Malattie dell’Apparato Respiratorio
Smooth muscle
Struttura del naso e delle vie aeree
zona di conduzione zona di scambio
0 1 2 3 4 21 22 23 245 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
BRONCHI DOTTI ALVEOLARI ALVEOLI
non respiratori respiratori
BRONCHIOLI
trach
ea
Bronchiprincipali
Bronchilobari
Bronchisegmentari
Bronchisub-segm.
Ordine di suddivisione delle vie aeree
Figura 1
Legge di LaplaceP=2T/r
Componenti della respirazioneVentilazione (vie aeree, polmone)
Diffusione-scambio (polmone)
Perfusione-Trasporto (globuli rossi app. cardio-circolatorio)
Meccanismi di controllo
CONSUMO ENERGETICO(MITOCONDRI)
La Ventilazione
Figura 3
INSPIRATORIAccessori
Sternocleidomast.Solleva lo sterno
scaleniSollevano le coste
INSPIRATORIPrincipalii
Intercostaliesterni
diaframma
ESPIRATORI
Nel respiro tranquillo,l’espirazione ècompletamentepassiva1
Intercostaliinterni
addominali
Espirazione forzata
Nel ciclo ventilatorio del respiro normalel’inspirazione è attiva mentre l’espirazioneè completamente passiva, a carico delritorno elastico del polmone
Meccanica del volume corrente
La regolazione del respiro
Il respiro è caratterizzato da due proprietà principali:La frequenza respiratoriaLa profondità degli atti respiratori
La ventilazione minuto è data dal loro prodotto:Numero dei respiri/min X Volume ventilato ogni respiroA riposo si respira12-16 volte al minuto circa 0.5L d’aria arespiro (6-8L/min)Sotto sforzo si aumenta profondità e frequenza del respiro e sipossono raggiungere ventilazioni di 10-15 volte maggiori
Lo spazio morto
Lo spazio morto e quel volume (150ml) che non partecipa agli scambi gassosi e nel computo della ventilazione alveolare deve essere sottratto dal volume corrente.Il volume dello spazio morto diluisce il gas alveolare pertantoil calcolo dello spazio morto si può ottenere dalla seguente equazione:VD= (PACO2- PECO2)VE/PACO2 ovveroVD= (PaCO2- PECO2)VE/PaCO2
La Meccanica Respiratoria
I volumi e le capacità polmonari
Volumi polmonari mobilizzabili : volume corrente,volumi di riserva, capacità inspiratoria e vitale
Volumi polmonari non mobilizzabili (statici): Volume residuo, capacità funzionale residua,capacità polmonare totale
Determinanti statici dei Volumi Polmonari
La Spirometria
Spirometria semplice: metodologia per la misura quantitativa della ventilazione: quanta aria si riesce a mobilizzare durantel’inspirazione e l’espirazione
Spirometria completa: metodologia per la misura dei volumi mobilizzabili e non mobilizzabili
PROVE DI FUNZIONALITA’ RESPIRATORIA
Volume Residuo
Capacità Polmonare Totale
CI
CFR
Tempo, s
Vol
ume,
L CVVT RI
RE
Tempo, s
Vol
ume,
l
0 1
VEMSCVF
55
00
11
22
33
44
11 22 33 44 55 66
FVCFVC
FVCFVC
BPCO di grado II,BPCO di grado II,moderatomoderato
NORMALENORMALE
secondisecondi
LitriLitri
60%60%3.9003.9002.3502.350BPCOBPCO
80%80%5.2005.2004.1504.150NormaleNormale
FEV1/FVCFEV1/FVCFVCFVCFEV1FEV1
SPIROMETRIA:SPIROMETRIA:NORMALE E BPCONORMALE E BPCO
Flus
so, L
/s
Volume,L
Tempo, s1 2
PEF, PIFFLUSSI al 25,50,75 % di CVF
VEMS e CVF
Resta il VRCPT
Inspirazione
Espirazione
?
Le anomalie spirometriche
Anomalia ostruttiva
Anomalia restrittiva
Anomalia mista
Ostruzione bronchiale
CV VEMS
CV VEMS
Condizione normale
VEMS/CV = 80%
VEMS/CV ↓ 80%
Indice di Tiffeneau• Rapporto fra VEMS e CV %• Normalmente: 80%
Anomalia ventilatoria ostruttiva ?VEMS/CV sotto il range di normalità
(<88% del predetto)
Il Concetto della Riserva del Flusso Espiratorio
Normale Leggera Ostruzione Severa Ostruztione
Flus
so, L
/s
Volume,L
VR
CFR
Meccanismi dell’iperdistensione
Ches
t wal
l Lung
Lung
- Pressure +
Vol
ume
VT TE τ
PIA EFL
Dinamica Statica
τ=time constant
PIA=post-inspiratory activityEFL=expiratory flow limitation
Vol
ume
VolumeTime
Flow
Alveolus
Airway
Vag
us
Meccanismi dell’ iperdistensionedinamica
Volume Residuo
Capacità Polmonare Totale
CI
CFR
Tempo, s
Vol
ume,
L
Meccanismi direversibilita’dell’iperdistensione
Vol
ume
Volume
Flo
w
Time
1 L
5 s
1 L
1 L/s
Limitazione ventilatoria all’esercizio
Normale Ostruito
Ostruzione reversibile ?
aumento del VEMS >12% del basalecon >200ml in valore assoluto
Separa Asma da BPCO-Enfisema
Curve flusso-volume espiratorie in pazienti con ostruzione bronchiale completamente reversibile o non reversibiledopo 15’ dalla somministrazione di salbutamolo spray
.
6 4 2 0
Deficit ostruttivo
Se reversibileV
V
.
Se non reversibile
Gravità dell’ostruzione, ATS 91
Lieve : VEMS 100% >70%Moderata: VEMS <70% >60%Moderatamente grave:VEMS <60% >50% Grave: VEMS <50% >34%Molto grave: VEMS <34%
Anomalia ventilatoria restrittiva ?
Tutti i volumi mobilizzabili enon mobilizzabili sono
sotto il range di normalità:l’indice di Tiffeneau è nellanorma (VEMS/CV=80%). E’
indispensabile misurare la CPT
CA
PAC
ITA
VIT
ALE
CA
P PO
LMO
N T
OTA
LE
VRVolume residuo
Volume residuo
CA
PAC
ITA
VITA
LE
Normale
Ristretto
NORMALE RISTRETTO
Figura 6Sindrome restrittiva
VolumeResiduo
Capacità Polmonare Totale
L
Sec0
2
4
6
8
VolumeResiduo
Capacità Polmonare Totale
L
Sec0
2
4
6
8
Pseudorestrizione Restrizione
La curva flusso-volume differenzia tipi diostruzioni delle vie aeree
Vital capacity, % pred
Flow
, L/s
0
2
4
6
0
-2
-4
-60%100% 0%100% 0%100%
Fixed Variableextrathoracic
Variableintrathoracic
CFR= Vspir x (Hein - Hefin )/ Hefin
Cin x Vspir = Cfin x (Vspir+CFR)
PxV=K
PxV=(P+ΔP) x(VxΔV)
V= (P+ ΔP) x ΔV/ ΔP
V=Patm x ΔPc/ ΔPb
Flusso laminare Viscosità
P = 8η L/π r4 x FlussoP = K1x Flusso
Flusso turbolento Densità
P = K1x Flusso + ρFlusso2/D
P = K1x Flusso + K2 x Flusso2
Resistenze del sistema
R= Diff P/ flusso(Equivalente elettrico R=E/I)
Resistenze totali= R vie aeree + R tissutali R tot = Raw + Rtiss (55% + 45%)
Raw = (Palveolare – P bocca)/ flusso
Sraw = Raw x TGV
Unità di misura = kpas/L/s x L = kpas x s
VRIVol riserva inspir
VCV corrente
VREV.riserva espirat.
VRVolume residuo
CA
PAC
ITA
VIT
ALE
CA
P PO
LMO
N T
OTA
LE
CAP
FU
NZ.
RES
IDU
A1 secondo
VE
MS
CA
PAC
ITA
VIT
ALE
Tempo
Vol
ume
Vol
ume
Fig. 4 ACurva Volume/tempo
Fig. 4 BVEMS
Massima inspirazione
Massima espirazione
VOLUME
FLUSSO
0
Inspirazionemassima
Espirazionemassima
VC
CAPACITA VITALE
Picco di flussoespiratorio
Respiraz.normale
Figura 5CurvaFlusso/volume
CV: Flusso nulloFlusso nulloResta il VR
VRINSP
IRA
ZIO
NE
ESPI
RA
ZIO
NE
IL TONO BRONCHIALE
Lo stato di contrazione tonica del muscolo liscio bronchialepresente anche in condizioni di base. Differenti e complessi sistemi nervosi ed umorali regolano il tono. Alterazioni in eccesso del suo controllo provocano patologie da ipertono (Asma, BPCO)
M2
CHOLINERGICNERVE TERMINAL
M3ASM CELL
ACh
ACh
(-)
Antigen challenge
Eosinophil cationic proteinMajor basic proteinT cell neuraminidaseMastcell neuraminidaseSialic acid
(-)Acetyl-cholinesterases
IPERREATTIVITA’ BRONCHIALE:definizione
•Esagerata risposta broncocostrittiva a stimoli di varia natura.
•Fenomeno tipico ma non esclusivo di asma bronchiale.
MISURA DELL’IPERREATTIVITA’BRONCHIALE NON-SPECIFICA
•Test di provocazione con agenti costrittori ad azione diretta sul muscolo liscio bronchiale: metacolina, istamina.
•Test di provocazione con stimoli ad azione indiretta:esercizio fisico, iperventilazione isocapnica,soluzioni ipotoniche (nebbia ultrasonica), soluzioni ipertoniche.
IL TEST DI PROVOCAZIONEBRONCHIALE CON METACOLINA
Il test di provocazione bronchiale (TPB)con metacolina (MCh)consiste nell’inalazione di dosi crescenti di MCh fino a variazione significativa del parametro che registra le riduzioni del calibro bronchiale (es. caduta del 20% del VEMS)
Distribuzione della ventilazionee della perfusione
APICE BASE
1
2
3
4
VENTILAZIONE
PERFUSIONE
RAPPORTOV/Q
A
Diffusione: componente di membrana ed endovascolare
Capacità di diffusione di membrana
D = d α F/l doved = coefficiente di diffusione del gasα = coefficiente di solubilità del gasF = superficie di scambioL = spessore della membrana
Capacità di diffusione per l’ossigeno (DLO2)e per l’ossido di carbonio (DLCO)
DLO2 = VO2/ PAO2- PcO2
DLCO = VCO/ PACO- PcCODLCO = VCO/ PACO
Vaporeacqueo
L’equazione del gas alveolarePAO2= PIO2-PH20-(PACO2/R)Dove R= rapporto di scambio respiratorio, il rapporto fra CO2 emessa ed O2 assunto (0.8).PIO2= 20.9% (Patm)PH2O= 47 mmHgPACO2= 40mHg
PAO2= 20.9% (760-47 mmHg) = 150 mmHgPAO2= 150 mmHg – PACO2/0.8PAO2= 150-(40/0.8)mmHgPAO2= 150-50 = 100 mmHg
alveolo
CO2
Aumenta la CO2nel sangue arterioso
CO2 + H2O = H+ + HCO3-
L’alveolo non riesce aeliminare tutta la CO2 Aumentano gli H+
e diminuisce il pH
AcidosiIl rene trattiene HCO3-e riporta il pH nella normaOCCORRONO 3-4 giorni
Calcolo del pH
(HCO3-) CO2 combinatopH = pK + Log =
(H2CO3) CO2 libero
25 pH = 6.1 + Log = 6.1 + 1.3 = 7.4
1.25
pO2= 150 mmHgpCO2= 0 mmHg
alveolo
aria
pO2= 40 mmHgpCO2= 46 mmHg
pO2= 100 mmHgpCO2= 40 mmHg
tessuti
CO2 O2
CO2 O2vene
arterie
Figura 9