Università degli Studi di Perugia Facoltà di Medicina e Chirurgia Cattedra di Malattie dell Apparato Respiratorio Insufficienza Respiratoria Lucio Casali
Insufficienza Respiratoria (I.R.) Definizione Incapacità da parte dell organismo di assicurare un corretto bilancio respiratorio
Insufficienza respiratoria Convenzionalmente viene definita come quella condizione per la quale nel sangue arterioso vi sia una PaO 2 < 60 mm di Hg con o senza una PaCO 2 > 45 mm di Hg.
I.R. Classificazione funzionale Ipossiemica: pao 2 < 60 mmhg Ipossiemica ipercapnica: pao 2 <60 mmhg, paco 2 >45 mmhg I.R. compensata: ph tra 7.35 e 7.45 I.R. scompensata: ph < 7.35, > 7.45 Tipo I: pao 2 paco 2 Tipo II: pao 2 paco 2
VARIAZIONI DELLA PaO2 CON L ETA
Pressione Parziale di Ossigeno nel sangue arterioso La tensione parziale di ossigeno è ricavabile tramite la formula: PaO 2 (kpa * ) = 19.15-(0.052 x età)-(0.075 x BMI )-(0.076) x PaCO 2 ) Questi valori sono stati stabiliti su soggetti non fumatori con normale funzionalità polmonare *L unit unità di misura della PaO2 e della PaCO2 sono: il Kilopascal in Europa a ed in mmhg in America del Nord. ( 1kPa = 7.5 mmhg). Cerveri I. et Al. Am. J. Resp. Crit. Care Med 1995
Pressione Parziale di Ossigeno nel sangue arterioso La normale pressione parziale di O2 nei soggetti è influenzata da molteplici fattori: Età BMI Postura Gravidanza Ipoventilazione Riduzione della DL V'A/Q' mismatch Shunt anatomico Dx-Sx Altitudine Cerveri I. et Al. Am. J. Resp. Crit. Care Med 1995
I.R. Classificazione clinico-funzionale Latente: evidenziata dallo sforzo Manifesta: presente anche a riposo Acuta: reversibile / irreversibile Cronica Cronica riacutizzata
Quadro sinottico dell insufficienza respiratoria Insufficienza respiratoria Insufficienza di mantice Ipoventilazione alveolare Lieve Insufficienza polmonare Alterazione del rapporto ventilazione/perfusione Shunt Grave Ipercapnia + ipossiemia Normale differenza alveolo- arteriosa di ossigeno Ipossiemia Ipercapnia ± ipossiemia Differenza alveolo-arteriosa arteriosa di ossigeno aumentata
Integrazione anatomico-funzionale del sistema respiratorio Cervello Midollo spinale Sistema neuromuscolare Torace e pleura Vie aeree Apparato cardiovascolare Parenchima Ai tessuti periferici
Le fasi classiche del processo respiratorio 1) Ventilazione 2) Distribuzione 3) Diffusione 4) Perfusione Elemento portante: V /QV /Q = 0.8 1 Garanzia di equilibrio l omogeneitl omogeneità di V /QV /Q attraverso la corretta distribuzione delle costanti di tempo = Raw x cpl compatibilmente con i gradienti fisiologici
Carbon dioxide tension (PC02) - oxygen tension (Po2) diagram showing arterial (Pa) blood R lines and expired gas R lines intersecting at the "ideal" point; deviations from the "ideal" point are caused by low and high alveolar ventilation-perfusion (V'A/Q') values in individual lung units as defined by the V'A/Q' line. Rahn H. 1949 In Hughes J.M.B. ERS Monograph. 2005.
Modello di scambio dei gas a livello polmonare (As If model of lungs gas exchange) Hughes J.M.B. ERS Monograph. 2005.
Legge della diffusione Il processo di diffusione alv/cap. è un processo che avviene passivamente per effetto del gradiente di concentrazione del gas. dv/dt= dk A X (P 1 -P 2 ) P 1 e P 2 = pressione parziale del gas nei 2 compartimenti A= Area della superficie di scambio X= Spessore della membrana dk= Costante di proporzionalità che dipende dalla natura della membrana e dalla solubilità del gas nei solventi dv/dt=volumi di gas che diffondono nel tempo T Capacità di diffusione della sola membrana è data da: A d Dm= y A= Superficie d= Coefficiente di diffusione y= Spessore
Fattori inerenti la diffusione che possono causare I.R. Tutte quelle condizioni che allungano il percorso di diffusione dall alveolo al capillare, diminuiscono l area di scambio o abbreviano il tempo di transito degli eritrociti lungo il capillare possono porre un limite importante al processo di diffusione
Insufficienza respiratoria di I tipo Ruolo della ventilazione L aumento di V A può diminuire anche sensibilmente la PaCO 2 ma sposta solo di poco la PaO 2. La somministrazione di O 2 può correggere gli stati di ipossiemia da alterazione di V /Q e DL ma non lo shunt.
Curva di dissociazione dell Hb: relazione con la PaO 2
Cascata dell O 2 Assorbimento (Funzione polmonare) Trasporto (Capacità del sangue per O 2 e funzione cardiaca) Cessione ai tessuti (Estrazione e utilizzazione periferica) 200 cc O 2 /l/min 1000 cc/min (95 mmhg) 250 cc/min (40 mmhg) 75% del contenuto viene riportato ai polmoni (riserva tissutale o di estrazione)
La ventilazione alveolare e l eliminazione l della CO 2 1 F A CO 2 = VCO 2 / V A (Contenuto CO 2 / volume alveolare) 2 3 4.. F A CO 2 = VCO 2 / V A.. P A CO 2 / P B = VCO 2 / V A.. P A CO 2 = VCO 2 x 0.863 / V A Nell alveolo normalmente ventilato e perfuso CO 2 viene apportata e rimossa. PaCO. 2 (mmhg); V A VCO 2 (ml/min STPD) (l/min BTPS);. Nel normale VCO 2 3 ml/min/kg
Produzione della CO 2 Mediamente nel giovane adulto V CO 2 è 200 ml min -1 > V CO 2 nella ipertermia ( 14% per ogni grado) Durante la respirazione resistiva i mm respiratori producono 700-800 ml min -1 L esercizio muscolare > V CO 2 di 10 volte Brividi e scosse tetaniche > V CO 2 di 3 volte
Produzione di CO 2 Conseguenze Normalmente > V CO 2 viene captata da CNS >V E PaCO 2 normale In presenza di difetti di ventilazione si ha > PaCO 2
L equazione di Henderson-Hasselbach Hasselbach ph = 6.1 + log [HCO 3 ] [CO 2 ] > [CO 2 ] ph. < V A > [CO 2 ] ph I.R. ipercapnica scompensata
Lavoro respiratorio Lavoro (f s) > proporzionalmente alla P sviluppata dai mm inspiratori per ogni atto respiratorio come frazione della PI mx (PI/P mx ) Elementi aggiuntivi: Ciclo respiratorio t 1 /t tot e livello medio del flusso inspiratorio (VT/tI) >PI Carico elastico (polmoni rigidi, edema polmonare) Carico resistivo (ostruzione vie aeree)
Pathologic States That Result in an Imbalance between Respiratory-Muscle Capacity and Respiratory Load.
CAPACITY DRIVE Sedatives Sleep Chronic LOAD Mechanical disadvantage Hypoxia, hypercapnia acidosis Malnutrition Steroids Airways obstruction Intrinsic PEEP Upper airway Fluid retention
Roussos C. e Koutsoukou A. 2003
Efficienza muscolare Lavoro esterno/ Energia spesa E.M < in casi di iperdistensione quando il costo in O 2 >> Gruppi di m.in. si contraggono in modo isometrico ed altri in punti inefficaci della loro relazione forza/lunghezza. Diaframma: Legge di Laplace Pdi= 2Tdi/Rdi Pdi= Pressione transdiafr. Tdi= Tensione del diaframma Per R R= Raggio di curvatura Pdi 0
Fatica respiratoria (I) Fatica respiratoria è la incapacità dei muscoli respiratori di continuare a generare una pressione sufficiente a mantenere una corretta V A.
Fatica respiratoria (II) La fatica compare quando l apporto energetico non è sufficiente a fronteggiare la domanda. La spesa energetica è determinata dal lavoro respiratorio, dalla forza e dall efficienza dei muscoli respiratori.
Condizioni che predispongono alla fatica Tutte le condizioni che diminuiscono la forza generano fatica. Atrofia (da ventilazione meccanica prolungata?), immaturità, malattie neuromuscolari, alterazione del rapporto lunghezza/tensione (Enfisema con iperinflazione toracica e riduzione della lunghezza delle fibre) Fankas G. 1984
Il fenomeno del Central Wisdom Di fronte ad un eccessivo carico di lavoro, non potendo aumentare oltre il proprio lavoro, il centro respiratorio mette a riposo parziale la propria attività ventilatoria mutandone le caratteristiche: < VT > fr V E < Carico sul muscolo per < PI si allontana la fatica
Insufficienza respiratoria ipossiemica ( insufficienza( polmonare ) Caratteri Malattia che interessa il comparto polmonare Diminuzione dello scambio gassoso tra gli alveoli e il sangue dei capillari polmonari PaO 2 < 60 mmhg con FIO 2 > 0,60 Acidosi (lattica) metabolica associata Anomalie dello scambio gassoso Predominanza dell ipossiemia ± Ipercapnia Alterazioni del parenchima polmonare Vie aeree di conduzione (ad es., asma grave) Unità di scambio gassoso (ad es., polmonite, sindrome da sofferenza respiratoria acuta) Circolo polmonare (ad es., tromboembolismo)
Insufficienza respiratoria ipercapnica ( insufficienza( del mantice ) Caratteri Malattia che interessa il comparto extrapolmonare Compromissione della ventilazione alveolare Acidosi respiratoria associata Anomalie dello scambio gassoso Predominanza dell ipercapnia ± Ipossiemia Centro respiratorio sovradosaggio di narcotico Alterata funzione del mantice ventilatorio del tronco encefalico (ad es., Motoneuroni centrali (ad es., trauma del midollo cervicale) Cellula delle corna anteriori (ad es., poliomiolite) Motoneuroni periferici (ad es., poliradicolopatia ascendente) Giunzione neuromuscolare (ad es., myasthenia gravis) Muscoli respiratori (ad es., miopatia) Gabbia toracica/perdita di elasticità (ad es., cifoscoliosi) Gabbia toracica/alterazione strutturale (ad es., volet nella parete toracica) Vie aeree superiori (ad es., laringospasmo)
Effetti principali dell ipossia acuta sul cuore e sui polmoni Revera M. Tesi di dottorato 2009
L Eritropoietina Il fattore che regola Fisiologicamente la produzione di EPO è l apporto di O 2 ai tessuti ovvero la condizione di ipossia. Questa condizione attiva il recettore dell O 2 a livello renale che nell arco di poche ore fa aumentare in modo esponenziale il numero delle cellule renali che producono EPO che a loro volta agiscono a livello midollare espandendo il compartimento eritroide e con esso il livello di O 2 ematico. L aumento della concentrazione dell O 2 esercita un azione inibitoria sul recettore renale con riduzione delle cellule produttrici di EPO. Eritropoietina e doping, Fiorini I.*, et Al. 2005
The relation between Pco 2 and HCO 3 - in samples of isotonic saline with 25 meq/l NaHCO 3 (unbuffered solution), in samples of whole blood (in vitro), and in samples of arterial blood drawn from patients 20 minutes after exposure to elevations of Pco 2 (in vivo).
I meccanismi di compenso dell insufficienza respiratoria e loro ricadute funzionali Location in Figure 7-3 Metabolic Parameter (meq/l) ph Respiratory Parameter Pco 2 (mm Hg) Normal range 23 27 7.38 7.42 38 42 A 25 7.12 80 B 35 7.25 80 C 25 7.71 20 D 15 7.50 20 E 10 7.03 40 F 10 7.23 25 G 35 7.56 40 H 35 7.46 50 I 16 7.40 25 J 35 7.40 56 K 15 7.10 50 L 35 7.67 30 Murray and Nadel's Textbook of Respiratory Medicine, 5th Edition