Background: L’identificazione precoce dei pazienti a rischio di insufficienza respiratoria con necessità di ventilazione meccanica è fondamentale nei contesti di emergenza per ottimizzare l’allocazione delle risorse e migliorare gli esiti clinici. L’ecografia diaframmatica, in particolare la misurazione della frazione di ispessimento del diaframma (DTF, diaphragm thickening fraction), si è affermata come una metodica non invasiva e priva di radiazioni per la valutazione della funzione diaframmatica. Nonostante il suo potenziale, l’utilità clinica della DTF come predittore del supporto ventilatorio immediato in Pronto Soccorso (PS) resta ancora da chiarire pienamente. Metodi: Questo studio pilota prospettico osservazionale ha arruolato pazienti adulti (≥18 anni) ammessi al PS di un ospedale di terzo livello a Modena, Italia, con insufficienza respiratoria acuta, presso l’Ospedale di Baggiovara. I criteri di esclusione comprendevano misurazioni ecografiche incomplete, pregressi interventi chirurgici della parete toracica che interferissero con la visualizzazione del diaframma, patologie neuromuscolari e utilizzo cronico domiciliare di ventilazione non invasiva. Tutti gli esami ecografici sono stati eseguiti da ecografisti esperti in posizione semi-reclinata, misurando lo spessore diaframmatico a fine espirazione (T_exp) e a fine inspirazione (T_ins) per almeno tre cicli respiratori. La DTF è stata calcolata come segue: [(T_ins – T_exp) / T_exp] × 100. Sono stati raccolti dati clinici tra cui profilo demografico, comorbilità, stato di ossigenazione e rapporto PaO2/FiO2. L'endpoint primario era la necessità di ventilazione meccanica (non invasiva o invasiva) durante la degenza in PS e in ospedale. Gli endpoint secondari includevano l’associazione tra DTF e durata della degenza ospedaliera (LOS) e mortalità intraospedaliera. Le analisi statistiche hanno incluso il confronto dei valori di DTF tra pazienti ventilati e non ventilati, regressione lineare e analisi ROC per determinare i cut-off ottimali. Risultati: Sono stati arruolati in totale 56 pazienti, con una DTF mediana pari al 25,6% (IQR: 17,5–35,2%). I pazienti che hanno richiesto ventilazione meccanica durante la permanenza in PS presentavano una DTF mediana significativamente più bassa (11,2%, IQR: 6,4–21,9%) rispetto a coloro che non ne hanno avuto bisogno (27,5%, IQR: 21,1–35,5%; p=0,0009). Durante l’intera degenza ospedaliera, tale tendenza si è confermata: i pazienti ventilati mostravano una DTF mediana pari al 20,9% (IQR: 10,6–26,8%) contro il 29,8% (IQR: 21,1–37,2%) dei pazienti non ventilati (p=0,0056). L’analisi di regressione ha confermato una correlazione negativa significativa tra DTF e necessità di ventilazione (coefficiente di regressione: -0,075, p=0,008). L’analisi ROC ha mostrato un AUC del 72%, con un cut-off ottimale di DTF pari al 22,1%, offrendo una sensibilità del 59% e una specificità del 71% nel predire la necessità di ventilazione meccanica. Conclusioni: La frazione di ispessimento diaframmatico si dimostra un biomarcatore promettente, rapido e non invasivo, per l’identificazione precoce dei pazienti a rischio di scompenso respiratorio in PS. Una soglia di DTF intorno al 22,1% consente una stratificazione efficace dei pazienti che necessiteranno di supporto ventilatorio, facilitando decisioni cliniche tempestive. Sebbene la DTF non si sia correlata significativamente con esiti a lungo termine quali durata della degenza ospedaliera o mortalità, la sua utilità nella predizione del supporto ventilatorio immediato evidenzia il suo potenziale ruolo nei protocolli di valutazione in terapia intensiva. Sono auspicabili futuri studi di più ampia scala per validare questi risultati e integrare la DTF in modelli di stratificazione del rischio per l’insufficienza respiratoria acuta.
Background: Early identification of patients at risk of respiratory failure requiring mechanical ventilation is critical in emergency settings to optimize resource allocation and improve outcomes. Diaphragm ultrasound, particularly the measurement of diaphragm thickening fraction (DTF), has emerged as a non-invasive, radiation-free modality to assess diaphragmatic function. Despite its potential, the clinical utility of DTF as a predictor for immediate ventilatory support in the emergency department (ED) remains to be fully elucidated. Methods: This prospective observational pilot study enrolled adult patients (aged ≥18 years) admitted to the ED of a tertiary care hospital in Modena, Italy, with acute respiratory failure from Baggiovara Hospital. Exclusion criteria included incomplete ultrasound measurements, prior chest wall surgeries interfering with diaphragm visualization, neuromuscular disorders, and chronic use of non-invasive ventilation at home. All ultrasound examinations were performed by experienced sonographers in a semi-recumbent position, measuring diaphragm thickness at end-expiration (T_exp) and end-inspiration (T_ins) during at least three respiratory cycles. DTF was calculated as [(T_ins – T_exp) / T_exp] × 100. Clinical data, including demographic profiles, comorbidities, oxygenation status, and oxygenation ratio (PaO2/FiO2), were collected. The primary outcome was the need for mechanical ventilation (non-invasive or invasive) during ED stay and hospitalization. Secondary outcomes included the association of DTF with hospital length of stay (LOS) and in-hospital mortality. Statistical analyses involved comparison of DTF values between ventilated and non-ventilated groups, linear regression, and ROC curve analysis to determine optimal cutoff points. Results: A total of 56 patients were enrolled, with a median DTF of 25.6% (IQR: 17.5–35.2%). Patients requiring mechanical ventilation during ED stay exhibited significantly lower median DTF (11.2%, IQR: 6.4–21.9%) compared to those who did not (27.5%, IQR: 21.1–35.5%; p=0.0009). Over the entire hospitalization, similar trends persisted: ventilated patients had a median DTF of 20.9% (IQR: 10.6–26.8%), versus 29.8% (IQR: 21.1–37.2%) in non-ventilated patients (p=0.0056). Regression analysis confirmed a significant negative correlation between DTF and ventilation requirement (regression coefficient: -0.075, p=0.008). ROC analysis yielded an AUC of 72%, with an optimal DTF cutoff of 22.1%, providing a sensitivity of 59% and specificity of 71% for predicting the need for mechanical ventilation. Conclusion: The diaphragm thickening fraction demonstrates promise as a rapid, non-invasive biomarker for early identification of patients at risk of respiratory decompensation in the ED. A DTF threshold of approximately 22.1% effectively stratifies patients requiring ventilatory support, facilitating timely clinical decisions. Although DTF did not correlate significantly with longer-term outcomes such as hospital LOS or mortality, its utility in immediate ventilatory support prediction underscores its potential role in critical care assessment protocols. Future larger-scale studies are warranted to validate these findings and integrate DTF into comprehensive risk stratification models for acute respiratory failure.
Diaphragm Thickening Fraction as a Predictor of the Need for Mechanical Ventilation in the Emergency Department: An Observational Pilot Study.
ORLANDO, FILIPPO
2024/2025
Abstract
Background: L’identificazione precoce dei pazienti a rischio di insufficienza respiratoria con necessità di ventilazione meccanica è fondamentale nei contesti di emergenza per ottimizzare l’allocazione delle risorse e migliorare gli esiti clinici. L’ecografia diaframmatica, in particolare la misurazione della frazione di ispessimento del diaframma (DTF, diaphragm thickening fraction), si è affermata come una metodica non invasiva e priva di radiazioni per la valutazione della funzione diaframmatica. Nonostante il suo potenziale, l’utilità clinica della DTF come predittore del supporto ventilatorio immediato in Pronto Soccorso (PS) resta ancora da chiarire pienamente. Metodi: Questo studio pilota prospettico osservazionale ha arruolato pazienti adulti (≥18 anni) ammessi al PS di un ospedale di terzo livello a Modena, Italia, con insufficienza respiratoria acuta, presso l’Ospedale di Baggiovara. I criteri di esclusione comprendevano misurazioni ecografiche incomplete, pregressi interventi chirurgici della parete toracica che interferissero con la visualizzazione del diaframma, patologie neuromuscolari e utilizzo cronico domiciliare di ventilazione non invasiva. Tutti gli esami ecografici sono stati eseguiti da ecografisti esperti in posizione semi-reclinata, misurando lo spessore diaframmatico a fine espirazione (T_exp) e a fine inspirazione (T_ins) per almeno tre cicli respiratori. La DTF è stata calcolata come segue: [(T_ins – T_exp) / T_exp] × 100. Sono stati raccolti dati clinici tra cui profilo demografico, comorbilità, stato di ossigenazione e rapporto PaO2/FiO2. L'endpoint primario era la necessità di ventilazione meccanica (non invasiva o invasiva) durante la degenza in PS e in ospedale. Gli endpoint secondari includevano l’associazione tra DTF e durata della degenza ospedaliera (LOS) e mortalità intraospedaliera. Le analisi statistiche hanno incluso il confronto dei valori di DTF tra pazienti ventilati e non ventilati, regressione lineare e analisi ROC per determinare i cut-off ottimali. Risultati: Sono stati arruolati in totale 56 pazienti, con una DTF mediana pari al 25,6% (IQR: 17,5–35,2%). I pazienti che hanno richiesto ventilazione meccanica durante la permanenza in PS presentavano una DTF mediana significativamente più bassa (11,2%, IQR: 6,4–21,9%) rispetto a coloro che non ne hanno avuto bisogno (27,5%, IQR: 21,1–35,5%; p=0,0009). Durante l’intera degenza ospedaliera, tale tendenza si è confermata: i pazienti ventilati mostravano una DTF mediana pari al 20,9% (IQR: 10,6–26,8%) contro il 29,8% (IQR: 21,1–37,2%) dei pazienti non ventilati (p=0,0056). L’analisi di regressione ha confermato una correlazione negativa significativa tra DTF e necessità di ventilazione (coefficiente di regressione: -0,075, p=0,008). L’analisi ROC ha mostrato un AUC del 72%, con un cut-off ottimale di DTF pari al 22,1%, offrendo una sensibilità del 59% e una specificità del 71% nel predire la necessità di ventilazione meccanica. Conclusioni: La frazione di ispessimento diaframmatico si dimostra un biomarcatore promettente, rapido e non invasivo, per l’identificazione precoce dei pazienti a rischio di scompenso respiratorio in PS. Una soglia di DTF intorno al 22,1% consente una stratificazione efficace dei pazienti che necessiteranno di supporto ventilatorio, facilitando decisioni cliniche tempestive. Sebbene la DTF non si sia correlata significativamente con esiti a lungo termine quali durata della degenza ospedaliera o mortalità, la sua utilità nella predizione del supporto ventilatorio immediato evidenzia il suo potenziale ruolo nei protocolli di valutazione in terapia intensiva. Sono auspicabili futuri studi di più ampia scala per validare questi risultati e integrare la DTF in modelli di stratificazione del rischio per l’insufficienza respiratoria acuta.| File | Dimensione | Formato | |
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