Quanjer PH. Standardized lung function testing. Bull Eur Physiopathol 1983; 19: suppl. 5, 22-7.American Thoracic Society. Lung function testing: Selection of reference values and interpretative strategies. Am Rev Respir Dis 1991; 144: 1202-18.Quanjer PH, mentre alcune linee guida suggeriscono che risposte positive sono indicative di asma bronchialeTammeling GJ, Cotes JE, Pedersen OF, Peslin R, Yernault JC. Lung volumes and forced ventilatory flows. Report working party standardization of lung function tests. European Community of Steel and Coal. Official statement of the European Respiratory Society. Eur Respir J 1993; 6: suppl 16, S5-S40.Cotes JE, Chinn DJ, Quanjer PH, Roca J, Yernault JC. Standardization of measurement of transfer factor (diffusing capacity). Report working party standardization of lung function tests. European Community of Steel and Coal, Official statement of the European Respiratory Society. Eur Respir J 1993; 6: suppl 16, S41-S52.Miller MR, Crapo R, Hankinson J, Brusasco V, Burgos F, Casaburi R, Coates A, Enright P, van der Grinten CPM, Gustafsson P, Jensen R, Johnson DC, MacIntyre N, McKay R, Navajas D, Pedersen OF, Pellegrino R, Viegi G, Wanger J. General considerations for lung function testing. ATS/ERS Task Force: Standardisation of lung function testing. Eur Respir J 2005; 26: 153-61.Miller MR, Hankinson J, Brusasco V, Burgos F, Casaburi R, Coates A, Crapo R, Enright P, van der Grinten CPM, Gustafsson P, Jensen R, Johnson DC, MacIntyre N, McKay R, Navajas D, Pedersen OF, Pellegrino R, Viegi G, Wanger J. Standardasation of spirometry. ATS/ERS Task Force: Standardisation of lung function testing. Eur Respir J 2005; 26: 153-61.Wanger J, Clausen JL, Coates A, Pedersen OF, Brusasco V, Burgos F, Casaburi R, Crapo R, Enright P, van der Grinten CP, Gustafsson P, Hankinson J, Jensen R, Johnson D, MacIntyre N, McKay R, Miller MR, Navajas D, Pellegrino R, Viegi G. Standardasation of the measurement of lung volumes. ATS/ERS Task Force: Standardisation of lung function testing. Eur Respir J 2005; 26: 511-22.MacIntyre N, Crapo RO, Viegi G, Johnson DC, van der Grinten CP, Brusasco V, Burgos F, Casaburi R, Coates A, Enright P, Gustafsson P, Hankinson J, Jensen R, McKay R, Miller MR, Navajas D, Pedersen OF, Pellegrino R, Wanger J. Standardisation of the single-breath determination of carbon monoxide uptake in the lung. Eur Respir J 2005; 26: 720-35.Pellegrino R, Viegi G, Brusasco V, Crapo RO, Burgos F, Casaburi R, Coates A, van der Grinten CP, Gustafsson P, Hankinson J, Jensen R, Johnson DC, MacIntyre N, McKay R, Miller MR, Navajas D, Pedersen OF, Wanger J. Interpretative strategies for lung function tests. Eur Respir J 2005; 26: 948-68.
Spirometria
Il test si basa sulla misura del flusso aereo durante manovre espiratorie ed inspiratorie forzate massimali.
La prima manovra viene eseguita dopo un inspirio profondo massimale a capacità polmonare totale (CPT) e successiva espirazione forzata a volume residuo (VR). In questa fase il flusso espiratorio raggiunge un valore massimale che poi decade gradualmente con la riduzione del volume polmonare. Oltre un certo sforzo espiratorio, il suo valore è funzione del calibro delle vie aeree al punto del loro strozzamento durante la manovra, della collassabilità della parete bronchiale a valle di tale segmento e della dissipazione pressoria a monte dipendente da densità e viscosità del gas.Pedersen OF, Butler JP. Expiratory flow limitation. Compr Physiol 2011 Oct; 1(4): 1861-82. doi: 10.1002/cphy.c100025. Review. Per questi motivi, il test viene utilizzato in medicina respiratoria per esplorare le caratteristiche delle vie aeree e del parenchima polmonare.
Al contrario, la manovra inspiratoria forzata viene iniziata dopo una completa espirazione a VR e termina a CPT. In questa fase il flusso dipende dalla forza dei muscoli inspiratori e dalle dimensioni delle vie aeree centrali. Per tale motivo, il test è utilizzato nello studio delle patologie dei muscoli inspiratori e/o ostruzione delle aeree centrali.
Dal punto di vista clinico pratico, la valutazione funzionale si fonda su alcuni parametri che meglio descrivono con semplicità le curve flusso-volume espiratoria ed inspiratoria. Per la fase espiratoria essi sono il volume espulso nel 1º secondo dell’espirazione (VEMS), la capacità vitale (CV) e il flusso espiratorio al 50% della CV (FEF50), mentre per la fase inspiratoria il più utilizzato è il flusso inspiratorio al 50% della CV (FIF50). Questi dati permettono una valutazione del quadro funzionale. Per esempio, una riduzione di VEMS maggiore della CV (VEMS/CV*100) è indice di ostruzione o collasso delle vie aeree o perdita di pressione elastica polmonare. In rari casi tale pattern non è segno di malattia ostruttiva, bensì indice di esagerato sviluppo del parenchima polmonare rispetto a quello delle vie aeree in gioventù (asincrono sviluppo del polmone). Una riduzione del VEMS e CV di simile entità indica la presenza di un difetto ventilatorio senza però poterne specificare con certezza la natura restrittiva o ostruttiva. La misura dei volumi polmonari ne dirime il dubbio. Il FIF50 è generalmente ridotto nei casi di ostruzione fissa o mobile delle vie aeree extratoraciche e talora anche nei casi di ostruzione intratoracica. La sua valutazione in funzione del FEF50 aiuta a discriminare le condizioni, essendo il rapporto tra i due parametri prossimo all’unità in caso di ostruzione fissa extratoracica, <1 in caso di ostruzione mobile extratoracica e >1 nell’ostruzione intratoracica.
Le PFR sono anche utilizzate per la valutazione delle risposte ai farmaci broncodilatatori e agli agenti broncocostrittori. Nel primo caso aumenti del VEMS superiori al 12% e 200 ml rispetto al valore di base documentano l’effetto del farmaco sul tono bronchiale. Il loro significato clinico è controverso: mentre alcune linee guida suggeriscono che risposte positive sono indicative di asma bronchialeGINA. Global strategy for asthma management and prevention. Available from: http://www.ginasthma.org/., altre sono più prudenti ed accettano valori ben superiori (almeno 400 ml) a supporto di tale diagnosi.BTS/SIGN Asthma Guidelines 2012 – British Thoracic Society. Available from: https://www.brit-thoracic.org.uk. Risposte negative sono più frequentemente osservate nella broncopneumopatia ostruttiva cronica (BPCO), anche se non sono specifiche di tale condizione.GOLD 2017 – Global strategy for the diagnosis, management and prevention of COPD. Available from: http://goldcopd.org. Studi condotti a metà degli anni ‘80 non sono riusciti ad identificare una soglia di tale test capace di differenziare l’asma dalla BPCO.Eliasson O, Degraff AC Jr. The use of criteria of reversibility and obstruction to define patient groups for bronchodilator trials. Influence of clinical diagnosis, spirometric, and anthropometric variables. Am Rev Respir Dis 1985; 132: 858-64.Anthonisen NR, Wright EC, and the IPPB group. Bronchodilator response in chronic obstructive pulmonary disease. Am Rev Respir Dis 1986; 133: 814-9. Il test alla metacolina e il test da sforzo utilizzano il VEMS come parametro principe per l’analisi della risposta broncocostrittrice.American Thoracic Society. Guidelines for methacholine and exercise challenge testing – 1999. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 2000; 161: 309-29. Il loro uso in clinica pratica ha un valore molto importante nella diagnosi o esclusione di asma bronchiale. Altra indicazione per l’uso della spirometria è il sospetto di paralisi del diaframma. In questo caso, una riduzione della CV > 15-20% nella posizione supina rispetto a quella eretta è fortemente suggestivo di tale disturbo.
Massima Ventilazione Volontaria (MVV) Il test viene eseguito chiedendo al paziente di respirare con il massimo sforzo respiratorio ad una frequenza di circa 90-110 atti respiratori/min e per una durata di 12 s. Una riduzione dell’MVV rispetto ai valori attesi suggerisce la presenza di malattia neuromuscolare o di ostruzione delle vie aeree centrali.
Volumi polmonari Tre sono i volumi polmonari fondamentali per la respirazione. Il primo è la capacità funzionale residua (CFR), volume dal quale avviene la respirazione normale a riposo e dove avvengono gli scambi gassosi. Il secondo è la CPT, volume che identifica la massima espansione della gabbia toracica. Il terzo è il VR che identifica il volume del polmone al quale nel soggetto adulto si manifesta la completa o quasi completa chiusura delle vie aeree. Ognuno di questi tre volumi è regolato da meccanismi differenti e la loro compromissione è espressione del tipo, gravità ed evoluzione della malattia. Per esempio, nel caso di malattie ostruttive la CPT tende a non essere alterata o semmai ad aumentare, mentre entrambi la CFR ed il VR aumentano gradualmente, il secondo maggiormente del primo. Al contrario, nelle malattie restrittive, tutti i volumi tendono variamente ad accomodarsi a valori minori dell’atteso. L’implicazione clinica della misura dei volumi polmonari è fondamentale per la diagnosi della malattia polmonare.
Numerosi sono i metodi per la misura dei volumi polmonari nella pratica clinica. Il pletismografo corporeo è il test più utilizzato sia per la semplicità di esecuzione, la sua accettabilità da parte del paziente e la capacità di misurare tutto il gas all’interno del torace. Specifiche informazioni sono presentate nella bibliografia.
Diffusione alveolo-capillare del monossido di carbonio (DLCO) Il test permette di esaminare i disturbi delle malattie respiratorie prevalentemente localizzati nella parte più periferica del polmone. Il test prevede l’uso del CO invece dell’ossigeno (O2) perché a differenza di quest’ultimo, il CO è assente nel sangue refluo all’alveolo, permettendo così di stimare il gradiente alveolo-arterioso semplicemente in base alla tensione del CO nel gas alveolare. La DLCO viene calcolata dal rapporto tra l’assorbimento del CO durante un inspirio di 10 s a CPT e la sua tensione alveolare.
In clinica pratica, una riduzione della DLCO rispetto ai valori attesi è frequentemente e variabilmente riscontrata nelle malattie restrittive polmonari (malattie dell’interstizio, edema polmonare, enfisema polmonare, esiti di resezione polmonare, malattie della pleura e della gabbia toracica, malattie neuromuscolari) e malattie vascolari polmonari (tromboembolia polmonare, ipertensione arteriosa polmonare, anemia). L’aumento della DLCO è di minor interesse clinico e può essere osservato in casi di iperafflusso di sangue nel polmone (shunt sinistro-destro, policitemia) o di emorragia polmonare, e talora asma bronchiale grave ed obesità.
Altri test di funzionalità respiratoria