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Fisiologia e Fisiopatologia

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• Le funzioni dell’apparato respiratorio comprendono lo scambio dei gas, l’equilibrio acido-base, la fonazione, le difese bioumorali del polmone e il suo metabolismo, la trasformazione di sostanze biologicamente attive;
• La funzione principale dell’apparato respiratorio è consentire un’adeguata ossigenazione del sangue ed eliminare l’anidride carbonica prodotta;
• La ventilazione alveolare è lo scambio di gas tra alveoli e ambiente esterno. È il processo per cui l’ossigeno penetra dall’atmosfera nei polmoni e l’anidride carbonica del sangue venoso misto viene espulsa dall’organismo.

Volumi Polmonari

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• Il volume gassoso intrapolmonare a ogni istante dipende dalla meccanica polmonare della parete toracica e dell’attività dei muscoli respiratori;
• La dimensione del polmone di un soggetto dipende dalla sua altezza, dal suo peso o dalla superficie corporea, dall’età e dal sesso;
• I volumi polmonari di un paziente vengono di solito confrontati con valori teorici calcolati appunto in base all’età dell’individuo, al sesso e alle dimensioni corporee;

Volumi e capacità polmonari standard

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• Esistono 4 volumi polmonari standard (non suddivisibili) e 4 capacità polmonari standard che derivano dalla combinazione di due o più volumi standard;
• Ai fini della quantificazione, trovano impiego la spirometria e la pletismografia;

Volumi Polmonari

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Figura 001: Funzione polmonare. * TLC Capacità polmonare totale. * RV Volume residuo. * ERV Volume di riserva espiratoria. * IRV Volume di riserva inspiratoria. * IC Capacità inspiratoria. * IVC Capacità vitale inspiratoria. * VC Capacità vitale. * VT Volume corrente. * FRC Capacità funzionale residua

Volumi Polmonari Statici e Dinamici

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Volumi Polmonari Statici	Definizione	Valori Normali
Volume residuo (VR)	Volume d’aria che rimane nei polmoni dopo la massima espirazione.	1 – 1.5 L
Volume corrente (VC)	Volume d’aria che viene inspirato ed espirato in una normale respirazione a riposo.	∼ 500 ml o 7 ml / kg
Volume di riserva inspiratoria (VRI)	Volume massimo d’aria che può ancora essere inalato dopo una inalazione a volume corrente.	3 – 3.5 L
Capacità inspiratoria (CI)	Volume massimo d’aria che può essere inspirato dopo l’espirazione di un normale televisore.	3.5 – 4 L
Volume di riserva espiratoria (VRE)	Il volume di gas espulso dai polmoni durante un’espirazione massimale partendo dalla fine di una normale espirazione a volume corrente.	1.5 L
Capacità Polmonari	Definizione	Valori Normali
Capacità polmonare totale (TC, TLC)	Volume d’aria nei polmoni dopo una inalazione massima. TLC = VC + VRE + VRI + VR	6 – 6.5 L
Capacità vitale (VC)	Volume di aria introdotto nei polmoni durante un’inspirazione massimale a partire da RV. VC = VRE + VC + VRI	4.5 – 5 L
Capacità inspiratoria (IC)	Volume di gas introdotto nei polmoni durante un’inspirazione massimale a partire dalla fine di una espirazione normale (FRC). IC = VC + VRI	1.5 L
Capacità funzionale residua	Volume di gas che rimane nei polmoni dopo un’espirazione normale. CFR = VR + VRE	2.5 – 3 L

Test di Funzionalità Polmonare

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• I test di funzionalità polmonare (PFT) misurano i diversi volumi polmonari. Possono essere utilizzati per diagnosticare disturbi respiratori e distinguere tra malattie polmonari ostruttive e restrittive;
• La PFT più comune è la spirometria. Questo test semplice ed economico misura i volumi polmonari dinamici e statici (ad eccezione del volume residuo e della capacità polmonare totale). Il V_T, l’ERV, l’IC e la VC possono essere misurati con uno spirometro (come pure FEV1, FVC e FEF 25-75%). L’RV, la FRC e la TLC, invece, non possono essere determinati attraverso lo spirometro, in quanto il soggetto non è in grado di espellere tutto il gas contenuto nei polmoni;
  • Il comune spirometro ad acqua, è costituito da un contenitore cilindrico rovesciato, o “campana”, che galleggia in uno spazio pieno d’acqua fra due cilindri concentrici. Lo spazio interno al tamburo interno, il cui collegamento con l’atmosfera è chiuso dalla campana, è connesso per mezzo di un tubo, al boccaglio attraverso cui il paziente respira. Quando il soggetto respira, il gas entra ed esce dallo spirometro, facendo muovere la campana in alto (durante l’espirazione) e in basso (durante l’inspirazione). La parte superiore della campana è collegata, tramite una puleggia, a un pennino che scrive su un tamburo rotante, disegnando così il profilo respiratorio del soggetto;
• I volumi polmonari non misurabili con la spirometria possono essere determinati attraverso la tecnica del lavaggio dell’azoto, della diluzione dell’elio e mediante pletismografia corporea.
• Infine, la DL_CO aiuta a determinare se la membrana alveolare è ispessita (ad esempio, fibrosi polmonare) o distrutta (ad esempio, enfisema), o se la vascolarizzazione polmonare è interessata.

Volumi Dinamici

• Misurando la quantità di gas in condizioni dinamiche, ovvero durante un’espirazione forzata. L’introduzione del fattore tempo consente di valutare di flussi (volume/tempo);

Parametro	Definizione	Risultato normale
Flusso espiratorio di picco (PEF)	La portata massima del flusso d’aria raggiunta durante l’espirazione forzata (in L/s).	≥ 80% del valore medio previsto basato su razza, altezza, sesso ed età.
Volume espiratorio forzato in 1 secondo (FEV1)	Il volume massimo di aria che può essere espirato forzatamente (volume espiratorio forzato) entro 1 secondo dall’inspirazione massima.	≥ 80% del valore medio previsto basato su altezza, sesso ed età (o> 75% della capacità vitale).
Capacità vitale	La differenza tra il volume d’aria nei polmoni dopo la massima inspirazione e dopo la massima espirazione. Il VC può essere misurato attraverso manovre respiratorie lente (Capacità vitale inspiratoria (IVC): il volume massimo di aria che può essere inspirato dopo l’espirazione massima) o manovre respiratorie forzate (Capacità vitale forzata (FVC): il volume massimo di aria che può essere espirato con forza dopo la massima inspirazione). Tra i giovani IVC , EVC e FVC hanno quasi lo stesso valore. Tuttavia, tra i pazienti con malattia polmonare ostruttiva : IVC > EVC > FVC.	Dipende da razza, altezza, età e sesso; circa 4,5–5 L in giovani adulti sani.
Indice di Tiffeneau	Rapporto tra FEV 1 e capacità vitale forzata espresso in percentuale. Anche detto Indice di Tiffeneau-Pinelli o FEV 1 relativo.	≥ 70%.
(FEF 75%, FEF 50%, FEF 25%)	Flusso espiratorio forzato al 75%, 50% e 25% della capacità vitale. Velocità medie del flusso d’aria osservate durante l’espirazione forzata quando il 75%, 50% e 25% della capacità vitale rimane nei polmoni .	≥ 65% del valore medio previsto basato su razza, altezza, sesso ed età.

Patologie Ostruttive e Restrittive

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• Esistono due quadri principali di alterazioni della funzionalità ventilatoria rilevati dalle prove di funzionalità respiratoria: restrittivo e ostruttivo;

	Malattia polmonare ostruttiva	Malattia polmonare restrittiva
Descrizione	Maggiore resistenza al flusso d’aria causato dal restringimento delle vie aeree.	Compromissione della capacità dei polmoni di espandersi (a causa della ridotta compliance polmonare).
Cause	BPCO, Asma, Bronchiectasie, Fibrosi Cistica, Bronchiolite.	Cause Restrittive Parenchimali: – Sarcoidosi, Fibrosi Polmonare Idiopatica, Polmonite Interstiziale desquamativa, Pneumoconiosi, Interstiziopatia polmonare da farmaci o da radiazioni, asbestosi. Cause Restrittive Extra-parenchimali: – Neuromuscolari: Paralisi/ipostenia diaframmatica, miastenia gravis, sindrome di Guillain-Barrè, Distrofie muscolari, lesioni del rachide cervicale, SLA. – Alterazioni della parete toracica: Cifoscoliosi, Obesità, Spondilite Anchilosante, Versamenti pleurici cronici.

• Esistono due quadri principali di alterazioni della funzionalità ventilatoria rilevati dalle prove di funzionalità respiratoria: restrittivo e ostruttivo;
• La presenza di ostruzione è indicata da un ridotto rapporto FEV1/CVF (abitualmente considerato alterato se < 0,7), mentre la gravità dell’ostruzione delle vie aeree è determinata dal livello di riduzione di FEV1; In caso di ostruzione delle vie aeree la CPT può essere normale o aumentata e il VR è tipicamente aumentato. In presenza di un’ostruzione grave delle vie aeree la CVF è spesso ridotta.
• La presenza di un quadro restrittivo è determinata in base alla riduzione della CPT sotto l’80% del valore normale atteso. Quando la restrizione è causata da una malattia polmonare parenchimale, anche il VR risulta diminuito, ma il rapporto FEV1/CVF è normale. Nel caso in cui i difetti ventilatori di tipo restrittivo presentino un’eziologia extra-parenchimale, come in presenza di ipostenia neuromuscolare o di anomalie della parete toracica, l’impatto sul VR e sul rapporto FEV1/CVF è più variabile.

Risultati spirometrici	Malattia polmonare ostruttiva	Malattia polmonare restrittiva
FEV 1	↓	Normale o ↓
FEV 1 / FVC	↓	Normale o ↑
Capacità vitale	↓	↓
Volume Residuo	↑	Normale o ↓
Capacità polmonare totale	Normale o ↑	↓
Resistenza al flusso d’aria	↑	Normale
Compliance Polmonare	Normale	Normale (cause estrinseche) o ↓ (cause intrinseche)

• Nelle forme restrittive in base alla alterazione di base è possibile riscontrare:

Restrittiva
Parenchimale Polmonare	↓	↓	↓	da normale a ↑
Extraparenchimale – ipostenia muscolare	↓	variabile	↓	variabile
Extraparenchimale – deformità della parete toracica	↓	variabile	↓	N

Test di Provocazione Bronchiale

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Aiuta distinguere l’asma bronchiale da altre cause di malattia polmonare ostruttiva:

• Test metacolina (prova bronco-provocazione)
  • Per determinare se è presente iperreattività delle vie aeree;
  • I test di funzionalità polmonare vengono eseguiti prima e dopo la somministrazione di metacolina;
  • Interpretazione: una riduzione del FEV ₁ di almeno 20% indica una diagnosi di vie aeree iper-responsive (ad esempio, asma bronchiale).
  • Poiché il test di provocazione della metacolina può innescare un attacco d’ asma potenzialmente letale, i farmaci che invertono il broncospasmo (p. es., epinefrina, atropina ) devono essere tenuti a portata di mano durante il test!
• Test di reversibilità con broncodilatatore (test post-broncodilatatore):
  • Consente di differenziare l’ostruzione reversibile delle vie aeree dall’ostruzione irreversibile;
  • Il FEV ₁ e resistenza delle vie aeree sono misurati prima e 10 minuti dopo l’inalazione di un azione rapida broncodilatatore (ad esempio, salbutamolo, ipratropio bromuro);
  • Un aumento del FEV ₁ di 200 mL o del 12% del valore iniziale indica un’ostruzione reversibile delle vie aeree

Capacità di diffusione del respiro singolo

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• Misura la capacità degli alveoli di scambiare gas con i capillari polmonari
• Indicazioni:
  • Per differenziare cause intrapolmonari (ad esempio, malattia polmonare interstiziale ) e le cause extra-polmonari (ad esempio, versamento pleurico, la debolezza dei muscoli respiratori);
  • Ipossiemia che rimane inspiegabile anche dopo la spirometria;
• Parametri misurati:
  • K _CO (coefficiente di trasferimento del monossido di carbonio);
  • DL _CO (capacità di diffusione del polmone per il monossido di carbonio);

	Malattia polmonare restrittiva  (normale o ↑ FEV1/FVC)	Malattia polmonare ostruttiva  (FEV1/FVC < 70%)	Normale
↓ DL CO	Malattia polmonare interstiziale tardiva; Post-pneumonectomia; Edema polmonare (p. es., a seguito di grave insufficienza cardiaca congestizia).	Enfisema	Malattie vascolari polmonari (ipertensione polmonare, embolia polmonare, sindrome epatopolmonare) ; Malattia polmonare interstiziale precoce; Carbossiemoglobinemia preesistente (p. Es., Dovuta al fumo) ; Anemia;
Normale DL CO	Debolezza dei muscoli respiratori; Disturbi pleurici; Deformità della gabbia toracica; Obesità.	Carenza di alfa-1-antitripsina; Bronchiectasie Fibrosi; Bronchite cronica; Asma bronchiale;	Pazienti sani
↑ DL CO	Obesità;	Asma bronchiale;	Policitemia; Insufficienza cardiaca lieve e shunt cardiaci da sinistra a destra;