Utilizzo della tecnica di oscillazione forzata per la valutazione della meccanica respiratoria negli adulti
Summary
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.
Introduction
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.
Protocol
Representative Results
Discussion
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.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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.
Materials
| Quark i2M | Cosmed | n/a | https://www.cosmed.com/en/products/pulmonary-function/quark-i2m Software (version): PFTSuite (10.0e) Signal Type: Pseudo-random Frequencies (Hz): 4, 6, 8, …, 48 |
| Resmon Pro | MGC Diagnostics | n/a | https://mgcdiagnostics.com/products/resmon-pro-v3-forced-oscillation-technique Software (version): Pro Full (v3) Signal Type: Pseudorandom, relative primes Frequencies (Hz): 5, 11, 19 |
| Tremoflo C-100 | Thorasys | n/a | https://www.thorasys.com/ Software (version): tremfolo (1.0.43) Signal Type: Pseudo-random, relative primes Frequencies (Hz): 5, 11, 14, 17, 19, 23, 29, 31, 37 |
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