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Fisiopatologia respiratoria

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  • 1. Fisiopatologia Respiratoria
  • 2. Fisiopatologia RespiratoriaSi 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 sistemarespiratorio può essere suddiviso in:• Un organo di scambio gassoso (diffusionealveolo-capillare): i polmoni• Un organo di pompa che permette il rinnovo diaria negli alveoli: ventilazione polmonare. Ciòpermette di veicolare O2 all’internodell’organismo e di allontanare l’eccesso di CO2dovuto al metabolismo cellulare. Questo organoè costituito da un insieme di strutture come lagabbia toracica con i muscoli respiratori, i centridel respiro e le vie di conduzione nervosa
  • 4. 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 arteriolaSangue capillare polmonare ml 70 venula02 40 mmHg CO2 45 mmHg Flusso sanguigno polmonare 5000 ml/mn 02 90 mmHg CO2 40 mmHg
  • 5. Ventilazione PolmonareLa ventilazione polmonare è, quindi, unfenomeno periodico automatico costituitoda una successione di movimentiinspiratori ed espiratori nel corso dei qualiun volume di aria, il Vc, di circa 0,5 L, vieneinspirato ed espirato. Esso si realizza sottoil controllo centrale mediante l’attivazionedei muscoli respiratori.
  • 6. 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.
  • 7. 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
  • 8. Un ciclo ventilatorio che è costituito da: Inspirazione Pausa pre-espiratoria Espirazione Pausa pre-inspiratoria
  • 9. 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
  • 10. 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.
  • 11. 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
  • 12. 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.
  • 13. 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.
  • 14. 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
  • 15. Per avere un buona funzione della pompa respiratoria occorre che:• l’integrità del pace-maker respiratorioLa respirazione è sotto il controllo del centrorespiratorio del bulbo che risponde a trestimolazioni: a) metaboliche; b) meccaniche; c)comportamentali
  • 16. Per avere un buona funzione della pompa respiratoria occorre che:MetabolicheSono 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
  • 17. Per avere un buona funzione della pompa respiratoria occorre che:MeccanicheGiungono 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
  • 18. Per avere un buona funzione della pompa respiratoria occorre che:ComportamentaliQueste influenze sono costanti nella veglia, quando le emozioni, il lavoro, l’assunzione dei pasti influenzano l’attività respiratoria in genere stimolandola
  • 19. 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.
  • 20. Per avere un buona funzione della pompa respiratoria occorre che:• la gabbia toracica sia normoconformata enormofunzionante• i muscoli inspiratori e il diaframma in particolareabbiano a riposo una normale conformazione(ottimale lunghezza delle fibre)• i muscoli siano adeguatamente nutriti
  • 21. Per avere un buona funzione della pompa respiratoria occorre che:• gli impulsi nervosi apartenza dai centrirespiratori venganotrasmessi normalmentefino ai muscoli peravere la rispostaventilatoria: aumentodell’ampiezza e dellafrequenza respiratoria
  • 22. La compromissione di unaqualsiasi di queste componentidella ventilazione si ripercuote sullarespirazione compromettendone, inmaniera acuta o cronica, lafunzione
  • 23. Il compito del fisiopatologo è quello di:• Verificare l’esistenza di un danno funzionale• Qualificare il danno• Stabilire l’entità del danno
  • 24. 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)
  • 25. Per la diagnostica delle alterazioni della funzione polmonare abbiamo a disposizione• Spirometria/pneumotacografia• Pletismografia corporea• Test di broncodilatazione e broncostimolazione• Test di diffusione• Emogasanalisi
  • 26. 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
  • 27. Volumi polmonari statici CI VRI CV Si definiscono volumi statici VCCPT (espressi in litri): VRE • CV = VC+VRI+VRE CFR • VR VR • CFR = VR+VRE • CPT = CV+VR
  • 28. Principali informazioni fornite dai test ventilatori: volumi polmonari dinamiciSi 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).
  • 29. Principali informazioni fornite dai test ventilatori: volumi polmonari dinamiciDalla 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.
  • 30. In condizioni di normalità, a riposo e in aria ambiente inspirazione VC= 0.5 L espirazione
  • 31. Spirogramma inspirazione massimale VRI+VC= CI= 3 L VRI= 2,5 LCV= 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
  • 32. 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
  • 33. Spirometro e Pneumotacografo
  • 34. 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 inquello con patologia ostruttiva la CVI può essere > CVF.La CVE è normalmente > CVF
  • 35. Spirometria/PeumotacografiaLa misurazione della Capacità VitaleForzata (FVC) è la più importante delleprove di funzionalità respiratoria perché perogni individuo, nel corso dell’espirazione,esiste un limite unico, personale, al flussomassimo che si può raggiungere per ognidato volume polmonare (limitazione alflusso).Questo limite si raggiunge con un moderatosforzo espiratorio e anche aumentando talesforzo il flusso non aumenta.
  • 36. Subito dopo aver iniziato lamanovra espiratoria forzata siraggiunge il PEF. La parterimanente della curva definisce ilflusso massimo che si puòraggiungere per ogni volumepolmonare. Al FEF 50, dopo cheil 50% della FVC è statoespirato, il soggetto non è ingrado si superare un flusso di 5,2l/sec anche se aumenta lo sforzoespiratorio. E’ da notare che ilflusso massimo raggiungibile siriduce parallelamente al volumeespirato (volume polmonare) finoa raggiungere il volumeresiduo, oltre il quale non vi puòessere espirazione
  • 37. Nel corso dell’espirazione forzata , la compressione dinamica che si esercita sullevie aeree produce una riduzione del calibro dei bronchi ed in particolare dei piccolibronchi sprovvisti di parete cartilaginea. Questa compressione è più forte a mano amano che i volumi polmonari diminuiscono. Per cui si produce inizialmente unrestringimento critico a livello tracheale, già in grado di ridurre i flussi, che conl’ulteriore riduzione dei volumi si sposta distalmente ai bronchi principali e oltre.
  • 38. Spirometria/PneumotacografiaOgni individuo possiede una propria curvaFV di espirazione massima e il test risultariproducibile e molto sensibile nell’individuarele più frequenti alterazioni funzionalidell’apparato respiratorio
  • 39. 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
  • 40. Flussi aerei generati nel corso di una manovra espiratoria forzata (spirometria) Curva Flusso/Volume FLUSSO (L/SEC) 12 10 PEF MEF 75 % CVF espirazione MEF 50 % CVF 8 6 MEF 25 % CVF 4 CPT CVF 2 VOLUME (L) 0 2 4 6 8 Inspirazione
  • 41. Qualificazione del danno Anomalie ventilatorie• Deficit ostruttivi• Deficit restrittivi• Deficit misti (prevalentemente ostruttivi o restrittivi) Risposta al test di reversibilità
  • 42. 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.
  • 43. DEFICIT OSTRUTTIVIRiduzione dell’IT (VEMS/CVF).Riguarda patologie come:• Asma bronchiale• BPCO (VEMS/CVF < 70)
  • 44. Deficit Ventilatorio Ostruttivo 0 1sec 0 1sec VEMS=L/sec
  • 45. Deficit Ventilatorio Ostruttivo FLUSSO (L/SEC) 12 PEF 10 MEF 50espirazione 8 6 MEF 25 4 CPT 2 VOLUME (L) 0 2 4 6 8 inspirazione
  • 46. 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
  • 47. 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
  • 48. Deficit Restrittivi• Riduzione dei volumi: CVF e CPT Riguarda• Patologie parenchimali• Patologie della gabbia toracica e neuromuscolari• Patologie pleuriche
  • 49. Danno funzionale nelle Interstiziopatie Polmonari1. 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 superficiale2. 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
  • 50. Deficit Ventilatorio Restrittivo 10 NORMALE RESTRIZIONEVolume polmonare (L) 1 sec 8 6 1 sec 4 FEV1 80% FEV1 > 80% 2 VR 0 VR
  • 51. Deficit Ventilatorio Restrittivo CI VRI CV CPT VC CI VRI CV VRE CPT VC CFR VRE CFR VR VR normale restrizione
  • 52. Deficit Ventilatorio RestrittivoFLUSSO (L/SEC) 12 PEF 10 MEF 50 8 6 MEF 25 4 CPT 2 VOLUME (L) 0 2 4 6 8
  • 53. Differenze delle curve FVDeficit ventilatorio ostruttivo Deficit ventilatorio restrittivo
  • 54. Curve Flusso/Volume FLUSSO (L/SEC) 12 PEF 10 MEF 50 8-------- normale 6 ristretto MEF 25 ostruito 4 CPT 2 VOLUME (L) 0 2 4 6 8
  • 55. Deficit MistiLa contemporanea presenza, inproporzioni variabili, di alterazioniostruttive e restrittive (in praticaquando sia la CV che i flussi sonoentrambi ridotti) configura il quadrodi un deficit di tipo misto di cui deveessere valutata la maggiorecomponente ostruttiva o restrittiva.
  • 56. Test di diffusioneIl test di diffusione valutal’integrità della membranaalveolo-capillare, ossia lasua capacità di lasciarediffondere i gas dall’aria alsangue.
  • 57. Test di diffusioneLa capacità di diffusione (DL) è:• direttamente proporzionale alla superficie del letto capillare (portata ematica econtenuto in Hb) in contatto con gli alveoli, cioè alla superficie di scambio, e alladiffusibilità del gas• inversamente proporzionale allo spessore della membranaLa DL solitamente viene valutata utilizzando il monossido di carbonio (CO) perchéessendo dotato di altissima affinità per l’emoglobina (200 volte >O2) subito dopol’inalazione si ottiene l’equilibrio aria-sangue capillare eliminando così ladipendenza dal flusso ematico, inoltre la sua concentrazione è nulla nel sangueprima dell’equilibrio.Il test viene effettuato facendo inalare CO a bassissime concentrazioni (0,3%) inmiscela con elio (He) mediante singolo respiro.La DLCO che risulta ridotta nelle condizioni di ispessimento della membranaalveolo-capillare e di riduzione della superficie di scambio, può anche essereespressa in termini di coefficiente di diffusione (KCO), cioè di rapporto tra DLCO evolume alveolare (DLCO/VA).
  • 58. Fisiopatologia dell’ipossiemia arteriosaMeccanismi Malattie associate Risposta della Pa02 inalando 02 (100%)Alterazioni di V/Q BPCO Aumentata Asma FibrosiShunt Polmonite Nessuna se lo shunt è > 25% della Atelettasia gittata cardiaca Edema polmonare TEP Cardiopatie congeniteIpoventilazione alveolare Deficit centrale Aumentata(ipercapnia associata) Neuro-miopatie Malattie ostruttiveBlocco alveolo-capillare Edema Aumentata Fibrosi
  • 59. 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
  • 60. Emogasanalisi arteriosa Valori di riferimento: pH: 7.35-7.45 PaO2: > 80 mmHg PaCO2: 35-45 mmHg HCO3-:22-26 mmol/L
  • 61. C) GASSOSI Vasocostrizione ipossica

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