Pneumologia

Malattie dell'apparato respiratorio

Anatomia

L'apparato respiratorio è costituito dalle vie aeree e dai polmoni. Le vie aeree sono le strutture anatomiche che consentono all'aria di entrare e uscire ritmicamente dai polmoni. Le vie aeree sono formate prevalentemente da tessuto cartilagineo, il che favorisce un rapido transito del fluido durante i 15-20 atti/min in condizione di riposo. I polmoni sono rivestiti da pleure, che sono membrane sierose. Queste aderiscono alla parete interna del torace e al parenchima polmonare, risultando importanti per i meccanismi di espansione polmonare durante l'ispirazione. Nei polmoni troviamo gli alveoli polmonari, importanti perché in queste strutture arriva l'aria inspirata attraverso le vie aeree. Gli alveoli hanno una parete sottile e sono in diretto contatto con il parenchima endoteliale dei capillari, che contengono sangue povero di O₂ che proviene dal ventricolo destro. La barriera aria-sangue consente un rapido scambio di gas fra aria e sangue: la CO₂ diffonde dai globuli rossi agli alveoli e l'O₂ si lega all'emoglobina (questo processo viene definito ematosi). L'apparato respiratorio partecipa ai complessi meccanismi di termoregolazione e di fonazione, ma anche a quello di riconoscimento degli odori.

In realtà, potremmo dire che l'apparato respiratorio ha come funzione principale la ventilazione polmonare. Le vie aeree si distinguono in superiori e inferiori. Le prime comprendono naso esterno, cavità nasali con seni paranasali e faringe; le inferiori comprendono laringe, trachea, bronchi e porzione polmonare dell'albero bronchiale. Le due vie aeree sono in continuità anatomica; la suddivisione è più di tipo clinico per la diffusione dei vari processi infettivi che saranno trattati in seguito e per lo sviluppo embrionale. Le vie aeree superiori si sviluppano per un primo tratto con quelle alimentari, mentre le inferiori derivano da un'invaginazione della porzione craniale dell'intestino primitivo.

L'apparato respiratorio è formato da:

• Naso, rilievo formato da cartilagine e da osso. Posto al centro della faccia tra fronte, labbro superiore e le guance. Ha la forma di una piramide a base triangolare. Nella piramide abbiamo tre facce. Le narici sono delimitate dal margine inferiore delle ali del naso.
• Faringe, tratto del canale digerente posto dietro alle cavità nasali, alla bocca e alla faringe. Da passaggio al bolo alimentare che giunge tramite deglutizione. Riceve aria dalle cavità nasali immettendola poi in laringe. Le cavità nasali si aprono nella faringe attraverso le coane, la bocca tramite l'istmo della fauci e la laringe tramite l'orifizio laringeo. Queste comunicazioni sono in corrispondenza della parete anteriore dell'organo.
• Laringe, condotto impari e mediano che inizia facendo seguito alla faringe, dietro la lingua e continua in trachea. Serve anche per la fonazione e abbiamo un dispositivo di chiusura durante la deglutizione che impedisce al bolo di passare nelle vie aeree.
• Trachea, canale impari e mediano che ha inizio nel collo, facendo seguito alla laringe e termina nel torace biforcandosi nei bronchi. È costituita da 15-20 anelli cartilaginei.
• Bronchi: la trachea si divide a livello del 4-5 vertebra toracica in due rami o bronchi principali, bronco destro e sinistro. Questi arrivano all'ilo dove divengono densi e danno inizio a un'arborizzazione dentro il polmone. Il bronco destro è maggiore rispetto al sinistro ma ha una lunghezza minore, poiché il polmone destro ha maggiore volume e maggiore capacità respiratoria del polmone sinistro ed è più ventilato.
• Polmoni, qui avvengono gli scambi gassosi fra aria e sangue (ematosi). Sono avvolti dalla pleura viscerale e parietale, che sono due foglietti in pratica. La viscerale aderisce alla superficie dell'organo, la parietale tappezza le logge polmonari. Tra i due foglietti abbiamo la cavità pleurica che contiene liquido pleurico. Nella cavità si ha una pressione negativa che permette ai polmoni l'espansione nell'inspirazione. Il polmone destro ha tre lobi mentre il sinistro due.
• Pleure. Abbiamo viscerale e parietale. Sono membrane sierose.

Da un punto di vista funzionale, bisogna considerare i muscoli che modificano il volume (diaframma e intercostali).

Fisiologia

Il sistema respiratorio funziona attraverso il rilascio di O₂ al sangue e l'eliminazione di CO₂. Come detto prima, la primaria funzione del sistema respiratorio è la respirazione, il processo di scambio dei gas. Questo avviene a due livelli distinti, respirazione interna e respirazione esterna. La respirazione interna o cellulare usa O₂ all'interno dei mitocondri per generare ATP grazie alla fosforilazione ossidativa (si lega un fosfato) e la produzione di CO₂ come scarto. La respirazione esterna è lo scambio dell'O₂ e della CO₂ tra atmosfera e i tessuti, coinvolgendo il sistema respiratorio e circolatorio. La respirazione esterna comprende quattro processi:

• Ventilazione polmonare: inspirazione (movimento di aria dentro i polmoni) e espirazione (fuori dai polmoni).
• Scambio per diffusione di O₂ e CO₂ tra sangue e alveoli.
• Trasporto di O₂ e CO₂ da parte del sangue tra polmoni e tessuti.
• Scambio per diffusione di O₂ e CO₂ tra sangue e tessuti.

Oltre alla respirazione, abbiamo:

• Regolazione dell'equilibrio acido-base del sangue,
• Difesa dai fattori patogeni e particelle estranee,
• Fonazione,
• Via per la dispersione di umidità e calore,
• Aumento del ritorno venoso,
• Attivazione di alcune proteine plasmatiche quando esse passano attraverso la circolazione polmonare.

La ventilazione avviene grazie ai gradienti di pressione tra alveoli e atmosfera. Infatti il fluido si muove da alta pressione a bassa. L’inspirazione avviene quando la pressione degli alveoli è minore della pressione atmosferica; l’espirazione quando la pressione negli alveoli è maggiore di quella atmosferica. Abbiamo quattro pressioni principali associate alla ventilazione:

• Pressione atmosferica, è la pressione dell'aria esterna. A livello del mare è a 760 mmHg e al crescere dell'altezza diminuisce.
• Pressione intra-alveolare è la pressione dell'aria all'interno degli alveoli; a riposo è pari alla pressione atmosferica quindi differenziale pari a 0 mmHg. La differenza tra la pressione intra-alveolare e la pressione atmosferica costituisce il gradiente di pressione che guida la ventilazione.
• Pressione intrapleurica che è la pressione all'interno della sacca pleurica. A riposo è a -4 mmHg. È sempre inferiore a quella intra-alveolare ed è sempre negativa durante la respirazione normale per le forze opposte esercitate dalla parete toracica e dei polmoni che tendono a separare la pleura parietale da quella viscerale. La tensione superficiale del liquido intrapleurico impedisce il distacco della pleura parietale da quella viscerale. Senza la pressione negativa intrapleurica, i polmoni collassano mentre la parete toracica si espande provocando pneumotorace.
• Pressione transpolmonare è la differenza tra la pressione intra-alveolare e intrapleurica. Questa è una pressione transmurale (differenza di pressione tra i due lati di una parete). Questa indica la forza di distensione attraverso i polmoni.

La legge di Boyle afferma che data una certa quantità di gas all'interno di un contenitore, la pressione è inversamente proporzionale al volume del contenitore a tenuta d'aria. Quindi se il volume aumenta, la pressione esercitata dal gas diminuisce; se il volume diminuisce, la pressione aumenta.

L'inspirazione ha inizio con la stimolazione nervosa dei muscoli inspiratori: questi sono stimolati dal rilascio di acetilcolina nelle giunzioni muscolari, con un aumento del volume della cavità toracica con l'abbassamento e appiattimento del diaframma, la contrazione dei muscoli intercostali esterni fa in modo che vi sia una rotazione delle coste verso l'alto e l'esterno con espansione della parete toracica. Si ha quindi una diminuzione della pressione intrapleurica determinando un aumento della pressione transpolmonare determinando una distensione dei polmoni. Con l'espansione, la pressione negli alveoli scende sotto il livello della pressione atmosferica e l'aria fluisce negli alveoli fino a quando la pressione degli alveoli non raggiunge la stessa pressione atmosferica.

L'espirazione è un processo passivo, infatti non vi è nessuna contrazione muscolare. Quando termina l'inspirazione la parete toracica e i polmoni sono espansi e rilasciando i muscoli prima espansi si ha un ritorno iniziale del torace e dei polmoni. Si ha una diminuzione del volume dei polmoni determinando una pressione intra-alveolare maggiore per il gradiente pressorio fino a quando i polmoni non raggiungono il valore della capacità funzionale residua.

La compliance è una misura che indica lo stiramento o distensibilità. La compliance polmonare è il cambiamento del volume polmonare determinato da una variazione nella pressione transpolmonare. Questa dipende dall'elasticità dei polmoni e dalla tensione superficiale del liquido che li ricopre.

Il volume di aria che entra ed esce dal polmone durante un singolo atto respiratorio non forzato è chiamato volume corrente che a riposo è pari a 500 ml. Il volume massimo di aria che può ancora essere inspirato al termine di una normale ispirazione è chiamato volume di riserva inspiratoria ed è di 3000 ml. Il volume massimo di aria che può essere ancora espirato al termine della normale espirazione è chiamato volume di riserva espiratoria ed è di 1000 ml. Il volume residuo è quel volume che rimane nei polmoni dopo un'espirazione massimale ed è pari a 1200 ml.

Le capacità polmonari derivano dalla somma di due o più volumi polmonari:

• La capacità inspiratoria è il volume massimo di aria che può essere inspirata alla fine di un'espirazione tranquilla; è data dal volume corrente e dal volume di riserva inspirata.
• La capacità vitale è il volume massimo di aria che può essere espirato dopo un'inspirazione massimale; è la somma del volume corrente, del volume di riserva inspiratoria e del volume di riserva espiratoria.
• La capacità funzionale residua è il volume d'aria che rimane nei polmoni al termine di un'espirazione tranquilla; è formato dal volume di riserva espiratoria e dal volume residuo.
• La capacità polmonare totale è il volume di aria presente nei polmoni al termine di un'inspirazione massimale; è la somma del volume corrente, del volume di riserva inspiratoria, del volume di riserva espiratoria e del volume residuo.

I test di funzionalità polmonare misurano la capacità vitale e percentuali di inspirazione ed espirazione. Quindi capacità vitale forzata (FVC) e volume espiratorio forzato (FEV) che forniscono informazioni sulla capacità polmonare e sulla compliance. Se abbiamo una capacità vitale forzata si ha un disordine polmonare di tipo restrittivo.

La frequenza respiratoria è il numero di atti respiratori che una persona esegue in un minuto ed in media è di 12 atti/min. I gas diffondono in base al gradiente di pressione. 1 litro di sangue arterioso contiene in media 200 ml di O₂, di questi 200 ml 3 ml sono disciolti nel plasma e questo contribuisce alla PO₂ nel sangue. I rimanenti sono trasportati da Hb. Hb e O₂ è chiamato ossiemoglobina, Hb e CO₂ deossiemoglobina. Il legame o il rilascio di O₂ dipende dalla PO₂ dell'ambiente che circonda Hb. Una PO₂ alta facilita il legame dell'O₂ con Hb, mentre una PO₂ bassa ne facilita il rilascio.

Quindi HB+O₂=HB * O₂

Quindi un aumento dei livelli di O₂ nei capillari polmonari produce più ossiemoglobina, mentre una diminuzione di O₂ nei capillari sistemici libera l'O₂ da Hb. Un Hb può legare fino a 4 molecole di O₂ e più O₂ è disponibile più ossiemoglobina si forma. Quando tutti i siti di legame sono pieni Hb è saturata. La curva di dissociazione dell'emoglobina valuta la percentuale di saturazione di Hb in funzione della PO₂. La capacità di Hb di legarsi a O₂ dipende da quante molecole di O₂ sono già legate ad essa. A pressioni parziali basse molte Hb non hanno alcun O₂ legato, quindi l'affinità per O₂ è bassa. Al crescere della PO₂ più molecole di Hb legano almeno un O₂ determinando un aumento dell'affinità dell'ossiemoglobina per altri O₂. Quindi a valori di saturazione superiori a 60 mmHg la pendenza della curva diminuisce perché all'aumentare della saturazione si ha un minore numero di siti di legame. Quando abbiamo una PO₂ superiore agli 80 mmHg la curva è piatta. La curva ha una forma sigmoide.

I fattori che influenzano l'affinità di Hb per O₂ sono temperatura, pH, PCO₂ (la CO₂ reagisce in modo reversibile per formare la carbamminoemoglobina. Quando CO₂ si lega ad Hb la proteina cambia conformazione diminuendo l'affinità per O₂).

Il pH fisiologico del sangue arterioso è 7,4, e il pH è controllato sia dalla respirazione che dai reni. Se il pH del sangue aumenta fino ad 8 o diminuisce a 6,8 anche per pochi secondi, si verifica la morte. Il sangue arterioso è eccessivamente acido se il pH è uguale o inferiore a 7,35, questa condizione è definita acidosi. Un pH uguale o maggiore a 7,45 indica che il sangue è eccessivamente alcalino o basico quindi una condizione di alcalosi che deprime attività del SNC portando a coma, insufficienza respiratoria, convulsioni.

L'emoglobina è un tampone che lega o libera ioni idrogeno. La deossiemoglobina ha un'affinità per gli H⁺ maggiore di HBO₂ (effetto Bohr), quindi nei tessuti Hb libera O₂ e si lega a H⁺. È importante perché i tessuti producono CO₂ che viene convertita velocemente in H⁺ e HCO₃^-. Alcuni di questi H⁺ possono essere neutralizzati dall'emoglobina. Nei polmoni invece Hb lega O₂ e rilascia H⁺. Il bicarbonato è un altro tampone, se H⁺ aumentano si legano ad HCO₃^- per formare CO₂. Se aumenta CO₂ nel sangue, questo può essere convertito in H⁺ e HCO₃^-. Mentre i polmoni regolano la concentrazione di CO₂, i reni controllano la concentrazione di HCO₃^-.

I disturbi respiratori dovuti a cambiamenti della concentrazione di CO₂ dell'equilibrio acido-base sono:

L'acidosi respiratoria è un aumento dell'acidità del sangue dovuto all'incremento di CO₂ che interviene durante ipoventilazione. Quindi l'anidride carbonica aumenta nel plasma e il pH diminuisce.

L'alcalosi respiratoria è una diminuzione dell'acidità del sangue dovuta alla diminuzione di CO₂ che interviene ad esempio durante iperventilazione o nelle alte quote. La PCO₂ arteriosa diminuisce e aumenta il rapporto tra bicarbonato e anidride carbonica.

Acidosi metabolica: aumento di acidità nel plasma per cause diverse dall'anidride carbonica.

Alcalosi metabolica è data da una diminuzione degli H⁺ nel plasma per cause diverse dalla riduzione della PCO₂ su base respiratoria.

Importante: pH sangue arterioso: 7,35 - 7,45; se 7,35 acidosi maggiore produzione H⁺; Se 7,45 alcalosi maggiore produzione HCO₃^-.

• HCO₃^- = 22-36 mmol/l
• PaO₂ = 80-100 mmHg
• PaCO₂ = 35-45 mmHg

Diagnostica

Attraverso determinate tecniche si può accertare la diagnosi oppure scoprire un processo patologico in atto. Ricordiamo alcune metodiche che permettono ciò:

• RX torace: permette di visionare il tessuto polmonare sano che è visto come radiotrasparente in quanto costituito da gas. Vengono identificate con questa metodica alterazioni quali aree di densità a causa di liquidi, tumori polmonari e presenza di corpi estranei. Il tutto può essere visto anche in assenza di sintomi. Questa tecnica di imaging può essere effettuata a due esposizioni per avere una visione completa, cioè postero-anteriore e laterale. Viene effettuata dopo un'ispirazione completa ed è controindicata in gravidanza.
• TC: serve per esaminare i polmoni in sezioni successive con fasci collimati di RX. Abbiamo una visione in sezione trasversale e vengono evidenziate sottili differenze tra le densità tissutali. Si valuta la presenza di noduli e piccoli tumori adiacenti alle superfici pleuriche. Inoltre, possono essere diagnosticate anomalie metastatiche e adenopatia ilare, questa è un allargamento bilaterale dei linfonodi dell'ilo polmonare. Questa metodica può avvalersi dell'uso del mezzo di contrasto al fine di valutare il mediastino e le strutture in esso contenute (vasi). La TC spirale riduce il tempo, acquisisce più immagini e rielabora il tutto in 3D. Sostituisce tecniche invasive come l'angiografia per diagnosticare, ad esempio, embolia polmonare. Per quanto riguarda le controindicazioni, queste sono: allergie al mezzo di contrasto, gravidanza, claustrofobia, obesità patologica. Tra le complicanze ricordiamo: IRA, acidosi per il mezzo di contrasto.
• RMN: usa i campi magnetici in radiofrequenza. Permette di distinguere meglio tra tessuto fisiologico e patologico. Viene usata per la stadiazione, la caratterizzazione, la valutazione ad esempio dei processi infiammatori e, ultima ma non meno importante, per la diagnostica. Infatti, ai fini diagnostici possono essere formulate diagnosi di ipertensione polmonare cronica. Può essere utilizzato il MDC che può provocare, come nella TC, IRA.
• Fluoroscopia: permette di ottenere immagini radiografiche dal vivo su schermo. È un ausilio durante le procedure invasive quali angiobiopsia toracica, biopsia transbronchiale e identificazione delle lesioni. Studia il movimento della parete toracica, il mediastino e il cuore. Infatti, vengono rilevate eventuali paralisi del diaframma e la localizzazione delle masse.
• Spirometria: fa parte delle prove di funzionalità respiratoria quindi si misura...