Las mediciones del flujo de aire y el volumen pulmonar pueden utilizarse para diferenciar los trastornos pulmonares obstructivos de los restrictivos, caracterizar la gravedad y medir las respuestas al tratamiento.
Las pruebas incluyen espirometría para medir el flujo de aire inspiratorio y espiratorio y los volúmenes pulmonares y, a veces, pruebas de flujo-volumen para definir anomalías obstructivas y restrictivas específicas. En pacientes con anomalías obstructivas, la espirometría se repite después de la administración de broncodilatadores inhalatorios de acción corta para evaluar la reversibilidad y la respuesta al tratamiento.
De modo característico, las mediciones se informan como flujos y volúmenes absolutos y como porcentajes de los valores esperados que utilizan datos provenientes de grandes poblaciones de personas que se supone tienen una función pulmonar normal. Las variables utilizadas para predecir estos valores normales son la edad, el sexo, la raza y la talla.
Existen controversias en torno de si debe ajustarse según la raza y el origen étnico cuando se interpretan las pruebas de función pulmonar. Existen evidencias crecientes que indican que la raza y el origen étnico no explican con precisión las diferencias observadas en la función pulmonar medida, sino que reflejan los efectos de los factores sociales y ambientales, lo que contribuye aún más a las disparidades en la atención de la salud. Los estudios han demostrado que el uso de ecuaciones de referencia basadas en la raza y el origen étnico probablemente subestime la gravedad de la enfermedad pulmonar (y, por lo tanto, conduzca a un subtratamiento) en individuos no blancos (1, 2). La American Thoracic Society (ATS) ha recomendado remplazar las ecuaciones de referencia específicas basadas en la raza o el grupo étnico utilizadas en el pasado (3) por las derivadas de ecuaciones de referencia independientes de la raza como las derivadas de la ecuación promedio de la Global Lung Function Initiative (GLI) (4, 5. La 2022 European Respiratory Society (ERS)/ATS ha reconocido que el uso de conjuntos de referencia independientes de la raza puede determinar la falta de aceptación en tratamientos específicos (p. ej., cirugía, trasplante de pulmón), lo que destaca la necesidad de una investigación en curso para comprender el potencial impacto en la toma de decisiones clínicas y los resultados del paciente (6).
Flujo de aire
Las medidas cuantitativas del flujo inspiratorio y espiratorio se obtienen mediante la espirometría forzada. Se utilizan pinzas especiales para ocluir las fosas nasales.
En las evaluaciones del flujo inspiratorio y el volumen, los pacientes espiran tan completamente como sea posible; después, inspiran con fuerza. El volumen inspiratorio máximo es la cantidad máxima de aire inhalado en una respiración profunda, y el flujo inspiratorio es el volumen inspirado por segundo.
En las evaluaciones del flujo y volumen espiratorio, los pacientes realizan una inspiración tan profunda como sea posible, con sus labios cerrados alrededor de una boquilla, y espiran con tanta fuerza y de una manera tan completa como puedan en un aparato que registra el volumen espirado (capacidad vital forzada [CVF; capacidad vital forzada]) y el volumen espirado en el primer segundo (el volumen espiratorio forzado en 1 s [VEF1], véase figura Espirograma normal).
Estas maniobras brindan varias medidas:
CVF: la cantidad máxima de aire que el paciente puede espirar con fuerza y es especialmente útil después de realizar una inspiración máxima
VEF1: volumen exhalado en el primer segundo
Flujo espiratorio máximo (FEM): velocidad máxima del flujo de aire a medida que el paciente exhala
El VEF1 es el parámetro de flujo más reproducible y es especialmente útil para diagnosticar y monitorizar a los pacientes con trastornos pulmonares obstructivos (p. ej., asma, enfermedad pulmonar obstructiva crónica).
El VEF1 y la CVF ayudan a diferenciar los trastornos pulmonares obstructivos y restrictivos. Un VEF1 normal indica que la enfermedad pulmonar obstructiva irreversible es improbable. Una CVF normal hace que la enfermedad restrictiva sea poco probable. Una disminución de la relación VEF1/CVF indica obstrucción. La repetición de la medición del VEF1 y la CVF con un broncodilatador de acción corta en pacientes con evidencia de obstrucción en las pruebas iniciales es útil para diferenciar a los pacientes con broncoespasmo reversible como ocurre en el asma de aquellos con obstrucción fija en la EPOC.
Algunas personas tienen factores de riesgo para EPOC (p. ej., tabaquismo, infección previa, exposición ocupacional, exposición a la contaminación del aire), pero no una obstrucción definitiva en las pruebas de la función pulmonar. Se dice que estas personas tienen pre-EPOC (7). Se necesitan más estudios para caracterizar a esta población, pero el seguimiento de los valores de la espirometría en el tiempo puede ser útil para identificar a los pacientes que es probable que desarrollen EPOC.
Espirometría normal
FEF25–75% = flujo espiratorio forzado durante la espiración del 25 al 75% de la CVF; VEF1= volumen espiratorio forzado en el primer segundo de la maniobra de capacidad vital forzada; CVF = capacidad vital forzada (la cantidad máxima de aire espirado con fuerza después de una inspiración máxima). |
El flujo espiratorio forzado promediado en el tiempo durante el cual se espira del 25 al 75% de la CVF puede ser un marcador más sensible de la limitación leve del flujo de aire de las vías respiratorias pequeñas que el VEF1, pero la reproducibilidad de esta variable es mala.
El flujo espiratorio máximo (FEM) es el flujo máximo que se produce durante la espiración. Esta variable se utiliza sobre todo para monitorizar en el hogar a los pacientes con asma y para determinar las variaciones diurnas del flujo de aire. El asma puede controlarse comparando el FEM con el mejor esfuerzo personal.
La interpretación de estas medidas depende del esfuerzo por parte del paciente, que a menudo mejora si se lo ayuda durante la maniobra real. Los espirogramas aceptables muestran
Buen inicio de la prueba (p. ej., inicio rápido y contundente de la exhalación)
Ausencia de tos
Curvas regulares
Ausencia de terminación precoz de la espiración (p. ej., tiempo de espiración mínimo de 6 s sin cambio en el volumen durante el último segundo)
Los esfuerzos reproducibles coinciden en hasta un 5% o 100 mL con otros esfuerzos. Los resultados que no cumplen estos criterios mínimos aceptables deben ser interpretados con precaución.
Volumen pulmonar
Los volúmenes pulmonares se miden mediante la determinación de la capacidad residual funcional (CRF). La capacidad funcional residual (CFR) es la cantidad de aire restante en los pulmones después de la exhalación normal. La capacidad pulmonar total (CPT) es el volumen de gas contenido en los pulmones al final de una inspiración máxima. El conocimiento de la CRF permite dividir los pulmones en subvolúmenes que pueden medirse con espirometría o ser calculados (véase figura Volúmenes pulmonares normales). En general, la CRF representa cerca del 40% de la CPT.
Volúmenes pulmonares normales
VRE = volumen de reserva espiratoria; CRF = capacidad residual funcional; CI = capacidad inspiratoria; VRI = volumen de reserva inspiratoria; VR = volumen residual; CPT = capacidad pulmonar total; VC = capacidad vital; VT= volumen corriente. CRF = VR + VRE; CI =VT + VRI; CV = VT+ VRI + VRE. |
La CRF se mide mediante las técnicas de dilución de gases o pletismografía (que es más exacta en pacientes que tienen limitación del flujo de aire y gas atrapado).
Las técnicas de dilución de gas incluyen
Lavado de nitrógeno
Equilibrio del helio
En el lavado de nitrógeno, el paciente espira hasta la CRF y luego respira de un espirómetro que contiene oxígeno al 100%. La prueba termina cuando la concentración del nitrógeno espirado es cero (0). El volumen recolectado del nitrógeno espirado es igual al 81% de la CRF inicial.
Con el equilibrio del helio, el paciente espira hasta la CRF y luego es conectado a un sistema cerrado que contiene volúmenes conocidos de helio y oxígeno. La concentración de helio se mide hasta que se iguala en la inspiración y la espiración, lo que indica que se ha equilibrado con el volumen de gas en el pulmón, que entonces puede ser estimado a partir del cambio que se produce en la concentración de helio.
Ambas técnicas pueden subestimar la CRF porque miden sólo el volumen pulmonar que comunica con las vías aéreas. En los pacientes con limitación intensa del flujo de aire, un volumen considerable del gas atrapado puede comunicarse muy poco o nada en absoluto.
La pletismografía corporal utiliza la ley de Boyle (P1V1 = P2V2, donde P es presión y V es volumen) para medir el volumen de gas compresible dentro del tórax. La pletismografía corporal es más precisa que las técnicas de dilución con gas. Tras sentar al paciente en una cabina hermética, éste trata de inspirar contra una boquilla cerrada desde la CRF. A medida que la pared torácica se expande, la presión en la cabina cerrada se eleva. Si se conoce el volumen preinspiratorio de la cabina y la presión en ésta antes y después del esfuerzo inspiratorio, puede realizarse el cálculo del cambio en el volumen de la cabina, que debe ser igual al cambio del volumen pulmonar.
Curva de flujo-volumen
Al contrario de lo que sucede en la espirometría, que representa el flujo de aire (en L) en el tiempo (en segundos), la curva flujo-volumen muestra el flujo de aire (en L/segundo) en función del volumen pulmonar (en L) durante la inspiración máxima desde la espiración completa (volumen residual [VR]) y durante la espiración máxima desde la inspiración completa (CPT). La principal ventaja de la curva flujo-volumen es que ésta puede mostrar si el flujo de aire es adecuado para un volumen pulmonar particular. Por ejemplo, el flujo de aire es normalmente más lento con volúmenes pulmonares bajos porque la retracción elástica es menor con estos volúmenes. Los pacientes con fibrosis pulmonar tienen volúmenes pulmonares bajos, y su flujo de aire parece estar disminuido si se mide de manera aislada. Sin embargo, cuando el flujo de aire se presenta como una función del volumen pulmonar, se torna evidente que el flujo de aire es en realidad más alto que el normal (como consecuencia del mayor retroceso elástico característico de los pulmones fibróticos).
Las curvas de flujo-volumen requieren que se midan los volúmenes pulmonares absolutos. Lamentablemente, muchos laboratorios sólo grafican el flujo de aire en función de la CVF; la curva flujo-CVF no tiene rama inspiratoria y, por consiguiente, no proporciona tanta información.
Referencias generales
1. Baugh AD, Shiboski S, Hansel NN, et al. Reconsidering the Utility of Race-Specific Lung Function Prediction Equations [published correction appears in Am J Respir Crit Care Med 2022 Jul 15;206(2):230]. Am J Respir Crit Care Med 2022;205(7):819-829. doi:10.1164/rccm.202105-1246OC
2. Ekström M, Mannino D. Research race-specific reference values and lung function impairment, breathlessness and prognosis: Analysis of NHANES 2007-2012 [published correction appears in Respir Res 2023 Feb 3;24(1):41]. Respir Res 2022;23(1):271. Publicado el 1 de octubre de 2022. doi:10.1186/s12931-022-02194-4
3. Bhakta NR, Bime C, Kaminsky DA, et al. Race and Ethnicity in Pulmonary Function Test Interpretation: An Official American Thoracic Society Statement. Am J Respir Crit Care Med 2023;207(8):978-995. doi:10.1164/rccm.202302-0310ST
4. Quanjer PH, Stanojevic S, Cole TJ, et al. Multi-ethnic reference values for spirometry for the 3-95-yr age range: the global lung function 2012 equations. Eur Respir J 2012;40(6):1324-1343. doi:10.1183/09031936.00080312
5. Bowerman C, Bhakta NR, Brazzale D, et al. A Race-neutral Approach to the Interpretation of Lung Function Measurements. Am J Respir Crit Care Med 2023;207(6):768-774. doi:10.1164/rccm.202205-0963OC
6. Stanojevic S, Kaminsky DA, Miller MR, et al. ERS/ATS technical standard on interpretive strategies for routine lung function tests. Eur Respir J 2022;60(1):2101499. Publicado el 13 de julio de 2022. doi:10.1183/13993003.01499-2021
7. Han MK, Agusti A, Celli BR, et al. De GOLD 0 to Pre-COPD. Am J Respir Crit Care Med 2021;203(4):414-423. doi:10.1164/rccm.202008-3328PP
Patrones de alteraciones
Los trastornos respiratorios más comunes pueden clasificarse como obstructivos o restrictivos sobre la base del flujo de aire y los volúmenes pulmonares (véase tabla Cambios fisiológicos característicos asociados con los trastornos pulmonares).
Cambios fisiológicos característicos asociados con los trastornos pulmonares
Medida | Trastornos obstructivos | Trastornos restrictivos | Trastornos mixtos |
|---|---|---|---|
VEF1/CVF | Disminuido | Normal o aumentado | Disminuido |
VEF1 | Disminuido | Disminuido, normal o aumentado | Disminuido |
CVF | Disminuido o normal | Disminuido | Disminuido o normal |
CPT | Normal o aumentado | Disminuido | Disminuido, normal o aumentado |
VR | Normal o aumentado | Disminuido | Disminuido, normal o aumentado |
VEF1 = volumen espiratorio forzado en 1 s; CVF = capacidad vital forzada; VR = volumen residual; CPT = capacidad pulmonar total. | |||
Trastornos obstructivos
Los trastornos obstructivos se caracterizan por la reducción del flujo de aire, sobre todo del VEF1 y el VEF1 expresado como porcentaje de la CVF (VEF1/CVF). El grado de reducción del VEF1 en comparación con los valores predichos determina el grado del defecto obstructivo. Los trastornos obstructivos son causados por
Aumento de la resistencia al flujo de aire debido a alteraciones dentro de la luz de la vía aérea (p. ej., tumores, secreciones, engrosamiento de la mucosa)
Cambios en la pared de la vía aérea (p. ej., contracción del músculo liso, edema)
Disminución del retroceso elástico (p. ej., destrucción del parénquima que se produce en el enfisema)
Cuando se disminuye el flujo de aire, los tiempos espiratorios son más prolongados que lo habitual y el aire puede quedar atrapado en los pulmones debido al vaciado incompleto, lo que aumenta los volúmenes pulmonares (p. ej., CPT, VR).
Los ejemplos más comunes de trastornos obstructivos son EPOC, asma, y bronquiectasias.
La ERS y la ATS han actualizado sus guías para la interpretación de las pruebas de función pulmonar mediante la clasificación de la gravedad de la enfermedad pulmonar obstructiva (véase tabla Gravedad del deterioro pulmonar) (1). Estas guías recomiendan expresar todas las mediciones, incluyendo la espirometría, los volúmenes pulmonares y la capacidad de difusión pulmonar de monóxido de carbono (DLCO), como puntuaciones z en lugar de como porcentajes de los valores pronosticados para graduar la gravedad. Una puntuación z menor de –1,645 se encuentra por debajo del percentil 5 del valor predicho basado en controles sanos pareados. Tras evaluar la respuesta a los broncodilatadores, las pautas ahora recomiendan el uso del cambio porcentual en relación con el valor predicho para un individuo (en lugar del valor basal) y proponen basarse en un aumento ≥ 10% de la VEF1 y/o la CVF como criterio para diagnosticar la mayor capacidad de respuesta de la vía aérea.
Gravedad del deterioro pulmonar
Gravedad | Puntuación Z |
|---|---|
Leve | -1,65 a -2,5 |
Moderado | -2,51 a -4,0 |
Grave | <-4,1 |
Datos de Stanojevic S, Kaminsky DA, Miller MR, et al. ERS/ATS technical standard on interpretive strategies for routine lung function tests. Eur Respir J 2022;60(1):2101499. Publicado el 13 de julio de 2022. doi:10.1183/13993003.01499-2021 | |
Trastornos restrictivos
Los trastornos restrictivos se caracterizan por una reducción del volumen pulmonar, específicamente una CPT menor que el límite inferior normal (una puntuación z menor de –1,65, que está por debajo del percentil 5 del valor predicho basado en controles sanos compatibles). Sin embargo, en la enfermedad restrictiva temprana, la CPT puede ser normal (como resultado de un intenso esfuerzo inspiratorio) y la única anomalía podría ser una reducción en el VR. La disminución de la CPT determina la gravedad de la restricción. La disminución de los volúmenes pulmonares causa una disminución del flujo de aire (reducción del VEF1. Sin embargo, el flujo de aire en relación con el volumen pulmonar está aumentado, de modo que la relación VEF1/CVF es normal o está incrementada.
Los defectos restrictivos son causados por:
Pérdida del volumen pulmonar (p. ej., lobectomía)
Alteraciones de las estructuras que rodean el pulmón (p. ej., trastorno pleural, cifosis, obesidad)
Debilidad de los músculos inspiratorios de la respiración (p. ej., trastornos neuromusculares)
Alteraciones del parénquima pulmonar (p. ej., fibrosis pulmonar)
La característica común a todos ellos es una disminución de la distensibilidad de los pulmones o de la pared torácica.
Referencias sobre los patrones de anomalías
1. Stanojevic S, Kaminsky DA, Miller MR, et al. ERS/ATS technical standard on interpretive strategies for routine lung function tests. Eur Respir J 2022;60(1):2101499. Publicado el 13 de julio de 2022. doi:10.1183/13993003.01499-2021
2. Coates AL, Wanger J, Cockcroft DW, et al. ERS technical standard on bronchial challenge testing: general considerations and performance of methacholine challenge tests. Eur Respir J 2017;49(5):1601526. Publicado el 1 de mayo de 2017. doi:10.1183/13993003.01526-2016
3. Parsons JP, Hallstrand TS, Mastronarde JG, et al. An official American Thoracic Society clinical practice guideline: exercise-induced bronchoconstriction. Am J Respir Crit Care Med 2013;187(9):1016-1027. doi:10.1164/rccm.201303-0437ST
Prueba de provocación bronquial
La prueba de provocación bronquial se utiliza para diagnosticar enfermedades como el asma, en particular cuando la espirometría es normal pero se sospecha una hiperreactividad de las vías aéreas. Las pruebas se pueden realizar con metacolina inhalatoria, ejercicio o hiperventilación voluntaria eucápnica con aire a temperaturas ambiente o baja.
Algunos pacientes con asma pueden tener función pulmonar normal, así como parámetros espirométricos normales entre las exacerbaciones. La prueba de bronquiprovocación con metacolina, un análogo sintético de la acetilcolina que es un irritante bronquial inespecífico, está indicada para detectar o descartar la broncoconstricción cuando sigue habiendo un grado de sospecha alto para asma a pesar de los resultados normales de la espirometría. En una prueba de provocación de metacolina, los parámetros espirométricos se miden al momento basal y después de la inspiración de dosis crecientes de metacolina. La dosis de metacolina que causa una caída del 20% en el VEF1 se denomina PD20. Los laboratorios tienen diferentes definiciones de la hiperreactividad de la vía aérea, pero en general los pacientes que muestran una disminución de al menos el 20% en el VEF1 (volumen exalado en el primer segundo) del valor basal (PD20) cuando la dosis de metacolina administrada inhalada es < 25 mcg se considera diagnóstica del aumento de la reactividad bronquial, mientras que una PD20 > 400 mcg descarta el diagnóstico. Los valores de PD20 entre 25 y 400 mcg no son concluyentes (1).
La prueba de esfuerzo puede utilizarse para detectar broncoconstricción inducida por el ejercicio, pero es menos sensible que la prueba de provocación con metacolina para detectar hiperreactividad general de la vía aérea. El paciente realiza un nivel constante de actividad en una cinta sin fin o en un cicloergómetro durante 6 a 8 min a una intensidad seleccionada para producir una frecuencia cardíaca del 80% del valor máximo esperado de dicha frecuencia. Se miden el VEF1 y la CVF antes y a los 5, 15 y 30 min después del ejercicio. El broncoespasmo inducido por el ejercicio reduce el VEF1 o la CVF ≥ 10-15% después de esta actividad (2).
La hiperventilación voluntaria eucápnica también puede emplearse para diagnosticar el asma inducida por el ejercicio. La hiperventilación voluntaria eucápnica implica la hiperventilación de una mezcla gaseosa de 5% de dióxido de carbono y 21% de oxígeno al 85% de la ventilación voluntaria máxima durante 6 min. Después se mide el VEF1 en intervalos especificados posteriores a la prueba. Como sucede con otras pruebas de provocación bronquial, la disminución del VEF1, que es diagnóstica del broncoespasmo inducido por el ejercicio, varía según el laboratorio.
La hiperreactividad inducida por frío puede evaluarse con una prueba similar en la que el paciente hiperventila durante 3 a 6 minutos con la mezcla de gases enfriada entre –10 y –20° C. Esta prueba requiere equipo de enfriamiento especializado, que podría no estar disponible en muchos laboratorios de prueba.
Referencias de la prueba de provocación bronquial
1. Coates AL, Wanger J, Cockcroft DW, et al. ERS technical standard on bronchial challenge testing: general considerations and performance of methacholine challenge tests. Eur Respir J 2017;49(5):1601526. Publicado el 1 de mayo de 2017. doi:10.1183/13993003.01526-2016
2. Parsons JP, Hallstrand TS, Mastronarde JG, et al. An official American Thoracic Society clinical practice guideline: exercise-induced bronchoconstriction. Am J Respir Crit Care Med 2013;187(9):1016-1027. doi:10.1164/rccm.201303-0437ST
