Ekspiratorni protok se mjeri tako da pacijent udahne što dublje može (usne moraju biti dobro priljubljene uz usnik) a izdahne snažno i potpuno što je moguće brže u aparat koji bilježi volumen izdahnutog zraka (forsirani vitalni kapacitet [FVC]) i volumen zraka izdahnut u prvoj sekundi (forsirani ekspiratorni volumen u 1 sekundi [FEV₁]—vidi sliku). Većina novijih uređaja mjeri samo protok zraka i dobivene vrijednosti integrira s vremenom kako bi izračunali izdahnuti volumen.

Inspiratorni protok i volumen određuje se tako da pacijent izdahne što je moguće više (do kraja), a zatim snažno udahne.

Ovi manevri daju nekoliko mjera:

• FVC: Maksimalna količina zraka koju pacijent može snažno izdahnuti nakon što maksimalno udahne

• FEV₁: Volumen zraka izdahnut u prvoj sekundi

• Vršni ekspiratorni protok (PEF): Maksimalna brzina protoka zraka dok pacijent izdiše

FEV₁ je najbolji pokazatelj protoka zraka, a posebno je koristan u dijagnostici i praćenju bolesnika s opstruktivnim plućnim bolestima (npr. astma, KOPB).

FEV₁ i FVC pomažu razlučiti opstruktivne od restriktivnih bolesti pluća. Ako je FEV₁ normalan, ireverzibilna opstruktivna bolest pluća nije vjerojatna, dok normalan FVC čini restriktivnu bolest pluća malo vjerojatnom.

Normalan spirometrijski nalaz.

FEF25–75% = forsirani ekspiratorni protok izmjeren tijekom izdisaja pri 25 do 75% FVC; FEV1= forsirani ekspiratorni volumen u prvoj sekundi nakon maksimalnog inspirija (udahnutog forsiranog vitalnog kapaciteta); FVC = forsirani vitalni kapacitet (maksimalna količina zraka snažno izdahnutog nakon maksimalnog inspirija).

Vršni ekspiratorni protok (PEF) je vršni protok zraka u početnom dijelu ekspirija. Prvenstveno služi za kućnu kontrolu bolesnika koji imaju astmu (astmatičara) i za određivanje dnevnih kolebanja (razlika) u protoku zraka.

Tumačenje ovih nalaza ovisi o vještini (suradnji) bolesnika pri izvođenju testa što se obično poboljša demonstracijom i uvježbavanjem. Prihvatljivi spirogrami pokazuju:

• ispravno početno izvođenje testa (npr. brz i snažan početak ekspirija)

• bez kašljanja

• glatke krivulje

• ekspirij ne završava prerano (npr. ekspirij traje najmanje 6 sekundi bez promjene volumena do zadnje sekunde)

Ponovljeno mjerenje se podudara s ranijim mjerenjima uz odstupanje unutar 5% ili 100 ml. Rezultate koji ne zadovoljavaju ove minimalno prihvatljive kriterije treba oprezno tumačiti.

Plućni volumeni (vidi sliku) određuju se mjerenjem funkcionalnog rezidualnog kapaciteta (FRC) i spirometrijom. FRC je količina zraka koja ostaje u plućima nakon normalnog izdisaja. Ukupni kapacitet pluća (TLC) je volumen zraka koji se nalazi u plućima na kraju maksimalne inspiracije.

Normalni plućni volumeni.

ERV = ekspiratorni rezervni volumen; FRC = funkcionalni rezidualni kapacitet; IC = inspiratorni kapacitet; IRV = inspiratorni rezervni volumen; RV = rezidualni volumen; TLC = ukupni kapacitet pluća; VC = vitalni kapacitet; VT= dišni volumen. FRC = RV + ERV; IC = VT + IRV; VC = VT+ IRV + ERV.

Kod metode ispiranja dušika iz pluća pacijent maksimalno izdahne do FRC-a, a zatim iz spirometra udiše 100% kisik. Test završava kada je koncentracija dušika u izdahnutom zraku nula. Sakupljeni volumen izdahnutog dušika iz pluća jednak je 81% FRC-a na početku testa.

Kod metode ekvilibracije helija, pacijent izdahne do FRC, a zatim se povezuje sa zatvorenim sustavom koji sadrži poznati volumen helija i kisika. Koncentracija helija mjeri se sve dok ne bude jednaka pri udahu i izdahu, što je dokaz da je izjednačena s volumenom plina u plućima, koji se izračuna razrjeđivanjem helija.

Obje navedene metode mogu dati niže vrijednosti FRC (lažno niže vrijednosti) jer mjere samo zapremninu plućnog prostora koji komunicira s dišnim putovima. Kod pacijenata s ozbiljno ograničenim protokom zraka, značajan volumen zarobljenog plina može komunicirati neznatno ili nikako.

Tjelesna pletizmografija oslanja se na Boyleov zakon za mjerenje stlačenog volumena unutar toraksa i daleko je preciznija od metoda razrjeđivanja plinova. Dok sjedi u hermetički zatvorenoj kabini i diše (sa štipaljkom na nosu) kroz zatvoreni usnik (povezan pneumotakografom s pregradom, koja se može otvarati i zatvarati) pacijent pokušava udahnuti do FRC-a. Kako se stijenka prsnog koša širi, tlak u zatvorenoj kutiji raste. Poznavanje volumen kutije prije inspirija i tlaka u kutiji prije i nakon inspiratornog napora omogućuje izračunavanje promjene volumena kutije, koja mora biti jednaka promjeni volumena pluća.

Boyleov zakon:

gdje je P tlak, a V volumen

Iz poznate vrijednosti FRC-a moguće je odrediti plućne subvolumene bilo da se izmjere spirometrijski ili izračunaju (vidi sliku). FRC normalno iznosi oko 40% TLC-a.

Za razliku od spirograma, koji pokazuje protok (u L) u određenom vremenu (u sek), krivulja protok– volumen (vidi sliku) prikazuje u kakvom su odnosu protok (u L/sek) i plućni volumen (u L) tijekom maksimalnog inspirija do potpunog ekspirija (rezidualni volumen [RV]) i tijekom maksimalnog ekspirija do potpunog inspirija (TLC). Glavna prednost krivulje protok–volumen je ta što može pokazati je li protok zraka odgovarajući za određeni volumen pluća. Na primjer, protok zraka normalno je sporiji pri malom volumenu pluća jer je pri manjem volumenu pluća elastična sila slabija. Budući da bolesnici s plućnom fibrozom imaju male plućne volumene, čini se da je protok smanjen ako se mjeri izolirano. Međutim, ako se protok mjeri zajedno s plućnim volumenima, postaje očito da je protok zraka ustvari veći nego normalno (zbog povećane elastičnosti karakteristične za fibrozna pluća).

Krivulje protok–volumen

(A.) Normalan nalaz. Inspiratorni dio krivulje je simetričan i konveksan. Ekspiratorni dio je ravan. Obično se brzina protoka mjeri i uspoređuje na polovini inspiratornog i ekspiratornog kapaciteta. Maksimalni inspiratorni protok pri 50% forsiranog vitalnog kapaciteta (MIF 50% FVC) je veći nego maksimalni ekspiratorni protok pri 50% FVC (MEF 50% FVC) jer u ekspiriju dolazi do dinamičkog pritiska na dišne putove. (B.) Opstruktivna bolest (npr. emfizem, astma). Premda su brzine svih protoka smanjene, dominira produžen ekspirij, MEF < MIF. Vršni ekspiratorni protok ponekad se koristi za procjenu stupnja opstrukcije, no uvelike ovisi o uloženom naporu (suradnji) bolesnika. (C.) Restriktivna bolest (npr. bolest plućnog interstricija, kifoskolioza). Krivulja je uža jer su smanjeni plućni volumeni, iako je njen oblik (izgled) isti kao i kod normalnog nalaza. Brzine protoka su veće od normale pri odgovarajućim plućnim volumenima zato jer povećana elastičnost pluća drži dišne putove otvorenima. (D.) Fiksirana (stalna) opstrukcija gornjih dišnih putova (npr. stenoza traheje, struma). Vrh i dno krivulje su zaravnjeni, tako da krivulja oblikom gotovo nalikuje na pravokutnik. Fiksirana opstrukcija ograničava protok jednako u inspiriju i ekspiriju, a MEF = MIF. (E.) Promjenljiva ekstratorakalna opstrukcija (npr. paraliza jedne glasnice, disfunkcija glasnica). Kad je paralizirana jedna glasnica, ona se pasivno pomiče sukladno gradijentu tlaka u glotisu. Tijekom forsiranog inspirija, povučena je unutra, što dovodi do smanjenog inspiratornog protoka. Tijekom forsiranog ekspirija, glasnica je pasivno priljubljena u stranu, pa je ekspiratorni protok nepromijenjen. Zato je MIF 50% FVC < MEF 50% FVC. (F.) Promjenljiva intratorakalna opstrukcija (npr. traheomalacija). Tijekom forsiranog inspirija negativan pleuralni tlak drži “labavu” traheju otvorenom. Tijekom forsiranog ekspirija traheja se zbog gubitka čvrstoće (hrskavičnih prstenova) sužava pa se na ekspiratornom dijelu krivulje pojavljuje plato radi smanjenog protoka. Vidljivo je kratkotrajno razdoblje normalnog protoka prije nego li se traheja suzi.

Najčešće respiratorne bolesti mogu se razvrstati na opstruktivne i restriktivne prema brzini protoka i plućnim volumenima (vidi tablicu).

Opstruktivna bolest smanjuje brzinu protoka, posebno vrijednost FEV₁ i FEV₁ izraženu kao postotak od FVC (FEV₁/FVC). Stupanj redukcije FEV₁ u odnosu na očekivane vrijednosti određuje stupanj opstrukcije (vidi tablicu). Opstrukcija je posljedica:

• povećanog otpora protoku zraka, a uzrokovana je suženjem promjera dišnih putova (npr. tumori, sekrecija, zadebljanje sluznice)

• promjena u stijenci dišnih putova (npr. kontrakcija glatkih mišića, edem)

• smanjene elastičnosti (npr. razaranje parenhima kod emfizema)

Kad je brzina protoka zraka smanjena, ekspirij traje duže nego obično pa zrak ostaje zarobljen u plućima zbog nepotpunog pražnjenja i povećanih plućnih volumena (npr. TLC, RV).

Poboljšanje FEV₁ i FEV₁/FVC ≥ 12% ili za 200 ml nakon primjene bronhodilatatora potvrđuje dijagnozu astme ili hiperreaktivnosti dišnih putova. Međutim, neki astmatičari mogu imati normalnu plućnu funkciju i normalne spirometrijske parametre između egzacerbacija. Ako postoji izrazita sumnja na astmu unatoč normalnoj spirometriji, indiciran je bronhoprovokacijski test s metakolinom, sintetskim analogom acetilkolina, koji je nespecifični bronhalni iritans, kako bi se otkrila ili isključila bronhokonstrikcija. Kod metakolinskog bronhoprovokacijskog testa, spirometrijski parametri se određuju u bazalnim uvjetima (prije pretrage) te nakon udisanja sve većih koncentracija metakolina. Koncentracija metakolina koja uzrokuje 20% pad FEV₁ naziva se PC₂₀. Pojedini laboratoriji različito definiraju bronhalnu hiperreaktivnost, ali uglavnom provokacijska koncentracija metakolina FEV₁ 1 mg/ml koja uzrokuje pad PC₂₀ od bazalne vrijednosti za 20% (<) smatra se dijagnostičkom za astmu, dok PC₂₀ > 16 mg/ml isključuje astmu. Vrijednosti PC₂₀ između 1 i 16 mg/ml su neuvjerljiv nalaz (bez dijagnostičke vrijednosti).

Testiranje pri fizičkom opterećenju (spiroergometrija) može poslužiti za otkrivanje bronhokonstrikcije izazvane naporom ali je taj test manje osjetljiv nego metakolinski bronhoprovokacijski test za otkrivanje opće hiperreaktivnosti dišnih putova. Pacijent hoda po pokretnoj traci ili vozi biciklergometar 6 do 8 min brzinom (snagom) koja ubrza puls do 80% od maksimalne očekivane srčane frekvencije. FEV₁ i FVC se određuju prije te 5, 15 i 30 minuta nakon opterećenja. Bronhospazam izazvan naporom snižava FEV₁ ili FVC ≥ 15% nakon opterećenja.

Eukapnička hotimična hiperventilacija (EVH) također se može koristiti za dijagnosticiranje bronhoopstrukcije izazvane naporom i metoda je koju je prihvatio Međunarodni olimpijski odbor. EVH uključuje hiperventilaciju smjese plinova koja sadrži 5% ugljičnog dioksida i 21% kisika pri 85% maksimalne hotimične ventilacije u trajanju od 6 minuta. Zatim se mjeri FEV₁ u određenim vremenskim razmacima nakon testa. Kao i kod drugih bronhoprovokacijskih testova, pad FEV₁ koji ima dijagnostičku vrijednost za bronhospazam izazvan naporom razlikuje se od laboratorija do laboratorija.

Restriktivna bolest smanjuje plućni volumen, posebno TLC < 80% od očekivane vrijednosti. Smanjenje TLC određuje težinu restrikcije (vidi tablicu). Smanjenje plućnih volumena dovodi do smanjenja brzine protoka zraka (smanjen FEV₁—vidi sliku B). Međutim, protok zraka u odnosu na specifičan volumen je povećan, pa je omjer FEV₁/FVC normalan ili povećan.

Restriktivne bolesti nastaju zbog:

• gubitka plućnog volumena (npr. lobektomija)

• anatomskih promjena okolnih struktura (npr. bolesti pleure, kifoza, pretilost)

• slabosti inspiratorne muskulature (npr. živčanomišićne bolesti)

• bolesti plućnog parenhima (npr. plućna fibroza)

Zajednička značajka svima je smanjenje rastezljivosti (popustljivosti) pluća, stijenke prsnog koša ili oboje.