Malattie dell'apparato respiratorio

Anatomia e fisiologia

Funzione del polmone

Scambi gassosi alveolo-capillare. Tre compartimenti funzionali: conduzione, scambio, circolazione. Nella zona di conduzione si ha filtrazione, riscaldamento, umidificazione aria. Il polmone è responsabile della respirazione esterna, che deve essere sincrona con la respirazione interna.

Albero respiratorio

L'albero respiratorio si snoda in 23 diramazioni: si ha una zona di conduzione fino alla 16^esima diramazione, poi inizia la zona respiratoria, dove avvengono gli scambi (a partire dagli alveoli terminali). Le diramazioni respiratorie sono avvolte da una fitta rete vascolare.

Dinamica respiratoria

• Fase inspiratoria: necessaria azione muscoli inspiratori (intercostali esterni, parasternali, SCM, scaleni, diaframma) che allargano cassa toracica e diaframma che si abbassa.
• Fase espiratoria: permessa principalmente dal ritorno elastico polmonare.

Compliance polmonare

La compliance polmonare è la distensibilità che permette l'espansione polmonare. In condizioni fibrotiche si ha una riduzione della compliance, in condizioni ipoelastiche (es. enfisema) si ha un eccesso di compliance. La normale compliance polmonare per una pressione di 5 cmH₂O è di 1L. La curva pressione-volume è espressione grafica della compliance polmonare: spostata a sinistra e in alto nell'enfisema, a destra e in basso nella fibrosi.

Anatomia microscopica della zona di conduzione

L'epitelio respiratorio è di tipo cilindrico, pseudostratificato ciliato. Le ciglia presentano un battito metacronale responsabile di un movimento ascensionale che permette l'allontanamento di particelle nocive. Le ciglia sono tappezzate di muco, prodotto dalle cellule mucipare caliciformi.

Legge di Poiseuille

La resistenza al flusso d'aria offerta da un condotto è direttamente proporzionale alla lunghezza del condotto stesso e inversamente proporzionale al raggio elevato alla quarta e dipende anche dalla viscosità intrinseca del mezzo.

Regolazione della muscolatura liscia bronchiale e bronchiolare

Normalmente vi è un tono fisiologico bronco-motore, ma in condizioni patologiche può instaurarsi broncospasmo. L'Ach e i leucotrieni inducono broncocostrizione. Questi si legano a recettori che inducono la proteina G stimolatoria e la fosfolipasi Cbeta, che scinde il PIP2 in DAG e IP3. L'IP3 mobilizza i depositi di calcio intracellulari, con conseguente attivazione dell'apparato contrattile, mentre il DAG sensibilizza l'apparato contrattile al calcio. I recettori B2 adrenergici mediano broncodilatazione.

Valutazione del flusso e dei volumi aerei

Avviene tramite spirometria, che può essere tradizionale o associata a pletismografia corporea. I volumi polmonari sono:

• Capacità polmonare totale: circa 6 L, somma di tutti i volumi polmonari.
• Capacità vitale: somma di tutti i volumi mobilizzabili, volume di gas espulso durante espirazione massima dopo inspirazione massima (circa 4.6L).
• Volume corrente: volume mobilizzato durante una respirazione tranquilla, circa 500mL.
• Capacità inspiratoria: volume corrente + volume riserva inspiratoria (inspirazione forzata).
• Volume riserva espiratoria: volume massimo mobilizzabile durante espirazione forzata (1100mL) dopo espirazione normale.
• Volume riserva inspiratoria: volume mobilizzabile durante manovra inspiratoria massima dopo inspirazione normale.
• Capacità funzionale residua: volume residuo + volume riserva espiratoria. Volume di gas che resta nei polmoni dopo espirazione normale.
• Volume residuo: non valutabile con spirometria, è il volume che rimane nei polmoni dopo massima espirazione (1200ml), misurato tramite pletismografia.
• Spazio morto anatomico: dalle narici ai bronchioli terminali, circa 150 mL.
• FVC: capacità vitale forzata (espirazione massima a partire da inspirazione massima).
• Spazio morto alveolare: alveoli che non partecipano agli scambi (es. tromboembolismo polmonare).
• Spazio morto fisiologico: spazio morto alveolare + spazio morto anatomico.

Volumi dinamici

Comprendono FEV1, indice di Tiffenau (rapporto tra FEV e capacità vitale forzata, normalmente di 0.8), capacità vitale forzata, flusso espiratorio medio (parametro utile alla valutazione dell'ostruzione precoce delle piccole vie aeree, generalmente prima alterazione nei fumatori).

Ventilazione

La ventilazione totale dipende dal volume corrente e dalla frequenza respiratoria (da 6 a 8 L al minuto). L'indice fondamentale per valutare la ventilazione in un soggetto sano è la PaCO₂. FEV 25 e FEV75: flusso espiratorio medio, espresso come tempo per espellere il 25 e il 75 % della capacità vitale forzata, è indice di ostruzione delle piccole vie aeree.

Polmone enfisematoso e ipoestensibile

Nel polmone enfisematoso si ha aumento del volume residuo per aumento dello spazio morto, si ha una riduzione della capacità vitale e un aumento della capacità polmonare totale. Nel polmone ipoestensibile vi è una riduzione di tutti i volumi.

Spazio morto anatomico

Lo spazio morto anatomico è lo spazio dove non si verificano scambi gassosi (bronchi, trachea, alveoli non funzionali), una parte del volume corrente non partecipa agli scambi poiché va a riempire lo spazio morto anatomico.

Ventilazione alveolare

Prodotto tra volume corrente (senza contare lo spazio morto) e gli atti respiratori al minuto (12-18). Normalmente in un minuto partecipano alla ventilazione alveolare 5000 mL.

Flusso circolatorio

Volume gittata sistolica X frequenza cardiaca: circa 5 L al minuto. Il rapporto ventilazione/perfusione corrisponde idealmente a 1, ma nella realtà è di 0.8 per la presenza degli shunt fisiologici tra circolazione polmonare e circolazione bronchiale.

Elasticità polmonare

Tendenza del polmone ad assumere l'espansione originaria in seguito all'inspirazione. Rappresenta l'inverso della compliance e si riduce con l'enfisema (mentre la compliance aumenta nell'enfisema e si riduce nelle malattie restrittive).

Circolazione polmonare

Il polmone presenta doppia circolazione (arterie bronchiali da circolazione sistemica, arterie polmonari) pressione sistolica 25 mmHg, diastolica 8 mmHg. Elevato numero di resistenze = minore pressione. Durante la sistole risultano pervi più capillari che rispetto alla diastole (fenomeno del recruitment).

Zone di West

• Apice polmonare (1): pressione alveolare supera pressione arteriosa e venosa. Il flusso ematico è idealmente pari a 0.
• Zona 2: pressione arteriosa supera pressione alveolare che supera pressione venosa.
• Zona 3 (basi): maggiore perfusione. Pressione alveolare inferiore a pressione venosa e arteriosa.

Rapporto ventilazione-perfusione in attività fisica

Rimane invariato poiché aumentano sia FR che FC. La pressione del circolo polmonare non aumenta poiché vi è un reclutamento capillare con riduzione delle resistenze.

Anatomia microscopica degli alveoli

• Pneumociti tipo 1: funzione di rivestimento.
• Pneumociti tipo 2: producono surfactante. Il surfactante impedisce il collasso degli alveoli in fase espiratoria per aumento della tensione superficiale.

Diffusione dei gas

Regolata dalla legge di Fick. La CO₂ presenta migliore diffusibilità (20 volte superiore) rispetto all'ossigeno poiché liposolubile. Con le alterazioni della diffusione si va prima incontro a ipossiemia. La barriera aria-sangue è spessa circa 0.5 micron.

• Gradiente ossigeno: 60 mmHg (pO₂ alveolo 100, pO₂ capillare venoso 40).
• Gradiente anidride carbonica: 5-6 mmHg (pCO₂ alveolo 40mmHg, pCO₂ 45-46).

Nonostante il gradiente meno ripido, la pCO₂ è maggiormente diffusibile. DLCO (viene valutato il monossido di carbonio): coefficiente di diffusione alveolo-capillare, dipende da 5 fattori:

• Superficie e spessore membrana alveolo-capillare (la superficie aumenta nell'enfisema, nelle interstiziopatie si ha inspessimento membrana alveolo-capillare).
• Adeguamento rapporto ventilazione-perfusione.
• Concentrazione di emoglobina nel sangue (nell'anemia la diffusione viene sottostimata, nella poliglobulia sovrastimata).
• Volume di sangue nei capillari polmonari: nelle fasi iniziali dell'insufficienza cardiaca si ha una sovrastima della DLCO a causa della congestione ematica polmonare. Nel cronico si ha invece la formazione di edema e la DLCO si riduce.

DLCO ridotta: enfisema, patologie interstiziali, tromboembolismo polmonare, anemia, ipertensione polmonare, edema polmonare.

DLCO aumentata: fasi iniziali scompenso, poliglobulia (paradossa), emorragie alveolari, gravidanza, asma.

Emoglobina

L'emoglobina lega l'ossigeno a livello alveolare e lo cede ai tessuti. Curva di dissociazione emoglobinica: pone in rapporto la relazione tra la pressione parziale di O₂ e la saturazione emoglobinica. Normalmente ha una forma sigmoide. Uno spostamento della curva a destra indica riduzione dell'affinità (si ha quando aumenta la CO₂, quando si riduce il Ph), uno spostamento a sinistra indica maggiore affinità (es. alcalosi). Nel sangue arterioso vi è una pO₂ vicina a 100mmHg e una saturazione emoglobinica del 98%, la saturazione si mantiene alta (90-95) fino alla pO₂ di 60mmHg, dove inizia la parte discendente della curva. A 60mmHg la saturazione è del 90%. Si parla di insufficienza respiratoria quando la saturazione a 60mmHg è <90%. Il saturimetro opera una valutazione indiretta delle pressioni parziali dell'ossigeno a livello arterioso (quando riporta 97% indica un range pressorio tra 100 e 65 mmHg, 90 quando la pressione parziale è del 90%).

Spostamento della curva di dissociazione

P50: pressione parziale dell'O₂ nel sangue arterioso alla quale la saturazione emoglobinica è al 50% (26 mmHg). Fattori che spostano la curva a destra favorendo la dissociazione (a parità di saturazione diminuisce la PaO₂):

• Acidosi (effetto Bohr).
• Aumento di temperatura.
• Aumento di 2,3 difosfoglicerato.
• Aumento PaCO₂.

Fattori che spostano la curva a sinistra (cessione di O₂ inibita):

• Ipotermia.
• Alcalosi.
• Riduzione 2,3 difosfoglicerati.

Controllo nervoso della respirazione

I centri nervosi si trovano a livello bulbo-pontino, a livello periferico troviamo i chemocettori aortici e carotidei in grado di percepire le variazioni di pO₂. In condizioni di ipossiemia si ha l'attivazione dei chemocettori che attraverso le fibre vagali e glossofaringee stimolano i centri bulbari incrementando la frequenza respiratoria. La CO₂ (essendo liposolubile) può stimolare i chemocettori centrali.

Pattern di alterata funzionalità polmonare alla spirometria

• Restrittivo: riduzione di tutti i volumi polmonari, indice di Tiffenau normale, importante valutazione pletismografica per il volume residuo.
• Patologie con pattern restrittivo e aumento volume residuo: riduzione compliance e difficoltà a desufflarsi (tipica delle malattie neuromuscolari, spondilite anchilosante ecc).
• Pattern restrittivo e diminuzione volume residuo (patologie restrittive parenchimali come sarcoidosi e altre interstiziopatie, oltre che obesità).
• Ostruttivo: CPT normale o aumentata, aumento del volume residuo, riduzione capacità vitale, riduzione FEV (BPCO, fibrosi cistica, asma, bronchiectasie, bronchioliti). Parametro precoce di quadro ostruttivo: FEV 25-75% (flusso espiratorio medio: tempo necessario per espellere il 25 e il 75% della capacità vitale forzata).

Eo pneumologico

• Valutare FR.
• Capacità di completare una frase in un discorso.
• Percussione: iperisonanza (PTX), ottusità dei campi polmonari (versamento pleurico).
• Aumento FVT: aumenta se consolidamento (polmoniti, infarto polmonare); cavità aeree comunicanti con bronchi (ascessi, bronchiectasie).
• Riduzione FVT: stenosi tracheali o bronchiali (tumori, versamenti pleurici), atelettasie, edema polmonare, enfisema, PTX.
• Auscultazione:
• Sibili: espressione di ostruzione delle vie aeree (asma, edema peribronchiale, scompenso cardiaco). Possono essere polifonici (se interessano vie aeree di diverso calibro come nell'asma) o monofonici se interessano solo un calibro (carcinoma broncogeno).
• Ronchi: espressione di ostruzione delle vie aeree di medio calibro, spesso + secrezioni (bronchite) come in BPCO o bronchiectasie. Se si evidenziano sibili espiratori e ronchi, stridore ad alta frequenza, sibili inspiratori focali spesso sopra il collo si tratta di ostruzione delle alte vie aeree.
• Crepitii: segno di patologia alveolare, patologie che riempiono gli alveoli di fluido come edema polmonare (crepitii alla base) o polmonite. Le interstiziopatie come IPF possono dare crepitii a velcro distaccato. È possibile differenziare i crepitii di origine alveolare con quelli interstiziali grazie all'egofonia (se il paziente pronuncia EEE si sente AH → distorsione), dovuta ad alterazione della trasmissione sonora. L'egofonia è presente nella polmonite ma non nella IPF. Allo stesso modo nella polmonite è presente il pectoriloquio sussurrato/broncofonia aumentato così come la trasmissione dei suoni delle vie aeree di grande calibro (si sentono rumori bronchiali in zone polmonari dove dovrebbe auscultarsi il MV).

Insufficienza respiratoria

Condizione in cui non vi è adeguata ossigenazione del sangue arterioso.

Quadri

• Ipossidemia: PaO₂ < 80mmHg.
• Ipercapnia: PaCO₂ > 45 mmHg.
• Tipo 1 parziale: ipossiemica normocapnica/ipocapnica: pO₂ < 60 mmHg, saturazione < 90%.
• Tipo 2 globale: ipossiemica ipercapnica: PaO₂ < 60, paCO₂ > 45.

Fisiopatologia

• Ipoventilazione alveolare: patologie respiratorie o extra respiratorie.
• Disomogeneità del rapporto ventilazione-perfusione: il rapporto si allontana da 0.8 tendendo a 0 o a infinito. Nell'embolia polmonare si ha un deficit di perfusione, in un quadro di ostruzione delle vie aeree si ha un deficit di ventilazione.
• Alterazione della diffusione alveolo-capillare: es. polmonite da Covid. Ispessimento barriera aria-sangue. Si accompagna spesso a ipercapnia.
• Shunt arterovenosi

Dal punto di vista clinico

• Latente: si manifesta con uno sforzo fisico.
• Manifesta: presente a riposo.

In base alla rapidità di insorgenza

• Acuta.
• Cronica.
• Riacutizzata.

Cause non polmonari di IR

• Farmaci (BZP, oppiodi).
• Infezioni.
• Traumi.
• Depressione respiratoria SNC.
• Malattie demielinizzanti.
• Miopatie primarie e secondarie: miastenia, glicogenosi.
• Obesità, cifoscoliosi (alterazioni parete toracica).

Cause polmonari

• Ostruzioni vie aeree.
• Patologie broncopolmonari (flogosi, iperplasie cellule caliciformi BPCO).
• Enfisema, fibrosi post-infiammatorie, tumori, processi intra-alveolari cronici.
• Forme recidivanti di asma.

Cause vascolari

• Embolie.
• Ipertensione polmonare.
• Congestione.

Cause pleuriche

• Pleuriti sierose.
• Fibrosi pleuriche.

Quadro clinico

• Dispnea.
• Cianosi.
• Tachicardia.
• Ipertensione polmonare: reazione di vasocostrizione ipossica, rimodellamento strutturale della parete vasale, aumento dell'hct (nel cronico).
• Cuore polmonare: deviazione asse cardiaco a destra per ipertrofia ventricolare destra.
• Manifestazioni neurologiche legate all'ipercapnia e all'acidosi respiratoria: encefalopatia ipercapnica (alterazioni stato di coscienza, fino allo stupor e al coma).

Diagnosi

• EGA: pulsiossimetria, DLCO-clinica, necessaria valutazione pressioni parziali dei gas tramite EGA arterioso. Il saturimetro è un parametro meno affidabile, acquista specificità quando mostra saturazione <90%. Si hanno alterazioni EAB (acidosi respiratoria, possibile compenso renale, che però è piuttosto lento). Il referto EGA dovrebbe idealmente contenere la fiO₂ (% O₂ presente nell'aria respirata dal paziente). Range pH: 7.36-7.44.
• Parametri EGA: O₂: 60-100 mmHg nel sangue arterioso, pCO₂: 35-45 mmHg, bicarbonati: 23-27 mmol/L, deficit di basi: tra -2 e +2, gap anionico.

Terapia insufficienza respiratoria

Ossigenoterapia: miscele d'aria con %O₂ > 21%. Gli obiettivi sono: riduzione del lavoro respiratorio, incremento pressione alveolare di O₂, prevenire ipossia tissutale.

Sistemi di erogazione di O₂

L'erogazione di O₂ può sfruttare sistemi a basso o ad alto flusso.

Sistemi a basso flusso

• Cannule nasali: rappresentano il sistema più semplice. Indicati per condizioni di insufficienza respiratoria lieve. Vantaggi: comodità, il paziente può mangiare e bere. Svantaggi: % di O₂ limitate, inefficace se il paziente respira a bocca aperta, possibile dislocazione.
• Maschera semplice.
• Maschera con reservoir.

Sistemi ad alto flusso:

• Maschere di Venturi: possibilità di posizionare dei raccordi colorati che permettono di comprendere la frazione inspirata di ossigeno (flusso in L/min).
• HFNO: high flow nasal oxygen therapy. Circuito che umidifica e riscalda l'ossigeno permettendo di raggiungere flussi più elevati (fino al 100%). Vengono utilizzate nel supporto dei pazienti Covid.
• CPAP: continuous positive airway pressure. Utilizzata nell'insufficienza respiratoria da edema e nell'OSAS.
• BIPAP: sistema a pressione positiva che viene modulata durante inspirazione ed espirazione. Permette ai pazienti con ipossiemia ipercapnica di correggere l'ipercapnia. By level positive airway pressure.

Controindicazioni ai sistemi non invasivi

• Paziente non collaborante.
• Instabilità emodinamica.
• Necessità di protezione delle vie aeree.
• Gravi aritmie ventricolari.
• Tosse inefficace.
• Chirurgia gastrico-esofagea recente.

Sistemi invasivi

• Intubazione tracheale.
• ECMO veno-venoso (extracorporeal membranous oxygenation). È un tipo di circolazione extracorporea utilizzata per trattare i pazienti con insufficienza respiratoria.