L’ossigenoterapia ad alto flusso nella fibrobroncoscopia diagnostica: strategie di utilizzo e nuove prospettive

Corso di laurea magistrale in Medicina e Chirurgia

Tesi di Laurea Sperimentale in Anestesiologia

L’ossigenoterapia ad alto flusso nella fibrobroncoscopia diagnostica: strategie di utilizzo e nuove prospettive

Candidata Relatore Correlatore A.A. 2021/2022

Francesca Maria Prof. Prof. Pagnozzi Fausto Ferraro Luca De Nicola

Matr. A24/002609

Ad Antonio e Arianna. Questo traguardo è anche vostro. F.M.

Indice

• Capitolo 1: la fibrobroncoscopia....................................................................4
• Capitolo 2: anestesia e monitoraggio nella fibrobroncoscopia........................................30
• Capitolo 3: la terapia umidificata ad alti flussi....................................................49
• Capitolo 4: terapia ad alti flussi vs ossigenoterapia standard in pazienti in sedazione cosciente durante la fibrobroncoscopia...............................................................77
• Bibliografia e sitografia........................................................................92
• Ringraziamenti..................................................................................98

1. La fibrobroncoscopia

1.1 Introduzione

Da oltre 150 anni, la broncoscopia, specialmente la broncoscopia flessibile, fibrobroncoscopia, è il principale strumento per l’ispezione delle vie aeree, la diagnosi di lesioni a livello delle stesse, nonché per l’esecuzione dell’aspirazione delle secrezioni a livello dell’apparato respiratorio, di biopsie transbronchiali a scopo diagnostico.

Ad oggi, è difficile immaginare di poter diagnosticare e trattare le patologie delle vie aeree e dei polmoni senza il broncoscopio 1. Oltre alla possibilità di visualizzare completamente le vie aeree, attraverso la fibrobroncoscopia è possibile diagnosticare e trattare molte patologie polmonari grazie allo sviluppo di strumenti appositi, che vengono inseriti attraverso il broncoscopio e così utilizzati con il paziente, spesso, solo moderatamente sedato.

Anche il successo del trapianto polmonare è dovuto, in gran parte, alla fibrobroncoscopia 2. L’utilità della fibrobroncoscopia per la diagnosi dei noduli polmonari periferici e per trattamenti differenti dall’aspirazione delle secrezioni, resta ancora limitata.

Tuttavia, negli ultimi 10-15 anni si è assistito ad un miglioramento sia dell’imaging toracico, sia delle tecniche di esecuzione della broncoscopia stessa. Il risultato è che la fibrobroncoscopia è altresì disponibile nell’armamentario per la diagnosi e il trattamento di diverse patologie dell’apparato respiratorio, e sembrerebbe esserlo potenzialmente per altre condizioni ancora, come ad esempio enfisema, asma, riacutizzazioni di patologie polmonari croniche e così via 3.

1 Criner GJ, Eberhardt R, Fernandez-Bussy S, Gompelmann D, Maldonado F, Patel N, Shah PL, Slebos DJ, Valipour A, Wahidi MM, Weir M, Herth FJ. Interventional Bronchoscopy. Am J Respir Crit Care Med. 2020 Jul 1;202(1):29-50. doi: 10.1164/rccm.201907-1292SO. PMID: 32023078.

2 Ibidem.

3 Ibidem. 44

1.2 Storia della broncoscopia

L’era della broncoscopia ebbe inizio nel 1876, quando Gustav Killian, otorinolaringoiatra tedesco, rimosse un frammento di osso dalle vie aeree di un allevatore utilizzando un esofagoscopio. Successivamente, i collaboratori di Killian, von Eiken, Brunings, Seiffert e Albrecht diedero continuità a ciò che Killian aveva introdotto e iniziarono a sviluppare il broncoscopio rigido. La Storz e la Wolf divennero due importanti compagnie che introdussero nuove tecnologie e delle più recenti versioni di broncoscopi rigidi.

Negli Stati Uniti, lo sviluppo del broncoscopio rigido fu inizialmente opera di Chevalier Jackson, otorinolaringoiatra, e George P. Pilling.

Un tirocinante del dottor Jackson, E. Broyles, introdusse l’ottica telescopica nella broncoscopia (1940), i forcipi ottici (1948), e tecniche di illuminazione in fibra (1962).

4 Panchabhai TS, Mehta AC. Historical perspectives of bronchoscopy. Connecting the dots. Ann Am Thorac Soc. 2015 May;12(5):631-41. 5

Dopo l’introduzione della fibrobroncoscopia, l’uso dei broncoscopi rigidi si ridusse per circa due decadi, finché non furono sviluppati degli strumenti speciali da parte di J.-F. Dumon per il posizionamento degli stent e l’utilizzo del laser Nd:YAG (laser a stato solido che sfrutta come mezzo laser attivo un cristallo di granato di ittrio e alluminio (YAG) drogato al neodimio (Nd:Y Al O3 5). Da quel momento, l’uso della broncoscopia rigida riguadagnò terreno, specialmente per tecniche terapeutiche broncoscopiche avanzate. 12

Il chirurgo toracico Shigeto Ikeda sviluppò il primo broncoscopio flessibile a fibre ottiche negli anni ‘60, rivoluzionando la pneumologia e la chirurgia polmonare. Ad ogni modo, ci vollero anni di precedenti progressi scientifici prima di giungere a tal punto. Nel 1854 John Tyndall dimostrò il fenomeno ottico che porta il suo nome (effetto Tyndall, o della luce curva). Nel 1888, fu un gruppo di fisici austriaci ad integrare tale concetto fisico nella medicina, sviluppando dei cilindri in vetro, di piccolo calibro e ricurvi, per illuminare le cavità all’interno del corpo.

Tra gli anni ’20 e ’30 del XX secolo, multipli gruppi di studio separati giunsero alla conclusione che, oltre alla semplice trasmissione della luce, anche le immagini potevano essere trasmesse attraverso fasci di fibre di vetro. Nel 1954, Hopkins and Kapany svilupparono il prototipo dell’endoscopio flessibile utilizzando fasci di fibre ottiche. Nel 1958, Hirscowitz brevettò un gastroscopio flessibile per visualizzare lo stomaco. Nel 1964, il dottor Ikeda presentò il primo prototipo di fibrobroncoscopio al “IX Congresso Internazionale sulle Patologie del Torace” a Copenhagen, in Danimarca.

Nonostante questo primo prototipo avesse delle limitazioni anche importanti, inclusa l’impossibilità di piegare o direzionare l’estremità distale dello strumento, e non includesse un canale per l’inserimento di altri strumenti, l’importanza clinica del broncoscopio flessibile fu subito evidente. La presentazione del dottor Ikeda fu pubblicata sul New York Times quasi subito dopo la conclusione della conferenza.

Il primo fibrobroncoscopio disponibile in commercio, che permetteva anche l’angolazione dell’estremità distale, prodotto dalla Machida Company, apparve sul mercato nel 1968. Il broncoscopio della Machida fu rapidamente seguito da quello della Olympus, che includeva anche un canale per la suzione e il passaggio degli strumenti. Negli anni successivi si susseguirono rapidi miglioramenti per quanto riguarda la qualità delle immagini, la flessibilità e l’angolazione, e verso la metà degli anni ’70 il fibrobroncoscopio era ormai uno strumento utilizzato in tutto il mondo.

La svolta principale arrivò quando la Asahi Optical Company (poi Pentax Corporation), attraverso l’utilizzo di videocamere, rimpiazzò il fascio di fibre ottiche flessibili con un dispositivo video in miniatura integrato nell’estremità distale del broncoscopio, creando quindi immagini video di alta qualità che potevano essere viste su un più largo schermo. Nonostante i progressi nella tecnologia video, la tecnologia a fibre ottiche del dottor Ikeda ha mantenuto una certa rilevanza nei broncoscopi cosiddetti ibridi.

Il fibrobroncoscopio ha dato inizio ad una nuova era nella broncoscopia e, nelle decadi successive alla sua immissione in commercio, vi sono state numerose innovazioni che hanno allargato il campo della medicina polmonare e toracica. Inizialmente alcune di queste innovazioni venivano usate nella broncoscopia rigida, ma non erano adottate interamente a causa delle limitazioni intrinseche del broncoscopio rigido in quanto tale.

Una delle più importanti innovazioni nella fibrobroncoscopia fu l’introduzione del lavaggio bronco-alveolare (BAL) nel 1974 da parte di Reynolds e Newball. Questa tecnica innovativa permise ai broncoscopisti di ottenere materiale dalle basse vie aeree utile alla diagnosi di malattie infiammatorie, infettive e neoplastiche di tale distretto anatomico, oltre che aiutare a comprendere meglio la risposta cellulare nell’ambito delle malattie polmonari.

Nonostante la biopsia polmonare transbronchiale (TBLB) attraverso il broncoscopio rigido sia stata utilizzata in centri specializzati prima dell’avvento del fibrobroncoscopio, l’impossibilità di raggiungere le lesioni con precisione, in particolare nei lobi superiori, ha limitato la sua utilità. Il dottor Ikeda riconobbe il potenziale del fibrobroncoscopio nell’ambito della diagnosi di lesioni maligne e inventò il primo fibrobroncoscopio proprio con tale obiettivo in mente.

Con l’evoluzione del design del fibrobroncoscopio, la TBLB è diventata una procedura standard facilmente appresa e performata dai pneumologi. L’agoaspirato transbronchiale (TBNA), originariamente sviluppato per la broncoscopia rigida da Schiepatti nel 1948, aveva le stesse limitazioni della TBLB rigida, e veniva eseguito raramente.

Kato Oho sviluppò per primo un ago che poteva essere usato attraverso il fibrobroncoscopio per l’aspirazione di lesioni paratracheali nel 1979, un anno dopo che Ko-Pen Wang dimostrò la tecnica del TBNA mediastinico attraverso il broncoscopio rigido. Tutti questi risultati espansero per sempre il ruolo del broncoscopista e furono un importante passo per lo sviluppo della moderna EBUS (ecografia endobronchiale lineare moderna).

Numerose modalità avanzate sono state sviluppate per migliorare il ruolo dei broncoscopisti nella diagnosi e nel trattamento delle patologie delle vie aeree e del polmone. Nel 1979, due scoperte indipendenti dimostrarono che il broncoscopio flessibile poteva essere usato per molte altre cose oltre alla biopsia di lesioni sospette maligne. Doiron e colleghi allargarono il ruolo della broncoscopia introducendo la broncoscopia a fluorescenza, e Toty e colleghi furono i primi a pubblicare la propria esperienza con l’utilizzo del laser Nd:YAG inserito attraverso il canale di lavoro del broncoscopio a fibre ottiche per trattare le ostruzioni tracheobronchiali.

I successivi miglioramenti nella broncoscopia includono, tra gli altri, la narrow band imaging (NBI), il microscopio confocale, la tomografia ottica a coerenza di fase, l’EBUS, e la navigazione elettromagnetica. Sono seguiti anche importanti sviluppi delle tecniche terapeutiche: terapia fotodinamica, brachiterapia endobronchiale, crioterapia, inserimento endobronchiale di valvole, termoplastica bronchiale, elettrocauterizzazione a contatto e non.

Howard Anderson avanzò per primo l’ipotesi di poter accedere al parenchima polmonare attraverso il broncoscopio per compiere prelievi bioptici da analizzare istologicamente. Dopo aver compiuto degli esperimenti sugli animali, Anderson e colleghi riportarono la loro esperienza circa l’ottenimento di campioni bioptici con l’utilizzo di forcipi flessibili in una coorte preliminare di 13 pazienti. Anderson e Fontana pubblicarono poi un report successivo su un più alto numero di pazienti, 450.

Anderson e colleghi descrissero la tecnica per ottenere un campione di tessuto polmonare senza rompere la pleura. Il tasso di pneumotorace fu del 19% nei primi 150 pazienti e 11% nei restanti 300 6. La biopsia polmonare transbronchiale attraverso il broncoscopio flessibile fu poi impiegata con successo da molti ricercatori, ed è oggi il gold standard diagnostico per quanto riguarda una moltitudine di patologie polmonari e lesioni, nonché parte integrante della procedura di trapianto polmonare.

Nel 1958, Eduardo Schieppati propose l’agoaspirato polmonare transbronchiale (TBNA), o meglio l’idea di poter oltrepassare il tessuto bronchiale e giungere ai linfonodi mediastinici per poterne prelevare campioni biologici. Ko-Pen Wang (1978) pubblicò il primo report sul successo del TBNA di tumori paratracheali attraverso il fibrobroncoscopio. Il TBNA convenzionale (C-TBNA) dei primi anni ’80 ha dato poi spazio al TBNA ecoguidato (EBUS-guided TBNA), che permette una migliore localizzazione dei linfonodi mediastinici e una migliore esecuzione dell’aspirazione.

6 Andersen HA, Fontana RS. Transbronchoscopic lung biopsy for diffuse pulmonary diseases: technique and results in 450 cases. Chest 1972;62:125–128. 9

Nel 1981, Lucien Toty e colleghi riportarono il primo utilizzo del laser Nd:YAG nelle vie aeree attraverso il broncoscopio rigido. La luce laser, con lunghezza d’onda di 1064 nm, veniva emessa da un filamento di quarzo flessibile per coagulare o vaporizzare lesioni endobronchiali 7.

J.F. Dumon rifinì meglio la tecnica di fotoresezione laser di lesioni endobronchiali benigne e maligne. Istruì numerosi broncoscopisti a livello mondiale sull’utilizzo in sicurezza del laser nelle vie aeree, ed è ad oggi considerato il padre della pneumologia interventistica 8.

Trendelenburg e Bond furono i primi ad impiantare stent nelle vie aeree per il trattamento di stenosi delle vie aeree. Iniziata nel 1965, l’applicazione di stent endobronchiali andò successivamente incontro a rapidi progressi. Montgomery inventò il primo tubo T con un ramo esterno in silicone per il trattamento delle stenosi, ancora usato per il trattamento di stenosi sottoglottiche.

Dumon raggiunse un ulteriore importante risultato nello stenting delle vie aeree introducendo una particolare protesi tracheobronchiale: questo stent ha un’unica superficie esterna che funge da perno e permette di preservare la funzione mucociliare. Ad ogni modo, bisogna fare un appunto: gli stent metallici sono semplici da inserire con un fibrobroncoscopio ma possono indurre un’esuberante formazione di tessuto di granulazione, rendendo la loro rimozione alquanto complicata. Per cui, il loro ruolo è limitato principalmente ai processi maligni, e sono il trattamento di prima scelta per le deiscenze bronchiali, specialmente dopo l’esecuzione di un trapianto polmonare.

Il trapianto polmonare è diventato un intervento universalmente accettato per un certo numero di patologie polmonari end-stage per le quali vi è stato un fallimento della terapia clinica. Il successo del trapianto polmonare non potrebbe essere stato immaginato senza l’aiuto della fibrobroncoscopia. La fibrobroncoscopia è altrettanto cruciale nella diagnosi e nel trattamento delle complicanze respiratorie post-trapianto polmonare.

Toty L, Personne C, Colchen A, Vourc’h G. Bronchoscopic management 7 of tracheal lesions using the neodynium yttrium aluminium garnet laser. Thorax 1981;36:175–178.

8 Dumon JF. A dedicated tracheobronchial stent. Chest 1990;97:328–332. 10

La possibilità di campionare i linfonodi mediastinici attraverso il TBNA ha portato i ricercatori a perseguire l’abilità di visualizzare in tempo reale l’atto del campionamento. Il lavoro di Heinrich Becker evidenziò l’immenso potenziale dell’EBUS nel campionamento di linfonodi mediastinici e lesioni parenchimali.

Hurter e Hanrath riportarono per primi l’utilità dell’EBUS a sonda radiale (RPEBUS) in 74 pazienti con lesioni centrali e 26 pazienti con parenchimali in procedure consecutive 9. Nonostante l’RP-EBUS continui ad avere un ruolo fondamentale nella diagnosi di lesioni polmonari periferiche, l’esperienza con il suo utilizzo ha portato allo sviluppo dell’EBUS a sonda convessa (CP-EBUS).

Una delle principali limitazioni della RP-EBUS, è che, dopo la localizzazione della lesione, il campionamento è comunque eseguito in cieco. Proprio le limitazioni della RP-EBUS hanno tracciato il sentiero per lo sviluppo dell’attuale bronscoscopio lineare per l’EBUS, il quale ha un diametro maggiore rispetto a un normale fibrobronscoscopio e una visione più angolata.

Il campo della broncoscopia ha importato il concetto di endoscopia a sonda lineare dalla gastroenterologia. Nel 1996, Pedersen e colleghi descrissero l’utilità della EBUS lineare nel campionamento di lesioni mediastiniche. Kazuhiro Yasufuku e colleghi dimostrarono per primi il notevole rendimento della CP-EBUS. Da quel momento, CP-EBUS è diventata il principale strumento per stabilire lo stadio non solo del cancro polmonare ma anche di patologie polmonari idiopatiche come ad esempio la sarcoidosi.

La CP-EBUS ha tra l’altro rimpiazzato la mediastinoscopia chirurgica in quanto opzione meno invasiva. Nonostante l’evoluzione della RP-EBUS, l’accesso alle lesioni periferiche del polmone pone ancora delle sfide significative. La navigazione elettromagnetica (EMN) è una tecnologia in continua evoluzione dai tardi anni. Il concetto della EMN ebbe origine nel laboratorio animale di Stephen Solomon. La tecnica fu rifinita e applicata per la prima volta negli umani da Yehuda Schwarz e colleghi nel 2006.

Varie tecniche addizionali come la fluoroscopia, RP-EBUS, tecniche guided sheath, e la citologia estemporanea sono state importanti nel migliorare il rendimento della EMN.

9 Hurter T, Hanrath P. Endobronchial sonography: feasibility and preliminary results. Thorax 1992;47:565–567. 11

L’utilizzo del calore per indurre cambiamenti strutturali nella parete respiratoria e ridurre la reattività delle vie aeree stesse è alla base della termoplastica bronchiale (BT). Ricerche preliminari nei can