What your test results mean toyou and your doctor
Emily Gilbert, MD
Assistant Professor, Dept of Medicine
Div of Pulmonary & Critical Care
Loyola University Medical Center
Case
35 year old Caucasian female with eight yearsof worsening shortness of breath
She was diagnosed with asthma but feels norelief from inhalers
Further testing is ordered
Chest X-Ray
CT scan of chest
Pulmonary function tests
Chest X-Ray
Chest X-Ray
Image
Pneumothorax
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/46/Blausen_0742_Pneumothorax.png
Chest X-Ray
Pleural effusion
Pleural effusion
Chylous pleural effusion
Chylothorax_Fig1
Chlye
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f5/Thoracentesis.jpg
Chest X-Ray
Chest CT - LAM
Chest CT - Emphysema
C:\Users\EMGILB~1.LU~\AppData\Local\Temp\~MyBitmap.Bmp
C:\Users\EMGILB~1.LU~\AppData\Local\Temp\~MyBitmap.Bmp
Why get Pulmonary Function Tests?
Obtain baseline of lung function
Assess disease progression
Assess response to medications
Determine prognosis and need for lungtransplantation
C:\Users\EMGILB~1.LU~\AppData\Local\Temp\~MyBitmap.Bmp
pulmonary-function-fig1_large.jpg
“Breathenormally”
“Breathe in asdeeply as youcan”
“Breathe outas hard as youcan”
Cleveland Clinic Jnl of Med 2003; 70: 866-881
Volume of airexpelled duringthe entireforcedexhalation
Volume of airexpelled duringthe first secondof the forcedexhalation
Maximum Inhalation
Maximum Exhalation
Spirometry
Measures the exhaled volume and flow of air vs time
Tidal Volume: volume of air moved during normalbreathing
FVC (forced vital capacity):
volume of air expelled during the entire forced exhalation(measured in liters)
FEV1 (forced expiratory volume in 1 second):
volume of air expelled during the first second of the forcedexhalation (measured in liters)
FEV1/FVC: % of air expelled in the first second
Cleveland Clinic Jnl of Med 2003; 70: 866-881
Volume of airexpelled duringthe entireforcedexhalation
Volume of airexpelled duringthe first secondof the forcedexhalation
FEV1/FVC
70-75% of volume expelledduring forced expiration shouldbe exhaled during the 1stsecond
FEV1/FVC ratio<70% indicatesobstructive lung disease
Asthma
Emphysema
LAM
Spirometry in LAM
Smooth musclecells proliferate andsurround airways
Narrowing ofairways  Air flowdecreased Decreased FEV1
http://www.brown.edu/Courses/Digital_Path/systemic_path/pulmonary/L54.jpg
Normal Spirometry Values
Reference value based on:
Age
Height
Ethnicity
Gender
Reference value, measured value (L) and % of predictedvalue are reported
% predicted =
         patient’s value
reference value
X 100
Severity
Reduced FEV1/FVC ratio
FEV1/FVC ratio<70% = obstruction
FEV1 is decreased due to obstruction of flow
Severity of obstruction is based on FEV1
FEV1 80-100% predicted = normal
FEV1 60-80% predicted = mild obstruction
FEV1 40-60% predicted = moderate obstruction
FEV1 <40% predicted = severe obstruction
http://www.sharinginhealth.ca/respiratory/images/flow_volume_loops.jpg
C:\Users\EMGILB~1.LU~\AppData\Local\Temp\~MyBitmap.Bmp
C:\Users\EMGILB~1.LU~\AppData\Local\Temp\~MyBitmap.Bmp
<70% = obstruction
50% = Moderate
C:\Users\EMGILB~1.LU~\AppData\Local\Temp\~MyBitmap.Bmp
Hypothesis for cyst formation
Bronchodilator Response
Bronchodilators (e.g., Albuterol) relax musclesaround the airway
Spirometry is performed before and afteradministration of a bronchodilator
Positive bronchodilator response:
200mL increase in FEV1
           and
12% change
https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTpz_mjnKyOdLVReMx_01Fg-_4BTcOHitvMO43uqVm_6MM0uspYGw
C:\Users\EMGILB~1.LU~\AppData\Local\Temp\~MyBitmap.Bmp
https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTpz_mjnKyOdLVReMx_01Fg-_4BTcOHitvMO43uqVm_6MM0uspYGw
C:\Users\EMGILB~1.LU~\AppData\Local\Temp\~MyBitmap.Bmp
Average LAM Spirometry Values
Average FEV1/FVC = 64.5%
Average FEV1= 70% of predicted
Mild disease
Patients with TSC-LAM have more milddisease at the time of presentation
Ryu et al.  NHLBI  LAM registry.  AJRCCM 2006; 173:105-111
C:\Users\EMGILB~1.LU~\AppData\Local\Temp\~MyBitmap.Bmp
Pulmonary Diffusing Capacity
Diffusing capacity ofthe lungs for carbonmonoxide (DLCO)
Measures thetransmission of the COmolecule from alveolargas to hemoglobin inthe pulmonarycapillary blood
Pulmonary Diffusing Capacity
1.Patient exhales completely
2.Breathes in the test gas (10%helium, 0.3% CO + oxygenand nitrogen) to maximuminspiration
3.Breath hold x 10 seconds
CO has very high affinity forhemoglobin so crossesmembrane and binds quickly tored blood cell
4.Patient exhales quickly andexhaled gas is collected
DLCO
DLCO is adjusted for hemoglobin
DLCO 80-100% = normal diffusion capacity
DLCO 60-80% = mildly decreased diffusion capacity
DLCO 40-60% = moderately decreased diffusion capacity
DLCO <40% = severely decreased diffusion capacity
Ryu et al.  NHLBI  LAM registry.  AJRCCM 2006; 173:105-111
C:\Users\EMGILB~1.LU~\AppData\Local\Temp\~MyBitmap.Bmp
C:\Users\EMGILB~1.LU~\AppData\Local\Temp\~MyBitmap.Bmp
Cleveland Clinic Jnl of Med 2003; 70: 866-881
Volume of air leftin lungs at end ofmaximumexhalation
Total volume ofair in the lungsat maximuminhalation
Obstruction        Air Trapping
Increased RV or TLC (>120% predicted) = Air trapping
Restriction
Decreased TLC (<80% predicted) = Restriction
Causes of restriction:
Pleural effusion
Pleurodesis for recurrent pneumothorax
http://www.simpto.nl/wp-content/uploads/2014/07/pleurodese-thoracocentese.jpg
Pleural effusion
C:\Users\EMGILB~1.LU~\AppData\Local\Temp\~MyBitmap.Bmp
C:\Users\EMGILB~1.LU~\AppData\Local\Temp\~MyBitmap.Bmp
Moderateobstruction
+ bronchodilatorresponse
Mild airtrapping
Severe defect ingas diffusion
The diagnosis of LAM is suspected based onChest CT findings
A serum Vascular Endothelial Growth Factor D(VEGF-D) level is drawn
VEGF-D
Serum VEGF-D level of >800pg/mL in femalewith typical lung cystic changes on CT isspecific for S-LAM
Higher levels indicate more severe disease
Her level returns at 935 pg/mL
Based on her CT scan and VEGF-D level, she isgiven a diagnosis of LAM
Other testing…
MRI brain
To look for evidence of tuberoussclerosis complex (TSC)
Abdominal CT scan
To assess for evidence ofangiomyolipoma
Desaturation screen
angiomyolipoma
http://img.medscape.com/article/745/228/745228-fig2.jpg
88% oxygensaturation
Results
No evidence of Tuberous Sclerosis on her MRIof the brain
No angiomyolipoma on CT of abdomen
She desaturates to 84% on room air whileambulating and requires 2L of oxygen to keepsaturations >88%
Next steps
She is started on oxygen to keep oxygensaturation >88% while ambulating
Given her symptoms and moderateobstruction on spirometry, Rapamycin isstarted
Follow-up appointments
Rapamycin trough
Cholesterol level
VEGF-D level
CT chest
Every few years
Very slowly progressing disease
Pulmonary function tests
Every 6-12 months
Average lung function decline
Nonsmokers without lungdisease lose 30ml/year oflung function after age 35
Lung function decline in LAM
Premenopausal
Postmenopausal
Decline FEV1, % predicted
2.2% per year
0.9% per year
Decline FEV1, mL
90 mL/year
55 mL/year
Decline DLCO, % predicted
2.8% per year
1.9% per year
Decline DLCO, mL/mmHg/min
0.78 per year
0.58 per year
CHEST 2004; 126:1867–1874
MILES trial   N Engl J Med 2011; 364:1595-1606
Rate of change of FEV1 was primary outcomein the MILES trial
Placebo group had an observed FEV1 declineof 134mL over one year
Sirolimus group had improvement in FEV1 of19mL over one year
Value attime ofenrollment
 Value at 12 months
      Placebo      Sirolimus
Change from baseline
    Placebo           Sirolimus
FEV1 (mL)
1367mL(48%)
1272mL
1383mL
-134mL
+19mL
FVC (mL)
2791mL(79% pred)
2843mL
2780mL
-129mL
+97mL
MILES trial   N Engl J Med 2011; 364:1595-1606
Value attime ofenrollment
 Value at 12 months
      Placebo      Rapamycin
Change from baseline
    Placebo         Rapamycin
FEV1 (mL)
1367mL(48%)
1272mL
1383mL
-134mL
+19mL
FVC (mL)
2791mL(79% pred)
2843mL
2780mL
-129mL
+97mL
SerumVEGF-D(pg/mL)
2029pg/mL
2444pg/mL
862pg/mL
-14.8pg/mL
-1032pg/mL
MILES trial   N Engl J Med 2011; 364:1595-1606
Despite being on Rapamycin, our patient hascontinued progression of her disease withworsening shortness of breath and increasingoxygen requirements
2010
Value
% Predicted
FVC
3.51
105%
FEV1
1.41
50%
FEV1/FVC
40%
DLCO
7.3
34
Despite being on Rapamycin, our patient hascontinued progression of her disease withworsening shortness of breath and increasingoxygen requirements
2010
2014
Value
% Predicted
Value
% Predicted
FVC
3.51
105%
3.20
98%
FEV1
1.41
50%
0.79
25%
FEV1/FVC
40%
25%
DLCO
7.3
34%
6.9
30%
Lung Transplantation
Pulmonary function tests help predict when one shouldbe listed for lung transplant
Guidelines for lung transplant in LAM:
Severe life-limiting shortness of breath
Uncontrollable, recurrent pneumothorax
Use of oxygen
Average lung function of LAM patients at time oftransplant:
FEV1 25% of predicted
DLCO 27% of predicted
Summary
CXR, CT chest can help lead to diagnosis
Pulmonary Function tests obtained at baseline andevery 6-12 months
FEV1/FVC ratio <70% indicates obstruction
Severity of obstruction is based on FEV1
Rule of 20s to determine severity
VEGF-D level can help make diagnosis without biopsyand may decrease with Rapamycin
Lung transplant is an option if disease progressesdespite therapy
References
Fletcher C. The natural history of chronic airflow obstruction.  British MedicalJournal 1977;1:1645-1648.
Taveira-DaSilva AM et al.  Reversible Airflow Obstruction, Proliferation of abnormalsmooth muscle cells and impairment of gas exchange as predictors of outcome inLAM.   AJRCCM 2001; 164: 1072-1076.
Taveira-DaSilva AM et al.  Decline in Lung Function in Patients withLymphangioleiomyomatosis Treated with or without Progesterone.  Chest 2004;126:1867-1874.
Orens JB, et al.  International Guidelines for the selection of Lung TrasplantCandidates: 2006 update.  Jnl of Heart and Lung Transplant 2006; 7: 745-755.
McCormack FX.   Lymphangioleiomyomatosis: A Clinical Update.  Chest 2008;133:507-516.
Taveira-DaSilva AM et al.  Reversible Airflow Obstruction in LAM.  Chest 2009: 136;1596-1603.
Clements D et al. Lymphangioleiomyomatosis.  Eur Respi Mon 2009; 46:176-207.
McCormack FX et al.  Efficacy and Safety of Sirolimus inLymphangioleiomyomatosis. N Engl J Med 2011; 364:1595-1606
Henske, EP, McCormack FX.  Lymphangioleiomyomatosis – a wolf in sheep’sclothing.  JCI 2012;122(11):3807-3816.