FISIOPATOLOGIA
DELL’INSUFFICIENZA
RESPIRATORIA
Alessandro Vatrella
Università degli Studi di Napoli “Federico”
Dipartimento di Medicina Clinica e Sperimentale
Cattedra di Malattie dell’Apparato Respiratorio
[email protected]
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