The impact of vertebral fractures on pulmonary function tests in patients with interstitial lung disease. A cross-sectional study

Introduction Multiple studies have shown that vertebral fractures are associated with a reduction in pulmonary function. The degree of restrictive ventilatory defect generally correlated with the number and severity of spinal deformity, estimated as spinal deformity index (SDI). Few data are actually available on impact of spinal deformities on lung function in patients affected by interstitial lung diseases (ILDs). Aim of the study To investigate the association between vertebral deformities, quantified through SDI, and lung functional parameters, independently of underlying high resolution computed tomography (HRCT) pattern, radiographic linear morphometric indices of pulmonary restriction and spinal osteoarthritis (OA)/diffuse idiopathic skeletal hyperostosis (DISH). Material and Methods We conducted a cross-sectional study, including adult subjects diagnosed with ILD. HRCT scan and pulmonary function tests (PFTs) were performed, including percent predicted and absolute forced vital capacity (FVC), total lung capacity (TLC), forced expiratory volume in 1 second (FEV1) and diffusing capacity of carbon monoxide (DLCO). SDI was assessed from T4 to T12, and presence of severe spinal OA and/or DISH, aortosternal distance (AOST), right oblique fissure posterior retraction distance (ROFPRD) and the left oblique fissure posterior retraction distance (LOFPRD) were measured on HRCT scans. The required sample size, estimated a priori, was N = 200. Results A total of 200 patients were included, 76 idiopathic pulmonary fibrosis (IPF), 31 idiopathic inflammatory myopathies (IIM)-ILD, 65 systemic sclerosis (SSc)-ILD and 28 other forms of ILD. Sagittal HRCT reconstruction showed at least one mild thoracic vertebral fracture in 46 (23%) subjects. Each additional one-point increase in the SDI was associated with an estimated reduction of 2.9% in the ppFVC (p<0.01) and 2.7% in 6 the ppTLC (p<0.01), while for ppDLCO the reduction was non-statistically significant (1.45%, p=0.087). The models predicting the absolute lung parameters was statistically significant for absolute FVC (adjusted R² = 0.57, p < 0.001) and absolute TLC (adjusted R² = 0.43, p < 0.001). Each additional one-point increase in the SDI was associated with an estimated reduction of 95.64 ml in FVC (p<0.05) and of 199.46 ml in TLC (p<0.05). Regarding ppFEV1, the overall model fit was also statistically significant (adjusted R² = 0.14, p < 0.001). After multiple imputation, the estimates for SDI remained stable: -88.6 for absolute FVC (95%CI -169.34, -7.86; p-value 0.032), -182.40 for absolute TLC (95%CI -301.46, -63.38; p-value <0.001) and -0.79 for ppFEV1 (95%CI -2.92, 1.34; p-value 0.47). Conclusion Vertebral deformities quantified by the SDI are independently associated with reduced lung volumes in patients with ILD, beyond the effects of fibrotic pattern and thoracic morphometry. These findings provide novel evidence of bone lung interactions in fibrosing lung disease and support the integration of vertebral assessment into the comprehensive evaluation of ILD patients.

Introduzione Diversi studi hanno dimostrato che le fratture vertebrali sono associate ad una riduzione della funzionalità polmonare. Il grado di compromissione ventilatoria risulta generalmente correlato al numero e alla gravità delle deformità vertebrali, quantificate mediante lo Spinal Deformity Index (SDI). Sono tuttavia pochi ad oggi i dati sull’impatto delle deformità vertebrali sulla funzionalità polmonare nei pazienti affetti da interstiziopatia polmonare (ILD). Obiettivo dello studio Indagare l’associazione tra le deformità vertebrali, quantificate tramite SDI, ed i parametri di funzionalità respiratoria, indipendentemente dal pattern radiologico - valutato tramite tomografia computerizzata ad alta risoluzione (HRCT) - dagli indici morfometrici radiografici di restrizione polmonare e dalla presenza di osteoartrosi vertebrale (OA) e/o iperostosi scheletrica idiopatica diffusa (DISH). Materiali e metodi È stato condotto uno studio cross-sectional, in cui abbiamo incluso soggetti adulti con diagnosi di ILD, sottoposti a studio HRCT e alle prove di funzionalità respiratoria, comprendenti la capacità vitale forzata (FVC), la capacità polmonare totale (TLC), il volume espiratorio forzato in 1 secondo (FEV₁) e la capacità di diffusione del monossido di carbonio (DLCO), espressi sia in valore assoluto sia in percentuale del valore predetto (pp). Lo SDI è stato valutato a livello delle vertebre dorsali, da D4 a D12. Sulle immagini HRCT sono stati inoltre valutati la presenza di OA vertebrale grave e/o DISH, la distanza aortosternale (AOST), la right oblique fissure posterior retraction distance (ROFPRD) e left oblique fissure posterior retraction distance (LOFPRD). La numerosità campionaria necessaria è stata stimata a priori, pari a 200 soggetti. Risultati Sono stati inclusi 200 pazienti: 76 affetti da fibrosi polmonare idiopatica (IPF), 31 da ILD associata a miopatie infiammatorie idiopatiche (IIM)-ILD, 65 da ILD associata a sclerosi sistemica (SSc)-ILD e 28 affetti da altre forme di ILD. Dalla ricostruzione sagittale delle immagini HRCT, è emersa una lieve frattura vertebrale toracica almeno in 46 soggetti (23%). Ogni incremento di 1 punto dello SDI è risultato associato ad una riduzione stimata del 2,9% della ppFVC (p < 0,01) e del 2,7% della ppTLC (p < 0,01), mentre per la ppDLCO, la riduzione stimata non ha raggiunto la significatività statistica (1,45%; p = 0,087). I modelli predittivi dei parametri polmonari espressi in valore assoluto sono risultati statisticamente significativi per la FVC (adjusted R² = 0,57; p < 0,001) e per la TLC (adjusted R² = 0,43; p < 0,001). Per ogni aumento di 1 punto dello SDI è emersa un'associazione con una riduzione stimata di 95,64 mL della FVC (p < 0,05) e di 199,46 mL della TLC (p < 0,05). Anche per quanto riguarda il ppFEV₁ è emersa una significatività statistica (adjusted R² = 0,14; p < 0,001). Dopo multiple imputation analysis, le stime relative allo SDI sono rimaste stabili: −88,6 per la FVC assoluta (IC 95%: −169,34, −7,86; p = 0,032), −182,40 per la TLC assoluta (IC 95%: −301,46, −63,38; p < 0,001) e −0,79 per il ppFEV₁ (IC 95%: −2,92, 1,34; p = 0,47). Conclusioni Le deformità vertebrali, quantificate per mezzo dello SDI, sono associate ad una riduzione dei volumi polmonari nei pazienti affetti da ILD, indipendentemente dal pattern fibrotico e dalla morfometria polmonare. Questi risultati forniscono nuove evidenze a sostegno della relazione tra bone health e funzionalità polmonare nell’ambito delle pneumopatie fibrosanti e suggeriscono l’integrazione della valutazione vertebrale nel globale inquadramento clinico dei pazienti con ILD.