Normograms of pediatric ventilatory and thoraco-abdominal pattern: a posture- and sex-specific study from early childhood to late adolescence

Comprehensive normative reference values for pediatric respiratory kinematics during spontaneous breathing remain critically absent from the literature. Existing reference equations focus predominantly on forced spirometric maneuvers in children aged six years and older, providing no information on quiet breathing kinematics, compartmental contributions, thoracoabdominal coordination, or postural adaptation. This study establishes the first comprehensive, age-stratified normative database for optoelectronic plethysmography (OEP)-measured respiratory kinematics in 228 healthy pediatric subjects (134 males, 94 females) aged 3–18 years. Twenty-two parameters spanning timing, volume, compartmental distribution, coordination, and flow domains were extracted in both seated and supine postures. Age-based normograms (3rd–97th percentile) revealed systematic maturational trends: respiratory frequency declined from 21.5 bpm in early childhood to 16.8 bpm in adolescence, while minute ventilation increased from 3.8 to 7.8 L/min. Weight-normalized tidal volume remained constant at 8.3 mL/kg, validating isometric metabolic scaling. Compartmental contributions shifted from abdominal dominance (55.7%) to balanced distribution by adolescence (39.9%). Postural transition to supine induced a 12.4 percentage point reduction in abdominal contribution while preserving tidal volume homeostasis (p=0.205). The age-, sex-, and posture-specific percentile curves provide quantitative benchmarks for clinical interpretation, enabling early identification of respiratory abnormalities in neuromuscular disease, restrictive lung disorders, and chest wall deformities.

I valori normativi di riferimento per la meccanica respiratoria pediatrica durante il respiro spontaneo sono attualmente carenti in letteratura. Le equazioni esistenti si concentrano su manovre spirometriche forzate in bambini oltre i sei anni, non fornendo informazioni sulla cinematica del respiro a riposo, sui contributi compartimentali, sulla coordinazione toraco-addominale o sull'adattamento posturale. Questo studio stabilisce il primo database normativo completo, stratificato per età, della meccanica respiratoria misurata tramite pletismografia optoelettronica (OEP) in 228 soggetti pediatrici sani (134 maschi, 94 femmine) di età 3–18 anni. Ventidue parametri relativi a domini temporali, volumetrici, compartimentali, di coordinazione e flusso sono stati estratti in posizione seduta e supina. I normogrammi (dal 3° al 97° percentile) hanno rivelato trend sistematici: la frequenza respiratoria diminuisce da 21.5 bpm a 16.8 bpm, mentre la ventilazione minuto aumenta da 3.8 a 7.8 L/min. Il volume corrente normalizzato per il peso è rimasto costante a 8.3 mL/kg, confermando lo scaling metabolico isometrico. I contributi compartimentali mostrano una transizione da dominanza addominale (55.7%) a distribuzione bilanciata (39.9%) in adolescenza. Il passaggio alla posizione supina ha indotto una riduzione del 12.4% del contributo addominale, con volume corrente stabile (p=0.205). Le curve percentili specifiche per età, sesso e postura consentono l'identificazione precoce di anomalie respiratorie in patologie neuromuscolari, disturbi restrittivi e deformità della parete toracica.