FISIOPATOLOGIA DELL’INSUFFICIENZA RESPIRATORIA Alessandro Vatrella Università degli Studi di Napoli “Federico” Dipartimento di Medicina Clinica e Sperimentale Cattedra di Malattie dell’Apparato Respiratorio
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Insufficienza Respiratoria Condizione fisiopatologica caratterizzata dall’incapacità dei polmoni di assicurare un adeguato scambio gassoso in condizioni di riposo o sotto sforzo E’ definita da valori di PaO2 < 60 mmHg che possono associarsi o meno a valori di PaCO2 > 45 mmHg
Curva di dissociazione dell’Hb Il valore della PaO2 scelto è il punto critico sotto il quale la curva diventa più ripida e piccoli cambiamenti di PaO2 corrispondono a variazioni consistenti della saturazione dell’Hb.
Insufficienza Respiratoria Classificazione In base alla modalità di comparsa • Latente (evidenziata dallo sforzo) • Manifesta (presente a riposo) In base alla rapidità di comparsa • Acuta • Cronica • Riacutizzata
Insufficienza Respiratoria Classificazione
PaO2 < 60 mmHg
PaO2 < 60 mmHg + PaCO2 > 45 mmHg
PARZIALE
GLOBALE
IPOSSIEMICA o di TIPO 1
IPOSSIEMICO-IPERCAPNICA o di TIPO 2
IR acuta • Si instaura in tempi molto brevi, con quadri di severa entità • Può essere ipossiemica o ipossiemica ed ipercapnica: in questo caso si associa sempre il quadro dell’acidosi respiratoria scompensata, in quanto i meccanismi di compenso renale richiedono tempi prolungati per instaurarsi. PaO2 < 55mmHg PaCO2 > 50mmHg pH < 7.35
IR cronica • A lenta insorgenza, con minore severità del quadro clinico • Può essere ipossiemica o ipossiemica ed ipercapnica: in questo caso si osserva in genere un aumento dei bicarbonati plasmatici e un pH vicino alla norma (per il compenso renale) PaO2 < 55 mmHg PaCO2 > 50mmHg pH > 7.35
IR cronica riacutizzata • Se, ad un certo punto, in un paziente con IR cronica, interviene un aumento rapido della PaCO2, che non riesca ad essere compensato da meccanismi cronicamente già impegnati, si ha una diminuzione del pH (acidosi respiratoria scompensata) e compare il quadro dell’IR cronica riacutizzata. • L’ IR cronica riacutizzata differisce dall’ IR acuta perché, una volta risolta la riacutizzazione, si ripristina il quadro dell’insufficienza respiratoria cronica compensata.
Meccanismi fisiopatologici Insufficienza Respiratoria
Deficit di organo
Alterazioni dello scambio gassoso ipossiemia
Deficit di pompa
Ridotta ventilazione ipercapnia
Le alterazioni fisiopatologiche causa di insufficienza respiratoria possono riguardare: • la meccanica ventilatoria • gli scambi gassosi • l’emodinamica del piccolo circolo
Meccanismi fisiopatologici Ipossiemia
Ridotta FiO2 nell’aria inspirata Ipoventilazione Alterazione della Diffusione Shunt destro/sinistro Squilibrio Va/Q
Ipercapnia Ipoventilazione Squilibrio Va/Q
Meccanismi fisiopatologici Ipossiemia
Ridotta FiO2 nell’aria inspirata Ipoventilazione Alterazione della Diffusione Shunt destro/sinistro Squilibrio Va/Q
Ipercapnia Ipoventilazione Squilibrio Va/Q
Meccanismi dell’ipossiemia Ipoventilazione alveolare Il volume di aria inspirata che arriva agli alveoli nell’unità di tempo (ventilazione alveolare) risulta diminuito.
INSUFFICIENZA VENTILATORIA
• RESTRITTIVA • OSTRUTTIVA • MISTA
Deficit ventilatori
di tipo OSTRUTTIVO • Asma • BPCO • Bronchiectasie
di tipo RESTRITTIVO • Patologie della gabbia toracica • Patologie neuromuscolari • Lesioni occupanti spazio • Fibrosi polmonare • Exeresi polmonare
Meccanismi fisiopatologici Ipossiemia
Ridotta FiO2 nell’aria inspirata Ipoventilazione Alterazione della Diffusione Shunt destro/sinistro Squilibrio Va/Q
Ipercapnia Ipoventilazione Squilibrio Va/Q
Meccanismi dell’ipossiemia Alterazioni della diffusione • In condizioni normali a riposo la PO2 dei capillari polmonari raggiunge quasi quella alveolare dopo circa 1/3 del tempo totale di contatto (3/4 di secondo). • In alcune patologie la membrana può essere ispessita e la diffusione ne risulta così rallentata, contribuendo all’instaurarsi dell’ipossiemia. • Patologie: asbestosi, sarcoidosi, fibrosi polmonare idiopatica, polmonite interstiziale, sclerodermia, artrite reumatoide, Wegener.
ALTERAZIONE DELLA DIFFUSIONE Non si raggiunge l’equilibrio tra la PaO2 dei capillari polmonari ed il gas alveolare.
Diffusione dei gas O2
Legge di Fick
P2 P1
Area
Vgas =
A x D x (P1 – P2) S
CO2 D∞
Spessore
solubilità √ PM
Meccanismi fisiopatologici Ipossiemia
Ridotta FiO2 nell’aria inspirata Ipoventilazione Alterazione della Diffusione Shunt destro/sinistro Squilibrio Va/Q
Ipercapnia Ipoventilazione Squilibrio Va/Q
Meccanismi dell’ipossiemia Shunt Una certa quota di sangue raggiunge il circolo arterioso dopo aver attraversato regioni alveolari non ventilate
Meccanismi fisiopatologici Ipossiemia
Ridotta FiO2 nell’aria inspirata Ipoventilazione Alterazione della Diffusione Shunt destro/sinistro Squilibrio Va/Q
Ipercapnia Ipoventilazione Squilibrio Va/Q
Meccanismi dell’ipossiemia Squilibrio Va/Q Ventilazione e perfusione non sono accoppiate in diverse regioni polmonari, con il risultato che la diffusione gassosa diventa inefficace
Zona respiratoria Avvengono gli scambi tra gli alveoli ed il sangue dei capillari polmonari Gli scambi respiratori necessitano di un perfetto accoppiamento tra la ventilazione e la perfusione ematica
Rapporto Ventilazione Perfusione Polmone ideale
L’aria inspirata raggiunge tutti gli alveoli e tutti gli alveoli hanno lo stesso flusso ematico
Ipercapnia Meccanismi fisiopatologici IPOVENTILAZIONE
SQUILIBRIO Va/Q
IPOVENTILAZIONE • Provoca sempre un aumento della PaCO2 e ciò costituisce un importante parametro diagnostico. • Equazione della ventilazione alveolare: PaCO2 = VCO2 K VA VCO2 = CO2 espirata K = costante VA = ventilazione alveolare Se si dimezza la ventilazione alveolare la PaCO2 raddoppia.
Ipercapnia Meccanismi fisiopatologici IPOVENTILAZIONE
SQUILIBRIO Va/Q
SQUILIBRIO V/Q • Nonostante lo squilibrio V/Q determini ritenzione di CO2, si osservano spesso pazienti con indubbi squilibri V/Q e PaCO2 nella norma.
CO2 e meccanismi di compenso
Polmone
intervento rapido CO2 + H2O
H2CO3
intervento lento
H+ + HCO3 -
Rene
Cause della IR
The Brain
The Spinal Cord
L’IR può essere causata da un danno che intervenga a livello di qualsiasi anello della catena
Neuromuscular System
Thorax and Pleura
Upper airway
Cardiovascular
Lower airway Alveoli
Centri respiratori Regolano la ritmicità del respiro
Apnee centrali del sonno Vasculopatie cerebrali Traumi cranici Sovradosaggio farmaci Barbiturici
Benzodiazepine
Motoneuroni Generano l’impulso che lungo i nervi si propaga ai muscoli respiratori
Sclerosi laterale amiotrofica Poliomielite Lesioni traumatiche cerebrali e del midollo spinale
Nervi Conducono l’impulso sino alla placca neuromuscolare
Polineuropatie Guillain – Barrè Alcoolica Lesioni del Nervo Frenico
Giunzione neuromuscolare Trasmette lo stimolo dal nervo al muscolo
Miastenia Gravis
Muscoli Permettono di attirare l’aria nei polmoni ( INSPIRAZIONE ) Spingono l’aria fuori dai polmoni ( ESPIRAZIONE ATTIVA )
Compliance Distensibilità delle strutture deputate alla ventilazione rappresentata dal rapporto tra la variazione del volume polmonare e la pressione necessaria per determinare tale variazione C=P/V Fibrosi polmonare: incremento tessuto fibroso non elastico (bassa); Enfisema: condizione patologica in cui parenchima polmonare danneggiato e le pareti alveolari distrutte (alta)
Gabbia toracica Cifoscoliosi
Insufficienza Respiratoria Cause • TIPO 1 (non-ventilatoria o parziale) associata ipocapnia o normocapnia. In genere è dovuta a patologia del parenchima polmonare. • TIPO 2 (ventilatoria o globale) associata ad ipercapnia. In genere dovuta ad alterazioni della capacità ventilatoria polmonare.
IR di tipo 1 Cause Polmonari:
pneumopatie interstiziali, sarcoidosi, edema polmonare acuto, polmoniti, atelettasie, alveolite allergica estrinseca Extrapolmonari: shock, uremia, sepsi, traumi, insufficienza epatica
Pneumopatie interstiziali Classificazione
PID secondarie a collagenopatie
PID idiopatiche
Patologie granulomatosiche
PID miscellanee (es: LAM)
Pneumopatie interstiziali Insufficienza respiratoria ↓ Capacità di transfer alveolo-capillare ↓ Distensibilità del parenchima polmonare
• Ipossiemia • ↑ gradiente alveolo-arterioso di O2 • Ipocapnia
IR di tipo 2 Cause Polmonari:
BPCO, pneumopatie interstiziali in fase avanzata, embolia polmonare massiva, bronchiectasie, pnx massivo Extrapolmonari: malattie neuromuscolari, malattie della gabbia toracica, S. di Pickwick
BPCO Fenotipi
BPCO Meccanismi dell’ipossiemia Paziente in fase di stabilità clinica: • Ineguaglianza VA/Q Paziente in fase di riacutizzazione: • Ineguaglianza VA/Q • Aumento del consumo di O2 • Riduzione della gittata cardiaca
BPCO Meccanismi dell’ipercapnia
Anomalia della distribuzione del rapporto ventilazione/perfusione
PaCO2 Inadeguatezza della muscolatura respiratoria
BAR con ossigeno (Oxybar) diffusi negli Stati Uniti e altri paesi quali Giappone, Tailandia o Inghilterra. In questi locali ci si distende, si ascolta musica e si inala una miscela composta per il 90% da ossigeno puro e per il resto da aromi es. eucalipto (rinfrescante, rinvigorente), lime (sensuale,esotico), limone (tiepido), clementina (armonizzante), lavanda (allegro), etc
Acute Respiratory Distress Syndrome
Cause di IRC Non polmonari Sistema Nervoso Centrale Effetto di farmaci
Polmonari Ostruzione delle prime vie aeree Bronchiali
Infezioni e loro conseguenze (poliomielite bulbare)
Flogosi acute e croniche (infettive,irritative,allergiche)
Traumi
Iperplasia ghiandolare/iperplasia delle cellule caliciformi
Depressione del drive respiratorio
Funzionali (senza lesioni dimostrabili)
Sistema Nervoso Periferico
Parenchimali
Sclerosi Laterale Amiotrofica
Enfisema
Poliomielite
Difetto di sviluppo
Neuropatie Tossiche
Fibrosi post-infiammatorie
Sindrome di Guillain Barrè
Infiltrati interstiziali/fibrosi da varie cause
Gravi neuropatie
Processi intraalveolari cronici (infez specifiche, proteinosi)
Miopatie primarie o secondarie Distrofia muscolare
Tumori
Vascolari
Miastenia grave, Amiotonia
Congestione cronica
Miopatie metaboliche
Embolie recidivanti
Alcalosi metabolica
Flogosi
Mixedema
Alterazioni della parete toracica Cifoscoliosi Obesità Traumi, interventi chirurgici
Pleuriche Pleuriti sierose o fibrinose croniche Fibrosi pleurica
Insufficienza Respiratoria Meccanismi di compenso 1. Dell’ipossiemia: • Aumento della ventilazione • Aumento della gittata cardiaca • Aumento della massa degli eritrociti • Spostamento a destra della curva di dissociazione dell’emoglobina 2. Dell’ipercapnia: • Aumento della ventilazione • Potere tampone del sangue e dei tessuti • Risparmio di basi
Ostruzione delle vie aeree • Vie aeree superiori • tumori (faringe, laringe), edema, infezioni • corpi estranei • tumori, collasso, stenosi della trachea • Vie aeree inferiori • bronchite, bronchiolite • bronchiectasie • asma bronchiale • Parenchima polmonare • enfisema polmonare
Mechanisms of airways obstruction
Mixed venous blood PO2
Exercise
Muscoli Anatomia funzionale
Forza Resistenza
COPD Cifoscoliosi Malnutrizione Traumi toracici Distrofia muscolare Miopatie metaboliche
Compliance ridotta
Baydur A., Milic-Emili J 1993