Articolo metodologico

Utilizzo della tecnica di oscillazione forzata per la valutazione della meccanica respiratoria negli adulti

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DOI:

10.3791/63165

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9 febbraio 2022

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1Airborne Hazards and Burn Pits Center of Excellence, War Related Illness and Injury Study Center, VA NJ Health Care System, 2Rutgers New Jersey Medical School, Rutgers Biomedical and Health Sciences, 3Vassar College

In questo articolo

Sommario

Poiché l'uso della tecnica di oscillazione forzata (FOT) è sempre più utilizzato per caratterizzare la meccanica respiratoria, è necessario standardizzare i metodi rispetto alle nascenti linee guida tecniche e alle varie raccomandazioni del produttore. Viene fornito un protocollo dettagliato che comprende la valutazione e l'interpretazione dell'UFT per due casi per facilitare la standardizzazione dei metodi.

Abstract

C'è un crescente interesse per l'uso della tecnica di oscillazione forzata (FOT) o oscillometria per caratterizzare la meccanica respiratoria in individui sani e malati. FOT, un metodo complementare ai tradizionali test di funzionalità polmonare, utilizza una gamma di frequenze oscillatorie sovrapposte alla respirazione di marea per misurare la relazione funzionale tra pressione e flusso delle vie aeree. Questa valutazione passiva fornisce una stima della resistenza del sistema respiratorio (Rrs) e della reattanza (Xrs) che riflettono rispettivamente il calibro delle vie aeree e l'accumulo e la dissipazione di energia. Nonostante il recente aumento di popolarità e l'aggiornamento degli standard tecnici, l'adozione clinica è stata lenta, il che si riferisce, in parte, alla mancanza di standardizzazione per quanto riguarda l'acquisizione e la segnalazione dei dati FOT. L'obiettivo di questo articolo è quello di affrontare la mancanza di standardizzazione tra i laboratori fornendo un protocollo scritto completo per FOT e un video di accompagnamento. Per illustrare che questo protocollo può essere utilizzato indipendentemente da un particolare dispositivo, sono stati impiegati tre dispositivi FOT separati negli esempi di casi e nella dimostrazione video. Questo sforzo ha lo scopo di standardizzare l'uso e l'interpretazione dell'UFT, fornire suggerimenti pratici e evidenziare le questioni future che devono essere affrontate.

Introduzione

La tecnica di oscillazione forzata (FOT) o oscillometria è stata introdotta per la prima volta oltre 60 anni fa1 e consente la misurazione della meccanica respiratoria tramite oscillazioni di pressione applicate esternamente sovrapposte durante la respirazione di marea. In breve, la pressione e il flusso d'aria sono misurati alla bocca da trasduttori su una gamma di frequenze. L'analisi spettrale viene quindi utilizzata per determinare l'impedenza (Zrs) o le differenze di ampiezza e fase tra pressione e flusso d'aria a ciascuna frequenza2,3. Zrs rappresenta la somma delle forze che si oppongono alle oscillazioni di pressione ed è tipicamente caratterizzato da componenti di resistenza (Rrs) e reattanza (Xrs). Rrs riflette le proprietà meccaniche dissipative del sistema respiratorio (dissipazione di energia), mentre Xrs riflette l'elassanza dinamica e l'inerzia del sistema respiratorio (accumulo di energia). La valutazione Zrs a frequenze di oscillazione multiple consente inoltre di valutare l'uniformità della distribuzione del flusso d'aria. Per una revisione dell'elaborazione del segnale FOT, dei principi fisiologici e delle applicazioni: fare riferimento alle dichiarazioni della Task Force della European Respiratory Society (ERS)2,4.

L'UFT non è un sostituto della spirometria, ma piuttosto una valutazione complementare della funzione polmonare. Può, tuttavia, offrire diversi vantaggi rispetto ai test spirometrici, comprese le misurazioni eseguite durante la respirazione di marea (indipendente dallo sforzo) e il potenziale per valutare le vie aeree distali o piccole che non sono fattibili con la spirometria5. Di conseguenza, l'UFT ha guadagnato una notevole popolarità in ambito pediatrico6,7, nonché per la valutazione del paziente sintomatico con spirometria normale o conservata8,9,10,11. L'UFT ha anche dimostrato l'utilità clinica durante i test di broncoprovocazione, per cui i sintomi sono più fortemente associati alla FOT rispetto alla spirometria12. Inoltre, l'UFT richiede dosi più basse di agenti broncoprovocativi per indurre differenze misurabili nella funzione respiratoria13.

Alla luce di questi risultati, l'interesse per l'UFT per la pratica clinica e la ricerca è aumentato negli ultimi anni. Infatti, secondo una ricerca Scopus condotta nel luglio 2021 per i termini "tecnica di oscillazione forzata" o "oscillometria ad impulso", il numero mediano di pubblicazioni sull'UFT è aumentato da 35 all'anno (2000-2010) a 94 all'anno (2010-2020). Nonostante questa ondata di interesse, la standardizzazione nell'acquisizione e nella segnalazione dei dati FOT ha ricevuto solo di recente maggiore attenzione con i recenti standard tecnici ERS per l'oscillometria respiratoria4. Attualmente sono disponibili in commercio diversi sistemi FOT che variano in base al tipo di segnale di pressione (ad esempio, pseudocasualità, treno di impulsi), all'epoca di registrazione, alla gamma di frequenza e alla risoluzione14. Nonostante queste differenze, l'acquisizione e la rendicontazione dei dati FOT eseguita dal tecnico può seguire un approccio universale che è al centro del presente manoscritto. Nel presente documento, viene fornito un protocollo standardizzato coerente con gli standard tecnici ERS4. Questo protocollo è illustrato attraverso esempi pratici con ricerche e dati clinici acquisiti nel nostro laboratorio. In particolare, l'attenzione si concentra sull'applicazione e l'interpretazione dell'UFT nella valutazione clinica della dispnea nell'adulto.

Protocollo

Il seguente protocollo è stato approvato dal Rutgers University Institutional Review Board. Tutti i volontari che hanno partecipato a questo studio hanno fornito il consenso informato scritto prima di tutti i test.

1. Preparazione pre-test

  1. Valutare l'individuo per allergie o sensibilità ai materiali del boccaglio o delle clip per il naso, per il dolore orale o facciale che impedisce una corretta tenuta sul boccaglio, per la capacità di seguire le indicazioni e per la sensibilità nota all'agente broncodilatatore che verrà utilizzato.
  2. Assicurarsi che l'individuo si vesta comodamente e si astenga dall'esercitare o ingerire un pasto pesante prima del test. Fare riferimento alle politiche di laboratorio locali relative all'uso di caffeina, prodotti del tabacco o inalatore prima del test.
  3. Eseguire prima l'UFT in situazioni di test di funzionalità polmonare multipli che richiedono respiri profondi.
  4. Esegui i test in un ambiente tranquillo e confortevole. Preparare forniture e materiali prima dell'arrivo dell'individuo.
    1. Fornire una sedia regolabile senza ruote per garantire che i piedi dell'individuo siano piatti contro il pavimento.
    2. Fornire all'individuo un filtro antibatterico monouso e una clip per il naso da utilizzare per i test.
    3. Aderire alle procedure di laboratorio locali per indossare dispositivi di protezione individuale durante i test.

2. Verifica con carico di prova di impedenza

  1. Individuare l'oggetto di carico di test prima di testare l'individuo.
    NOTA: i carichi di prova statici sono oggetti forniti dal produttore con impedenza nota (preferibilmente con componenti resistivi, elastici e inerziali) specifici per ciascun dispositivo. Utilizzare un carico di prova con un'impedenza di circa 15 hPa·s· L-1, che supera gli Zrs attesi per gli adulti.
  2. Assicurarsi che il carico di prova sia calibrato in fabbrica (se applicabile).
    NOTA: alcuni carichi di test richiedono una ricalibrazione annuale della fabbrica, quindi seguire il protocollo descritto nel manuale del dispositivo.
    1. Consultare il manuale o contattare il produttore se il carico di prova per la verifica viene accidentalmente caduto o appare visivamente danneggiato.
  3. Aprire il menu di calibrazione o verifica all'interno del software.
  4. Inserire saldamente il dispositivo di carico di prova nel dispositivo FOT e completare la procedura di verifica secondo le raccomandazioni del produttore.
  5. Rivedere e salvare i risultati della verifica.
    NOTA: una verifica riuscita garantisce che i valori misurati corrispondano al carico di prova entro una tolleranza di ≤+10% o ±0,1 hPa·s· L-1. Se la verifica fallisce o presenta errori, assicurarsi che il carico di prova sia stato correttamente inserito nel dispositivo FOT e che non vi siano ostacoli nel flusso. Consultare il manuale per suggerimenti sulla risoluzione dei problemi.
  6. Verificare il dispositivo con il carico di prova ogni giorno o immediatamente prima del test.

3. Procedura di prova

  1. Fornire istruzioni e dimostrazioni standardizzate per l'individuo.
    1. Informare l'individuo della durata approssimativa di una singola acquisizione e del numero di repliche che verranno eseguite (vedere il passaggio 3.2).
    2. Fai conoscere all'individuo le sensazioni che sperimenterà dalle oscillazioni, ad esempio svolazzanti o vibrazioni nel petto e nella bocca.
    3. Fai sapere all'individuo che il dispositivo inizierà le oscillazioni dopo un breve periodo di osservazione per regolare la respirazione.
    4. Istruire l'individuo a evitare la deglutizione durante il periodo di prova.
    5. Istruire l'individuo a sedersi in posizione verticale con i piedi piatti sul pavimento e il mento rivolto verso l'alto per tutta la durata del periodo di prova.
    6. Istruire l'individuo a creare un sigillo con le labbra e i denti sul boccaglio tramite una dimostrazione.
    7. Istruisci l'individuo a mantenere la lingua rilassata.
    8. Istruire l'individuo a posizionare saldamente i palmi delle mani aperti contro le guance con la punta delle dita vicino alla tempia e i pollici seguendo la linea mandibolare. Istruire l'individuo a mantenere i gomiti leggermente svasati in una posizione comoda per garantire l'espansione del torace.
    9. Istruire l'individuo a mantenere una respirazione tranquilla regolare sul boccaglio fino a quando il tecnico non chiede di fermarsi.
  2. Eseguire la sessione di misurazione
    1. Rispettare gli standard di igiene e controllo delle infezioni descritti per la spirometria15.
    2. Collegare il filtro antibatterico al dispositivo.
      NOTA: utilizzare filtri conformi alle linee guida ATS/ERS con una resistenza <1,5 hPa·s· L-1 a una portata inferiore a 14 L/s come verificato dal produttore.
    3. Fornire le istruzioni come descritto nel passaggio 3.1 e assicurarsi che l'individuo sia posizionato correttamente con la clip per il naso in posizione e la bocca sigillata ermeticamente attorno al boccaglio del dispositivo.
    4. Dopo che l'individuo ha completato diversi cicli respiratori di respirazione di marea stabile, passiva e confortevole, assicurarsi che il dispositivo inizi automaticamente ad acquisire dati. In alternativa, il tecnico può attivare l'acquisizione dei dati utilizzando il software.
    5. Istruisci l'individuo a staccarsi dal bocchino dopo che almeno tre respiri privi di artefatti sono stati acquisiti durante una singola acquisizione.
      NOTA: per ottenere tre respiri privi di artefatti, si consiglia una durata minima di registrazione di 30 s. Le impostazioni di alcuni dispositivi FOT si arrestano automaticamente a una durata di registrazione predefinita e/o al raggiungimento di un certo numero di respiri (vedere la sezione 4 per i dettagli sull'identificazione degli artefatti).
    6. Regolare gli intervalli di riposo tra le misurazioni di replica (circa 60-90 s) secondo necessità per evitare qualsiasi disagio fisico.
  3. Facoltativamente, valutare la risposta broncodilatatore.
    1. Somministrare salbutamolo all'individuo in conformità con le procedure di laboratorio standard per i farmaci aerosol (ad esempio, inalatore a dose dosata, nebulizzatore) e attendere 15 min16.
      NOTA: Se si utilizza un inalatore a dose dosata con un distanziatore, somministrare quattro dosi separate di 100 μg.
    2. Ripetere le stesse procedure di prima (vedere il punto 3.2) per ottenere repliche post-broncodilatatorie.

4. Determinazione delle misurazioni accettabili

  1. Identifica gli artefatti attraverso l'ispezione visiva. Per fare ciò, monitorare la profondità (volume di marea; Vt) e velocità di respirazione (frequenza respiratoria; fR) in tempo reale durante l'acquisizione per garantire visivamente modelli di respirazione stabili e silenziosi dalla replica alla replica.
    NOTA: per ogni replica, il Vt medio, fR o il loro prodotto (ventilazione minima, V̇E) verrà visualizzato all'interno del software. Confronta questo valore tra le repliche per fornire un feedback individuale sulla profondità e la velocità della respirazione, se necessario.
  2. Ispezionare manualmente la replica per escludere artefatti come tosse, deglutizione, perdite o altre interruzioni delle tracce di flusso e pressione che possono essere visualizzate in tempo reale.
  3. Scartare tutte le repliche contenenti resistenze negative.
  4. Esaminare il rilevamento automatico degli artefatti da parte del software.
    NOTA: i produttori utilizzano algoritmi software per rilevare artefatti ed escludere respiri interi o parziali (ad esempio, ispirazione ed espirazione). Acquisire familiarità con gli algoritmi applicati e segnalarlo quando si riepilogano i dati di una sessione di misurazione. Spesso, questi algoritmi comportano l'identificazione di Rrs, Xrs e modelli di respirazione al di fuori dei normali intervalli fisiologici, nonché valori anomali quando si confronta respiro per respiro.
  5. Valutare la variabilità
    1. Acquisire almeno tre repliche accettabili (cioè quelle contenenti ≥3 respiri privi di artefatti). Calcola il coefficiente di variazione (CoV) all'interno della sessione per gli RR totali alla frequenza più bassa (ad esempio, Rrs a 5 Hz).
      NOTA: il CoV viene calcolato utilizzando la seguente formula:
      figure-protocol-1
    2. Poiché il CoV accettabile all'interno della sessione per gli adulti è ≤10%, ottenere repliche aggiuntive se il CoV è >10% o procedere al passaggio 5 se il CoV è ≤10%.
      NOTA: Raggiungere il CoV ≤10% può essere difficile negli individui con malattia delle vie aeree.

5. Dati di comunicazione

  1. Includere i seguenti dettagli quando si riportano i risultati dell'UFT.
    1. Includi il nome del dispositivo, il modello, la versione del software e il produttore.
    2. Includere la forma d'onda della frequenza dello stimolo di ingresso (ad esempio, rumore pseudo-casuale, multi-frequenza) e la gamma di frequenza associata.
    3. Includere i dettagli sulle procedure di controllo qualità soggettive e automatiche utilizzate per determinare le repliche accettabili e il numero di repliche prive di artefatti incluse.
    4. Includere la ripetibilità o la precisione della misurazione (CoV) e il cut-off.
  2. Riportare la media delle misurazioni di replica che erano prive di artefatti e hanno fornito un CoV ≤10% per i parametri FOT.
    1. Rispettare gli standard di laboratorio in merito ai parametri FOT da segnalare.
      NOTA: sebbene attualmente non vi sia consenso su quali variabili FOT includere, la norma tecnica ERS fornisce un esempio di quali parametri potrebbero essere riportati come mostrato nella Tabella 1 per i risultati dell'esempio di caso presentati di seguito.
  3. Utilizzare equazioni di riferimento della popolazione studiata utilizzando lo stesso dispositivo FOT (se disponibile).
    NOTA: molte equazioni di riferimento presuppongono una registrazione accurata di età, sesso, altezza e peso14.
  4. Facoltativamente, riportare sia la differenza assoluta che quella relativa se l'UFT è stata eseguita prima e dopo un broncodilatatore. Inoltre, includere la dose di salbutamolo.

6. Controllo qualità e manutenzione

  1. Impiegare un programma di controllo della qualità utilizzando controlli biologici (ad esempio, ≥2 individui sani non fumatori) che comporta test di routine su base periodica.
    1. Stabilire una linea di base (media ± SD) attraverso l'acquisizione di 10-20 misurazioni di replica prive di artefatti in giorni diversi (acquisite entro 2 settimane) da ciascun controllo biologico.
    2. Selezionare un parametro a bassa (5 Hz) e a media frequenza (20 Hz) per la resistenza e la reattanza da seguire per il controllo qualità. Nei successivi test periodici di routine, confrontare i risultati con le misure di base.
      NOTA: fare riferimento alle linee guida raccomandate per i laboratori di funzionalità polmonare17 per ulteriori dettagli su come valutare e attuare gli standard di garanzia della qualità. La frequenza dei test di controllo biologico (ad esempio, settimanali, mensili) dovrebbe riflettere il volume dei test in laboratorio.
  2. Segui le raccomandazioni dei produttori sulla manutenzione regolare come la pulizia, il cambio del filtro dell'aria, gli aggiornamenti software e la calibrazione di fabbrica.

Risultati

In primo luogo, un caso di un adulto sano viene presentato come un esempio pratico di acquisizione dei dati e di come il tecnico seleziona le singole misurazioni per la segnalazione (caso di esempio 1). In secondo luogo, viene fornito un esempio clinico di un paziente indirizzato per dispnea inspiegabile per l'acquisizione di FOT prima e dopo un broncodilatatore con enfasi sull'interpretazione (Caso Esempio 2). Si noti che i dispositivi FOT di due diversi produttori sono stati intenzionalmente utilizzati in questi esempi di casi per illustrare un approccio universale. Ulteriori dettagli sono forniti nella Tabella dei materiali.

Esempio di caso 1
LA FOT è stata eseguita in una femmina ispanica sana di 25 anni (Altezza: 164 cm, Peso: 84,9 kg). Il partecipante era un non fumatore, ha negato i sintomi respiratori e non aveva una storia di malattie polmonari o altra significativa storia medica passata. Si era astenuta dalla caffeina (≥8 ore) e dall'esercizio fisico vigoroso (≥24 ore). Ha avuto un recente esame spirometrico che è stato letto normalmente senza segni di ostruzione o restrizione: FEV1 / FVC: 0,88, FEV1: 3,30 L (98% previsto) e FVC: 3,70 L (97% previsto).

Dopo aver spiegato e dimostrato le procedure di prova, sono state ottenute tre misurazioni FOT con circa 1-2 minuti tra le registrazioni. L'ispezione visiva e l'algoritmo di controllo della qualità del software non hanno identificato alcun artefatto. Rrs a 5 Hz per le prime tre misurazioni è stato quindi esaminato per confermare il CoV all'interno della sessione (misurazioni individuali: 3,06, 3,79, 3,46 hPa·s · L-1; media: 3.44 hPa·s· L-1, deviazione standard: 0,36 hPa·s L-1, CoV = deviazione standard / media = 0,36 / 3,44 = 0,105 * 100 = 10,5%).

Poiché il CoV delle prime tre misurazioni era >10%, erano necessarie ulteriori misurazioni. È stata ottenuta una quarta misura (Rrs a 5 Hz = 3,40 hPa·s· L-1) e il CoV all'interno della sessione sono stati ricalcolati utilizzando tutte le misurazioni (misurazioni individuali: 3.06, 3.79, 3.46, 3.40 hPa·s· L-1; Media: 3.43 hPa·s· L-1; deviazione standard: 0.30 hPa·s· L-1; CoV = deviazione standard / media = 0,30 / 3,43 = 0,087 * 100 = 8,7%)

Poiché i criteri coV all'interno della sessione sono stati soddisfatti, gli indici FOT medi sono stati calcolati come media delle misurazioni. Queste misurazioni sono illustrate nella Figura 1 e riportate nella Tabella 1. Inoltre, per facilitare il confronto con i valori attesi, la Tabella 2 presenta i valori previsti in tutti gli indici FOT (dove sono disponibili valori previsti), i limiti inferiori di normale (LLN), i limiti superiori di normale (ULN), % di punteggi previsti e Z utilizzando equazioni di riferimento standard che considerano età, sesso e peso14.

Esempio di caso 2
Un maschio caucasico di 48 anni (Altezza: 185 cm, Peso: 89 kg) è stato indirizzato al nostro centro per la valutazione della tosse cronica e della dispnea da sforzo senza causa evidente (ad esempio, farmaci, malattie respiratorie o cardiovascolari o comorbidità di salute mentale). Era un non fumatore per tutta la vita, ma ha approvato l'esposizione a vapori, gas, polvere e fumi durante un dispiegamento militare di 7 mesi in Iraq. Sono stati eseguiti test completi di funzionalità polmonare (cioè pletismografia corporea, spirometria broncodilatatrice e capacità di diffusione polmonare per il monossido di carbonio) e tutti i risultati sono stati entro i limiti normali. L'UFT è stato eseguito prima e 15 minuti dopo la somministrazione di broncodilatatore (4 sbuffi di salbutamolo da 100 μg tramite inalatore a dose dosata con distanziatore) (Figura 2). I dati dei singoli studi e i valori medi sono presentati nella Tabella 3 pre- e post-somministrazione broncodilatatore; poiché ogni prova era tecnicamente accettabile, le misurazioni pre e post broncodilatatore, così come la loro differenza assoluta e relativa, sono riportate nella Tabella 4. Inoltre, i valori previsti, la % di previsti, LLN e ULN sono riportati utilizzando equazioni di riferimento standard che considerano età, sesso e peso14.

Abbiamo delimitato le variabili riportate nella Tabella 3 e nella Tabella 4 per semplificare l'illustrazione di due concetti: 1) determinare le risposte anormali rispetto a quelle normali e 2) reversibilità del broncodilatatore. Per le misurazioni Rrs, i valori che superano l'ULN (cioè la resistenza elevata) sono considerati anormali. Qui, Rrs pre-broncodilatatori a 4 Hz (3.32 hPa·s· L-1) supera l'ULN (2,59 hPa·s· L-1) ed è il 155% del valore previsto ([3,32 / 2,14] * 100 = 155,14). Dopo somministrazione di broncodilatatori, gli Rrs a 4 Hz sono stati ridotti del 45,78% superando il 95° percentile riportato da Oostveen et al.14 (cioè -32% per Rrs a 4 Hz). Questa risposta indicherebbe una risposta broncodilatatore positiva nella resistenza. Inoltre, il valore osservato post-broncodilatatore è normalizzato (cioè, è diventato rappresentativo di quello che è considerato un valore normale) ed è l'84,1% del valore previsto ([1,80 / 2,14] * 100 = 84,11).

Xrs a 4 Hz viene interpretato in modo diverso in quanto i valori osservati sono negativi. Pertanto, i valori anormali sono quelli che superano il LLN (cioè una reattanza più negativa). Qui, l'individuo aveva un pre-broncodilatatore (-0,98 hPa·s· L-1) e post-broncodilatatore (-0,83 hPa·s· L-1) valori superiori al LLN (-1,11 hPa·s· L-1). La differenza tra pre- e post-broncodilatatore era di circa il 15%, che è inferiore al 95 ° percentile riportato da Oostveen et al.14 (cioè , +33,8% in Xrs a 4 Hz). Pertanto, tutti i valori Xrs sono considerati normali.

L'area di reattanza (o AX) è l'area integrata della reattanza a bassa frequenza e, quindi, è un valore positivo. I valori AX anormali sono quelli che superano l'ULN, riflettendo una reattanza più negativa. Come Xrs a 4 Hz, pre-broncodilatatore AX (2.77 hPa·s· L-1) e AX post-broncodilatatore (1,23 hPa·s· L-1) sono entrambi al di sotto dell'ULN. Sebbene ci sia stata una riduzione del -55% dal valore pre- a post-broncodilatatore, questo scende al di sotto del 95 ° percentile riportato da Oostveen et al.14 (cioè -56,0% per AX a 4 Hz). Nel complesso, anche AX è considerato normale.

figure-results-1
Figura 1: Resistenza respiratoria (Rrs) e reattanza (Xrs) in funzione della frequenza di oscillazione (Hz) in un adulto sano. La ± SD di tutte le repliche sono tracciate per Rrs (cerchi blu) e Xrs (quadrati rossi) a ciascuna frequenza misurata. Ogni punto dati rappresenta le misurazioni totali o dell'intero respiro. I dati sono stati raccolti utilizzando un dispositivo che impiega uno pseudocasuale, tipo di segnale relativo ai primi nell'intervallo 5-37 Hz. Si prega di consultare la Tabella dei materiali per ulteriori dettagli relativi a questo dispositivo. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

figure-results-2
Figura 2: Valutazione pre- e post-broncodilatatore. Resistenza respiratoria (Rrs; blu) e reattanza (Xrs; rosso) prima (cerchi aperti) e dopo (triangoli aperti) somministrazione broncodilatatore. Le linee rosse tratteggiate rappresentano i limiti superiore e inferiore della normale per Rrs e Xrs, rispettivamente14. I dati sono stati raccolti utilizzando un dispositivo che impiega un tipo di segnale pseudocasuale nell'intervallo 4-48 Hz. Si prega di consultare la Tabella dei materiali per ulteriori dettagli relativi a questo dispositivo. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

VariabileT1T2 ·T3 ·T4 ·MedioSD
Rrs5 ·3.063.793.463.403.430.30
Rrs5 (insp)3.303.453.343.643.430.15
Rrs11 ·2.774.023.082.893.190.57
Rrs19 ·2.923.713.303.133.270.33
Rrs5-19 ·0.140.080.150.260.160.08
Xrs5 ·-0.90-0.76-0.69-0.90-0.810.11
Xrs5 (insp)-1.44-0.91-0.86-1.08-1.070.26
Xrs5 (exp)-0.63-0.46-0.55-0.77-0.600.13
Delta Xrs5-0.81-0.45-0.31-0.31-0.470.24
Xrs11 ·-0.04-0.090.00-0.09-0.060.04
Xrs19 ·0.920.861.120.940.960.11
ASCIA2.832.572.052.982.610.41
Fres ·11.2711.6210.9911.5711.360.29
Vt0.900.980.950.610.860.17

Tabella 1: Segnalazione standard di alcuni parametri UFT: riepilogo delle prove. Questa tabella illustra tutte le repliche di misurazione tra gli studi (T1-T4) e le loro statistiche di riepilogo (medie e deviazioni standard (SD)). I valori medi in tutte le prove vengono utilizzati per rappresentare la sessione di test. I parametri comuni sono elencati in Variabile. La resistenza (Rrs) e la reattanza (Xrs) sono fornite per interi respiri a 5, 11 e 19 Hz, nonché durante l'ispirazione a 5 Hz (Rrs5 (insp) e Xrs5 (insp)). Ulteriori parametri riportati includono l'area di reattanza (AX) a 5 Hz, la frequenza di risonanza (Fres) e il volume di marea (Vt).

VariabilePrevistoLLN ·ULN ·Media baseline% di previstoPunteggio Z
Rrs5 ·3.76-4.113.4391%-0.34
Rrs5 (insp)---3.43--
Rrs11 ·2.74-3.183.19116%-0.33
Rrs19 ·3.52-3.923.2793%-0.3
Rrs5-19 ·0.14--0.16118%0.05
Xrs5 ·-1.37-1.50--0.8159%1.32
Xrs5 (insp)----1.07--
Xrs5 (exp)----0.60--
Delta Xrs5----0.47--
Xrs11 ·-0.14-0.26--0.0536%0.22
Xrs19 ·---0.96--
ASCIA4.085.112.6164%-0.64
Fres ·12.73-13.1411.3689%-

Tabella 2: Segnalazione standard di parametri UFT selezionati: valori di riferimento e previsti. Attualmente non esiste un consenso su quali parametri dell'UFT includere in una relazione di base; tuttavia, la norma tecnica ERS fornisce un esempio di quali parametri potrebbero essere segnalati4, che sono inclusi nella tabella di accompagnamento. Questa tabella illustra i valori medi di misurazione riportati dalla sessione di prova e i valori di riferimento di accompagnamento attualmente disponibili. I parametri comuni sono elencati in Variabile. La resistenza (Rrs) e la reattanza (Xrs) sono fornite per interi respiri a 5, 11 e 19 Hz, nonché durante l'ispirazione a 5 Hz (Rrs5 (insp) e Xrs5 (insp)). Ulteriori parametri riportati includono l'area di reattanza (AX) a 5 Hz e la frequenza di risonanza (Fres). Per i parametri con valori di riferimento disponibili14, vengono calcolati anche i valori previsti, % previsti, inferiori e superiori della norma (LLN, ULN) e Z-score.

Pre-broncodilatatorePost-Broncodilatatore
VariabileT1T2 ·T3 ·MedioSDT1T2 ·T3 ·MedioSD
Rrs ·3.343.213.423.320.111.811.891.691.800.10
Xrs ·-1.25-0.72-0.98-0.980.26-0.42-1.32-0.74-0.830.45
ASCIA2.502.022.792.440.390.731.951.011.230.64

Tabella 3: Interpretazione della resistenza a bassa frequenza (Rrs), della reattanza (Xrs) e dell'area di reattanza (AX): riepilogo delle prove. Questa tabella illustra tutte le repliche di misurazione tra gli studi (pre e post broncodilatatore) e le loro statistiche di riepilogo (medie e deviazioni standard (SD)). I valori medi in tutti gli studi vengono utilizzati per rappresentare i valori della sessione di test per le medie basali (pre-broncodilatatore) e post-broncodilatatore.

VariabilePrevistoLLN ·ULN ·Media baseline% di previstoPost BD Avg% di previstoCambiamento assolutoVariazione %
Rrs ·2.14NA2.593.32155%1.8084%1.52-45.78%
Xrs ·-0.97-1.11NA-0.98101%-0.8386%-0.1515.31%
ASCIA2.15NA3.082.44113%1.2357%1.21-49.59%

Tabella 4: Interpretazione della resistenza a bassa frequenza (Rrs), della reattanza (Xrs) e dell'area di reattanza (AX): valori di riferimento e previsti. Rrs, Xrs e AX a bassa frequenza (4 Hz) sono riportati insieme ai corrispondenti valori previsti, % del previsto e ai limiti inferiori (LLN) e superiori (ULN) del normale14. Le misurazioni prima (Baseline Avg) e dopo (Post BD Avg) il broncodilatatore sono presentate insieme alla corrispondente variazione assoluta e relativa (% Change).

Discussione

La recente norma tecnica ERS su FOT4 sottolinea la necessità di un maggiore rigore e standardizzazione della misurazione. È necessaria una stretta aderenza a diversi passaggi critici prima, durante e dopo il test. Si raccomanda di eseguire l'UFT prima di manovre più dipendenti dallo sforzo che richiedono respiri profondi come la pletismografia corporea e la capacità di diffusione. La verifica da parte dell'utente finale del carico di prova con impedenza nota è richiesta almeno ogni giorno o immediatamente prima della prova. Istruzioni chiare, coerenti e precise fornite da personale qualificato possono ridurre al minimo le variabilità estrinseche nella raccolta dei dati. Ogni laboratorio di ricerca o clinico dovrebbe sviluppare il proprio protocollo che implementa le tecniche di coaching minime raccomandate dalle linee guida tecniche ERS. È fondamentale che durante ogni manovra gli utenti finali possano osservare, identificare e correggere potenziali errori che possono essere riscontrati, come perdite di bocca, chiusura glottica, tosse e modelli di respirazione instabile. Sebbene alcuni errori possano essere difficili da valutare in tempo reale, gli utenti finali non dovrebbero dipendere esclusivamente dal rilevamento automatico dal dispositivo specifico utilizzato. I criteri accettabili stabiliti dal fabbricante dovrebbero essere accuratamente rivisti e i criteri aggiuntivi dovrebbero aderire alle dichiarazioni ERS. Sebbene ogni dispositivo generi un rapporto unico, è possibile una segnalazione standardizzata dei parametri FOT e può facilitare il confronto tra laboratori e studi. Infine, rigorose procedure di controllo della qualità, compresa la valutazione di routine dei controlli biologici sani, devono essere eseguite sia in ambito di ricerca che clinico.

La stretta aderenza a un protocollo standardizzato ridurrà al minimo la variabilità delle prestazioni. Tuttavia, raggiungere un CoV ≤10% può ancora essere difficile, e forse non sempre possibile in quelli con malattia delle vie aeree. Spetta al tecnico sforzarsi di ridurre al minimo la variabilità e ci sono diverse strategie da considerare quando non è possibile ottenere un CoV ≤10%. In primo luogo, assicurarsi che la misurazione sia acquisita in circostanze simili per ogni replica. Ciò include il monitoraggio della postura dell'individuo, il posizionamento delle mani e l'aderenza ad altre istruzioni. Il tecnico può prendere in considerazione la possibilità di ripetere le istruzioni iniziali, fornire ulteriori dimostrazioni visive e offrire all'individuo un intervallo di riposo prolungato. Sulla base dell'esperienza, si è scoperto che una ragione comune per l'eccessiva variabilità include l'adozione di una diversa posizione seduta tra le misurazioni replicate in base alla quale gli individui possono riposizionarsi per ottenere una posizione più comoda o sforzarsi di raggiungere il boccaglio. Questo è più comune quando si utilizzano dispositivi FOT portatili progettati per essere tenuti dal tecnico in cui la posizione del boccaglio non è fissa. Per risolvere questo problema, è possibile acquistare supporti per bracci flessibili, progettati per contenere dispositivi elettronici come le telecamere, che possono essere rapidamente fissati a una scrivania o a un tavolo e adattarsi al posizionamento individuale. Dopo aver assicurato che le prestazioni siano appropriate e coerenti tra le misurazioni di replica, il tecnico deve acquisire ulteriori repliche.

A differenza della spirometria, per cui si raccomanda un massimo di otto tentativi per evitare l'affaticamento, non esiste un numero massimo di repliche raccomandate per l'UFT probabilmente a causa del suo approccio indipendente dallo sforzo. In pratica, alcuni ricercatori acquisiscono fino a otto misurazioni di replica18 e una regola empirica simile di un massimo di 10 misurazioni viene utilizzata nel nostro laboratorio. Stabilire un limite superiore è praticamente importante per definire la fine di una sessione di test. Ciò è particolarmente rilevante per gli individui con malattie respiratorie per cui coV superiore al 10% può riflettere i processi patologici sottostanti piuttosto che uno scarso sforzo. Harkness et al.18 hanno recentemente descritto la loro esperienza con queste popolazioni di pazienti e hanno suggerito che un cut-off più liberale (CoV fino al 20%) può ancora essere segnalato per l'interpretazione clinica. Ogni clinica e laboratorio di ricerca dovrebbe bilanciare tra decisioni pratiche come il vincolo di tempo, la capacità dell'esaminando e il livello di affaticamento, nonché la probabilità di raggiungere il limite di CoV. Un approccio da considerare è l'implementazione di un sistema di classificazione. Ad esempio, una volta ottenute almeno tre misurazioni di replica prive di artefatti da un massimo di 10 tentativi, applicare un grado di lettera corrispondente ai livelli di CoV, ovvero "A" ≤10%; 'B' > 10% e ≤15%; 'C' > 15% e ≤20%; e 'D' > 20%. Ulteriori strategie da considerare possono includere la modifica dei parametri di acquisizione software e hardware per ottenere respiri più completi. Ad esempio, alcuni produttori hanno impostazioni per adattarsi a periodi di registrazione maggiori e / o epoche di registrazione estese per ottenere più del minimo raccomandato da ERS di tre respiri completi. Quando si riportano i risultati dell'UFT, è imperativo divulgare tutti i parametri di acquisizione per facilitare l'interpretazione e il confronto con altra letteratura pubblicata. I parametri di acquisizione dell'UFT continuano ad essere esaminati attivamente e probabilmente comporteranno future modifiche alle prestazioni e alla misurazione dell'UFT.

In questo documento, l'obiettivo è quello di evidenziare la più recente tecnologia e applicazione di FOT, nonché di fornire un protocollo standardizzato per i test negli adulti. Tuttavia, è importante riconoscere i limiti associati all'UFT. In primo luogo, le misurazioni dell'impedenza sono particolarmente sospette per artefatti come le influenze extra-toraciche4. Pertanto, l'attuale protocollo si concentra sulla riduzione al minimo di questa influenza, come garantire un adeguato supporto della guancia durante l'acquisizione. Inoltre, le interruzioni del flusso (ad esempio, lingua che copre il boccaglio, deglutizione, respiri erranti) precludono una misurazione accurata e si traducono in un minor numero di respiri validi per i calcoli Zrs19. In secondo luogo, sebbene FOT sia facile da eseguire dal punto di vista del paziente, identificare questi artefatti e interpretare l'output è difficile per il tecnico e il clinico20. Ad esempio, gli attuali dispositivi FOT producono una notevole quantità di dati per caratterizzare la meccanica respiratoria di un individuo; tuttavia, la scarsità di valori di riferimento e il consenso intorno alle variabili chiave sono fattori che rallentano la sua adozione clinica. Allo stesso modo, mentre si raccomanda di ottenere almeno tre prove prive di artefatti4, se più di tre prove vengono eseguite e ritenute accettabili, non esiste attualmente un consenso sui metodi raccomandati per selezionare quale di queste prove viene utilizzata per rappresentare la sessione di test. Pertanto, l'utilità clinica dell'UFT in una varietà di malattie delle vie aeree continua ad essere attivamente studiata. Infine, da un punto di vista tecnico, vi è eterogeneità tra i produttori di FOT rispetto a quanto segue: i) forme d'onda di frequenza, ii) algoritmi per il rilevamento degli errori e iii) analisi inter-e intra-respiro2,21,22,23,24. Gran parte delle limitazioni di cui sopra possono essere affrontate seguendo un protocollo standardizzato e una segnalazione trasparente dei parametri di output e di registrazione.

I test di funzionalità polmonare includono tradizionalmente misurazioni dei volumi e delle capacità polmonari e dell'efficacia dello scambio di gas, che richiedono istruzioni, cooperazione e sforzi significativi sia da parte degli esaminatori che degli esaminati. Inoltre, una miscela di gas a varie concentrazioni viene spesso inalata durante le manovre, che alcuni potrebbero considerare tecniche invasive. Questi contrastano con FOT, in cui le proprietà meccaniche dei polmoni come Rrs, elastanza e inertanza vengono esaminate utilizzando frequenze oscillatorie meno invasive. Pertanto, l'UFT può servire come utile aggiunta a una valutazione completa della funzione polmonare. Ad esempio, l'UFT può offrire una visione clinica unica in scenari in cui i sintomi sono sproporzionati rispetto ai tradizionali test di funzionalità polmonare, come quelli con esposizione professionale e/o dispnea inspiegabile9,11. Inoltre, l'UFT può essere importante anche per lo screening delle persone a più alto rischio di future malattie polmonari come i fumatori asintomatici25 e quelle con esposizioni ambientali26. Infine, dati più recenti hanno identificato che l'UFT può anche essere di grande aiuto per il monitoraggio quotidiano di alcune condizioni patologiche come la broncocostrizione indotta dall'esercizio27 e i sintomi polmonari correlati all'artrite reumatoide28. Il presente articolo si concentra sull'applicazione dell'UFT nella popolazione adulta, sebbene l'utilità clinica e di ricerca dell'UFT sia stata ben descritta anche nelle popolazioni pediatriche29,30.

Le direzioni future per la ricerca dovrebbero concentrarsi ulteriormente sugli aspetti tecnici e prestazionali dell'UFT, come la standardizzazione della presentazione e della rendicontazione dei dati, nonché la caratterizzazione della variabilità e della ripetibilità associate. In ambito clinico, l'UFT può essere ampiamente utilizzato per la valutazione della dispnea e la diagnosi precoce delle malattie croniche delle vie aeree o delle manifestazioni polmonari sistemiche associate a malattie in tutte le fasce d'età.

Dichiarazioni

Tutti gli autori non hanno dichiarato conflitti finanziari.

Ringraziamenti

Questo lavoro è stato sostenuto, in parte, dall'aggiudicazione del contratto #10010115CN2 dell'Electric Power Research Institute. I contenuti non rappresentano le opinioni del Dipartimento degli Affari dei Veterani degli Stati Uniti o del Governo degli Stati Uniti.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Quark i2MCosmedn/ahttps://www.cosmed.com/en/products/pulmonary-function/quark-i2m
Software (versione): PFTSuite (10.0e)
Tipo di segnale: Pseudo-random
Frequenze (Hz): 4, 6, 8, ..., 48
Resmon ProMGC Diagnosticsn/ahttps://mgcdiagnostics.com/products/resmon-pro-v3-forced-oscillation-technique
Software (versione): Pro Full (v3)
Tipo di segnale: Pseudocasuale, primi relativi
Frequenze (Hz): 5, 11, 19
Tremoflo C-100Thorasysn/ahttps://www.thorasys.com/
Software (versione): tremfolo (1.0.43)
Tipo di segnale: Numeri primi relativi pseudo-casuali
Frequenze (Hz): 5, 11, 14, 17, 19, 23, 29, 31, 37

Riferimenti

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