Lezioni, Pneumologia

Pneumologia: prove di funzionalità polmonare (PFR)

Spirometria e pletismografia

Con la spirometria semplice o la pletismografia (→ misurazione a P e T costanti delle variazioni di volume e pressione all'interno di una camera rigida dentro la quale il paziente è seduto + implementazione con i dati allo spirometro → resistenze delle vie aeree (R_AW), conduttanza delle vie aeree (G_AW = 1/R_AW), resistenze aspecifiche (aR_AW), conduttanza specifica (aG_AW)) è possibile valutare una serie di parametri relativi alla meccanica respiratoria:

• Volumi polmonari statici:
  • Volume corrente (VC o tidal volume (V_T ≈ 500 ml) → volume di aria inspirata o espirata durante ogni atto respiratorio nel corso della respirazione normale tranquilla.
  • Volume di riserva inspiratoria (VRI ≈ 2500-3000 ml) → volume di aria che può essere inspirata in modo forzato dopo una inspirazione normale.
  • Volume di riserva espiratoria (VRE ≈ 1000 ml) → volume di aria che può essere espirata in modo forzato dopo una espirazione normale.
  • Volume residuo (VR ≈ 1500 ml) → volume che resta nel polmone al termine dell'espirazione forzata.
  • Capacità vitale forzata (CVF ≈ 4500 mL) → massimo volume di aria mobilizzabile nel corso di un ciclo respiratorio forzato (= VC + VRI + VRE). Questo valore è indice del volume di lavoro, e ogni sua diminuzione darà una < capacità ventilatoria.
  • Capacità polmonare totale (CPT o TLC ≈ 6000 mL) → massimo volume contenibile nei polmoni (= CV + VR).
  • Capacità inspiratoria (≈ 3000-3500 mL) = VC + VRI.
  • Capacità funzionale residua (CFR ≈ 2500 mL) → volume di aria che rimane nei polmoni al termine di una espirazione normale (= VRE + VR).
  • Indice di Motley = VR/CPT% ≈ 20-30%.
• Volumi polmonari dinamici:
  • Volume espiratorio forzato al primo secondo (VEMS o FEV₁ ≈ 2500-4000 mL) → massimo volume di aria che può essere espirato dai polmoni nel corso del primo secondo con una espirazione forzata dopo una profonda inspirazione. Il volume espiratorio forzato è influenzato dalla resistenza delle vie aeree durante l'espirazione forzata, ed ogni loro aumento determinerà una riduzione della capacità ventilatoria.
  • Flusso espiratorio forzato calcolato tra il 25% e il 75% della CVF (MMEF o FEF_25-75%).
  • Volume ventilatorio al minuto (VM ≈ 3-4 L/min/m²) → volume di aria inspirata ed espirata normalmente in 1 min (= V_T * FR).
  • Volume ventilatorio massimo al minuto (VMM ≈ 100-150 L/min) → massimo volume di aria che può essere ventilato in 1 min.
  • /CVF% ≈ 70-80% → percentuale della CVF espirata nel primo secondo.
  • Indice di Tiffeneau = FEV₁/CVF.
• Curva flusso-volume espiratoria → velocità del flusso in espirazione forzata in aumento grazie alla muscolatura espiratoria fino al limite massimo (peak of espiratory flow (PEF) → poi in decremento da sforzo-dipendente), compressione dinamica delle vie aeree (indici forced espiratory flow (FEF) → sforzo-indipendenti).

È possibile identificare la natura della patologia polmonare attraverso i dati della spirometria:

• Sindrome disventilatoria ostruttiva: broncospasmo, flogosi della parete bronchiale, riduzione del supporto elastico (es. delle pareti, iper-secrezione, corpi estranei, stenosi, …). FEV₁ < con indice di Tiffeneau < 88% del normale.
• Sindrome disventilatoria restrittiva: alterazioni della cassa toracica o dei mm. respiratori, patologie interstiziali e alveolari, patologie della pleura, processi occupanti spazio, perdita di parenchima, cause extra-toraciche (es. peritonite, obesità, ascite, gravidanza, …). CPT < con indice di Tiffeneau normale o aumentato.
  • Lieve: CPT = 70-100% →
  • Moderata: CPT = 60-70% →
  • Moderatamente severa: CPT = 50-60% →
  • Severa: CPT < 50% →
• Sindrome ostruttiva:
  • CV ridotta o normale
  • FEV₁ ridotta
  • Indice di Tiffeneau (FEV₁/CVF) ridotto
  • FEF_25-75% ridotto
  • VR aumentato
  • CPT normale o aumentato
  • Indice di Motley (RV/CPT) molto aumentato

Ulteriori esami

• Test di provocazione bronchiale → valutazione della variazione degli indici spirometrici dopo inalazione di dosi di metacolina (≈ acetilcolina, fattore di iper-reattività bronchiale meno controllabile della metacolina) → crescenti positività di iper-reattività bronchiale per riduzioni del FEV₁ ≥ 20%. L'iper-reattività bronchiale tipica dell'asma può derivare da stimoli fisici (es. freddo, irritanti, iper-ventilazione, …) o stimoli chimici (es. istamina, acetilcolina, adenosina, …): se nel normale per livelli sovra-massimali di metacolina si stabilisce un plateau a livelli di ostruzione medio-lievi, nell'asmatico l'ostruzione è proporzionale all'intensità dello stimolo, il che rende questo test utile per diagnosticare una patologia ostruttiva con spirometria basale normale e valutare l'efficacia della terapia.
• Capacità di diffusione (DL_CO) → il paziente inspira fino alla CV una miscela al 0.3% di CO e al 10% di He per poi espirare → scarto dei primi 750 mL (→ spazio morto) ed analisi del litro successivo. L'He diluisce il gas inspirato con il gas alveolare e quindi indica la PA_CO: capacità di diffusione del CO (DL_CO) = volume di CO assunto al minuto dal paziente / mmHg di PA_CO. Viene utilizzato il CO perché lungo tutto il capillare: una sua diminuzione si riscontrerà per ridotta capacità di diffusione alveolare > spessore e/o < superficie della barriera emato-gassosa (→ pneumectomia).
• Proprietà elastiche del polmone → curva pressione-volume polmonare stimabile dalla pressione esofagea → registrazione della differenza tra la pressione orale ed esofagea mentre il paziente espira in passaggi di 1 L la sua CV.
• Reversibilità dell'ostruzione → valutabile con la curva flusso-volume:
  • A) Ostruzione variabile delle vie aeree extra-toraciche (es. paralisi delle corde vocali)
  • B) Ostruzione variabile delle grandi vie aeree intra-toraciche (es. stenosi e malacia della trachea)
  • C) Ostruzione fissa delle vie aeree superiori (es. stenosi della trachea)

Insufficienza respiratoria

Condizione in cui il polmone non è in grado di procedere ad una adeguata ossigenazione del sangue arterioso e/o non è in grado di eliminare la CO₂ in eccesso; non ci sono livelli assoluti per identificare una insufficienza respiratoria, tuttavia si considera per PaO₂ < 60 mmHg (→ variabilità maggiore) e PaCO₂ > 45 mmHg (→ limiti più stretti).

Identificheremo quindi due condizioni principali in corso di insufficienza respiratoria:

• Ipossia (PaO₂ normale = 85-100 mmHg) → cianosi, tachicardia, interessamento del SNC (ipossiemia), obnubilamento del sensorio, acidosi lattica (attivazione della glicolisi anaerobia). La gamma dei sintomi e segni legati all’ipossiemia varia a seconda della rapidità di insorgenza e della durata, comprendendo dispnea, ortopnea, tachipnea, cianosi (proporzionale alla riduzione della PaO₂, mucose, cute, letto ungueale), tachicardia, vasodilatazione periferica, hpt sistemica (incostante), CPC, aritmie, poliglobulia, turbe neurologiche (disturbi dell’attenzione, dell’umore, incoordinazione motoria, insonnia, agitazione psicomotoria). Bisogna tenere ben presente tuttavia che la curva di dissociazione dell’Hb è praticamente piatta per valori > 60 mmHg (SO₂ = 90%) → evidenza di ipossiemia solo per valori inferiori (< 40-50 mmHg convulsioni, emorragie retiniche, danno cerebrale permanente, bradicardia, ipotensione, < funzionalità renale (→ iper-natriemia + proteinuria), …).
• Il deficit di O₂ determinerà attivazione dei chemocettori periferici (→ > ventilazione) e dei chemocettori bulbari (→ < ventilazione) con predominanza dei primi, tuttavia uno stimolo effettivamente importante sulla ventilazione si avrà solo per PaO₂ < 60 mmHg e ipercapnia cronica correlata effetto sinergico importante in insufficienza respiratoria che andrà a decadere fornendo O₂ per risolvere l'ipossiemia, con il risultato di mandare il paziente in ipo-ventilazione!
• Il valore della PaO₂ decresce fisiologicamente con l'età (85 mmHg a 60 aa) a causa della progressiva fibrosi polmonare < estensibilità della gabbia toracica.
• L'ipossia tissutale può conseguire sia a deficit polmonari (ventilazione, scambi polmonari dei gas) o che sistemici e tissutali (trasporto sanguigno, estrazione di O₂ / liberazione di CO₂ dal/al sangue).
• Netto aumento della perfusione cerebrale → cefalea, > P del liquor, papilledema, agitazione, tremore, disfagia, asterixis, instabilità emotiva, narcolessia. La gamma dei sintomi e segni legati all’ipercapnia varia a seconda della rapidità di insorgenza, comprendendo acidosi respiratoria acuta (→ scompenso) e cronica (→ compenso), vasodilatazione cerebrale, hpt endocranica, cefalea gravativa, tremori, ipersecrezione acida, vomito, turbe psichiche, coma ipercapnico, dispnea, accentuazione degli effetti dell’ipossia sulle pressioni sistemica e polmonare, aritmie, vasodilatazione periferica, iper-sudorazione, oliguria, scialorrea (se PCO molto aumentata).

Nei pazienti con BPCO l'ipossiemia si instaura nel corso del tempo in associazione a una certa ritenzione di CO₂, il che non identifica un quadro di insufficienza respiratoria ma determina un notevole lavoro respiratorio mantenuto stabile dallo stimolo ipossico-ipercapnico; i problemi insorgono nel momento in cui ci sia riacutizzazione (es. polmonite):

• > secrezioni + broncospasmo > lavoro respiratorio →
• < stimolo ipossico → ossigenoterapia < ipossiemia → ipercapnia, mantenibile entro certi limiti grazie a FIO₂ relativamente basse (24-28%) e controlli seriati dell'emogasanalisi.
• Rilascio della vasocostrizione ipossica in regioni polmonari non ventilate → ossigenoterapia > PAO₂ → aggravamento dello squilibrio ventilazione/perfusione → ipercapnia.

Oltre che in corso di BPCO si avrà una ridotta sensibilità all'ipercapnia anche nell'obesità, durante il sonno e sotto l'effetto di narcotici: < reattività dei chemocettori bulbari alla PaCO₂ tardiva e più efficace, ≠ risposta immediata ma meno efficace via chemocettori periferici) con possibile coma ipercapnico.

Patogenesi

Le possibili cause dell'insufficienza respiratoria sono essenzialmente quattro:

• Ipoventilazione → ipossiemia + ipercapnia (sempre! Se la PaCO₂ non aumenta il paziente NON ipoventila!). Si può ovviare all'ipossiemia aumentando la FIO₂, tuttavia predominante è l'ipercapnia con conseguente acidosi respiratoria potenzialmente grave associabile all'acidosi lattica da ipossiemia. Cause possibili di ipoventilazione sono:
  • Depressione dei centri respiratori: barbiturici, oppiacei, anestesia →
  • Patologie del midollo allungato: encefaliti, traumi, emorragie, neoplasie (rare) →
  • Patologie a carico dei mm. respiratori: sindrome di Guillain-Barré, difterite, miastenia grave, distrofia muscolare progressiva, …
  • Anomalie della gabbia toracica: traumi →
  • Ostruzione delle vie aeree
  • Depressione dei chemocettori centrali: sedativi, obesità, sonno (→ apnea centrale/ostruzione durante il sonno), mixedema, disturbi neurologici.
• Alterazione della diffusione alveolo-capillare di O₂ → ipossiemia normo/ipocapnica (sovra-stimolazione ventilatoria dovuta all'ipossiemia o ai recettori di stiramento del polmone). L'ipossiemia indotta da questo meccanismo è piuttosto modesta e si associa in genere ad altri; la somministrazione di O₂ ad alta FIO₂ risolve il deficit conseguente a questo disturbo. Cause possibili sono:
  • Ispessimento della barriera emato-gassosa → asbestosi, fibrosi interstiziale diffusa, patologie del connettivo (es. sclerodermia, LES, artrite reumatoide, sindrome di Goodpasture, …), ...
  • Estrema riduzione del tempo di contatto del sangue → grosso embolo polmonare (→ quota molto alta del sangue distolta da altre regioni polmonari → tempo di ossigenazione = 1/10 normale).
• Shunt veno-arterioso → ipossiemia normo/ipocapnica (sovra-stimolazione ventilatoria dovuta all'ipossiemia). L'ipossiemia in questo caso non potrà essere corretta tramite ossigenoterapia, neanche con FIO₂ = 100%: questa è l'unica condizione in cui i livelli di O₂ rimangono inferiori al normale, ed è possibile identificare l'ampiezza dello shunt durante la somministrazione di O₂. Flusso ematico dello shunt / flusso ematico totale = Qs/Qt = concentrazione di O₂ tele-capillare - concentrazione di O₂ arteriosa / concentrazione tele-capillare - concentrazione del sangue venoso misto = Cc’ - Ca / Cc’ - Cv (la concentrazione tele-capillare viene calcolata dalla PAO₂ in quanto PAO₂ = PaO₂). Cause possibili di shunt sono:
  • Cause intra-polmonari → fistole artero-venose (rare), aree polmonari non ventilate ma perfuse.
  • Cause extra-polmonari → cardiopatie congenite (→ difetto del setto inter-atriale/inter-ventricolare, pervietà del dotto arterioso) con aumento pressorio nel cuore destro.
• Squilibri dei rapporti ventilazione/perfusione → causa più frequente di ipossiemia. In questo caso la PaO₂ può non rendere conto dell'effettivo grado di squilibrio in quanto ci può essere iper-ventilazione compensatoria, la quale determina tra l'altro normo/ipocapnia. L'iperventilazione compensatoria si instaura anche in corso di enfisema e asma avanzati (→ iperventilazione alveolare con iper-insufflazione), tuttavia in corso di bronchite cronica i pazienti tendono a tollerare PaCO₂ elevate e a non iperventilare anche in stadi precoci della malattia: questo è dovuto ad un diverso controllo nervoso centrale sulla ventilazione.

Nel complesso si identificheranno diversi tipi di insufficienza respiratoria:

• IR latente (→ solo per sforzi fisici) o IR manifesta (→ evidente anche a riposo)
• IR tipo 1 (→ ipossiemica e normo/ipocapnica (→ iperventilazione compensatoria)) o IR tipo 2 (→ ipossiemica ipercapnica da ipoventilazione)
• IR ipossiemica normo/ipocapnica (tipo 1) → PaO₂ < 60 mmHg / PaCO₂ ≤ 40 mmHg = lung failure = difetto di scambio gassoso (→ alterazione V/Q, shunt, bassa FIO₂). Cause possibili sono edema polmonare acuto, polmonite, ARDS, …
• IR ipossiemica ipercapnica (tipo 2) → PaO₂ < 60 mmHg / PaCO₂ > 45 mmHg = pump failure = deficit di scambio gassoso, acidosi respiratoria non compensata, HCO₃^- normali (→ IR acuta) o elevati (→ IR cronica). Cause possibili sono BPCO (soprattutto), malattie neuromuscolari, asma, …

Meccanismi di compenso dell'ipossiemia

• Riserva circolatoria → > portata cardiaca, > flusso ematico regionale, vasodilatazione
• Riserva eritropoietica → > GR
• Riserva chimica → < affinità dell'Hb per l'O₂ (→ risolvendo l'ipossiemia si può incorrere in ipossia tissutale da affinità eccessiva dell'Hb per l'O₂)
• Riserva ventilatoria → iperventilazione

Ossigenoterapia

All'emogasanalisi la diagnosi di IR si fa per PaO₂ < 55 mmHg e/o PaCO₂ > 50 mmHg durante la respirazione in aria ambiente a livello del mare (760 mmHg). In corso di IR potrebbe essere prescritta la somministrazione di ossigeno per riportare la PaO₂ > 60 mmHg:

• Prescrizione temporanea → attacco acuto di asma bronchiale, riacutizzazione di BPCO, insufficienza cardiaca acuta, IMA, anemie ipovolemiche
• Prescrizione a lungo termine (LTOT) → BPCO, mucoviscidosi, interstiziopatie polmonari diffuse, malattie del torace (es. cifoscoliosi, spondiloartrosi, …), malattie neuromuscolari, CPC

Gli obiettivi della LTOT sono aumentare l'apporto di O₂ ai tessuti (→ < L ventilatorio) e ritardare l'insorgenza di CPC o altre complicanze della BPCO, aumentando considerevolmente la qualità della vita e la sopravvivenza media dei pazienti. Le linee guida AIPO identificano diversi criteri di prescrivibilità della LTOT per pazienti con BPCO:

• PaO₂ < 55 mmHg / 55 < PaO₂ < 60 mmHg con Ht > 55%, segni di CPC e CI, riscontro di ipossiemia continua → cardio-aritmie, PAPm > 25 mmHg

La condizione viene considerata stabile allorché sia rilevata in almeno in 2-3 determinazioni su sangue arterioso nell'arco di 1-2 mesi a malattia stabilizzata, in stato di stasi.