Mjerenja brzine protoka zraka i plućnih volumena služe za razlučivanje opstruktivnih od restriktivnih bolesti pluća, za određivanje težine bolesti i za procjenu terapijskog odgovora. Dobivene vrijednosti su izražene kao apsolutne vrijednosti protoka i volumena i kao postotne vrijednosti od očekivanih referentnih vrijednosti koje vrijede za široku zdravu populaciju. Parametri o kojima ovise očekivane normalne (referentne) vrijednosti su dob, spol, rasa i visina.
Kontroverzno je treba li parametre korigirati uzimajući u obzir etničku pripadnost. Na primjer, povijesne skupine prvenstveno odraslih Amerikanaca i Europljana pokazale su niže plućne volumene u više nebijelih etničkih skupina (npr. crnci, Hispanjolci, Azijati) nego u bijelaca. Međutim, neki smatraju da su okolišni i drugi negenetski čimbenici jednako važni ili važniji od genetskih razlika u objašnjenju tih razlika. Studije su otkrile da neprilagođene vrijednosti protoka i volumena bolje predviđaju ishode pacijenata od etnički prilagođenih vrijednosti, što sugerira da ove prilagodbe mogu rezultirati nedovoljnim prepoznavanjem (a time i nedovoljnim liječenjem) istinskog smanjenja plućne funkcije kod osoba koje nisu bijelci.
Predviđene vrijednosti testova plućne funkcije (PFT)Predviđene vrijednosti testova plućne funkcije za djevojčice MultiCalcPredviđene vrijednosti testova plućne funkcije za dječake MultiCalcPrilagođene predviđene vrijednosti testova plućne funkcije za žene MultiCalcPrilagođene predviđene vrijednosti testova plućne funkcije za muškarce MultiCalc
Protok zraka
Inspiratorni i ekspiratorni protok zraka kvantitativno se određuje forsiranom spirometrijom. Nosnice se stisnu (zatvore) štipaljkom.
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 Normalni spirogram). 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 parametara:
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 [kronična opstruktivna plućna bolest]).
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 nalazFEF25–75% = 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).  |
Forsirani ekspiratorni protok izmjeren tijekom izdisaja pri 25 do 75% FVC može biti osjetljiviji pokazatelj blage opstrukcije malih dišnih putova nego FEV1, ali mu je reproducibilnost loša.
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:
Ponovljeno mjerenje se podudara s ranijim mjerenjima uz odstupanje unutar 5% ili 100 ml. Rezultate koji ne zadovoljavaju ove minimalno prihvatljive kriterije treba tumačiti s oprezom.
Predviđanje vršnog ekspiratornog protoka
Plućni volumeni
Plućni volumeni određuju se mjerenjem funkcionalnog rezidualnog kapaciteta (FRC). 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 maksimalnog inspirija.
Normalni plućni volumeniERV = 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.  |
FRC se određuje metodom razrjeđivanja plina ili tjelesnom pletizmografijom (što je preciznije kod pacijenata koji imaju ograničen protoka zraka i zarobljeni zrak).
Razrjeđivanje zraka oslanja se na:
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 (izjednačavanje koncentracije) 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, što se zatim izračuna na temelju nastale promjene koncentracije helija (razrjeđenja 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 kabini raste. Poznavanje volumen kabine prije inspirija i tlaka u kabini prije i nakon inspiratornog napora omogućuje izračunavanje promjene volumena u kabini, koja mora biti jednaka promjeni volumena u plućima.
Boyleov zakon
P = tlak; V = volumen
Iz poznate vrijednosti FRC-a moguće je odrediti plućne subvolumene bilo da se izmjere spirometrijski ili izračunaju (vidi sliku Normalni plućni volumeni). FRC normalno iznosi oko 40% TLC-a.
Volumen pluća Multicalc
Krivulja protok–volumen
Za razliku od spirograma, koji pokazuje protok (u L) u određenom vremenu (u sek), krivulja protok– volumen 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 inspiracijski protok zraka pri 50% forsiranog vitalnog kapaciteta (MIF 50% FVC) veći je od maksimalnog ekspiratornog protoka zraka pri 50% FVC (MEF 50% FVC) jer dolazi do dinamičke kompresije dišnih putova tijekom ekspirija. (B) Opstruktivni poremećaj (npr. emfizem, astma). Premda su brzine svih protoka smanjene, dominira produžen ekspirij, MEF < MIF. Vršni ekspiracijski protok se ponekad koristi za procjenu stupnja opstrukcije dišnih putova, ali ovisi o trudu pacijenta. (C) Restriktivni poremećaj (npr. intersticijska bolest pluća, kifoskolioza). Krivulja je uža jer su smanjeni plućni volumeni, iako je njen oblik (izgled) isti kao i kod normalnog nalaza. Protok zraka veći je od normalnog pri usporedivim volumenima pluća jer povećana elastična sila pluća drži dišne putove otvorenima. (D) Fiksna opstrukcija gornjeg dišnog puta (npr. stenoza traheje, struma). Vrh i dno krivulje su zaravnjeni, tako da krivulja oblikom gotovo nalikuje na pravokutnik. Fiksna opstrukcija ograničava protok jednako tijekom inspirija i ekspirija pa je MEF = MIF. (E) Varijabilna 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 prema unutra, što dovodi do platoa smanjenog inspiratornog protoka. Tijekom forsiranog ekspirija, glasnica je pasivno priljubljena u stranu, pa je ekspiratorni protok nepromijenjen. Dakle, MIF 50% FVC < MEF 50% FVC. (F) Varijabilna 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. Protok zraka se kratko održava prije nego što dođe do kompresije dišnih putova. FVC = forsirani vitalni kapacitet; MEF = maksimalni ekspiratorni protok; MIF = maksimalni inspiratorni protok; PEF = vršni ekspiratorni protok; RV = rezidualni volumen; TLC = ukupni kapacitet pluća.   |
Krivulje protok–volumen iziskuju da se izmjere apsolutni plućni volumeni. Nažalost, većina laboratorija jednostavno unosi (prikazuje) protok prema FVC-u. Krivulja protok– FVC nema inspiratorni dio krivulje i zato ne daje dovoljno podataka.
Patološki obrasci
Najčešće respiratorne bolesti mogu se razvrstati na opstruktivne i restriktivne prema brzini protoka i plućnim volumenima (vidi tablicu Fiziološke promjene karakteristične za pojedine plućne bolesti).
Fiziološke promjene karakteristične za pojedine plućne bolestiParametar | Opstrukcija | Restrikcija | Kombinirani poremećaj |
|---|
FEV1 = forsirani ekspiratorni volumen u 1. sekundi; FVC = forsirani vitalni kapacitet; RV = rezidualni volumen; TLC = ukupan kapacitet pluća. |
FEV1/FVC | smanjen | normalan ili povećan | smanjen |
FEV1 | smanjen | smanjen, normalan ili povećan | smanjen |
FVC | smanjen ili normalan | smanjen | smanjen ili normalan |
TLC | normalan ili povećan | smanjen | smanjen, normalan ili povećan |
RV | normalan ili povećan | smanjen | smanjen, normalan ili povećan |
Opstruktivne bolesti
Opstruktivna bolest smanjuje brzinu protoka zraka, 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 Težina opstruktivnih i restriktivnih plućnih bolesti). Opstrukcija je posljedica:
povećanog otpora protoku zraka, a uzrok je suženje 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 dulje nego inače pa zrak ostaje zarobljen u plućima zbog nepotpunog pražnjenja te se povećavaju plućni volumeni (npr. TLC, RV).
Težina opstruktivnih i restriktivnih plućnih bolesti*, †Težina | Opstruktivne | Restriktivne |
|---|
FEV1/FVC (% od očekivanog) | FEV1 (% od očekivanog) | TLC (% od očekivanog) |
|---|
* Težina se prvenstveno temelji na vrijednosti FEV1/FVC i FEV1 za opstruktivne bolesti, a za restriktivne bolesti na vrijednosti TLC-a. |
† Kriteriji ovise o dotičnim smjernicama. |
FEV1 = forsirani ekspiratorni volumen u 1. sekundi; FVC = forsirani vitalni kapacitet; TLC = ukupni kapacitet pluća. |
Normalan nalaz | ≥ 70 | ≥ 80 | ≥ 80 |
Blaga | < 70 | ≥ 80 | 70–79 |
Umjerena | < 70 | 50 ≤ FEV1 < 80 | 50–69 |
Teška | < 70 | 30 ≤ FEV1 < 50 | < 50 |
Vrlo teška | < 70 | < 30 ili < 50 s kroničnom respiratornom insuficijencijom | — |
Poboljšanje FEV1 i/ili 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 normalnom nalazu spirometrije, indiciran je bronhoprovokacijski test s metakolinom, sintetskim analogom acetilkolina koji je nespecifični bronhalni iritant, 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 pad FEV1 za 20% naziva se PC20. Pojedini laboratoriji različito definiraju bronhalnu hiperreaktivnost, ali uglavnom provokacijska koncentracija metakolina < 1 mg/ml, koja uzrokuje pad FEV1 najmanje za 20% u odnosu na početnu vrijednost (PC20), smatra se dijagnostičkom za bronhalnu hiperreaktivnost, dok PC20 > 16 mg/ml isključuje dijagnozu. 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 minuta 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 (voljna) hiperventilacija (EVH) također se može koristiti za dijagnosticiranje bronhoopstrukcije izazvane naporom. 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.
Restriktivne bolesti
Restriktivni poremećaji ventilacije smanjuju plućni volumen, posebno TLC < 80% od očekivane vrijednosti. Međutim, u ranom stadiju bolesti koja dovodi do restriktivnog poremećaja ventilacije, TLC može biti normalan (kao rezultat snažnog inspiracijskog napora), a jedina abnormalnost može biti smanjenje RV. Smanjenje TLC određuje težinu restrikcije (vidi tablicu Težina opstruktivnih i restriktivnih poremećaja ventilacije). Smanjenje plućnih volumena dovodi do smanjenja brzine protoka zraka (smanjen FEV1—vidi sliku Krivulja protok-volumen, B). Međutim, protok zraka u odnosu na specifičan volumen je povećan, pa je omjer FEV1/FVC normalan ili povećan.
Restriktivni poremećaj ventilacije nastaje 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 svim navedenim uzrocima je smanjenje rastezljivosti (popustljivosti) pluća, stijenke prsnog koša ili oboje.