2. Fisiopatologia Respiratoria
Si può definire la respirazione come la funzione che
assicura gli scambi dei gas respiratori, O2 e CO2, tra
le cellule e l’ambiente esterno.
Nell’uomo lo scambio avviene attraverso tre fasi:
Ventilatoria
Alveolo-capillare
circolatoria
3. Funzionalmente il sistema
respiratorio può essere suddiviso in:
• Un organo di scambio gassoso (diffusione
alveolo-capillare): i polmoni
• Un organo di pompa che permette il rinnovo di
aria negli alveoli: ventilazione polmonare. Ciò
permette di veicolare O2 all’interno
dell’organismo e di allontanare l’eccesso di CO2
dovuto al metabolismo cellulare. Questo organo
è costituito da un insieme di strutture come la
gabbia toracica con i muscoli respiratori, i centri
del respiro e le vie di conduzione nervosa
4.
5.
6.
7. Unità funzionale del Polmone
Aria ambiente
Vie aeree di conduzione
O2 21% 159 mmHg
CO2 0,04% 0,3 mmHg ventilazione totale 7500 ml
N2 79% 600 mmHg Volume corrente
500 ml
spazio morto anatomico 150 ml
Frequenza respiratoria 15/min
Aria alveolare
Gas alveolare 3000 ml O2 100 mmHg
CO2 40 mmHg Ventilazione alveolare 150 ml
02
Membrana alveolare
capillare C02
arteriola
Sangue capillare polmonare ml 70 venula
02 40 mmHg CO2 45 mmHg
Flusso sanguigno polmonare 5000 ml/mn
02 90 mmHg CO2 40 mmHg
8. Ventilazione Polmonare
La ventilazione polmonare è, quindi, un
fenomeno periodico automatico costituito
da una successione di movimenti
inspiratori ed espiratori nel corso dei quali
un volume di aria, il Vc, di circa 0,5 L, viene
inspirato ed espirato. Esso si realizza sotto
il controllo centrale mediante l’attivazione
dei muscoli respiratori.
9. Meccanica Respiratoria.
• Il movimento reciproco dell’aria dall’esterno
all’interno degli alveoli polmonari dipende
dall’integrità del gioco costo-vertebro-muscolare
da un lato e, dall’altro, dall’integrità della
elasticità polmonare nonché del calibro delle vie
aeree. Questo movimento mette in gioco una
serie di forze che implicano il prodursi di
variazioni di pressione, resistenza e volumi. Lo
studio delle suddette forze è lo studio della
Meccanica Respiratoria.
10. Meccanica Respiratoria
• Lo studio della meccanica respiratoria
implica la conoscenza delle sue proprietà
elastiche, dell’equilibrio tra polmone e
gabbia toracica e dello scambio reciproco
di energia accumulata durante le fasi
alterne del respiro
• A questo fine è utile far riferimento a ciò
che avviene nel corso di un ciclo
ventilatorio che è costituito da
11. Un ciclo ventilatorio che è costituito da:
Inspirazione
Pausa pre-espiratoria
Espirazione
Pausa pre-inspiratoria
12. Inspirazione
• Durante l’inspirazione il volume toracico, sotto la spinta
dei muscoli inspiratori, aumenta e la pressione
endopleurica diminuisce permettendo l’espansione del
polmonare e la distensione delle fibre elastiche polmonari.
Ciò incrementa le forze di retrazione elastica. L’aumento
di volume polmonare si traduce nella diminuzione della
pressione endoalveolare che, diventando inferiore a quella
atmosferica, permette la penetrazione dell’aria nelle vie
aeree
• L’inspirazione è, quindi, una fase costosa dal punto di
vista energetico in quanto devono essere vinti due ordini
di resistenze: quelle offerte dalle forze di retrazione
elastiche polmonari (resistenze statiche) e quelle
provocate dallo scorrimento dell’aria durante il passaggio
nelle vie aeree e dall’attrito dei tessuti polmonari
(resistenze dinamiche). La pressione pleurica sarà più
negativa quanto più aumentano il volume polmonare e/o
le resistenze al flusso
13. Pausa pre-espiratoria
• Alla fine dell’inspirazione, nell’attimo pre-
espiratorio la pressione endopleurica non varia,
il flusso aereo si arresta e la pressione
endoalveolare tende ad eguagliare quella
atmosferica. In questa fase le forze di retrazione
elastica polmonare sono sollecitate al massimo
così come la variazione del volume polmonare.
Cessando la contrazione dei muscoli inspiratori
che si oppone alla retrazione elastica
polmonare, quest’ultima prende il sopravvento
ed inizia l’espirazione.
14. Espirazione
• L’espirazione, in condizione di
respirazione normale, è un fenomeno
passivo permesso dall’energia potenziale
immagazzinatasi nel tessuto polmonare
nel corso dell’inspirazione in virtù della sua
distensione. Con l’espirazione la pressione
endoalveolare, riducendosi il volume,
aumenta e supera quella atmosferica
creando un flusso aereo espiratorio
15. Pausa pre-inspiratoria
• Alla fine dell’espirazione, nel breve atto
pre-inspiratorio, sono a confronto il
sistema elastico polmonare che tende a
diminuire il proprio volume, e quello
toracico che tende ad aumentare il proprio
volume. In questa fase le forze elastiche
polmonari sono uguali, ma di segno
contrario, a quelle toraciche e non
sussistono differenze pressorie tra alveoli,
spazio pleurico e ambiente esterno tanto
che il flusso aereo è nullo.
16. Meccanica Respiratoria
• Misurando la pressione alla bocca quando si
passa da un volume polmonare (es quello
della pausa pre-inspiratoria) ad uno più
grande (es quello della pausa pre-
espiratoria) si evidenzia come la pressione
aumenti di un certo valore. Questa è la
pressione corrispondente all’energia
potenziale disponibile per l’espirazione
passiva successiva, ovvero alla pressione di
retrazione o recoil elastico.
17. Meccanica Respiratoria
• Per pressione di retrazione o recoil elastico si
intende quel valore di pressione sviluppata dalle
strutture elastiche del polmone ad un definito livello
respiratorio sia inspiratorio che espiratorio, pur
precisando che la misura della pressione di recoil
elastico è più importante, dal punto di vista
fisiopatologico, nella fase di espirazione. Infatti,
rappresenta l’unica forza che regola il flusso
espiratorio massimo di un soggetto che si trovi al di
sotto del 75% della sua capacità polmonare totale
(CPT). Al di sopra di questo livello il flusso
espiratorio massimo è regolato anche dalla volontà
18.
19. Per avere un buona funzione della pompa
respiratoria occorre che:
• l’integrità del pace-maker respiratorio
La respirazione è sotto il controllo del centro
respiratorio del bulbo che risponde a tre
stimolazioni: a) metaboliche; b) meccaniche; c)
comportamentali
20. Per avere un buona funzione della pompa
respiratoria occorre che:
Metaboliche
Sono rappresentate dai valori ematici di PaO2, PaCO2 e
pH. I recettori del centro bulbare sono sensibili alla
PaCO2; quelli dei glomi carotidei sia a PaO2 che a
PaCO2. Poiché i glomi carotidei sono sensibili alle
variazioni di O2 solo se estreme, nel senso che
stimolano la ventilazione nel caso di ipossia spiccata, ne
risulta che sono essenzialmente le variazioni di CO2 ( e
di conseguenza del pH) a regolare la ventilazione. Se
l’ipossia è molto grave o sono stati somministrati farmaci
depressivi, il centro non risponde positivamente agli
stimoli regolatori
21. Per avere un buona funzione della pompa
respiratoria occorre che:
Meccaniche
Giungono al centro respiratorio bulbare attraverso il vago e
originano dalla parete toracica e dai polmoni. I recettori
meccanici se stimolati (stiramento, congestione
vasale, irritazione) accorciano l’atto inspiratorio
rendendo la respirazione rapida e superficiale
22. Per avere un buona funzione della pompa
respiratoria occorre che:
Comportamentali
Queste influenze sono costanti nella veglia, quando le
emozioni, il lavoro, l’assunzione dei pasti influenzano
l’attività respiratoria in genere stimolandola
23. Per avere un buona funzione della pompa
respiratoria occorre che:
Ovviamente, per un’adeguata ventilazione
occorre che, oltre all’integrità del pace-
maker respiratorio, siano rispettate altre 2
condizioni:
• la pervietà delle vie aeree superiori ed
inferiori
• l’integrità polmonare e muscolo-
scheletrica del mantice polmonare.
24. Per avere un buona funzione della pompa
respiratoria occorre che:
• la
gabbia toracica sia normoconformata e
normofunzionante
• i muscoli inspiratori e il diaframma in particolare
abbiano a riposo una normale conformazione
(ottimale lunghezza delle fibre)
• i muscoli siano adeguatamente nutriti
25.
26.
27. Per avere un buona funzione della pompa
respiratoria occorre che:
• gli impulsi nervosi a
partenza dai centri
respiratori vengano
trasmessi normalmente
fino ai muscoli per
avere la risposta
ventilatoria: aumento
dell’ampiezza e della
frequenza respiratoria
28. La compromissione di una
qualsiasi di queste componenti
della ventilazione si ripercuote sulla
respirazione compromettendone, in
maniera acuta o cronica, la
funzione
29. Il compito del fisiopatologo è quello di:
• Verificare l’esistenza di un danno funzionale
• Qualificare il danno
• Stabilire l’entità del danno
30. Prove funzionali da effettuare ai fini
della qualificazione e quantizzazione
• Misura dei volumi e dei flussi aerei
• Misura del coefficiente di diffusione del
monossido di carbonio (DLCO)
• Misura della pressione parziale di 02
(Pa02) e della saturazione in 02 (Sa02)
nel sangue arterioso
• Misura della pressione parziale di C02
(PaC02) e del pH nel sangue arterioso
(equilibrio acido-base)
31. Per la diagnostica delle alterazioni della
funzione polmonare abbiamo a disposizione
• Spirometria/pneumotacografia
• Pletismografia corporea
• Test di broncodilatazione e
broncostimolazione
• Test di diffusione
• Emogasanalisi
32. Le principali informazioni che sono fornite dai test
ventilatori riguardano le modificazioni:
• Dei volumi polmonari statici (indipendenti
dal tempo)
• Dei volumi polmonari dinamici (misurati in
relazione al tempo nel corso di una
manovra respiratoria forzata)
• Dei flussi aerei generati nel corso di una
manovra espiratoria forzata
34. Principali informazioni fornite dai test ventilatori:
volumi polmonari dinamici
Si definiscono volumi polmonari dinamici:
Il volume espiratorio massimo per secondo
(VEMS o FEV1) in L/sec
• La ventilazione polmonare massima per
minuto (VPM) in L/min (la massima quantità
di aria che un individuo può mobilizzare in
un minuto).
35. Principali informazioni fornite dai test ventilatori:
volumi polmonari dinamici
Dalla relazione che esiste tra alterazione del
volume statico (CVF) e alterazione del
volume dinamico (VEMS) si può risalire alla
maggior parte delle sindromi disventilatorie.
Indice di Tiffenau ( IT): VEMS/CVF x 100,
(VEMS espresso come percentuale della
CVF). V.N. 70-80%, cioè nel 1 secondo un
individuo normale può espirare il 75% della
sua CV.
36. In condizioni di normalità, a riposo e in aria ambiente
inspirazione
VC= 0.5 L
espirazione
37. Spirogramma inspirazione massimale
VRI+VC= CI= 3 L
VRI= 2,5 L
CV= VC= 0.5 L CPT=
4,5 L 6L
VRE+VR=CFR= 3 L
VRE= 1,5 L
VR= 1,5 L
espirazione massimale
0 1sec
VEMS=L/sec
38. Spirometria/Pneumotacografia
Consente la misurazione della Capacità Vitale, del VEMS dei Flussi aerei.
• Misurazione in
posizione seduta
• Naso chiuso con
apposita molletta
• Boccaglio fra i denti e
lingua sotto di questo
• Adattamento con
respirazione tranquilla
• Esecuzione di una
espirazione lenta
massimale a cui segue
una inspirazione veloce
e massimale per
determinare la CVI;
dopo una pausa
inferiore al secondo si
esegue l’espirazione
forzata fino al
raggiungimento del VR
per calcolare la CVF
40. Spirometria/Pneumtacografia
Consente la misurazione della Capacità Vitale, del VEMS dei Flussi aerei.
• CVI: volume che • CVE: volume espirato
viene inspirato con partendo da una
una manovra inspirazione
massimale dopo massimale.
un’espirazione Nell’ambito della CVE
massimale si distingue una
espirazione
massimale lenta e
una forzata (CVF)
Nel soggetto sano non vi sono sostanziali differenze tra CVI e CVE, mentre in
quello con patologia ostruttiva la CVI può essere > CVF.
La CVE è normalmente > CVF
41. Spirometria/Peumotacografia
La misurazione della Capacità Vitale
Forzata (FVC) è la più importante delle
prove di funzionalità respiratoria perché per
ogni individuo, nel corso dell’espirazione,
esiste un limite unico, personale, al flusso
massimo che si può raggiungere per ogni
dato volume polmonare (limitazione al
flusso).
Questo limite si raggiunge con un moderato
sforzo espiratorio e anche aumentando tale
sforzo il flusso non aumenta.
42. Subito dopo aver iniziato la
manovra espiratoria forzata si
raggiunge il PEF. La parte
rimanente della curva definisce il
flusso massimo che si può
raggiungere per ogni volume
polmonare. Al FEF 50, dopo che
il 50% della FVC è stato
espirato, il soggetto non è in
grado si superare un flusso di 5,2
l/sec anche se aumenta lo sforzo
espiratorio. E’ da notare che il
flusso massimo raggiungibile si
riduce parallelamente al volume
espirato (volume polmonare) fino
a raggiungere il volume
residuo, oltre il quale non vi può
essere espirazione
43. Nel corso dell’espirazione forzata , la compressione dinamica che si esercita sulle
vie aeree produce una riduzione del calibro dei bronchi ed in particolare dei piccoli
bronchi sprovvisti di parete cartilaginea. Questa compressione è più forte a mano a
mano che i volumi polmonari diminuiscono. Per cui si produce inizialmente un
restringimento critico a livello tracheale, già in grado di ridurre i flussi, che con
l’ulteriore riduzione dei volumi si sposta distalmente ai bronchi principali e oltre.
44. Spirometria/Pneumotacografia
Ogni individuo possiede una propria curva
FV di espirazione massima e il test risulta
riproducibile e molto sensibile nell’individuare
le più frequenti alterazioni funzionali
dell’apparato respiratorio
45. Spirometria/Pneumotacografia
I parametri che determinano il FEF (flusso
espiratorio forzato) ad ogni dato volume sono:
– Elasticità polmonare che mantiene pervie le vie
aeree
– La dimensione delle vie aree
– La resistenza al flusso lungo queste vie
48. Qualificazione del danno
Anomalie ventilatorie
• Deficit ostruttivi
• Deficit restrittivi
• Deficit misti (prevalentemente ostruttivi o
restrittivi)
Risposta al test di reversibilità
49. DEFICIT OSTRUTTIVI
• Sono contraddistinti dall’aumento delle
resistenze al flusso (ostruzione bronchiale)
con conseguente diminuzione dei flussi e del
FEV1, con volumi statici che restano elevati:
la CV è ridotta, ma non di molto ed in
alcuni casi può essere normale; il FEV1 è
marcatamente ridotto così come l’indice
di Tiffenau (IT); il VR aumenta per il
fenomeno dell’intrappolamento dell’aria e si
riflette in un aumento anche della capacità
polmonare totale (TLC); il rapporto VR/TLC è
aumentato proprio per aumento del VR.
53. Test di Reversibilità
FLUSSO (L/SEC)
12
10 PEF
MEF 50
8
6
MEF 25
4
CPT
2
VOLUME (L)
0 2 4 6 8
• curva flusso volume basale
• curva flusso volume dopo broncodilatazione con salbutamolo
54.
55. Deficit Restrittivi
• Sono contraddistinti, al contrario di quelli
ostruttivi, essenzialmente da perdita dei
volumi ventilabili a causa della ridotta
distensibilità polmonare, mentre il VEMS e i
flussi si riducono parallelamente: la CV è
marcatamente ridotta; il FEV1 è ridotto ma
non in modo evidente come nel quadro
ostruttivo, infatti l’IT è normale o
aumentato; il VR è normale o diminuito; la
TLC è diminuita ed il rapporto VR/TLC è
normale. Poiché la restrizione è definita da
una riduzione della TLCO, la spirometria
semplice non ne permette l’identificazione
certa
56. Deficit Restrittivi
• Riduzione dei volumi: CVF e CPT
Riguarda
• Patologie parenchimali
• Patologie della gabbia toracica e
neuromuscolari
• Patologie pleuriche
57. Danno funzionale nelle
Interstiziopatie Polmonari
1. Meccanica ventilatoria
• Quadro spirografico di tipo restrittivo
• Resistenze pletismografiche delle vie aeree e Indice di
Tiffenau (vems/cv%) di solito normali
• Bassi valori di compliance statica e curve
pressione/volume spostate in basso e a destra
• Tipico pattern respiratorio contraddistinto da respirazione
rapida e superficiale
2. Scambi gassosi
• Ipossiemia in genere modesta a riposo, ma che si aggrava
tipicamente sotto sforzo
• PaC02 normale o frequentemente ridotta Capacità di
diffusione (DLCO) costantemente ridotta
65. Deficit Misti
La contemporanea presenza, in
proporzioni variabili, di alterazioni
ostruttive e restrittive (in pratica
quando sia la CV che i flussi sono
entrambi ridotti) configura il quadro
di un deficit di tipo misto di cui deve
essere valutata la maggiore
componente ostruttiva o restrittiva.
66. Test di diffusione
Il test di diffusione valuta
l’integrità della membrana
alveolo-capillare, ossia la
sua capacità di lasciare
diffondere i gas dall’aria al
sangue.
67. Test di diffusione
La capacità di diffusione (DL) è:
• direttamente proporzionale alla superficie del letto capillare (portata ematica e
contenuto in Hb) in contatto con gli alveoli, cioè alla superficie di scambio, e alla
diffusibilità del gas
• inversamente proporzionale allo spessore della membrana
La DL solitamente viene valutata utilizzando il monossido di carbonio (CO) perché
essendo dotato di altissima affinità per l’emoglobina (200 volte >O2) subito dopo
l’inalazione si ottiene l’equilibrio aria-sangue capillare eliminando così la
dipendenza dal flusso ematico, inoltre la sua concentrazione è nulla nel sangue
prima dell’equilibrio.
Il test viene effettuato facendo inalare CO a bassissime concentrazioni (0,3%) in
miscela con elio (He) mediante singolo respiro.
La DLCO che risulta ridotta nelle condizioni di ispessimento della membrana
alveolo-capillare e di riduzione della superficie di scambio, può anche essere
espressa in termini di coefficiente di diffusione (KCO), cioè di rapporto tra DLCO e
volume alveolare (DLCO/VA).
68.
69. Fisiopatologia dell’ipossiemia arteriosa
Meccanismi Malattie associate Risposta della Pa02 inalando 02
(100%)
Alterazioni di V/Q BPCO Aumentata
Asma
Fibrosi
Shunt Polmonite Nessuna se lo shunt è > 25% della
Atelettasia gittata cardiaca
Edema polmonare
TEP
Cardiopatie congenite
Ipoventilazione alveolare Deficit centrale Aumentata
(ipercapnia associata) Neuro-miopatie
Malattie ostruttive
Blocco alveolo-capillare Edema Aumentata
Fibrosi
70. Principali condizioni in grado di
modificare la DLCO
Riduzione Incremento
• Patologie ostruttive: • Policitemia
enfisema
• Emorragia polmonare
• Patologie restrittive:
pneumopatie interstiziali • Patologie associate
• Malattie sistemiche a ad aumento del flusso
coinvolgimento ematico (shunt sin-dx)
polmonare: LER, AR, SS, • Esercizio fisico
Wegener
• Postura (aumento dal
• Patologie cardiovascolari
5 al 30% passando
• Altre: IRC, anemia, dialisi,
fumo di sigaretta e di da seduto a supino)
marjiuana, cocaina
