Spirometria: Come Interpretare Correttamente i Valori ai Limiti Inferiori della Norma

Le prove di funzionalità respiratoria riflettono le proprietà fisiologiche dei polmoni. Questi test sono stati utilizzati per decenni per aiutare a diagnosticare le malattie polmonari, spiegare la dispnea e monitorare la progressione e la risposta al trattamento di una malattia.

Recentemente, una task force internazionale multidisciplinare ERS/ATS ha prodotto una relazione che aggiorna i precedenti documenti del 2005 per l’effettuazione e, soprattutto, per l’interpretazione delle prove di funzionalità respiratoria. Tale documento nasce dall’esigenza di un cambiamento rispetto ai modelli interpretativi precedenti, in cui un livello assoluto di funzione polmonare ideale (vale a dire il valore previsto) viene sostituito a favore di un intervallo di valori che si osservano nella maggior parte degli individui senza malattie respiratorie (cioè punteggi z o percentili).

Gli standard tecnici per la spirometria e la capacità di diffusione, pubblicati in una serie di lavori dalla Task Force American Thoracic Society/European Respiratory Society (ATS/ERS) nel 2005, già recentemente aggiornati per gli standard tecnici, sono stati ulteriormente aggiornati per l’interpretazione nell’ultimo documento del 2022. Di seguito si riportano le principali novità.

Range di Normalità e LLN

Per quanto riguarda la definizione di range di normalità, entrambi i documenti non raccomandano più l’utilizzo del rapporto tra volume espiratorio massimo in 1 secondo (FEV1) e capacità vitale forzata (FVC), FEV1/FVC < 0,7 e dell’80% del predetto, ma introducono il concetto di LLN (limite inferiore della norma); l’ultimo documento aggiunge l’ULN (limite superiore della norma).

Si propone di utilizzare, pertanto, i limiti del 5° e 95° percentile (-1,645 e + 1,645 z-score) della popolazione sana per identificare individui con risultati insolitamente bassi o alti, rispettivamente. L’intervallo di riferimento rappresenta la distribuzione dei valori attesi in una popolazione sana, e il LLN rappresenta un limite per definire i risultati che sono al di fuori dell’intervallo di valori tipicamente osservati in condizioni di salute.

I valori percentili descrivono, dunque, la possibilità che il risultato osservato rientri nella distribuzione dei valori negli individui sani: al 5° percentile (corrispondente a un punteggio z di -1,645) esiste una probabilità del 5% che i risultati in un individuo sano siano pari o inferiori a questo valore. Si definisce pertanto il LLN come il 5° percentile, accettando che ciò comporterà che il 5% degli individui sani abbia un risultato falso positivo.

Test di Broncodilatazione (BDR)

Anche sulla responsività al test di broncodilatazione (BDR) vengono introdotti importanti cambiamenti. Nella dichiarazione interpretativa ATS/ERS del 2005 veniva raccomandata la combinazione di una variazione assoluta e relativa (percentuale) di FEV1 e FVC rispetto al basale come prova di bronco-reversibilità (cioè ≥ 200 mL e aumento ≥ 12% di FEV1 e/o FVC).

Il principale limite di questo approccio è che le variazioni assolute e relative del FEV1 e dell’FVC sono inversamente proporzionali alla funzione polmonare basale e sono associate all’altezza, all’età e al sesso, sia in condizioni di salute che di malattia. Due studi, condotti su dati epidemiologici raccolti in adulti sani, hanno riportato che il limite superiore (95° percentile) dell’intervallo di risposta al broncodilatatore in individui sani era 11,6% e 10,1% del previsto per FEV1 e 10,2% e 9,6% del previsto per FVC, e la reversibilità nell’FVC, piuttosto che FEV1, ha dimostrato di riflettere meglio i processi fisiologici dell’intrappolamento aereo.

Sulla base di queste considerazioni, si raccomanda di classificare il BDR come variazione > 10% rispetto al valore previsto per FEV1 o FVC, evitando interpretazioni errate dovute all’entità del livello di funzionalità polmonare basale. La risposta al broncodilatatore può essere calcolata con la formula [valore post broncodilatazione (L) - valore pre- broncodilatazione (L)] x 100: valore predetto (L). È importante sottolineare, quindi, che questo non equivale a una variazione del 10% tra le misurazioni pre- e post broncodilatatore.

Sebbene le nuove raccomandazioni abbiano l’intento di limitare l’influenza esercitata sul fenomeno di broncoreversibilità dalla funzione polmonare basale e dalle caratteristiche del singolo, la scomparsa delle variazioni assolute di volume comporta sicuramente dei limiti. Tali limiti risultano ancora più evidenti in quei casi in cui la variazione relativa risulta di poco inferiore al 10%, al pari di una variazione assoluta significativamente superiore a 200 mL che, in accordo ai nuovi suggerimenti, risulterebbe come risposta negativa al test di broncoreversibilità.

Potrebbe pertanto risultare utile mantenere come risposta significativa al test di broncodilatazione una variazione in valore assoluto maggiore di 200 mL, anche in presenza di una variazione in % del predetto < 10%.

Deficit Ventilatori

Le prove di funzionalità respiratoria di routine studiano tre proprietà funzionali dei polmoni: il flusso d’aria (inspiratorio ed espiratorio), i volumi e le capacità polmonari (capacità polmonare totale - TLC, volume residuo - RV, capacità funzionale residua - FRC) e la capacità di diffusione del monossido di carbonio (DLCO). Le anomalie in queste tre proprietà funzionali sono convenzionalmente classificate come deficit ventilatorio ostruttivo, ventilatorio restrittivo, ventilatorio misto e limitazioni alla diffusione dei gas alveolari.

Deficit Ventilatorio Ostruttivo

Una compromissione ventilatoria ostruttiva è definita da un rapporto FEV1/FVC (o capacità vitale - VC) al di sotto dell’LLN. Questa definizione spirometrica di ostruzione del flusso aereo è coerente con le raccomandazioni ATS del 1991 e ATS/ERS del 2005, tuttavia, contrasta con le definizioni suggerite dalla Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease (GOLD) e dalle linee guida ATS/ERS sulla BPCO, che utilizzano un valore fisso di FEV1/FVC di 0,7 per definire una compromissione della ventilazione.

Nel documento interpretativo ATS/ERS del 2005 è stato raccomandato l’uso della VC al posto della FVC nel rapporto (cioè FEV1/VC) in quanto più sensibile. Le ultime raccomandazioni sostengono che dovrebbe essere utilizzato invece il rapporto FEV1/FVC, in quanto entrambe le misurazioni provengono da una stessa manovra espiratoria forzata e in quanto ci sono solide equazioni di riferimento per FEV1/FVC ma non per FEV1/VC.

Tuttavia, nel caso di un deficit ventilatorio ostruttivo, FVC è tendenzialmente sempre minore della VC espiratoria, quindi utilizzare il rapporto FEV1/FVC %, invece che il rapporto FEV1/VC %, presenta il limite di sottostimare la presenza di ostruzione. Inoltre, dato che nei soggetti normali i valori di FVC e di VC risultano simili, se non uguali, le equazioni di riferimento utilizzate per FEV1/FVC, potrebbero essere applicate anche per valutare i rapporti FEV1/VC.

L’utilizzo dell'FVC aumenterebbe l’incertezza sulla validità della diagnosi, nella popolazione anziana, perché la maggiore faticabilità muscolare determinerebbe una sottostima del valore ottenuto durante la manovra forzata, con conseguente aumento del rapporto FEV1/FVC e sovrastima dell’indice di Tiffaneau.

Deficit Ventilatorio Restrittivo

Una riduzione dei volumi polmonari definisce invece una compromissione ventilatoria restrittiva che è classicamente caratterizzata da una riduzione della TLC al di sotto del LLN (5° percentile). Nella maggior parte dei processi patologici restrittivi, FEV1, FVC e TLC sono tipicamente ridotti all’incirca nella stessa proporzione; questo modello è noto come “restrizione semplice”.

Tuttavia, alcuni individui presentano una riduzione di FVC sproporzionata rispetto alla riduzione di TLC, indicando un volume residuo sproporzionatamente elevato. Questo modello è definito “restrizione complessa” ed è associato a processi che compromettono lo svuotamento polmonare, come malattie neuromuscolari, restrizione della parete toracica o ostruzione con air trapping.

Quando ad una riduzione della TLC è associato un basso rapporto FEV1/FVC, parliamo di disturbo “misto”. Viene inoltre chiarito il concetto di pattern “non specifico”, inteso come un pattern spirometrico di FEV1/FVC normale ma FVC e/o FEV1 ridotto con TLC normale. Questo modello può riflettere uno sforzo ridotto, una compromissione restrittiva o essere una conseguenza precoce della malattia delle piccole vie aeree con intrappolamento d’aria.

Quando non è possibile valutare la TLC il pattern non specifico è stato etichettato anche come PRISm (spirometria alterata a rapporto preservato) che ha dimostrato nel follow-up di essere associato sia a deficit ostruttivi che restrittivi.

Limitazioni alla Diffusione dei Gas Alveolari

L’indice chiave che viene invece utilizzato per valutare la diffusione dei gas è la DLCO, risultante del prodotto KCO (coefficiente di trasferimento del CO che indica l’efficienza di trasferimento del CO da parte degli alveoli) e VA (volume alveolare, il numero di unità alveolari che contribuiscono allo scambio). Anche il range di normalità per DLCO, VA e KCO dovrebbe essere calcolato sulla base del 5° e 95° percentile.

Viene proposto, inoltre, un algoritmo di interpretazione ragionevole utilizzando DLCO insieme a KCO e VA.

Bisogna innanzitutto determinare se la DLCO sia aumentata o ridotta in base ai LLN e ULN dei valori di riferimento come suddetto. Una DLCO elevata è quasi sempre dovuta all’aumentato flusso polmonare, come in uno shunt sinistro-destro, un aumento dell’emoglobina (eritrocitosi) o può attribuirsi alla presenza di emoglobina libera nelle vie aeree (emorragia alveolare).

Per comprendere invece la causa di una riduzione della DLCO bisogna esaminare successivamente i suoi componenti. Se il VA è normale, KCO deve essere ridotto e questo può essere dovuto ad una riduzione della diffusione di membrana (DM), o del volume ematico capillare polmonare (Vc) o di entrambi. Ciò è coerente con una anomalia vascolare polmonare (ipertensione polmonare, embolia polmonare, vasculiti), una malattia interstiziale polmonare (ILD) nelle fasi precoci o l’anemia.

Se VA è ridotto coerentemente con una riduzione di TLC, KCO può (deve) essere molto aumentato per mancata espansione polmonare o aumentato per riduzione patologica del volume polmonare (in tal modo limitando la riduzione di DLCO), oppure KCO può essere ridotto per compromissione della membrana alveolo-capillare come nel caso delle interstiziopatie fibrosanti (con conseguente marcata riduzione della DLCO).

Se VA è ridotto in presenza di una TLC normale o aumentata se KCO è normale questo indica solamente una inomogeneità della distribuzione della ventilazione per una patologia ostruttiva (ad es. bronchiolite cronica), mentre se KCO è ridotto, è presente anche un’alterazione della membrana alveolo-capillare (ad es: enfisema polmonare).

Punteggio Z

Per la classificazione della gravità di tutte le misurazioni ottenibili dalle prove di funzionalità respiratoria si suggerisce di utilizzare il punteggio z. Uno z-score > -1,645 è indicativo di valori normali, tra -1,65 e -2,5 di deficit lieve, tra -2,51 e -4 di deficit moderato e < -4,1 di deficit gravi. Viene, in questo modo, superato l’utilizzo di una percentuale (valori ridotti del 70%, 60%, 50% e 35% per stabilire la gravità del deficit) che non forniva gradazioni uniformi in base all’età, all’altezza, al sesso e all’origine etnica di un individuo.

Una stratificazione come suggerita, appare tuttavia discutibile, perché tra un FEV1 del 80% e del 61% del predetto, così come tra un FEV1 del 59% e del 35% del predetto le differenze appaiono marcate. Collocare detti valori nello stesso grado di gravità di ostruzione (lieve nel primo esempio e moderata nel secondo esempio) non sembra adeguato.

FEV1Q

Storicamente, per indicare cambiamenti clinicamente significativi della funzionalità polmonare, si faceva riferimento ad una variazione assoluta del FEV1 (ad es. 100 mL) o a una variazione relativa rispetto a una valutazione precedente (ad es. una variazione del 10% del FEV1 rispetto al basale in individui sani). Tuttavia, è stato dimostrato che i cambiamenti nel tempo dipendono dall’età, dal sesso, dalla funzione polmonare basale e dalla gravità della malattia, limitando la generalizzabilità di questi approcci.

Per tale motivo le nuove raccomandazioni introducono per gli adulti l’utilizzo del FEV1Q come un approccio al cambiamento naturale della funzione polmonare. Il FEV1Q è il FEV1 (L) diviso per i valori del 1° percentile, specifici per sesso, di FEV1 riscontrati negli adulti con malattia polmonare (0,4 L per le donne e 0,5 L per gli uomini). In circostanze normali si perde 1 unità di FEV1Q circa ogni 18 anni e ogni 10 anni nei fumatori e negli anziani. Valori del FEV1 Q prossimi ad 1 indicano un maggior rischio di morte.

In un breve intervallo, o anche annualmente, il FEV1Q dovrebbe rimanere stabile; variazioni del FEV1Q possono indicare un cambiamento rapido nella funzione polmonare e possono essere utilizzate come approcci alternativi per misurare cambiamenti significativi nel tempo negli adulti.

Questa metodica risulta più sensibile nel valutare la perdita della funzione polmonare su un lungo periodo, ma nel breve termine stimare la perdita del FEV1 in mL/anno, risulta più facile e più sensibile per seguirne l’andamento.

Cos'è la Spirometria?

La spirometria è l’esame più comune per valutare la funzionalità polmonare. L’esame si avvale dello spirometro, un particolare strumento in grado di misurare i diversi volumi polmonari: dopo che il paziente compie una inspirazione massimale (la quantità massima di aria che può essere mobilizzata in un singolo atto respiratorio), si fa espirare l’aria lentamente.

A Cosa Serve l'Esame di Spirometria?

La spirometria serve a valutare la funzionalità dei polmoni e la capacità respiratoria. Nello specifico, il test misura la quantità di aria che si è in grado di inspirare ed espirare, e la velocità con cui si riesce a muoverla. Nei deficit di tipo ostruttivo è presente un ostacolo all’interno delle vie aeree che impedisce il deflusso dell’aria inspirata, oppure i calibri delle vie aeree si restringono.

Quali Patologie Diagnostica la Spirometria?

La spirometria dà risultati normali quando i valori del FEV1 sono compresi tra l’80% e il 120% del valore medio. Per quanto riguarda il rapporto tra FEV1 e FVC, il valore dovrebbe essere di circa 75-80%.

Spirometria Semplice e Globale: Qual è la Differenza?

La spirometria semplice è in grado di misurare i volumi di aria che vengono spostati durante il respiro. Durante quest’ultimo esame, il paziente viene collocato nella cabina pletismografica e viene fatto respirare all’interno di un boccaglio. Dopo qualche respirazione, viene posto un ostacolo alla espirazione.

La spirometria globale, in altre parole, misura anche l’aria che rimane nei polmoni dopo aver espirato tutta l’aria possibile. La spirometria globale può essere completata ulteriormente dal test della diffusione alveolo-capillare.

Come si Fa l'Esame di Spirometria?

Il paziente viene sottoposto all’esame dopo la raccolta dei dati anagrafici, in particolare peso e altezza, e la sua storia clinica. Durante l’esame spirometrico è necessario stringere con forza tra le labbra un boccaglio, così evitare perdite d’aria, e respirare attraverso di esso.

Test di Reversibilità e Provocazione Bronchiale

Test di reversibilità: Si effettua una prima spirometria in condizioni basali, si fa poi inalare al paziente un broncodilatatore ad azione rapida e dopo mezz’ora si effettua una seconda spirometria.
Test di provocazione bronchiale: Serve a valutare la presenza o meno di iperreattività bronchiale. Si esegue effettuando una spirometria in condizioni basali, successivamente vengono somministrate dosi crescenti di metacolina (una sostanza che stimola la costrizione della muscolatura liscia dei bronchi) e viene eseguita una nuova spirometria dopo ogni inalazione. Si ottiene in questo modo una curva dose-risposta che permette di valutare la responsività bronchiale: minore è la dose a cui si ha una risposta da parte dei bronchi, maggiore sarà la responsività bronchiale.

DLCO: Diffusione Alveolo-Capillare

Il test DLCO permette di valutare l’efficienza degli scambi gassosi tra alveoli e sangue. Il paziente dovrà respirare attraverso lo spirometro, senza mai staccarsi dal boccaglio; sarà poi invitato ad eseguire una forte e rapida espirazione (così da svuotare il più possibile le vie aeree), seguita da un’inspirazione altrettanto rapida di un gas contente una piccola percentuale di monossido di carbonio. A questo punto il paziente dovrà trattenere il respiro per circa 10 secondi e poi espellere nuovamente tutta l’aria.

Volumi Polmonari

Volume corrente: volume di aria che viene inspirato ed espirato durante un atto respiratorio normale.
Capacità funzionale residua: volume di aria ancora presente nei polmoni dopo una espirazione tranquilla.
Indice di Tiffenau: è il rapporto tra FEV1 e capacità vitale forzata, è fondamentale per fare diagnosi differenziale tra patologie ostruttive e restrittive. Il suo valore è valutato come percentuale rispetto al valore teoricamente considerato normale per il soggetto in esame.

La spirometria è utilizzata frequentemente nella diagnosi e nella valutazione delle funzionalità polmonari nelle persone con malattie restrittive o ostruttive delle vie aeree.

Durante l'esame ci si avvale di un particolare strumento chiamato spirometro, in grado di valutare i diversi volumi polmonari.

Tracciato Spirometrico

Grazie allo spirometro è possibile misurare le variazioni di volume del sistema respiratorio. Dopo aver fatto compiere al paziente una inspirazione massimale non brusca si fa espirare tutta l'aria con una manovra lenta.

Il valore più importante fornito dalla spirometria è la capacità vitale forzata (CVF o FVC). Successivamente il soggetto viene invitato a compiere un'inspirazione massimale (fino a CPT), seguita da una rapida, decisa e completa espirazione (fino a VR). La collaborazione del paziente durante la spirometria è quindi fondamentale.

Il rapporto tra VEMS e CVF è fondamentale per discriminare un deficit ostruttivo da uno restrittivo.

Analizzando i parametri ottenuti con la spirometria si può valutare la funzionalità polmonare e diagnosticare la presenza di eventuali patologie. In particolare la curva di espirazione forzata può dirci se l'insufficienza polmonare è di tipo ostruttivo o restrittivo.

Se il rapporto VEMS/CVF è normale o aumentato, si tratta probabilmente di una limitazione di tipo restrittiva. Il rapporto VEMS/CVF in pazienti adulti normali oscilla tra 70% e 80%; un valore inferiore al 70% indica un deficit ostruttivo e alta probabilità di BPCO.

Il carattere di reversibilità dell'ostruzione bronchiale viene valutato in base ai risultati di una seconda spirometria effettuata dopo somministrazione di un broncodilatatore.

La spirometria durante espirio forzato serve per diagnosticare la presenza di malattie che riducono il calibro delle vie aeree (difetto ventilatorio ostruttivo) e di sospettare la presenza di malattie che riducono il volume del polmone (difetto ventilatorio restrittivo).

Per tale motivo, nel caso in cui è presente una riduzione della CV sotto la norma, il test va integrato con la pletismografia corporea per la diagnosi o esclusione di restrizione polmonare.