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Revista médica de Chile

Print version ISSN 0034-9887

Rev. méd. Chile vol.129 n.11 Santiago Nov. 2001

http://dx.doi.org/10.4067/S0034-98872001001100006 

Análisis computacional de los
ruidos respiratorios en la
evaluación de la obstrucción
bronquial en niños pequeños
que no colaboran con las pruebas espirométricas

Acoustic analysis of respiratory
sounds during methacholine
challenge in preschool children

Ignacio Sánchez D, Cecilia Alvarez G,
Cristián Clavería R, Carmen Lisboa B.

Correspondencia a: Dr. Ignacio Sánchez Díaz. Departamento de Pediatría. Pontificia Universidad Católica de Chile, Lira 44 1er piso, Santiago. Casilla 114-D. Santiago, Chile. Fono: 354-3887, FAX: 241-9635, E-mail: igsan@med.puc.cl

Background: There are changes in inspiratory breath sound intensity in patients with airway obstruction. Airway narrowing may change sound spectral characteristics. Aim: To define the characteristics of lung sounds at standardized air flow during methacholine challenge and to compare acoustic changes with transcutaneous oxygen tension (PtcO2) during induced airway narrowing. Patients and methods: Forty asthmatic children (20 male) aged 5.2±1 years and 40 normal children (18 male), aged 5.6 ± 1 years were studied. All patients were free of respiratory tract infections one month before the study. A methacholine challenge from 0.06 to 8 mg/ml was performed; the test was ended when a fall in PtcO2 of >20% from baseline was observed or if the final concentration was reached. Subjects breathed through a pneumotachograph aiming at flows of 0.4 to 0.6 l/s. Respiratory sounds were recorded using contact sensors at the suprasternal notch and at the posterior right lower lobe. From average spectra, power at low (100-200 Hz=P1) and high frequencies (400-2000 =P2) was calculated. Frequencies below which 50% (F50) and 99% (SEF90) of the spectral power between 100 and 2000 Hz was contained, were also calculated. Results: In asthmatics, the metacholine concentration at which a 20% fall in PtcO2 was observed, was lower than in normal children (p< 0.05). There was an increase in P1 (p<0.01) and a reduction in P2 (p<0.01) during inspiration, in subjects that experienced a 20% reduction in PtcO2. Also, there was an increase in F50 and SEF99 during inspiration in lung sounds, but not over the trachea. Conclusions: Lung sounds analysis can be useful for the assessment of airway reactivity in asthmatic children (Rev Méd Chile 2001; 129: 1271-8).
(Key-words: Asthma; Anti-asthmatic agents; Lung diseases, obstructive; Methacholine chloride)

Recibido el 8 de mayo, 2001. Aceptado en versión corregida el 31 de julio, 2001.
Trabajo financiado por Proyectos Fondecyt # 194/0610 y 197/1103
Departamentos de Pediatría y Enfermedades Respiratorias. Escuela de Medicina,
Pontificia Universidad Católica de Chile.

Las enfermedades caracterizadas por obstrucción bronquial, en particular el asma, constituyen un problema frecuente en pediatría. En adultos, y en niños > de 6 años, las pruebas espirométricas cumplen un rol fundamental en el diagnóstico y tratamiento del asma, en cambio en niños < de 6 años este diagnóstico se dificulta debido a los problemas de cooperación para realizar los exámenes de función pulmonar que presenta este grupo etáreo. Esto determina que un número importante de pacientes sean tratados con el diagnóstico presuntivo de asma a la espera de que puedan colaborar en forma adecuada con las pruebas espirométricas.

La información que se obtiene con la auscultación subjetiva del tórax es ampliamente utilizada en la práctica clínica en el diagnóstico de asma y en la respuesta al tratamiento. Sin embargo, la naturaleza transitoria y heterogénea de los ruidos respiratorios, y los límites de la percepción auditiva humana determinan que exista una gran variabilidad en la captación de los ruidos y por lo tanto en la evaluación de la obstrucción bronquial1-3. En los últimos años, la introducción de técnicas computacionales destinadas al análisis de los ruidos respiratorios ha renovado el interés en la información que puede aportar la auscultación pulmonar2,6.

Las técnicas de procesamiento de señales digitales permiten obtener información de ruidos respiratorios que sobrepasan los límites del oído humano4,6. Estas señales pueden ser almacenadas y analizadas en forma repetida y permiten además comparar resultados entre distintos centros tanto clínicos como de investigación. Durante las pruebas de provocación bronquial se ha demostrado que los ruidos inspiratorios muestran un incremento en la frecuencia media que se correlaciona con el grado de obstrucción bronquial, incluso en ausencia de sibilancias6,7. Las pruebas de provocación bronquial constituyen un método aceptado ampliamente para evaluar la presencia de hiperreactividad bronquial en adultos y niños, característica fundamental de los asmáticos, la cual es desencadenada por variados estímulos, siendo la prueba de provocación con metacolina la más utilizada por su escasa incidencia de efectos colaterales8-10.

El propósito de este trabajo fue evaluar la utilidad del análisis computacional de los ruidos respiratorios en la cuantificación de la obstrucción bronquial inducida por metacolina en niños pre-escolares asmáticos y en niños sanos. Postulamos que los ruidos respiratorios se relacionan con las pruebas funcionales no invasivas como la determinación de la tensión transcutánea de oxígeno (tcPO2), que se ha demostrado útil en la evaluación de la obstrucción bronquial en pre-escolares11.

MATERIAL Y MÉTODO

Sujetos. El estudio se realizó en 40 niños pre-escolares de entre 3 y 6 años (20 hombres), con asma bronquial leve y moderada, cuya edad promedio fue de 5,2 ± 1 años. Los niños estaban en control regular en el consultorio externo de la especialidad de nuestra Institución, durante un período asintomático de su enfermedad. Se estudió además, a 40 niños pre-escolares sanos entre 3 y 6 años (18 hombres), de edad 5,6 ± 1 años asintomáticos en el momento del estudio, sin antecedentes personales de asma y/o alergia y que no habían tenido infecciones respiratorias en las 4 semanas previas al estudio. Fueron excluidos del estudio aquellos niños con padres o hermanos asmáticos. Se obtuvo el consentimiento informado de los niños y sus padres, bajo la aprobación del Comité de Etica de la Dirección de Investigación de la Facultad de Medicina, de la Pontificia Universidad Católica de Chile.

Protocolo de estudio. Incluyó las siguientes etapas en condiciones basales: a) monitorización de la saturación arterial mediante oxímetro de pulso (SaO2), registro de la frecuencia cardíaca y respiratoria, medición de la tensión transcutánea de oxígeno (tcPO2), índice que es utilizado para evaluar la hiperreactividad bronquial en niños pequeños11, registro de la presencia de tos y/o otros signos de dificultad respiratoria en condiciones basales, b) monitorización de los ruidos respiratorios a través de 2 micrófonos adheridos a la piel (en el cuello, y región basal posterior derecha), durante por lo menos 1 min, c) registro del flujo aéreo el cual fue medido a través de una pieza bucal conectada a un neumotacógrafo. Una vez realizadas las mediciones basales, se procedió a realizar la prueba de provocación bronquial con metacolina según la técnica de Cockroft y colaboradores8. Luego de una nebulización con suero fisiológico al 0,9% el niño recibió a través de nebulización, concentraciones crecientes de metacolina que se duplicaron desde 0,03 mg/ml hasta un máximo de 8 mg/ml durante 2 min. Después de 1 min de finalizada la administración de cada concentración de metacolina, se registraron los parámetros clínicos y de laboratorio y los ruidos respiratorios según lo especificado anteriormente. La prueba se detuvo en las siguientes circunstancias: a) caída de tcPO2 > 20% desde el valor basal, b) SaO2 < 90 %, c) si el niño alcanzaba la dosis máxima de 8 mg/ml, d) presencia de crisis de tos que impedía continuar con el estudio acústico, e) si los padres y/o el paciente decidían no continuar con la prueba. Una vez finalizada ésta, se administró una nebulización de broncodilatador (salbutamol).

Luego de cada nebulización de metacolina, se solicitó a los niños que respiraran a través del neumotacógrafo con flujos entre 0,4 a 0,6 l/s y en ese momento se grabaron los ruidos respiratorios de traquea y pulmón. La Figura 1 muestra la curva intensidad vs frecuencia del micrófono Siemmens EMT25C utilizado en el estudio. El sensor es estable en el rango de 100 a 1200 Hz, que es el de la frecuencia de los ruidos respiratorios de interés en analizar. Las 3 señales (2 acústicas y el flujo aéreo), se amplificaron, filtraron y luego se analizaron con un computador personal a través de un software previamente validado (RALE). Junto al análisis computacional, el sistema permite la verificación auditiva de las señales acústicas. Se calculó la banda de intensidad a baja frecuencia (P1= 100-200 Hz) y a frecuencias mayores (P2= 400-2000 Hz). Se midieron las frecuencias bajo las cuales estaba contenido el 50% (F50) y el 99% (SEF99) de la energía del espectro de sonido entre 100 y 2000 Hz (Figura 2). Con estos cálculos, se confeccionaron los espectros de sonido para ambos grupos de niños. La Figura 2 muestra la diferencia entre el ruido respiratorio traqueal (señal) y el ruido del laboratorio en donde se realizó la grabación (ruido); en este caso, la escala de frecuencia es lineal y la intensidad se expresa en Watt/5 Hz (Figura 2).


Figura 1. Curva intensidad vs frecuencia del micrófono Siemmens EMT25C utilizado en el laboratorio. El sensor es estable en el rango de 100 a 1200 Hz, que corresponde al de la frecuencia de los ruidos respiratorios.

Figura 2. Diferencia entre ruido respiratorio traqueal (señal) y el ruido del laboratorio en donde se realizó la grabación (ruido). En este caso, la escala de frecuencia es lineal, y la intensidad se expresa en Watts/5 Hertz (La curva superior es la señal acústica ± DS y la inferior es el ruido del laboratorio ± DS).

RESULTADOS

PC20-tcPO2: Se consideró PC20-tcPO2 (concentración de metacolina que produjo una caída de 20% de la tensión transcutánea de O2) positiva cuando ésta era < 2 mg/ml en este grupo de niños entre 3 y 6 años11. En el grupo de asmáticos 39/40 pacientes presentaron PC20-tcPO2 y en el grupo de niños sanos sólo 17/40 la tuvieron (p<0,05; c2). Como era de esperar la PC20-tcPO2 fue significativamente menor en los niños asmáticos: 0,58 ± 0,26 mg/ml vs 2,24 ± 0,74 mg/ml (X ± DS) en los niños no asmáticos (p<0,05), con rango de 0,16-1,2 mg/ml y 1,2-4,3 mg/ml respectivamente.

Espectro de los ruidos respiratorios. En los niños de ambos grupos que presentaron una caída de 20% de la tcPO2 (PC20-tcPO2), se observó un aumento de P1 (p<0,05) y una disminución en P2 (p<0,05), (Figuras 3a y 3b). Al comparar los valores de P1 (100-200 Hz) basales y finales tanto en asmáticos como en no asmáticos, se observan diferencias significativas, lo mismo ocurre con los valores de P2, F50, SEF99 (Tabla 1). La comparación entre asmáticos y no asmáticos de los valores obtenidos al final de la prueba de provocación demostró diferencias significativas en P2, F50 y SEF99 (p<0,05); en cambio no se observó diferencias en los valores basales de estos parámetros. Los resultados demuestran un aumento significativo en la F50 y SEF99 durante la inspiración en los sonidos respiratorios de pulmón (desplazamiento hacia la derecha), lo que no se observó sobre la traquea (p= ns). Los hallazgos más destacados fueron los cambios en intensidad y frecuencia durante la obstrucción bronquial inducida por metacolina, como se aprecian en las Figuras 3a y 3b observadas en 2 pacientes asmáticos seleccionados. No se observó correlaciones significativas entre PC20-tcPO2 y la magnitud del delta F50 (basal-final); como tampoco entre PC20-tcPO2 y la diferencia en el SEF99 (basal-final), en ninguno de los dos grupos de niños (Tabla 1). Es necesario destacar que estas mediciones se realizaron sin considerar las sibilancias, que para los fines de análisis del espectro se excluyen para evitar la influencia del componente de altas frecuencias en los espectros de sonidos individuales.


Figuras 3a y 3b. Variación de intensidad y frecuencia entre los valores basales (pre metacolina) y finales (última dosis de medicamento, en que ocurre la obstrucción bronquial, sin existir la presencia de sibilancias) en condiciones de isoflujo (0,5 l/s ± 10%), que se aprecian como ejemplo en dos pacientes asmáticos seleccionados. Tal como se puede observar, existe una desviación de la curva hacia arriba y a la derecha en los valores finales, lo que indica que la obstrucción bronquial, a través de la disminución del calibre bronquial condiciona la aparición de una mayor intensidad en los ruidos respiratorios a iguales frecuencias.


DISCUSIÓN

Los hallazgos más importantes de nuestro estudio fueron los cambios en intensidad y frecuencia de los ruidos respiratorios durante la obstrucción bronquial inducida por metacolina, los cuales se asociaron a la presencia de obstrucción bronquial evaluada a través de la caída de 20% de la tcPO2. En ambos grupos de estudio se pudo observar obstrucción bronquial, pero tal como era de esperar la PC20-tcPO2 fue significativamente más baja en los niños asmáticos.

El efecto del desarrollo sobre la reactividad bronquial normal en niños mayores ha sido estudiado por varios investigadores10-12, y es así como se ha demostrado que comparados con los adultos, la respuesta de los niños presenta un desplazamiento hacia la izquierda de la curva dosis-respuesta junto a una mayor respuesta máxima. Esto indicaría una mayor sensibilidad y reactividad frente a estímulos inespecíficos, concordante con la observación clínica que sugiere una mayor incidencia de cuadros obstructivos durante la infancia y edad escolar13. En estos estudios se ha utilizado principalmente la prueba de provocación bronquial con metacolina a través de la medición del volumen espiratorio forzado del primer segundo (VEF1) como índice de obstrucción bronquial ya que tiene las ventajas de estar bien estandarizada, ser fácil de realizar y tener una escasa incidencia de efectos colaterales.

La mayor dificultad que presenta la prueba de provocación con metacolina descrita es que requiere de la cooperación del sujeto para realizar maniobras de espiración forzada, lo que no se puede lograr en pre-escolares. Esta limitación, en conjunto con la alta incidencia de cuadros obstructivos a esta edad, ha llevado a diferentes grupos de investigadores a buscar nuevos parámetros tanto clínicos como de laboratorio para el diagnóstico y la respuesta a tratamiento en pre-escolares con sospecha de asma14-16. Avital y colaboradores15 estudiaron la presencia de sibilancias en la región del cuello durante la prueba de metacolina en niños asmáticos y la compararon con la caída del VEF1, encontrando una correlación significativa entre la concentración de metacolina que producía una caída del 20% en el VEF1 (PC20) y la concentración que producía sibilancias auscultatorias (PCsib). A su vez Noviski y asociados16 estudiaron con la prueba de metacolina niños entre 5 a 8 años de edad, en su mayoría asmáticos, y encontraron también una buena correlación entre la concentración que producía sibilancias y la caída del VEF1.

Las ventajas del análisis de los ruidos respiratorios por sobre la determinación de la tcPO2, reside en que permite evaluar la obstrucción bronquial localizada utilizando múltiples micrófonos, por lo que tiene utilidad tanto en el estudio de la patología de vía aérea superior como de la vía aérea inferior17-19. Diversos trabajos referentes a la utilidad del análisis de los ruidos respiratorios en el diagnóstico de hiperreactividad bronquial utilizando pruebas de provocación bronquial20-25, han permitido conocer mejor los mecanismos involucrados en la obstrucción bronquial, tales como la presencia de limitación del flujo aéreo y las oscilaciones locales de la pared bronquial que determinan la presencia de sibilancias. Sin embargo, hay que tener presente que el análisis de los ruidos respiratorios puede ser insuficiente en pacientes que teniendo obstrucción bronquial presentan escasa signología acústica; en estos casos es necesario adicionar otros métodos diagnósticos tales como la medición de SaO2, tcPO2 o pletismografía de inductancia para poder pesquisar la presencia de obstrucción bronquial en ausencia de sibilancias26.

Schreur y colaboradores analizaron los ruidos pulmonares durante la prueba de provocación con alergenos en un grupo de asmáticos27 y demostraron que la intensidad del sonido aumentó en las últimas fases de la obstrucción bronquial, por lo que sugirieron que la generación y/o transmisión de los ruidos respiratorios se modifican en relación a las alteraciones en el diámetro de la vía aérea. Por otra parte, Pasterkamp y colaboradores en niños > de 8 años demostraron una asociación entre la disminución de 10% del VEF1 y los cambios en intensidad del espectro de sonidos, que se revirtieron posterior a la inhalación de salbutamol28. Finalmente, Malmberg y colaboradores29, analizaron los cambios en el espectro de frecuencia en niños asmáticos durante la provocación con histamina, demostrando una correlación significativa entre las dosis que produjo 15% de caída en el VEF1 y 8% de aumento en la F50. Estos hallazgos son similares a los nuestros que demuestran un desplazamiento en F50 en los pacientes que presentaron obstrucción bronquial con presencia de PC20-tcPO2.

Junto a los aspectos positivos descritos anteriormente, el análisis de ruidos respiratorios tiene varias desventajas con respecto a la evaluación de la tcPO2 para plantear su uso clínico: requiere de una tecnología más compleja, ocupa mayor tiempo en su realización que otras técnicas diagnósticas y requiere personal con mayor especialización, por lo que esta metodología debe emplearse fundamentalmente con objetivos de investigación y en algunos pacientes como complemento de las técnicas clásicas de evaluación de la hiperreactividad bronquial.

En resumen, nuestros resultados sugieren que los sonidos pulmonares son suficientemente sensibles y estables como para detectar cambios en el diámetro de la vía aérea durante una prueba de provocación bronquial. En el momento actual este método tiene indicación principalmente en trabajos de investigación de hipereactividad bronquial, sin embargo su relevancia clínica radica en que estos cambios están presentes en los pacientes durante la respiración tranquila, a diferencia de las mediciones espirométricas que se realizan durante las maniobras de espiración forzada, y por lo tanto no requieren de la colaboración del paciente. De esta forma postulamos que las sibilancias y las variaciones de intensidad y frecuencia en el espectro de sonidos pulmonares se asocian con la obstrucción bronquial evaluada a través de la caída de la tcPO2. Además, la medición de estos ruidos proporciona una información adicional y complementaria a las técnicas tradicionales de evaluación de la función pulmonar.

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