Fisioterapia e professioni sanitarie - Appunti di pneumologia

Introduzione: prove di funzionalità ventilatoria e respiratoria

Le prove di funzionalità respiratoria sono diverse dalle prove di funzionalità ventilatoria:

• Le prove di funzionalità ventilatoria valutano la ventilazione (es. spirometria).
• Le prove di funzionalità respiratoria valutano, oltre alla ventilazione, anche come avvengono gli scambi gassosi.

Emogasanalisi

L’esame principale per valutare la funzione respiratoria è rappresentato dall’emogasanalisi arteriosa. I parametri più importanti che l’emogasanalisi arteriosa mi permette di analizzare sono:

• Il pH;
• La pressione parziale arteriosa di ossigeno (PaO₂);
• La pressione parziale arteriosa di anidride carbonica (PaCO₂);
• Il livello di bicarbonati nel sangue.

Con i quattro parametri sopra elencati sono in grado di valutare le diverse patologie che interessano gli scambi gassosi, siano esse di origine respiratoria o metabolica.

Ripasso veloce della struttura dell’apparato respiratorio

L’apparato respiratorio possiede delle vie di conduzione (laringe, trachea, bronchi) e delle zone di scambio, rappresentate dal parenchima polmonare (formato dagli alveoli e da tutta la struttura connettivale che li sostiene). È importante tenere conto anche della struttura osteomuscolare dell’apparato respiratorio (gabbia toracica e muscoli respiratori).

Struttura osteomuscolare dell’apparato respiratorio

I muscoli respiratori sono costituiti:

• In primo luogo, dal diaframma.
  • Il diaframma si muove in modo diverso nelle manovre di inspirazione e di espirazione:
    • Durante l’inspirazione si abbasserà e orizzontalizzerà in modo tale da favorire l’incamerazione di gas;
    • Durante l’espirazione si alzerà e tenderà a diventare più concavo, in modo tale da aiutare la compressione attiva del polmone e dunque lo svuotamento del gas presente al suo interno.
• Dai muscoli accessori della respirazione:
  • Muscoli intercostali
  • SCM e altri muscoli del collo che si inseriscono sulla gabbia toracica.

Per quanto riguarda invece la componente scheletrica, particolarmente importanti sono le coste.

• Le coste, soprattutto quelle fluttuanti, consentono i movimenti della gabbia toracica, in particolar modo nella sua porzione diaframmatica.

La respirazione: un lavoro di squadra

La corretta funzionalità dell’apparato respiratorio è garantita dal lavoro coordinato di tutte le sue parti. Addirittura, alterazioni che interessano il mediastino possono in qualche modo modificare o condizionare la respirazione. Dunque, quando vogliamo verificare la funzionalità sia respiratoria sia ventilatoria dell’apparato respiratorio, dobbiamo tener conto di tutti i distretti precedentemente elencati.

Il diaframma

Il muscolo più importante per quanto concerne la funzione respiratoria è il diaframma. Il diaframma può essere distinto in due zone:

• Zona di apposizione
  • Porzione di diaframma legata al polmone e all’addome
• Zona di opposizione
  • Porzione di diaframma strettamente legata alla gabbia toracica e alle coste.

Durante l’espirazione la zona di opposizione aumenta e il diaframma pertanto si alza. Durante la fase di inspirazione la zona di opposizione si riduce e il diaframma per cui si abbassa. In figura possiamo osservare un soggetto affetto da patologia neuromuscolare. Tale patologia interessava anche i muscoli respiratori, sia quelli accessori sia il diaframma. Il soggetto ha dovuto così subire una tracheotomia necessaria a garantire un adeguato supporto ventilatorio.

Struttura microscopica delle vie aeree

Le vie aeree si differenziano, procedendo dalla trachea agli alveoli, anche per la loro struttura microscopica:

• Alveolo
  • Costituito da un solo strato di cellule epiteliali. In questo modo vengono favoriti gli scambi gassosi.
• Bronchi
  • Possiedono una struttura molto più complessa di quella degli alveoli e si riconoscono diversi strati cellulari.
• Bronchioli
  • Possiedono una struttura intermedia tra i bronchi e gli alveoli. Per esempio, analogamente ai bronchi, anche i bronchioli possiedono uno strato di muscolatura, seppur più ridotto. Analogamente agli alveoli invece, i bronchioli non possiedono ghiandole (che invece caratterizzano la struttura dei bronchi).

NB: Gli scambi gassosi avvengono solo negli alveoli, dove la struttura molto sottile è congeniale a tale funzione.

Struttura macroscopica delle vie aeree

Le vie aeree del nostro apparato respiratorio si differenziano in tre zone principali:

• Zone di conduzione
• Zone di transizione
• Zone respiratorie

• Le vie di conduzione, i bronchi, sono presenti dalla trachea sino alla 16^esima generazione circa.
• Dall’8^va sino alla 16^esima generazione, e quindi per una grandissima parte del nostro albero bronchiale, si ritrovano le cosiddette piccole vie aeree.
  • Le piccole vie aeree possiedono un grande strato di muscolatura liscia bronchiale. Sono così quelle zone che condizionano i fenomeni patogenetici che intervengono in alcune malattie quali l’asma bronchiale o la BPCO.
  • Le piccole vie aeree sono per cui zone silenti dal punto di vista degli scambi respiratori ma estremamente importanti dal punto di vista fisio-patologico.
• Dalla 17^esima generazione fino alla 19^esima generazione ritroviamo i bronchioli respiratori.
• Dalla 19^esima generazione ritroviamo i sacculi alveolari e gli alveoli veri e propri.

Sezione e resistenza

La sezione delle vie aeree aumenta esponenzialmente andando verso le generazioni più distali. Nonostante i bronchi siano singolarmente molto più grandi delle successive vie aeree, tale decremento di dimensioni è abbondantemente compensato dall’aumento esponenziale del numero di vie aeree disponibili. Ne consegue che la resistenza delle vie aeree si riduce a mano a mano che procediamo verso la periferia. È inoltre interessante osservare che la resistenza totale delle piccole vie aeree, quelle con uno spesso strato di muscolatura liscia bronchiale, costituisce solo circa il 10% delle resistenze che si generano nell’apparato bronchiale. La struttura ad albero dell’apparato respiratorio fa sì che piccole ostruzioni dei bronchi o delle prime vie respiratorie influiscano molto sulla funzionalità complessiva del sistema.

Prove di funzionalità ventilatoria

Le prove di funzionalità ventilatoria sono essenzialmente due:

• Spirometria semplice
  • La spirometria semplice consente di valutare solo i volumi polmonari dinamici.
• Spirometria globale (o pletismografia)
  • La pletismografia viene eseguita con uno strumento molto più complesso di quello utilizzato per la spirometria. Pertanto, eseguendo la pletismografia si acquisiscono pure le informazioni tipiche della spirometria semplice (volumi polmonari dinamici).
  • In altre parole, la pletismografia corporea permette di valutare anche i volumi polmonari statici (oltre a quelli dinamici).

Volumi polmonari statici

I volumi polmonari statici sono:

• Volume Corrente
• Volume Riserva Inspiratoria
• Volume Riserva Espiratoria
• Capacità Vitale e Capacità Vitale Forzata
• Capacità Polmonare Totale
• Volume Residuo

I due principali volumi polmonari statici sono rappresentati dalla capacità polmonare totale e dal volume residuo. L’immagine riportata costituisce una schematizzazione dei volumi polmonari statici (non sono da sapere e non li ha detti ma li ho riportati comunque).

• Il volume corrente è il volume di aria che entra o esce dalle vie respiratorie ad ogni atto respiratorio e equivale a 500 ml, ma aumenta notevolmente nell’esercizio fisico e nell’iperventilazione.
• Il volume residuo (1,5 L) è il volume d’aria che rimane nelle vie aeree alla fine di un’espirazione forzata massimale –> il polmone in condizioni fisiologiche non è mai completamente collassato, neppure alla fine di un’espirazione forzata.
• Il volume di riserva inspiratoria (2,5 L) è il volume di aria che può essere inspirato con un’inspirazione forzata a partire dalla fine di un’inspirazione tranquilla.
• Il volume di riserva espiratoria (1,5 L) è il volume massimo di aria che può essere espirato durante l’espirazione forzata a partire dalla fine di un’espirazione tranquilla.

Con capacità si intende la somma di più volumi polmonari statici:

• La capacità funzionale residua (2,5 - 3 L) è il volume di aria che rimane nelle vie aeree alla fine di un’espirazione passiva –> VRE + VR
• La capacità vitale (4,5 L) è il volume di aria espirata con l’espirazione forzata a fronte di un’inspirazione massimale –> VRI + VT + VRE
• La capacità polmonare totale (6 L) è il volume totale di aria contenuto nei polmoni alla fine di un’inspirazione forzata massimale –> VRI + VT + VRE + VR

Meccanica respiratoria

In vivo non si può parlare di meccanica polmonare e di meccanica toracica ma soltanto di meccanica toracopolmonare. Il polmone e la gabbia toracica infatti sono due sistemi mantenuti in stretto accoppiamento meccanico grazie alla pleura. La pleura è un rivestimento sieroso composto da un foglietto viscerale e uno parietale.

• Il foglietto viscerale si trova a stretto contatto con il polmone, mentre il foglietto parietale con la gabbia toracica. Tra i due foglietti si trova la cosiddetta cavità pleurica, la quale contiene 2 ml di liquido poco denso che si distribuisce in un sottilissimo strato.
• Il liquido pleurico garantisce lo stretto accoppiamento meccanico tra polmone e gabbia toracica e lo scivolamento, quasi privo di attrito, tra le due superfici pleuriche.

Il polmone e la gabbia toracica (che dal punto di vista meccanico comprende anche i muscoli inspiratori ed espiratori) grazie alla presenza della pleura vengono dunque assimilati a due strutture elastiche cave poste in serie.

• Ognuna delle due strutture, svincolata dall’altra, a riposo ha una propria espansione: il polmone minore rispetto a quella che ha nel sistema a riposo e la gabbia toracica maggiore.
• Lo spazio pleurico è sottoposto all’azione retrattile del polmone e a quella espansiva della gabbia toracica le quali creano una depressione al suo interno (pressione di -5 cm d’acqua).

Il volume di riposo meccanico delle due strutture, ossia il volume assunto dal sistema quando è sottoposto a pressione transmurale pari a zero, corrisponde alla capacità funzionale residua. Alla capacità funzionale residua la gabbia toracica tende a espandersi verso il suo punto di riposo meccanico con la stessa forza con la quale il polmone tende a collassare verso il volume d’aria minimo –> in questo modo il sistema trova equilibrio: compromesso tra le due posizioni di riposo in svincolo.

A volumi inferiori al volume di fine espirazione, raggiunti per esempio con l’espirazione forzata, la tendenza del polmone a collassare diminuisce mentre aumenta la tendenza della gabbia toracica ad espandersi. Viceversa, ad alti volumi diminuisce la tendenza della gabbia toracica ed espandersi mentre aumenta quella del polmone a collassare. Quindi il sistema non si sposta mai più di tanto del suo equilibrio.

In condizioni normali il polmone non collassa mai al suo volume d’aria minima tanto è vero che esiste un volume residuo, pari a 1,5L, del quale il polmone non si svuota mai.

Take home message

I volumi polmonari statici sono generati da forze che derivano dai muscoli inspiratori (nella fase inspiratoria) ed espiratori (nella fase espiratoria) ma anche dalle caratteristiche viscoelastiche della parete toracica (e dei suoi muscoli) e dei polmoni.

Volumi polmonari dinamici

Ricordiamo che i volumi polmonari dinamici possono essere valutati attraverso una spirometria semplice. I volumi polmonari dinamici principali sono:

• FEV1 (o VEMS)
• FEF 50%
• FEF 75%
• FEF 25%
• FEF 25-75%

Il principale flusso polmonare dinamico è rappresentato dal FEV1.

L’imaging delle piccole vie aeree

Le piccole vie aeree possono essere osservate e valutate anche attraverso procedure di imaging (TAC del torace). Per valutare le piccole vie aeree attraverso la TAC quest’ultima deve essere eseguita sia in fase inspiratoria sia in fase espiratoria. Negli esiti della TAC osserverò delle aree grigie che indicheranno le zone delle piccole vie aeree che non riescono a svuotarsi completamente dell’aria. Si tratta di una situazione fisiologica, in quanto rimane sempre un minimo di aria all’interno delle nostre vie aeree. Tuttavia, in certi casi potremmo osservare delle zone ancora più scure (radiotrasparenti) che corrispondono a delle piccole sacche d’aria, indicatrici di un problema nello svuotamento delle piccole vie aeree. L’imaging delle piccole vie aeree costituisce un esame molto dettagliato che viene utilizzato solamente in quei casi in cui si voglia studiare nel dettaglio le piccole vie aeree. Quotidianamente si preferisce usare la spirometria o la pletismografia.

Indici respiratori

Attraverso la pletismografia e la spirometria è possibile calcolare anche degli indici, dati dai rapporti tra i parametri visti in precedenza:

• Indice di Tiffenau
  • L’indice di Tiffenau (FEV1/FVC) rappresenta la percentuale del FEV1 rispetto al totale della FVC.
• Indice di Motley (o indice di enfisema)
  • L’indice di enfisema è dato dal rapporto VR (Volume Residuo) / TLC (Capacità Polmonare Totale).

Sindrome disventilatoria di tipo ostruttivo

In una sindrome disventilatoria di tipo ostruttivo la superficie polmonare preposta agli scambi gassosi ha dimensioni normali ma si verifica un’ostruzione delle vie aeree che limita l’accesso dei gas a tale superficie. Se ho un’ostruzione bronchiale (asma, BPCO, enfisema polmonare) allora si verificherà:

• Riduzione consistente FEV1
• Lieve incremento TLC
• Lieve diminuzione FVC
• Incremento VR
• Riduzione FEV1/FVC (Indice di Tiffenau)
• Incremento VR/TLC

Nelle immagini riportate è possibile osservare un esempio di sindrome disventilatoria di tipo ostruttivo:

• Curva flusso-volume
  • La curva flusso-volume del soggetto con sindrome disventilatoria di tipo ostruttivo è più piccola della curva fisiologica e presenta solitamente una più o meno marcata concavità verso l’alto.
• Volume residuo
  • In genere i pazienti ostruiti hanno un volume residuo aumentato rispetto al normale.

Nell’immagine riportata è possibile osservare un confronto tra un paziente ostruito e un paziente sano.

Iperinsufflazione: condizione in cui sussiste un’eccessiva quota di gas ferma all’interno dei polmoni. Tale quota di gas non può essere utilizzata per gli scambi respiratori e se eccessiva rischia di “gonfiare il torace”, impedendo la normale escursione della gabbia toracica e dei polmoni ed intaccando dunque la capacità del polmone di adattarsi ad aumentate richieste di ossigeno (es. sforzo fisico).

Esempio: pletismografia corporea in paziente con grave BPCO

È possibile osservare come anche in questo caso la curva flusso-volume (ottenuta con una spirometria) sia piccola e presenti una concavità verso l’alto –> grave ostruzione bronchiale. Nello spirogramma si può invece osservare come il volume residuo sia estremamente aumentato –> sussiste una condizione di iperinsufflazione polmonare.

Sindrome disventilatoria di tipo restrittivo

Se si verifica un problema di tipo restrittivo la superficie polmonare preposta agli scambi gassosi è più piccola di quella fisiologica. Le alterazioni che si verificheranno in una sindrome disventilatoria di tipo restrittivo saranno:

• Riduzione FEV1
• Riduzione FVC
• Incremento (o mantenimento) FEV1/FVC (Indice di Tiffenau)
• Riduzione TLC
• Riduzione consistente VR
• Riduzione VR/TLC (Indice di Motley) –> La riduzione del volume residuo è maggiore rispetto alla riduzione della capacità polmonare totale.

Per la diagnosi di restrizione è fondamentale la pletismografia corporea e soprattutto valutare la capacità polmonare totale, che risulterà ridotta. Nelle immagini riportate è possibile osservare un quadro spirometrico della restrizione. Possiamo osservare come la curva flusso-volume nel paziente con problema restrittivo sia morfologicamente simile a quella fisiologica ma più piccola. Nella figura riportata è invece possibile osservare l’evoluzione di un quadro di tipo restrittivo.

NB: Nella sindrome disventilatoria di tipo restrittivo le proporzioni dei vari parametri statici sono mantenute. Ciò significa che il polmone armonicamente riduce le sue dimensioni e i suoi volumi. In altre parole, la compartimentalizzazione del polmone rimane costante.

In figura sono state comparate diverse curve corrispondenti a diversi pazienti:

• Curva nera pz normale
• Curva rossa pz con sindrome disventilatoria ostruttiva
• Curva blu pz con sindrome disventilatoria restrittiva

Test di broncoprovocazione

Che cos’è il test di provocazione bronchiale? Il test di provocazione bronchiale è un esame che valuta...