Σπιρομέτρηση

Spirometer_J_D_Wolf_1905 

Kαθώς η βασική λειτουργία της αναπνοής είναι η παροχή Ο2 και η αποβολή πτητικού οξέος, CO2, το αναπνευστικό σύστημα οφείλει να είναι οργανωμένο, έτσι, ώστε, να διευκολύνει την κίνηση αέρος, από/προς τις κυψελίδες, προς/από την ατμόσφαιρα, να διενεργεί την ανταλλαγή αερίων μεταξύ προσερχομένου αίματος και περιβάλλοντος και να έχει δυνατότητα να προσαρμόζει τη λειτουργία του, ανάλογα με τις κρατούσες μετSpirometer_1960αβολικές συνθήκες.

  Έτσι, μπορεί να περιγραφτεί ως αντλία προσαγωγής/απαγωγής αέρος, ως ημιδιαπερατή μεμβράνη διαχύσεως αερίων, ενώ είναι συνδεδεμένο μ΄ένα πολύπλοκο σύστημα νευρικού (αντανακλαστικού και μη) ελέγχου, το κέντρο της αναπνοής, που εδράζεται στον προμήκη, όπου προωθούνται αισθητικά/χημικά μηνύματα, ανάλογα με τα ποιοτικά/ποσοτικά χαρακτηSpirometer_Collins_Stead_Wells_1970ριστικά του κυκλοφορούντος αίματος.

 

 

Spirometer_Spirotech_S400_3

 

Έχουν επινοηθεί μέθοδοι αποτιμήσεως της κάθε επιμέρους λειτουργίας του. Η λειτουργία αντλίας, ελέγχεται με απλές τεχνικές, όπως η σπιρομέτρηση ή με πλέον πολύπλοκες, όπως η εξωθητική ή εξαναγκασμένη (δυναμική) ταλαντασιομετρία, ()  Με τις τεχνικές αυτές, μπορούν να μετρηθούν μόνο όγκοι αέρος που εισπνέονται ή εκπνέονται και όχι ολόκληρη η ποσότητα αέρος που, κάθε στιγμή, στη διάρκεια του αναπνευστικού κύκλου, ευρίσκεται στους πνεύμονες.

σπιρομέτρηση

Η σπιρομέτρηση είναι θεμελιώδης λειτουργική εξέταση της ποιότητας, της ποσότητας, των εφεδρειών της αναπνοής και της ευχέρειας με την οποία αυτή συντελείται. Μετράει ευθέως τους δυνάμενους να μετακινηθούν όγκους αέρος, προς ή από το πνευμονικό παρέγχυμα, καταγράφει την μετακίνηση ως προς τον χρόνο, κι έτσι, ουσιαστικά μπορεί να μετρήσει εισπνεόμενους/εκπνεόμενους όγκους αέρος που μετακινούνται με την αναπνοή προς και από τους πνεύμονες, όπως και τη ροή (όγκος/χρόνος) υπό την οποία συντελείται η μετακίνηση. Οι πλείστες των παραμέτρων αναπνοής, λαμβάνονται κατά τις δοκιμασίες βίαιης και μέγιστης εισπνοής/εκπνοής. Επειδή η μεγίστη εκπνοή συντελείται εν μέρει με τη βοήθεια των επικουρικών εκπνευστικών μυών, αλλά και εν μέρει ανεξάρτητα από τη θέληση των εξεταζομένων, με δαπάνη ενέργειας που αποθηκεύτηκε στους ελαστικούς ιστούς των πνευμόνων, όταν είχαν κατά την προηγούμενη εισπνοή υποστεί ελαστική παραμόρφωση. Έτσι, πλέον του 1/3 της μεγίστης και βίαιης εκπνοής εκτελείται ανεξάρτητα από τη θέληση του εξεταζόμενου, και αυτό αποτελεί κρίσιμο πλεονέκτημα της μεθόδου, επειδή διευκολύνει τον έλεγχο των ελαστικών ιδιοτήτων του πνευμονικού ιστού.

Παρ΄όλο ότι έχει χαμηλή διαγνωστική αξία, η σπιρομέτρηση, μπορεί να διακρίνει τον υγιή από τον πάσχοντα και, σε ορισμένες περιπτώσεις, να εισφέρει στην κατηγοριοποίηση των εξεταζομένων σε δύο βασικές κατηγορίες παθήσεων: [α] αποφρακτικού και, [β] περιοριστικού τύπου μειώσεως της ικανότητας αερισμού. Κατά τη διάρκεια της εκπνοής, η ροή καθορίζεται από την οδηγούσα πίεση, που είναι η διαφορά μεταξύ της κυψελιδικής πιέσεως και της πιέσεως πρό του στόματος. Η ενδοκυψελιδική, πάλι, πίεση είναι αλγεβρικό άθροισμα της πιέσεως επαστικής επαναφοράς και της ενδοϋπεζωκοτικής πιέσεως. Επειδή η διαρκώς αυξανόμενη, κατά την βίαιη  εκπνοή, ενδοϋπεζωκοτική πίεση μπορεί να υπερβεί την ενδαυλική πίεση των αεραγωγών, η FEVC μπορεί να απολήξει σε προοδευτική αύξηση των αντιστάσεων ροής εντός των αεραγωγών, συγκριτικά με τις πιέσεις που αναπτύσσονται στην ήρεμη εκπνοή, όπου η οδηγούσα πίεση εξασφαλίζεται μόνο από την πίεση ελαστικής επαναφοράς. Οι αυξημένες αντιστάσεις ροής που καταγράφονται κατά τη δοκιμασία FEVC απολήγουν σε μείωση της ροής σε μερικούς ασθενείς, ώθησαν τις ATRS και ERS να υποδείξουν την παράλληλη διενέργεια της SVC από κοινού με την FEVC και να συγκρίνουν τη σχέση της με τον FEV1  προκειμένου να θέσουν τη διάγνωση του αποφρακτικού συνδρόμου. Υπάρχει ευρεία διακύμανση στα Εργαστήρια αναφορικά με τη χρήση του δείκτη FEV1/VC (: δείκτης Tiffenau) προκειμένου να ορίσουν και να πιστοποιήσουν την παρουσία αποφράξεως στους αεραγωγούς. Στην πράξη, μερικά εκδίδουν την αναλογία FEV1/VC (: δείκτης Tiffenau) και μερικά άλλα, τον δείκτη FEV1/FVC (: δείκτης Gaesler). Κι αυτό επειδή, συχνά, η VC είναι μεγαλύτερη της FVC, και σχεδόν ποτέ μικρότερη, κι έτσι αντικαθιστώντας την FEV1 /FVC με την FEV1/VC θα απολήξει σε υπερεκτίμηση της βαρύτητας της αποφράξεως. Για η μέτρηση της βίαια εισπνεόμενης ζωτικής χωρητικότητας, FIVC, ο εξεταζόμενος καλείται να εισπνεύσει, όσο το δυνατόν βιαιότερα, από το επίπεδο του RV, ως το επίπεδο της TLC. Όπως και με την SVC, μερικοί ασθενείς με αποφρακτικές παθήσεις των αεραγωγών, η FIVC μπορεί να είναι κάπως μικρότερη της IVC, επειδή η κατά την FIVC είναι περισσότερο επιρρεπείς να επάγουν τη σύγκλειση των αεραγωγών και την παγίδευση αέρος, κι έτσι, να εμφανίζουν μικρότερο εισπνεόμενο όγκο αέρος. Περάν από τους απόλυτους όγκους, η FEVC και η FIVC μπορούν να παρασταθούν γραφικά, ως αξιόπιστο εργαλείο διασφάλισης, καθώς η γραφική παράσταση του όγκου ως προς χρόνο μπορεί να δώσει πληροφορίες, αναφορικά με την ποιότητα της δοκιμασίας. Αντίθετα, εάν παρασταθεί ως γράφημα της ροής ως πρός τον όγκο, μπορεί να αποτυπωθεί καλύτερη εκτίμηση της μηχανικής των πνευμόνων και να διευκολυνθεί η αναγνώριση σφαλμάτων κατά τη δοκιμασία, όπως και θεμελιώδεις λειτουργικές διαταραχές. Πρόσθετη μέτρηση ροής μπορεί να παραληφθεί από την καμπύλη όγκου-χρόνου και είναι η μέση εκπνευστική ροή μεταξύ 25 και 75% της εκπνευσθείσης VC (FEF25-75), που παλαιότερα αναφερόταν ως "μεγίστη μεσοεκπνευστική ροή". Η αιχμή της μεγίστης εκπνευστικής ροής, PEFR παραλαμβάνεται κατά την καταγραφή όγκου-ροής και φαίνεται ότι παράγεται όταν έχουν εκπνευσθεί, βίαια, τα ~10% της ζωτικής χωρητικότητας, FVC. Σημειώνεται ότι δεν μπορεί να αποτυπωθεί με ακρίβεια από την καμπύλη όγκου-χρόνου. Μια τιμή μέγιστης εκπνευστικής ροής μπορεί, επίσης, να μετρηθεί μ΄ένα χαμηλού κόστους ροόμετρο τύπου Wright ή mini Wright, που συνήθως χρησιμοποιείται για ενδιάμεσες μετρήσεις στο σπίτι ασθενών με άσθμα υπό θεραπεία. Σημειώνεται, πάντως, ότι είναι λιγότερο ακριβές και λιγότερο ευαίσθητο, παρ΄ό,τι η συμβατική σπιρομέτρηση μέσω πνευμοταχογράφου ή τουρμπίνας. Ενώ το σπιρογράφημα (η καμπύλη όγκου-χρόνου αποτελεί προβολή του χρόνου ως προς το χρόνο), η σπιρομέτρηση είναι καταγραφή της ροής ως προς τον όγκο. Για να επιτευχθεί αυτό, χρειάζονται ταχύτατοι αναλυτές, οι οποίοι θα μετράνε ανά τακτά μικρά διαστήματα τον μετακινούμενο με την εισπνοή ή εκπνοή όγκο και θα τον ολοκληρώνουν ως προς το χρόνο. Έτσι, αντί να παραλαμβάνεται η μεγίστη μεσοεκπνευστική ροή, ως μέσος όρος των επιμέρους ροών, στη διάρκεια της εκπνοής συγκεκριμένου τμήματος της ζωτικής χωρητικότητας, μπορεί να καταγραφούν στιγμιαίες μέγιστες ροές σε οποιοδήπτε σημείο της εκπνευστικής καμπύλης ροής-όγκου. Τρεις είναι οι συνθέστερα χρησιμοποιούμενς: MEF75%, MEF50% και MEF25% που, κατά συθήκη είναι οι εκπνευστικές ροές που σημειώνονται όταν έχει ήδη εκπνευστεί το 25%, 50% ή 75% της FVC, αντίστοιχα. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί και άλλη ονοματολογία, οπότε σημειώνονται οι τιμές FEF25%, FEF50% και FEF75% ανάλογα με το ποσόν που υπολείπεται να εκπευστεί. Έτσι, υπάρχει η ακόλουθη ταύτιση: MEF75%=FEF25%, MEF55%=FEF75% και MEF50%=FEF50%.

Η σπιρομέτρηση είναι η συχνότερα χρησιμοποιούμενη μέθοδος ελέγχου της αναπνευστικής λειτουργίας. Πρόκειται για καρτεσιανό διάγραμμα της συναρτήσεως του όγκου που εισπνέεται ή εκπνέεται προς το χρόνο ή της ροής με την οποία εισπνέεται ή εκπνέεται ο αέρας προς τον όγκο που μετακινήθηκε από/προς τους πνεύμονες. H σπιρομέτρηση είναι η σπουδαιότερη εκτίμηση της αναπνευστικής λειτουργίας και πρέπει να διενεργείται σε κάθε ιατρική επίσκεψη. Οι βασικές παράμετροι που χρησιμοποιούνται για την ερμηνεία της σπιρομετρήσεως είναι: η VC και FVC, o FEV1, o FEV1/FVC και o FEV1/VC. Τόσο η VC, όσο και ο FEV1 αποτελούν ογκομετρικές μεταβλητές μεταβλητές, αλλά καθόσον ο FEV1, είναι όγκος που εκπνέεται σε συγκεκριμένο χρόνο (:1 sec), αποτελεί μέτρο της ταχύτητας, με την οποία 'αδειάζει' ο πνεύμονας κι, επομένως αποτελεί εμμέσως, ροή. 

Ο πνεύμονας μπορεί να παρασταθεί ως ελατήριο, που συμπτύσσεται προκειμένου να επιτελέσει την εκπνοή, ώστε η βίαιη εκπνοή είναι συνάρτηση της πιέσεως ελαστικής παραμορφώσεως που υπέστη, διατεινόμενος κατά την προηγηθείσα εισπνοή, και του όγκου που αποκτήθηκε κατ΄αυτή. Κρίσιμο ρόλο  διαδραματίζει, επίσης, η βατότητα των αεροφόρων οδών και, σε μικρότερο βαθμό, η δύναμη που ασκούν οι εκπνευστικοί μύες. 

Περιοριστικού τύπου μείωση της ικανότητας αερισμού εμφανίζουν οι παθολογικές καταστάσεις κατά τις οποίες δυσχεραίνεται η απρόσκοπτη έκτπυξη των πνευμόνων είτε λόγω απώλειας κυψελιδικών μονάδων, ή παθήσεων του θωρακικού τοιχώματος, του υπεζωκότος, της νευρμυϊκής συσκευής. Κι αυτό, επειδή, η μεγίστη ροή είναι συνάρτηση του πνευμονικού όγκου, υπό την οποία παράγεται. Επομένως, μείωση του πνευμονικού όγκου, συνεπάγεται μείωση της εκπνευστικής ροής. Ο FEV1 μειώνεται ανάλογα με τη μείωση του πνευμονικού όγκου, έτσι, ώστε, ο δείκτης FEV1/FVC παραμένει αναλλοίωτος. Ο δείκτης FEV1/VC (FVC) αποτελεί διόρθωση του FEV1 ως προς την κατ΄άτομο FVC, αλλά δεν είναι απαραίτητο να παίρνονται από την ίδια εξέταση.  

Στις αποφρακτικές παθήσεις, αντίθετα, η ροή προσβάλλεται περισσότερο από τον όγκο, δηλαδή οι πνεύμονες εκκενώνονται υπό βραδύτερους ρυθμούς, έτσι, ώστε, ο FEV1 μειώνεται αναλογικά περισσότερο, παρ΄ότι η FVC (VC), και ο δείκτης FEV1/FVC (VC) -Gaesler(Tiffenau) μειώνεται. 

Με την αύξηση της εκπνευστικής προσπάθειας αυξάνεται και η εκπνευστική ροή, ώς ένα όριο, όμως πέρα από το οποίο ορίζεται επιπέδωση, που σημαίνει ότι η περαιτέρω εκπνευστική προσπάθεια δεν απολήγει σε αύξηση της ροής. Πέρα από το όριο αυτό, η ροή εξαρτάται από τις μηχανικές ιδιότητες των πνευμόνων, γεγονός, που εξάλλου καθιστά τον FEV1 ιδιαίτερα αναπαραγώγιμη μεταβλητή. Ο δείκτης FEV1/FVC χρησιμεύει για την αρχική διάκριση της παθολογικής καταστάσεως, ως αποφρακτικού ή περιοριστικού τύπου μειώσεως της ικανότητας αερισμού, αλλά, γενικά, έχει χαμηλή διαγνωστική αξία. Η PEF δεν επηρεάζεται σημαντικά στα αρχικά στάδια περιοριστικών συνδρόμων, αλλά φαίνεται μειωμένη επί συμφορητικής καρδιοπάθειας. Η αναπραγωγιμότητα της σπιρομετρήσεως υπερέχει της PEF, επειδή η PEF εντοπίζεται στο εξαρτώμενο από την προσπάθεια μέρος της καμπύλης ροής-όγκου.  

Σπιρομέτρηση, ιστορική αναδρομή
Εκτιμήσεις για την σπιρομέτρηση ως μεθόδου προσυμπτωματικού ελέγχου.
Σπιρομέτρηση - ορισμοί
Σπιρομέτρηση, περιγραφή
πνευμονικοί όγκοι
ζωτική χωρητικότητα
καμπύλη ροής όγκου α'
Μέγιστη αναπνευστική ικανότητα, maximal breathing capacity, MBC
Μέγιστη εισπνευστική και εκπνευστική πίεση
Μέγιστη εισπνευστική ταχύτητα ροής, peak inspiratory flow rate, FIFmax, PIFR
Μέγιστη εκπνευστική ταχύτητα ροής, maximum expiratory flow rate, FEF200-1200, MEFR200-1200
Μεγίστη εκπνευστική ταχύτητα ροής, peak expiratory flow rate, FEFmax ή PEFR
Μεγίστη Ικανότητα Αναπνοής, maximum breathing capacity
Μεγίστη μεσοεισπνευστική ταχύτητα ροής, maximal Mid-inspiratory flow rate, FIF25%-75%
Μεγίστη μεσοεκπνευστική ταχύτητα ροής, maximal mid-expiratory flow rate, FEF25-75% ή MMFR
Μεγίστη ροή σε κλάσματα της VC, V̇MAX, V̇75%, V̇50%, V̇25%
Μεγίστη τελοεκπνευστική ταχύτητα ροής, maximum end-expiratory flow rate, FEF75%-85%
Μέγιστος εθελοντικός αερισμός, maximum voluntary ventilation, MVV
Σπιρομέτρηση, ερμηνεία
Σπιρομέτρηση, διαγνωστική συνεισφορά
σπιρομετρικά αποτελέσματα, βαρύτητα ή είδος διαταραχής αερισμού
Σπιρομέτρηση ενδείξεις/αντενδείξεις
Σπιρομέτρηση, έλεγχος ποιότητας
Σπιρομέτρηση: κριτήρια αναπαραγωγιμότητας
Σπιρομέτρηση: κριτήρια για την επιλογή της καλύτερης δοκιμασίας FVC
προβλεπόμενες τιμές σπιρομετρικών παραμέτρων
Σπιρομέτρηση σε ακραίες ηλικίες – παιδιά
Σπιρομέτρηση σε ακραίες ηλικίες –ηλικιωμένοι
Σπιρομέτρηση χαμηλής πυκνότητας
Σπιρομέτρηση, έμμεση
Σπιρομέτρηση, στο ιατρείο
σπιρομέτρηση: δοκιμασία 6 secs
Στιγμιαία βίαη εκπνευστική ταχύτητα ροής, instantaneous forced expiratory flow rate, V̇max, V̇75%,V̇50%, V̇25%
Στιγμιαία βίαιη εισπνευστική ταχύτητα ροής, instantaneous forced inspiratory flow rate, FIFx%, FIF75%, FIF50%, FIF25%
Στιγμιαία βίαιη εκπνευστική ροή, instantaneous forced expiratory flow rate, FEFx%, FEF25%, FEF50%, και FEF75%
εφαρμογές της μεθόδου
Λειτουργικός έλεγχος αναπνοής επί πνευμονικής επινεμήσεως παθήσεων του συνδετικου ιστού

λειτουργικός έλεγχος αναπνοής

σπιρομέτρηση

Η τιμή FEV1/FVC<0.70 είναι δηλωτική αποφρακτικού τύπου μειώσεως της ικανόττηας αερισμού και με παρόμοια εικόνα εμφανίζεται η χρόνια βρογχίτιδα, το άσθμα, οι βρογχεκτασίες, ορισμένες βρογχιολίτιδες (συγκλειστική) και η πνευμονία εξ υπερευαισθησίας (κρυπτογενής οργανούμενη οργανούμενη πνευμονία ) η ΒOOP και το αρχικό στάσδιο της σαρκοειδώσεως. Η βαρύτητα μιας αποφρσακτικής πνευμονοπάθειας δηλώνεται από την απόκλιση του FEV1 από την προβλεπόμενη τιμή του, έτσι, ώστε μέχρι 50% μείωση, χαρακτηρίζεται ώς μέσης βαρύτητας απόφραξη και μέχρι 30%, ως σοβαρή απόφραξη, με (:βαρειά) ή χωρίς αναπνευστική ανεπάρκεια. Η απόλυτη τιμή του FEV1 παραμένει ο ασφαλέστερος προγνωστικός δείκτης του προσδόικιμου επιβιώσεως των ασθενών με ΧΑΠ. Η PEF δείχνει μια τάση διατηρήσεως, συγκριτικά με τον FEV1, o οποίος έχει απώλεια ~60 ml ετησίως επί ΧΑΠ, σε σύγκριση με 25ml που χάνουν οι υγιείς. Επομένως, η PEF τείνει να υποεκτιμά την εξέλιξη της ΧΑΠ. Τιμή FEV1/FVC > 0.70 της προβλεπόμενης τιμής του, σχεδόν αποκλείει τη διάγνωση της αποφράξεως αεραγωγών. Επί αμιγούς πνευμονικού εμφυσήματος (δηλαδή χωρίς βρογχίτιδα), δεν υπάρχει φυσική ενδοβρογχική απόφραξη, αλλά η ιστική καταστροφή που παρατηρείται προκαλεί απώλεια του πνευμονικού παρεγχύμα,τος, στις περιοχές πέραν των τελικών βρογχιολίων. Στο επίπεδο αυτό, τα τοιχώματα των μικρών αεραγωγών, επειδή στερούνται ίδιας υποστηρίξεως (μυϊκό χιτώνα χόνδρινα στηρίγματα), αξαρτούν τη βατότητά τους, από τη ελκτική δύναμη που ασκεί το επ΄αυτών πακτωμένο πνευμονικό παρέγχυμα, που ευρίσκεται σε άλλοτε άλλης εντάσεως συνεχή εκπνευστική τάση. Εάν η υποστήριξη μειωθεί, όπως επί πνευμονικού εμφυσήματος, οι μικροί αεραγωγοί συγκλείονται πρωϊμότερο στη αρχή της εκπνοής, προκαλώντας "λειτουργική απόφραξη" (βλέπε: αντιστάσεις αεραγωγών).
ερμηνευτικά σχόλια της FVC και των κλασμάτων της
παράμετρος ερμηνεία, σημασία
FVC σχετίζεται ευθέως με μεταβολές της VC από τη σπιρομέτρηση όγκου-χρόνου. Η εκτίμηση των παραμέτρων από την καμπύλη ροής-όγκου, επόμενα, εισφέρουν στη διευκρίνιση της υποκείμενης παθολογικής εκτροπής
PEFR Σχετίζεται με την ταχύτητα εκπνευστικής ροής και μεταβάλλεται επί παθήσεων στους μεγάλους αεραγωγούς και το ανώτερο αναπνευστικό. Εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την προσπάθεια, επειδή παράγεται στην περιοχή αυτή της εκπνευστικής δοκιμασίας. Χρησιμοποιείται για έλεγχο του άσθματος και της αποδόσεως της θεραπείας. 
FFEV0.5, FEV1, FEF200-1200 Σχετίζεται με εκπνευστική ροή στους μεγάλους αεραγωγούς. Ακόμη μπορεί να είναι εξαρτώμενη από την προσπάθεια
FEV2, FEF25-75% Σχετίζεται με ταχύτητες ροής και παθολογικές καταστάσεις σε μεσομεγέθεις αεραγωγούς και μεγαλύτερα βρογχιόλια. Υπόκειται σε μικρή εξάρτηση από την προσπάθεια,  
FEV3, FEF75-85% σχετίζεται με εκπενσυτική ροή κια παθολογικές καταστάσεις σε μικρότερους αεραγωγούς. Υπόκειται σε μικρή εξάρτηση από την προσπάθεια ή είναι ανεξάρτητη της προσπάθειας. 
FEV1% σχετίζεται με μεταβολές τόσο στην εκπνευστική ροή, όσο και στους πνευμονικούς όγκους. Γενικά, αντίθετα αποτελέσματα παραλαμβάνονται αναφορικά με αποφρακτικού ή περιοριστικού τύπου αλλοιώσεις. 
FEVx% Σχετίζεται σημαντικά με τις ροές στους μεγάλους αεραγωγούς.