Reinhard Larsen. Thomas Ziegenfuß. La respirazione artificiale. Basi e pratica

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1 Reinhard Larsen Thomas Ziegenfuß La respirazione artificiale Basi e pratica

2 Reinhard Larsen Thomas Ziegenfuß La respirazione artificiale Basi e pratica Con 112 Illustrazioni e 29 Tabelle Seconda edizione

3 Prof. Dr. REINHARD LARSEN Università di Saarbrücken Direttore, Divisione di Anestesia e Terapia Intensiva Policlinico Saarland Homburg, Germania Dr. THOMAS ZIEGENFUß Direttore, Divisione di Anestesia e Terapia Intensiva Ospedale St. Joseph Moers, Germania Tradotto dall opera originale: Beatmung, 4. Auflage R. Larsen, T. Ziegenfuß Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1997, 1999, 2004, 2009 Traduzione dal tedesco a cura di Emanuela Morinello, Dirigente Medico I livello, Divisione di Anestesia e Terapia Intensiva, Policlinico Saarland, Homburg, Germania ISBN e-isbn DOI / Springer-Verlag Italia 2007, 2012 Quest opera è protetta dalla legge sul diritto d autore, e la sua riproduzione è ammessa solo ed esclusivamente nei limiti stabiliti dalla stessa. Le fotocopie per uso personale possono essere effettuate nei limiti del 15% di ciascun volume dietro pagamento alla SIAE del compenso previsto dall art. 68, commi 4 e 5, della legge 22 aprile 1941 n Le riproduzioni per uso non personale e/o oltre il limite del 15% potranno avvenire solo a seguito di specifica autorizzazione rilasciata da AIDRO, Via Corso di Porta Romana n. 108, Milano 20122, segreteria@aidro.org e sito web Tutti i diritti, in particolare quelli relativi alla traduzione, alla ristampa, all utilizzo di illustrazioni e tabelle, alla citazione orale, alla trasmissione radiofonica o televisiva, alla registrazione su microfilm o in database, o alla riproduzione in qualsiasi altra forma (stampata o elettronica) rimangono riservati anche nel caso di utilizzo parziale. La violazione delle norme comporta le sanzioni previste dalla legge. L utilizzo in questa pubblicazione di denominazioni generiche, nomi commerciali, marchi registrati, ecc. anche se non specificamente identificati, non implica che tali denominazioni o marchi non siano protetti dalle relative leggi e regolamenti. Responsabilità legale per i prodotti: l editore non può garantire l esattezza delle indicazioni sui dosaggi e l impiego dei prodotti menzionati nella presente opera. Il lettore dovrà di volta in volta verificarne l esattezza consultando la bibliografia di pertinenza. Progetto grafico della copertina: Simona Colombo, Milano Impaginazione: C & G di Cerri e Galassi, Cremona Stampa: Grafiche Porpora, Segrate (Mi) Stampato in Italia Springer-Verlag Italia S.r.l., Via Decembrio 28, I Milano Springer fa parte di Springer Science+Business Media (

4 V Prefazione alla seconda edizione italiana Sulla scia del grande successo ottenuto dalla prima edizione in lingua italiana, pubblicata nel 2007, abbiamo deciso, di comune accordo con Springer Italia, di riproporre il volume in una nuova versione che include tutti gli aggiornamenti da noi effettuati alla più recente edizione la quarta ormai in lingua tedesca. I contenuti proposti in questa e nella precedente edizione sono nati dall elaborazione di dati derivati dalla pratica clinica quotidiana e dai dati disponibili nella letteratura scientifica internazionale: vengono descritte le basi anatomiche dell apparato respiratorio, la fisiologia del respiro e l equilibrio acido-base, l analisi delle diverse forme di insufficienza respiratoria, per poi passare alle applicazioni pratiche della respirazione artificiale, alle diverse indicazioni e alla descrizione delle sue complicazioni, delle sue diverse forme, sia standard che alternative, nonché alle informazioni relative alla sua impostazione e gestione nelle più frequenti patologie respiratorie. Di rilevante importanza sono inoltre i concetti sviluppati circa la ventilazione con protezione polmonare, le metodiche di respirazione artificiale nell ARDS, le linee guida per la ventilazione non invasiva. La struttura del libro è rimasta quindi sostanzialmente la stessa, ma in ogni capitolo sono stati inseriti i necessari adeguamenti, in modo da offrire una panoramica il più possibile aggiornata sull argomento. Speriamo vivamente che anche questa nuova edizione del volume possa rappresentare per i colleghi italiani una lettura utile, piacevole e interessante. Ringraziamo la traduttrice, Dr.ssa Emanuela Morinello, e Springer Italia per la gentile e competente collaborazione. R. Larsen T. Ziegenfuß

5 Prefazione alla IV Edizione in lingua tedesca Un libro orientato alla pratica vive di attualità! Per questo motivo, in questa nuova edizione abbiamo raccolto e inserito nei relativi capitoli più importanti aggiornamenti in ambito clinico e i progressi in ambito terapeutico riguardanti la ventilazione artificiale. Inoltre, grande rilevanza viene riconosciuta al tema della protezione polmonare durante la ventilazione meccanica, i cui vantaggi e la cui utilità nella patologia polmonare acuta, pur non essendo più oggetto di discussione, non vengono sempre applicati nel modo più appropriato. Contemporaneamente, abbiamo eliminato i vecchi concetti, e per questo motivo il numero di pagine della nuova edizione non è eccessivamente aumentato. Con questo libro vogliamo fornire ai nostri lettori le più aggiornate conoscenze necessarie alla pratica della ventilazione meccanica, insieme a una valutazione critica basata sulle evidenze dei relativi vantaggi e svantaggi. Ringraziamo i nostri numerosi lettori per i consigli e i suggerimenti che ci hanno voluto dare allo scopo di migliorare il contenuto del libro; un grazie va anche ai collaboratori di Springer, in particolare alla Signora Ulrike Hartmann, per il competente supporto offertoci nell elaborazione di questa nuova edizione. Ci auguriamo che la lettura del libro arricchisca le conoscenze di tutti coloro che avranno l opportunità di leggerlo, e ancora una volta saremo grati a tutti coloro che vorranno inviarci consigli critici e costruttivi. Homburg e Moers, Marzo 2009 R. Larsen T. Ziegenfuß

6 VII Prefazione alla I Edizione in lingua tedesca In passato, la ventilazione artificiale era vista come un semplice procedimento meccanico. Oggi, grazie alle nuove tecnologie nel campo dei ventilatori e alle diverse modalità in cui può essere erogata, la respirazione artificiale si è sviluppata nell ambito di un complesso procedimento terapeutico che richiede, da parte degli operatori di terapia intensiva, una vasta conoscenza delle basi, dei principi e delle indicazioni differenziali. Queste conoscenze di base, ai fini della pratica clinica della terapia respiratoria artificiale, non possono essere acquisite al letto del paziente, ma richiedono una preparazione e delle riflessioni personali. Questo libro, secondo il volere degli Autori, si propone di evidenziare, in base alla personale esperienza, come valutare e conseguentemente reagire alle diverse condizioni di pericolo che possono presentarsi nel corso di una terapia con il respiratore. Il libro è una presentazione sistematica della ventilazione meccanica e del sostegno respiratorio del paziente in terapia intensiva. Esso può essere considerato come un utile libro di testo attraverso il quale il lettore, in modo semplice, partendo dalle basi anatomiche, fisiologiche e patologiche, apprende le basi necessarie alla pratica della ventilazione, sia in terapia intensiva che in sala operatoria. Nel volume sono esposte le classificazioni e le varie forme di ventilazione, con descrizione completa delle grandezze da impostare al ventilatore, delle forme standard della respirazione artificiale, di quelle alternative, fino ad arrivare alle non convenzionali. Sono inoltre valutati i procedimenti di sorveglianza e di custodia polmonare nel corso di ventilazione artificiale. Si esaminano anche i processi di broncoscopia a fibre ottiche e di posizionamento di drenaggi toracici. Nella seconda parte del libro, sono descritte le varie modalità di sostegno del respiro e di ventilazione nelle tipiche patologie respiratorie e alterazioni quali l ARDS, lo scompenso acuto della BPCO, lo stato asmatico ed il trauma toracico. Nell ultima parte sono invece presentate le condizioni di ventilazione in caso di trauma cranico e di incrementata pressione intracerebrale. Inoltre, viene descritta la ventilazione in età pediatrica, nel corso di anestesia totale e nel postoperatorio. È stato nostro intento creare un testo completo e riassuntivo che, in base alla valutazione clinica, fornisca le basi per l impostazione di una corretta ventilazione meccanica e di sostegno del respiro. In tal senso ci siamo basati non solo sulla nostra esperienza personale, ma anche sulle attuali conoscenze dedotte dalla letteratura scientifica, nonché sui suggerimenti recepiti in occasione di congressi del settore circa la classificazione dei ventilatori e delle forme di respirazione artificiale. Sono state prese in considerazione anche le diverse linee guida internazionali (sebbene queste subiscano modifiche che richiedono un costante aggiornamento) relative alla terapia delle patologie del sistema respiratorio. Il libro è diretto a tutti i medici che assistono i pazienti in terapia intensiva, siano essi anestesisti, chirurghi, neurochirurghi, neurologi, internisti o pediatri, agli specializzandi e, non ultimo, al personale infermieristico di terapia intensiva e di sala operatoria in altre parole, a tutti coloro che giornalmente sorvegliano la funzione del ventilatore e che devono saper valutare in tempo, ponendovi tempestivo rimedio, le possibili condizioni che mettono a rischio la vita del paziente.

7 VIII Prefazione alla I Edizione in lingua tedesca Gli Autori ringraziano sentitamente Kerstin Rupp, per la perfetta elaborazione elettronica dei dati, Victor Oehm e J. Sydor ed i loro colleghi della casa editrice Springer per la competente e piacevole collaborazione. Homburg, Luglio 1997 R. Larsen T. Ziegenfuß

8 IX Indice 1 Anatomia dell apparato respiratorio Fisiologia del respiro Emogasanalisi Equilibrio Acido-Base Insufficienza respiratoria. Patofisiologia generale Intubazione endotracheale Tracheotomia Classificazione e principi di funzionamento dei sistemi di ventilazione Suddivisione e classificazione delle forme di ventilazione Regolazione di grandezze del respiratore Forme standard della ventilazione meccanica Forme di ventilazione alternative Forme non convenzionali di sostegno respiratorio Pratica della ventilazione Effetti e complicazioni della ventilazione Controllo della ventilazione Analgesia, sedazione e rilassamento muscolare Assistenza polmonare Broncoscopia con fibre ottiche Drenaggio toracico Sindrome acuta da stress respiratorio (ARDS) Insufficienza respiratoria acuta nella patologia polmonare cronica da ostruzione (BPCO) Stato asmatico Ventilazione nel trauma toracico Ventilazione in corso di trauma cranio-cerebrale ed elevata pressione intracerebrale Ventilazione in età pediatrica Ventilazione intra- e postoperatoria Indice analitico

9 1 Anatomia dell apparato respiratorio 1.1 Vie aeree Trachea Bronchi principali extrapolmonari Polmoni Lobi polmonari Segmenti polmonari o zone bronco-polmonari Lobuli polmonari Acini Albero bronchiale polmonare Alveoli, sede dello scambio gassoso Irrorazione polmonare Innervazione polmonare Pleura e cavità pleuriche Limiti polmonari e pleurici Scheletro toracico Muscolatura respiratoria 17 Letture consigliate

10 1 2 Capitolo 1 Anatomia dell apparato respiratorio L apparato respiratorio è costituito da vie aeree e polmoni. La sua funzione più importante è la respirazione esterna, cioè l assunzione di ossigeno e la cessione di anidride carbonica. Le vie aeree trasportano, purificano, inumidiscono, riscaldano l aria inspirata. Sono inoltre sede degli organi della fonazione. Tali strutture originano dalle cavità nasali e terminano negli alveoli. Lo scambio dei gas respiratori avviene negli alveoli per diffusione, attraverso un processo di variazione del volume polmonare, definito ventilazione. Le vie aeree iniziano dalle cavità nasali e terminano negli alveoli. Trasportano aria ma non partecipano agli scambi gassosi. L albero tracheo-bronchiale e le successive diramazioni di questo, vengono suddivisi in diverse generazioni, di cui la trachea rappresenta la generazione 0 e gli alveoli la generazione Vie aeree Topograficamente si distinguono vie aeree superiori ed inferiori (Fig. 1.1): vie aeree superiori: cavità nasali, faringe, laringe; vie aeree inferiori: trachea, sistema bronchiale polmonare. Funzionalmente si distinguono: sezioni addette alla conduzione aerea: cavità nasali, laringe, trachea, bronchi principali, lobari, segmentali, interlobulari, lobulari, intralobulari, terminali; segmenti deputati agli scambi gassosi: bronchioli respiratori, alveoli Trachea La trachea ha una lunghezza di circa cm ed un diametro di 1,8-2 cm. Inizia con un segmento extratoracico subito dopo la cartilagine cricoidea (Pars cervicalis), all altezza della 4-7 vertebra cervicale, si continua con il segmento intratoracico (Pars toracica), attraverso il mediastino superiore, fino al limite del corpo e del manubrio dello sterno, a circa 5-7 cm al di sotto della superficie cutanea. Si divide quindi nei due bronchi principali. La biforcazione è localizzata, a seconda dell età, in corrispondenza, in media, della 4-5 vertebra toracica, con valori estremi nei neonati (2 ) e negli anziani (7 ). Parete tracheale. La trachea ed i bronchi principali hanno uno scheletro costituito da anelli car- Volume totale vie aeree superiori (tratto respiratorio) cavità nasale e faringe vie aeree extratoraciche funzionale vie aeree inferiori (tratto respiratorio) vie aeree intratoraciche centrali periferiche alveoli / spazio alveolare Fig Suddivisione dell albero respiratorio e dei volumi polmonari. L apparato respiratorio è costituito dalle vie aeree extra ed intratoraciche e dagli spazi alveolari. La laringe divide il tratto respiratorio superiore da quello inferiore. Il diametro delle vie aeree periferiche è inferiore ai 2 mm

11 Polmoni tilaginei incompleti sovrapposti, in numero di per la trachea, 6-8 per il bronco destro e 9-12 per il sinistro. La parete della trachea e dei bronchi principali è costituita, procedendo dall esterno all interno, dai seguenti strati: tonaca fibrosa, tonaca sottomucosa, tonaca mucosa. La tonaca fibrosa, formata da tessuto connettivo denso ricco di fibre elastiche, inguaina gli anelli cartilaginei. Negli intervalli tra gli anelli forma i legamenti interanulari. In corrispondenza della parete membranacea, anteriormente alla tonaca fibrosa si trova uno strato muscolare o muscolo tracheale, costituito da fascetti muscolari a decorso prevalentemente trasversale, che si inseriscono sulle estremità degli anelli cartilaginei e, dove questi mancano, sui legamenti interanulari. La tonaca sottomucosa è formata da connettivo lasso e contiene ghiandole tracheali e bronchiali. Grazie ai semianelli cartilaginei, il lume tracheale rimane pervio. L esercizio di pressioni di circa 40 cm d H 2 O (1 cm d H 2 O = 98,07 Pa), può determinare la chiusura della trachea in corrispondenza della laringe e della regione extratoracica. Questo rischio può verificarsi in corso di emorragie successive ad interventi alla tiroide. La compressione della trachea può avvenire in conseguenza dello sviluppo di pressioni intratoraciche, come in corso di tosse. Grazie alla sua elasticità, la trachea si allunga fino a 5 cm durante l inspirazione profonda e segue i movimenti di testa, laringe e gola. Mucosa. La tonaca mucosa è costituita dall epitelio di rivestimento e dalla tonaca propria. L epitelio è batiprismatico, pluriseriato, secernente, con ci - glia vibratili. Il movimento delle ciglia è diretto verso l alto, in modo da veicolare particelle di polvere e microrganismi verso la laringe. Questo meccanismo difensivo, presente anche nei piccoli bron chioli, viene definito clearance mucociliare. Sono inoltre presenti cellule a canestro produttrici di muco e cellule basali che non presentano ciglia. La tonaca propria è ricca di fibre elastiche e può contenere accumuli di linfociti; nel suo spessore decorrono i dotti delle ghiandole tracheali e bronchiali. Innervazione ed irrorazione. Il muscolo tracheale della Pars membranacea è innervato dal vago, nella porzione superiore attraverso rami del nervo laringeo ricorrente, inferiormente, invece, da rami diretti. Sensibilità e secrezione della mucosa sono controllate dal vago. I vasi della mucosa sono innervati da fibre simpatiche. La trachea è irrorata soprattutto dall arteria tiroidea inferiore Bronchi principali extrapolmonari La biforcazione della trachea nei due bronchi principali destro e sinistro avviene a livello della carena. Questi poi si suddividono nei bronchi dei rispettivi lobi (Fig. 1.2). I due bronchi principali presentano delle importanti differenze: bronco principale destro: lunghezza inferiore (1-2,5 cm), diametro maggiore (circa. 14 mm), angolo di biforcazione dalla trachea di soli 22 ; bronco principale sinistro: lunghezza superiore (4,5-5 cm), diametro minore (circa 12 mm), angolo di biforcazione di 35 circa. l ampiezza dell angolo tra i due bronchi varia tra A causa del minor grado dell angolo di biforcazione, corpi estranei o tubo endotracheale, possono adagiarsi più facilmente nel bronco destro. Durante un atto di inspirazione profonda, i due bronchi principali si dilatano, aumentando il loro diametro trasversale di circa 2-3 mm. Parete e mucosa. Ricordano la struttura tracheale: a destra sono presenti 6-8, mentre a sinistra 9-12 anelli elastici cartilaginei, tra loro collegati a ferro di cavallo nella parte anteriore e laterale, chiusi posteriormente da membrane muscolo-cartilaginee elastiche. Sono inoltre presenti epitelio cilindrico, cellule a canestro produttrici di muco. Innervazione e vascolarizzazione. L inner va - zio ne è la medesima della trachea, l irrorazione dei bronchi principali viene soprattutto fornita dai rami bronchiali. 1.2 Polmoni Entrambi, destro e sinistro, si dividono in lobi, segmenti, lobuli ed acini (Fig. 1.3). Ciascun polmone è contenuto nelle cavità pleuriche. La pleura parietale riveste le pareti

12 4 Capitolo 1 Anatomia dell apparato respiratorio 1 Fig Trachea, bronchi principali, lobi, lobuli e segmenti. La porzione centrale della trachea non è rappresentata per permettere di evidenziare la Pars membranacea. (Mod. da Schiebler 1995) interne della cavità toracica. La pleura viscerale è una membrana sottile e trasparente che avvolge il polmone, ad esclusione della regione dell ilo e lungo una stretta porzione sottoilare della faccia polmonare mediale. I due foglietti pleurici delimitano uno spazio chiuso, denominato cavità pleurica. Una piccola quantità di liquido umetta le superfici di contatto, permettendo lo scorrimento dei due foglietti l uno sull altro, durante i movimenti respiratori. Nello spessore di ogni foglietto pleurico si riconoscono uno strato superficiale di cellule epiteliali appiattite (mesotelio), uno strato sottomesoteliale fibroelastico e uno strato sottosieroso di connettivo lasso, riccamente vascolarizzato. Trachea e bronchi principali si trovano nel mediastino posteriore Lobi polmonari Ciascun polmone è suddiviso in lobi da profonde incisure o scissure polmonari, in cui affonda la pleura polmonare, che si spingono, in profondità, quasi fino all ilo. Polmone destro. Il polmone destro è costituito da tre lobi: Superiore; Medio; Inferiore. Presenta una scissura interlobare principale (od obliqua) ed una secondaria (od orizzontale). I lobi superiore e medio sono separati tra loro dalla scissura orizzontale. Il lobo inferiore è diviso dagli altri due dalla scissura obliqua. Polmone sinistro. A differenza del destro, nel polmone sinistro si osservano due soli lobi, separati dalla fessura obliqua: Superiore; Inferiore. Al lobo superiore del polmone sinistro corrispondono il medio ed il superiore del destro. Comunque, per la presenza del cuore, è più piccolo dei due lobi destri.

13 Polmoni 9 polmone destro polmone sinistro Fig Topografia di lobi polmonari e segmenti; a destra veduta anteriore, a sinistra veduta laterale. I numeri corrispondono ai relativi segmenti. La lingula del polmone sinistro presenta un origine comune ed è paragonabile al lobo bronchiale medio destro Ili polmonari. Bronchi principali, vasi e nervi costituiscono gli ili polmonari. Il bronco principale decorre posteriormente, le arterie polmonari anteriormente, le vene sono poste al di sotto delle arterie. Tra le strutture vascolari, si trovano i linfonodi ilari.

14 6 Capitolo 1 Anatomia dell apparato respiratorio Segmenti polmonari o zone bronco-polmonari I polmoni sono divisi in lobi. Questi possono essere a loro volta suddivisi in aree denominate segmenti o zone bronco-polmonari (Fig. 1.4). Il segmento polmonare è un territorio indipendente del lobo polmonare, delimitato da piani connettivali, di forma irregolarmente piramidale, con base corrispondente alla superficie esterna del polmone e apice all ilo. Ogni segmento è ventilato da un proprio bronco, detto bronco segmentale o zonale, riceve un ramo dell arteria polmonare, denominato arteria segmentale o zonale ed possiede una rete venosa di drenaggio perizonale o perisegmentale. I segmenti bronco-polmonari, secondo la classificazione maggiormente accettata, sono in numero di 10 per il polmone destro e 9 per il sinistro (Tab. 1.1). Definizione I polmoni contengono il seguente numero di segmenti: Polmone destro: 10 segmenti, di cui 3 nel lobo superiore, 2 in quello medio e 5 nel lobo inferiore. Polmone sinistro: 9 segmenti, di cui 5 nel lobo superiore e 4 nel lobo inferiore Lobuli polmonari Ciascuna zona polmonare è formata da molti lobuli polmonari, delimitati da sepimenti connettivali perilobulari (Fig. 1.5). Si osservano così campi poligonali con un diametro di circa 1-4 cm, forniti di bronchi lobulari, derivati dai Fig. 1.4 a,b. a Vista laterale (faccia costale) del polmone destro e sinistro; limiti dei segmenti in rosso, segmenti polmonari indicati da frecce. b Vista mediale del polmone destro e sinistro. Ili polmonari con arterie (in nero), vene (in blu) e bronchi (il bronco principale polmonare sinistro non è rappresentato). (Da Schiebler 1995)

15 Polmoni Tab Segmenti polmonari e rispettivi bronchi Polmone destro Lobo superiore Segmento apicale (1) Segmento posteriore (2) Segmento anteriore (3) Lobo medio Segmento laterale (4) Segmento mediale (5) Lobo inferiore Segmento superiore (6) Segmento basale mediale (7) Segmento basale anteriore (8) Segmento basale laterale (9) Segmento basale posteriore (10) Bronco lobare superiore destro Bronco segmentale apicale Bronco segmentale posteriore Bronco segmentale anteriore Bronco lobare superiore medio Bronco segmentale laterale Bronco segmentale mediale Bronco lobare inferiore destro Bronco segmentale superiore Bronco segmentale basale mediale Bronco segmentale basale anteriore Bronco segmentale basale laterale Bronco segmentale basale posteriore Polmone sinistro Lobo superiore Segmento apicale posteriore (1+2) Segmento anteriore (3) Segmento lingulare superiore (4) Segmento lingulare inferiore (5) Lobo inferiore Segmento superiore (6) Segmento mancante (nella maggior parte dei casi) Segmento basale anteriore (8) Segmento basale laterale (9) Segmento basale posteriore (10) Bronco lobare superiore sinistro Bronco segmentale apicale posteriore Bronco segmentale anteriore Bronco lingulare superiore Bronco lingulare inferiore Bronco lobare inferiore sinistro Bronco segmentale superiore Bronco segmentale basale anteriore Bronco segmentale basale laterale Bronco segmentale basale posteriore Fig. 1.5 a,b. a Segmento bronco-polmonare. L arteria ed il bronco segmentale decorrono ai bordi del segmento cuneiforme, la vena (blu) è intersegmentale. b Rappresentazione schematica di un lobulo. B1 piccolo bronco, B2 bronchioli. (Da Schiebler 1995)

16 8 Capitolo 1 Anatomia dell apparato respiratorio 1 bronchi interlobulari. Un lobulo viene raggiunto da bronchioli di prima generazione, che si dividono poi fino a 3-4 volte. L ultima generazione bronchiolare è costituita dai bronchioli terminali, i quali immettono nelle suddivisioni finali dell albero bronchiale, cioè gli alveoli Acini L acino polmonare è definito come il territorio di parenchima dipendente da un bronchiolo terminale e risulta costituito da numerosi alveoli. Ciascun bronchiolo terminale si divide in due bronchioli respiratori, così denominati perché la loro parete presenta estroflessioni emisferiche denominate alveoli polmonari. Ciascun acino polmonare contiene da 1500 a 4000 alveoli, il cui diametro è compreso in media tra 2,5-5mm, con un massimo 8 mm Albero bronchiale polmonare L albero bronchiale comprende sezioni prossimali conduttive, deputate alla conduzione dell aria, e sezioni distali sede dello scambio gassoso (Fig. 1.6). Le sezioni conduttive rappresentano lo spazio morto del volume inspirato. Le sezioni veicolanti l aria dell albero respiratorio si suddividono in: Bronchi principali destro e sinistro (vedi sopra); Bronchi lobari; Bronchi segmentali; Bronchioli; Bronchioli terminali. Secondo Weibel, l albero tracheo-bronchiale si può suddividere in generazioni successive, in ognuna delle quali il numero delle vie aeree, mediamente, raddoppia: Trachea: generazione 0; Bronchi principali, lobari e segmentali: ge - nerazione 1-4; Piccoli bronchi: generazione 5-11; Bronchioli: generazione 12-16; Bronchioli respiratori: generazione extratoracico segmenti veicolanti l aria segmenti di passaggio e respiratori Fig Diametri delle differenti parti dell albero tracheo-bronchiale; sezione totale S (z) derivata da ciascuna generazione di suddivisione. Hbr bronco principale, Br medi e piccoli bronchi, Brl bronchioli TBrl bronchioli terminali RBrl bronchioli respiratori, AD dotti alveolari, AS sacculi alveolari. (Mod. da Matthys 1988)

17 Polmoni Bronchi lobari Seguono ai bronchi principali. Sono, rispettivamente, tre a destra e due a sinistra. Il loro diametro è compreso tra 8 e 12 mm. Il bronco lobare superiore destro prende origine direttamente dall ilo, seguendo un percorso extrapolmonare. Il medio e l inferiore, derivano dal bronco d origine. Il bronco lobare sinistro lascia il principale in zona extrapolmonare. In entrambe i polmoni, il bronco lobare inferiore è il solo che deriva dal decorso naturale del princi pale. Bronchi segmentali Derivano dai bronchi lobari. Si suddividono inizialmente in 6-12 bronchi medi, il cui diametro diminuisce fino a 2 mm. Seguono i piccoli bronchi nei quali il diametro si riduce fino a 1 mm. Sia i bronchi principali che i grossi bronchi, così come la trachea, sono provvisti di anelli cartilaginei ad U. Nei medi e piccoli bronchi sono invece presenti strutture cartilaginee di forma irregolare. Bronchioli Originano dai piccoli bronchi, in seguito a suddivisioni successive di bronchi interlobali e lobulari. Si suddividono, successivamente, e raggiungono i lobuli polmonari. Le strutture cartilaginee sono quasi del tutto assenti. La muscolatura liscia è invece ben sviluppata. Bronchioli terminali. Rappresentano la porzione finale dei bronchioli, il termine dell albero bronchiale di conduzione. Il loro diametro è di circa 0,3-0,4 mm. parte è costituita da estroflessioni emisferiche dette alveoli polmonari. L ingresso alveolare è di circa 0,25-0,4 mm. La maggior parte termina in due corti sacculi alveolari di eguale struttura. L insieme bronchiolo respiratorioalveolo è definito acino. Parete dell albero bronchiale conduttivo Bronchi. Tutti i bronchi richiamano fondamentalmente la struttura tracheale. Tuttavia, i bronchi lobari e segmentali non presentano i caratteristici anelli, ma irregolari strutture cartilaginee, che tendono via via a scomparire, collegate da fibre collagene ed elastiche, con le quali formano la tonaca fibro-cartilaginea. La chiusura della parete posteriore è assicurata da un sottile strato di muscolatura liscia, denominato tonaca muscolare. Nei grossi bronchi la muscolatura ha andamento anulare, mentre nei piccoli bronchi assume un decorso spirale. Nella lamina propria della mucosa decorrono i condotti delle ghiandole bronchiali. Sono, inoltre, presenti follicoli linfocitari (con funzione di difesa) e plessi venosi. Nell avventizia peribronchiale decorrono vasi sanguigni, nervi e vasi linfatici. Questi tessuti connettivi lassi, che si estendono fino ai bronchioli respiratori, consentono lo scivolamento dell albero bronchiale rispetto al contorno di tessuto polmonare durante i movimenti respiratori. Bronchioli. Non contengono ghiandole ed anelli cartilaginei. Importante è invece la presenza muscolare. Strati di tessuto connettivo mettono in relazione i bronchi con le circostanti componenti polmonari, rilassandole. Il rilassamento della muscolatura mantiene i bronchioli aperti. La contrazione ne determina, invece, la completa chiusura. Bronchioli respiratori Costituiscono la successiva suddivisione dei bronchioli terminali. Il loro diametro medio è di circa 0,4 mm. Hanno il significato di zona di passaggio, all albero bronchiale respiratorio. Da ogni bronchiolo respiratorio si dipartono 5-8 dotti alveolari di eguale forma, la cui I piccoli bronchi ed i bronchioli, per contrazione della muscolatura, possono variare notevolmente il loro diametro, al contrario dei principali e medi. Bronchioli terminali. La struttura della parete richiama quella dei bronchioli interlobulari.

18 10 Capitolo 1 Anatomia dell apparato respiratorio 1 Bronchioli respiratori. Derivano dai terminali e la loro struttura è simile. Nella loro muscolatura e nella tonaca mucosa si trovano spazi dai quali prendono origine, singolarmente od in piccoli gruppi, gli alveoli, la cui parete è rivestita da epitelio piatto. Dotti alveolari. Dai bronchioli respiratori originano i dotti alveolari e dal loro lume gli alveoli. La parete del dotto è rivestita da un solo strato di epitelio cubico. Nelle parti distali, la muscolatura è assente. Negli alveoli sono presenti solo fibre elastiche e collagene. fagocitate dai macrofagi alveolari, monociti che, dai capillari del setto alveolare e attraverso l epitelio, arrivano fino allo spazio alveolare. I macrofagi scivolano nel sistema bronchiale e sono trasportati per via retrograda, verso l alto. In parte, le sostanze estranee vengono depositate, attraverso il tessuto connettivo delle pareti alveolari, nei tessuti peribronchiali, subpleurici ed interlobulari e fagocitate dagli istiociti; in parte sono invece, attraverso i vasi linfatici, convogliate alle stazioni linfatiche regionali. Mucosa bronchiale e clearance muco-ciliare Film mucoso ed epitelio vibratile. La mucosa dell albero bronchiale di conduzione, è costituita, procedendo dall esterno all interno, da più strati di epitelio vibratile, una lamina propria, tessuto connettivo lasso e fibre elastiche. La mucosa è lievemente tesa ma, per forti contrazioni della muscolatura, possono formarsi pieghe longitudinali. Nei bronchi principali, medi e piccoli, la mucosa contiene un certo numero di cellule a canestro e ghiandole bronchiali. Nei bronchioli, privi di strutture ghiandolari, l epitelio cilindrico vibratile si dispone su un unica fila, mentre nei bronchioli respiratori, l epitelio è cubico. Le cellule a canestro e le ghiandole bronchiali producono un secreto muco-sieroso misto, il film epiteliale, formato da una fase sole una gel, deputato alla rimozione di polvere e germi patogeni. Nella fase sol basale vibrano le chinociglia che, con una frequenza di movimenti al secondo, trasportano la fase gel superficiale insieme alle particelle estranee verso la trachea. La velocità di trasporto è di 1 mm/minuto nelle piccole vie aeree e di 2 cm/minuto nella trachea. Il meccanismo sopra descritto viene definito clearance muco-ciliare. Macrofagi alveolari. Se alcune particelle riescono a raggiungere gli alveoli, vengono Alveoli, sede dello scambio gassoso Negli alveoli ha luogo lo scambio dei gas. Sono piccole camere d aria di forma esagonale o sferica, che possono raggiungere un diametro medio di micrometri in fase di massima insufflazione. Le pareti sono costituite da setti interalveolari, sebbene alcuni alveoli presentino una parete comune. Il numero totale degli alveoli per ciascun polmone viene stimato, in media, attorno ai 300 milioni, con un range tra 200 e 600 milioni, in dipendenza dalle dimensioni polmonari. La dimensione degli alveoli dipende dal volume polmonare. In completa insuffla - zione, sono della stessa ampiezza dalla base all apice, in condizioni di respirazione normale la parte superiore è più estesa della inferiore. La superficie di scambio alveolare è compresa tra 70 e 140 metri quadri, in re - lazione a sesso, altezza, età ed allenamento fisico. Setto interalveolare Rappresenta la parete degli alveoli ed è costituito dalle seguenti strutture (Fig. 1.7): Setto di tessuto connettivo; Capillare alveolare; Epitelio alveolare.

19 Polmoni fasi elastiche macrofagi alveolari lamina basale piccole cellule alveolari endotelio cellule di tessuto connettivo surfattante lume capillare fasi elastiche grandi cellule alveolari Fig Setto interalveolare. Sezione polmonare nel tessuto connettivo. La membrana basale (blu) dei capillari e le cellule alveolari capillari, in corrispondenza dei punti di contatto, sono accomunate da una membrana. Frecce: via dello scambio gassoso. (Mod. da Schiebler 1995) Setto connettivale. Il setto interalveolare è, a riposo, una struttura lassa, compresa tra albero bronchiale e tessuto polmonare, costituito da collagene, fibre di tessuto connettivale reticolare e dalla continuazione del fitto sistema di fibre elastiche della parete dei bronchioli e dei tessuti peribronchiali. Nell inspirazione profonda, le fibre collagene, che hanno la funzione di impedire un eccessiva distensione, vengono completamente stirate. Contemporaneamente, le fibre elastiche vengono allungate fino al doppio della loro lunghezza originale e possono essere accorciate, per progressiva riduzione della distensione del polmone, di circa il 60% della loro lunghezza iniziale. Grazie a questi rapporti, i setti interalveolari rimangono distesi, permettendo una riduzione del volume alveolare fino al 20% della loro capacità massima e si piegano solo per riduzioni del volume polmonare al di sotto delle dimensioni a riposo. Le fibre collagene ed elastiche del setto interalveolare, sono posizionate in un interstizio basale dove si trovano fibroblasti, macrofagi, mastcellule e leucociti. Ai limiti con l epitelio alveolare il tessuto connettivo si ispessisce ad entrambe i lati, partecipando alla costituzione della membrana basale. Lo strato di tessuto connettivo non è continuo, ma presenta diverse aperture attraversate dalle componenti capillari. Capillari alveolari (Fig. 1.8). I capillari alveolari sporgono attraverso le aperture della base connettivale nello spazio alveolare.

20 12 Capitolo 1 Anatomia dell apparato respiratorio 1 arteria prelobulare arteria lobulare arteriole acino capillari di connessione capillari di flusso venule arteria terminale Fig Strutture di flusso terminale del polmone con connessioni e capillari di flusso. (Mod. da Ferlinz 1994) Epitelio alveolare. Si distinguono due tipi di cellule epiteliali dette pneumociti: tipo 1 (pneumociti di primo tipo) e tipo 2 (pneumociti di secondo tipo). Cellule epiteliali alveolari di tipo 1. Di minime dimensioni ( nm), sporgenti in superficie. Formano uno strato cellulare continuo, per questo vengono definite cellule di copertura del setto interalveolare. Il corpo delle cellule si trova nel contesto del letto capillare. Rappresentano il 90% della superficie del setto interalveolare. I prolungamenti delle cellule si spingono fino ai capillari e al setto di tessuto connettivale. Nei punti di contatto tra cellule epiteliali e capillari, le due lamine basali si accomunano, in modo da formare una barriera di scambio molto sottile. Una parte dei prolungamenti delle cellule di primo tipo, insieme ai capillari, penetra negli spazi dello strato connettivale e raggiunge il lato opposto formando un esteso rivestimento epiteliale superficiale. I prolungamenti delle cellule epiteliali sono uniti strettamente gli uni agli altri dalle cosiddette tight junctions. In tal modo, lo spazio interstiziale che sporge nella cavità alveolare, viene coperto. I setti interalveolari confinanti, sono in comunicazione fra loro attraverso i pori alveolari, rivestiti dalle cellule alveolari epiteliali. Cellule alveolari di tipo II. Sono grosse cellule, intercalate tra le cellule epiteliali di tipo I e rappresentano solo il 7% della superficie alveolare. Producono fosfolipidi e specifiche proteine che, insieme ai primi, formano un film di - stri buito su tutta la superficie alveolare, il cosiddetto surfattante, la cui funzione è di ridurre la tensione superficiale polmonare e stabilizzare gli alveoli (vedi unità pag. 30). Il surfattante viene riassorbito dalle cellule di I tipo e dai macrofagi alveolari e nuovamente sintetizzato dalle cellule di II tipo. Dalle cellule tipo II derivano le cellule di tipo I, prive della capacità di sintetizzare il surfattante. Cellule a spazzola. Si tratta di cellule di tipo epiteliale che presentano elementi simili ad una spazzola. Sono presenti non solo negli alveoli ma nell intero albero bronchiale. Hanno funzione di recettori e sono in grado di produrre monossido d azoto. Macrofagi alveolari. Derivano dai monociti del midollo osseo. Dal sangue, nel setto interalveolare, lasciano i capillari e si localizzano