2. - Clinica malattie apparato respiratorio

I QUADERNI DELLA BPCO
2. Alterazioni
della meccanica ventilatoria
Modificazioni dei volumi polmonari
Riccardo Pellegrino
CARATTERISTICHE STATICHE
DEL SISTEMA RESPIRATORIO
Le proprietà elastiche
Parete toracica
In condizioni di riposo a fine espirazione corrente
(capacità funzionale residua, CFR), la parete toracica
ha una pressione leggermente positiva, così
che, se aperta, essa si distende per raggiungere il
suo punto di equilibrio a circa il 60% della capacità
polmonare totale (CPT) 1 (figura 2.1). Per distenderla
fino a CPT è necessario applicare una
forza di altri 10 cm H 2 O sulla sua parete interna,
mentre per comprimerla fino a volume residuo
(VR) è necessario applicare una forza di circa 40-
50 cm H 2 O sulla sua parete esterna. La sua funzione
in corso di BPCO è trattata in una parte apposita
di questo capitolo.
100
MEP
MIP
CPT
75
CV, %
50
25
0
–100
L
CW
0 100
Ptp, cmH 2 O
CFR
VR
Figura 2.1
Curve pressione-volume quasi-statiche
del polmone (L) e della gabbia toracica
(CW) (linee continue) rapportate alle
pressioni generate dai muscoli inspiratori
ed espiratori durante sforzi massimali
(MIP e MEP) (linee tratteggiate).
Sull’asse verticale c’è il volume polmonare
espresso in % della capacità vitale
(CV) e sull’asse orizzontale c’è la pressione
transpolmonare (Ptp). CPT è la
capacità polmonare totale, CFR è la capacità
funzionale residua e VR è il volume
residuo. La CFR è il volume al
quale la pressione elastica del polmone
è uguale, ma di segno opposto alla pressione
elastica della gabbia toracica.
9

IL VOLTO DELLA BPCO CHE CAMBIA ● QUADERNO 2
Polmone
La struttura elastica del tessuto polmonare rende
possibile l’adattamento dinamico del polmone alle
varie condizioni ambientali e patologiche. Funzionalmente,essa
è valutata in termini di elastanza,cioè
di pressione necessaria per produrre un certa variazione
di volume polmonare 1,2 . La figura 2.1 mostra
come la pressione elastica necessaria per distendere
il tessuto polmonare aumenti linearmente
con l’aumentare del volume per i primi 2/3 della
massima escursione,ma tende ad aumentare maggiormente
per ogni variazione di volume nell’ultimo
terzo, particolarmente quando la distensione
diventa massimale. L’elevato aumento di pressione
ad alti volumi polmonari è probabilmente dovuto
allo stiramento del tessuto connettivale che tende
a impedire la sovradistensione polmonare. I fattori
che contribuiscono a rendere il polmone un organo
elastico sono 2 : il surfattante alveolare, il tessuto
connettivo-elastico dell’interstizio, bronchi e vasi e,
infine, le cellule contrattili del polmone come gli
anelli muscolari posti all’entrata degli alveoli e le
cellule interstiziali di Kapancy 2 .
La misura della pressione elastica del polmone si esegue
con l’introduzione, nel terzo inferiore dell’esofago,
di un piccolo sondino ricoperto da un palloncino di
lattice nella sua parte terminale 3 .Poiché la pressione
esofagea (Pes) riflette la pressione pleurica, la pressione
elastica polmonare (o pressione transpolmonare,
Ptp) è la differenza tra Pes e pressione alveolare,
equivalente alla pressione alla bocca quando il flusso
espiratorio è zero. Espressa in funzione del volume
polmonare, essa permette di stimare la distensibilità
del polmone nel range del volume corrente (compliance
polmonare, C L ) (figura 2.2). Nei giovani la C L è circa
200 ml/cm H 2 O e aumenta con l’età fino a valori
di 350 ml/cm H 2 O verso gli 80 anni, per la progressiva
perdita di elasticità del tessuto. Un altro metodo
semplice per valutare l’elasticità del polmone è
la misura dei valori assoluti di Ptp a CPT e a valori
inferiori (90%, 80%, 70%, 60% e 50% di CPT).
Ruolo dell’elasticità del polmone
nel soggetto sano
L’elasticità polmonare è necessaria per generare il
flusso espiratorio 4 ,regolare i volumi polmonari 1,5
e mantenere, per mezzo della forza di interdipendenza,
la pervietà delle vie aeree e dei vasi polmonari
5 . Questo capitolo tratta unicamente della
Volume, l
6
4
2
0
0
10
B
Ptp, cmH 2 O
Figura 2.2
Misura della compliance polmonare statica (C L ). La pendenza della
retta che connette CRF e CFR + 0,5 l esprime la facilità del polmone
a distendersi. Nel caso A (normale elasticità del polmone) 1 cm
H 2 O può mobilizzare 200 ml di gas, mentre nel caso B (enfisema)
la stessa pressione può spostare 500 ml di gas perché il polmone è
flaccido e anelastico.
regolazione dei volumi polmonari, mentre gli altri
due processi sono trattati in altre parti di questo
capitolo.
4
20
1
A
0,5
0,5
I volumi polmonari statici
I volumi polmonari più importanti (CFR, VR e
CPT) sono regolati in base alle forze elastiche del
sistema respiratorio.
La CFR è il volume di gas contenuto nel polmone
al termine dell’espirazione corrente e al quale la pressione
dell’apparato respiratorio è zero in condizioni
di respiro tranquillo. In queste condizioni di equilibrio
statico la pressione del polmone (circa 3 cm
H 2 O) sarebbe tale da collassare il polmone stesso, se
30
10

2. ALTERAZIONI DELLA MECCANICA VENTILATORIA
non fosse controbilanciata da un’analoga pressione
della parete toracica che mantiene così il polmone
disteso (figura 2.1) 1,5 .Poiché la ventilazione spontanea
è continuamente modificata dalle attività richieste,anche
la CFR varia consensualmente in virtù
della contrazione dei muscoli espiratori. Per esempio,
essa si riduce con il parlare, il cantare, il ridere,
il camminare, il correre e altre attività simili, allo scopo
di favorire e ottimizzare l’espansione del polmone
necessaria alle relative attività. Un suo aumento,
invece, si manifesta più frequentemente in corso di
patologie dell’apparato respiratorio, a eccezione delle
malattie restrittive del polmone 6 .Nello spostamento
dalla posizione seduta o eretta a quella supina,la
CFR tende a ridursi consensualmente alla spinta
degli organi della cavità addominale sul diaframma
1 .Pertanto, in questa posizione la pressione elastica
della parete toracica aumenta. Se questo fenomeno
ha uno scarso rilievo nella vita normale di un
soggetto sano, esso si dimostra critico nel paziente
BPCO, perché la riduzione del volume polmonare
si associa anche a una riduzione del calibro delle vie
aeree già compromesse dalla malattia stessa.
Il VR è il volume di gas che rimane nel polmone
a seguito di un’espirazione massimale. Determinante
nella sua misura è la capacità del soggetto
di mantenere a lungo il tempo espiratorio senza
interromperlo precocemente. Nel soggetto giovane
e sano, il VR è determinato dalla forza dei
muscoli espiratori necessaria per vincere l’elasticità
della gabbia toracica e non dalla chiusura delle
vie aeree (figura 2.1) 7 . Con l’età, il VR aumenta
non perché la forza dei muscoli espiratori si riduca,
ma perché le vie aeree iniziano a chiudersi
a un volume polmonare più elevato rispetto al soggetto
giovane, a causa della naturale riduzione della
pressione elastica del polmone sulla parete delle
vie aeree 6 .
La CPT è il volume di aria contenuto nel polmone
alla fine di un’inspirazione massimale. I suoi determinanti
meccanici sono la forza dei muscoli inspiratori
e la tendenza retrattiva operata dalla pressione
elastica del polmone (circa 30 cm H 2 O) e della
gabbia toracica (circa 10 cm H 2 O) (figura 2.1) 1,5 .
Esistono altri volumi e capacità polmonari i cui
estremi sono determinati dai suddetti tre volumi polmonari.
Alcuni di questi assumono un’importanza
fondamentale nell’ambito clinico (figura 2.3). Per
esempio, la capacità vitale (CV) (differenza tra CPT e
VR) ha un ruolo di estremo interesse in quanto una
sua riduzione è sempre sinonimo di patologia polmonare
8,9 .Il volume corrente (V T ) è il volume mobilizzato
durante un respiro tranquillo. I suoi estremi
sono regolati dai meccanismi sopra menzionati per
Volume, % di CPT
120
80
40
0
CPT
CFR
RV
N
VRI
CI
V T
VRE
CV
Tempo
O
R
Figura 2.3
Rappresentazione schematica dei volumi
e capacità polmonari in un soggetto
normale (N). Da sinistra a destra sono
rappresentati: la CPT (capacità polmonare
totale), la CFR (capacità funzionale
residua) e il VR (volume residuo);
un tracciato spirografico (volume-tempo)
durante respiro tranquillo, massima inspirazione
e massima espirazione;nel riquadro
il V T (volume corrente), i VRI e
VRE (volumi di riserva inspiratoria ed
espiratoria), la CI (capacità inspiratoria)
e la CV (capacità vitale). Si noti che il
rapporto tra VR e CPT è circa il 25%.
Seguono due esempi tipici di riduzione
della CV. Nel caso O (ostruzione delle
vie aeree), la CV è ridotta a causa del
marcato incremento di VR per chiusura
delle vie aeree che è addirittura superiore
a CFR del soggetto normale. CPT
è leggermente aumentato. In tale caso
VR/CPT è il 57%. Nel caso R (restrizione
polmonare), anche se la CV è
ridotta quanto nel caso O, CPT è il
60% del valore del soggetto normale e
VR/CPT è circa il 22%.
11

IL VOLTO DELLA BPCO CHE CAMBIA ● QUADERNO 2
la CFR e dall’interruzione dell’inspirazione a opera
di stimoli nervosi che hanno origine dai recettori
di stiramento polmonari. La sua misura durante
respiro tranquillo è di scarsa utilità clinica e diagnostica,
ma assume un notevole interesse nell’attività
fisica, in quanto è in grado di dimostrare la presenza
di limite ventilatorio all’esercizio insieme ad altri
parametri. La capacità inspiratoria (CI) è la differenza
tra CFR e CPT. Di scarsa utilità nel soggetto
sano, riveste un ruolo critico nella valutazione del
grado di distensione polmonare e delle sue variazioni
nei test con broncocostrittori e broncodilatatori
nella BPCO e nell’esercizio fisico 10-13 . Infine, i
volumi di riserva inspiratoria ed espiratoria (VRI e VRE)
non hanno grande interesse nella clinica pratica se
non in corso di esercizio fisico 13,14 .
Metodi di misura
dei volumi polmonari
Il volume di gas e le capacità polmonari mobilizzabili
durante le varie manovre respiratorie (V T ,CV,
CI,VRI e VRE) sono comunemente misurati con
spirometri o pneumotacografi 9 . Gli spirometri misurano
direttamente la quantità di aria inspirata ed espirata
attraverso lo spostamento di una campana immersa
nell’acqua, o di un soffietto, o ancora di un
pistone mobile all’interno di un cilindro. I pneumotacografi
misurano invece il flusso di gas e da questo
ottengono il volume polmonare. Il sistema si basa sul
principio che il flusso aereo che attraversa un tubo
è uguale alla differenza di pressione esistente tra un
capo e l’altro del tubo stesso divisa per la resistenza
incontrata nel percorso.Conoscendo la resistenza del
tubo, il flusso di gas che attraversa il pneumotacografo
è misurato dalla differenza di pressione esistente
tra i due capi del tubo. In alternativa allo spirometro
e flussimetro che prevedono l’uso di boccaglio
e tappanaso e che in qualche modo possono
alterare il profilo respiratorio, esistono altri metodi
totalmente non invasivi, quali i magnetometri 15 e la
pletismografia a induttanza 16 . Nel primo, il volume
polmonare è calcolato dalle variazioni dei segnali
magnetici emessi e registrati da spirali magnetiche
poste sulle superfici opposte del torace a opera dei
movimenti del torace. La pletismografia a induttanza
si avvale di due bande elastiche attorno al torace e
all’addome, percorse al loro interno da una spirale
isolata ed eccitata da un circuito elettrico a bassissima
intensità che varia con i movimenti del torace.
Al contrario dei volumi polmonari sopra menzionati,
CPT, CFR e VR sono misurati con tecniche
più complesse, perché parte o tutto il volume di tali
entità non è mobilizzabile con le manovre respiratorie.
L’utilizzo di gas inerti (wash-out dell’azoto
ed elio) 9 permette la misura dei volumi polmonari
assoluti comunicanti con le vie aeree sul principio
della conservazione della massa: la diluizione di
una nota quantità di gas nel compartimento polmonare
permette di risalire al volume polmonare
nel quale il gas viene diluito. Poiché queste tecniche
necessitano di tempi di studio talora lunghi (in
particolare nei casi di ostruzione polmonare) senza
la possibilità di riprodurre i dati in tempi stretti,
l’applicazione clinica di questi test è meno diffusa
della pletismografia corporea 17 , che si basa invece sul
principio della legge di Boyle e Mariotte. In questo
caso il volume polmonare è stimato in una cabina
dalla relazione tra le variazioni della pressione
alla bocca durante movimenti respiratori contro
uno shutter chiuso e la relativa variazione di pressione
(pletismografo a volume costante) o di volume
(pletismografo a pressione costante) all’interno
della cabina. Contrariamente ai metodi con diluizione
di gas, la pletismografia tende a sovrastimare
i volumi polmonari nell’ostruzione severa quando
la pressione alveolare non è correttamente trasmessa
alla bocca.
Il ritorno elastico
e l’iperdistensione polmonare
statica nella BPCO
Due sono le più importanti caratteristiche fisiopatologiche
della BPCO:la riduzione del calibro bronchiale
conseguente al rimodellamento delle vie aeree,
tipica della bronchite ostruttiva cronica, e la riduzione
della pressione elastica del polmone, tipica
dell’enfisema 6 . Entrambe possono portare a un aumento
dei volumi polmonari, sebbene con modalità
differenti.Alcuni meccanismi come le modificazioni
del profilo respiratorio (respiro superficiale
corto) 18 , l’allungamento del tempo di svuotamento
del polmone 18 e l’eventuale associazione di limitazione
espiratoria al flusso 19 vanno sotto il nome di
meccanismi dinamici dell’iperdistensione polmonare e sono
descritti in altra parte di questo capitolo. In questa
sede, invece, si tratterà principalmente dei meccanismi
statici che causano iperdistensione polmonare.
Il concetto è mostrato nelle figure 2.3 e 2.4. Per de-
12

2. ALTERAZIONI DELLA MECCANICA VENTILATORIA
CV, %
6
4
2
0
–50
VR
–25 0 25
CFR
CPT
50
Figura 2.4
Effetti dello spostamento della curva
pressione-volume in condizioni normali
(linea continua) a sinistra come
nell’enfisema (linea tratteggiata) sui
volumi polmonari. VR aumenta perché
la nuova curva interseca il suo valore
zero (dove non c’è flusso aereo) a
un valore maggiore, CFR aumenta
perché il nuovo equilibrio con la pressione
della gabbia toracica è ottenuto a
un valore maggiore e, infine, CPT aumenta
perché i muscoli inspiratori possono
maggiormente contrarsi e quindi
iperdistendere l’apparato respiratorio a
causa della bassa resistenza elastica offerta
dal polmone. Si noti che il modello
non prevede variazioni della pressione
elastica della parete toracica, se
non una sua normale estensione verso
l’alto con l’aumento del volume polmonare.
Ptp, cmH 2 O
finizione, qualsiasi spostamento a sinistra della curva
pressione-volume del polmone determina un aumento
del gas intrapolmonare a qualsiasi volume esso
sia considerato. Per esempio, il VR aumenta perché
le vie aeree si chiudono a un volume polmonare
più alto (il flusso di gas cessa dove la Ptp diventa
zero); CFR aumenta perché il volume polmonare
a cui la pressione elastica è uguagliata dalla
pressione elastica del torace è maggiore; CPT aumenta
perché i muscoli inspiratori possono espandere
maggiormente il polmone meno elastico.Tale
definizione dei meccanismi statici di iperdistensione
polmonare implica, in teoria, che qualsiasi aumento
del calibro delle vie aeree come dopo terapia
broncodilatatrice non dovrebbe avere nessun effetto
sui volumi polmonari e sul grado di iperdistensione
polmonare, a meno che il farmaco non alteri
allo stesso tempo il ritorno elastico polmonare.
In effetti, alcune osservazioni proverebbero che il
grado di iperdistensione polmonare non si riduce
anche se le vie aeree si dilatano 12 . In realtà, nell’enfisema
polmonare e nella bronchite ostruttiva cronica
che coesistono molto frequentemente, le cause
statiche di iperdistensione polmonare sono frequentemente
associate alle cause dinamiche.Pertanto,non
è sempre facile, nel singolo paziente, distinguere e
riconoscere i meccanismi che causano iperdistensione
polmonare.
Generalmente, l’effetto dell’aumento del VR nella
BPCO sulle misure spirometriche si traduce in
una riduzione consensuale della CV se CPT rimane
costante o aumenta poco (figura 2.3, caso
O). Tale riduzione, specialmente quando è molto
marcata, può ingenerare dubbi interpretativi nella
diagnostica differenziale tra difetto ventilatorio
ostruttivo e restrittivo.A tale proposito, solo la misura
diretta di CPT può escludere o confermare il
dubbio 8 . Il concetto è mostrato nella figura 2.3
(pannelli di centro e di destra): la stessa CV è compatibile
sia con ostruzione delle vie aeree sia con
restrizione polmonare. In passato, è stata data molta
importanza al rapporto tra VR e CPT.Tuttavia,
si deve ricordare che VR/CPT è un rapporto tra
parametri ambedue variabili, per cui tale indice
può talora non correttamente stimare le condizioni
funzionali polmonari e non dovrebbe essere
inteso come specifico di una tipica patologia
ostruttiva.
Conseguenze dell’iperdistensione
polmonare nella BPCO
Se da un lato l’iperdistensione polmonare è un meccanismo
benefico che tende a mantenere le vie ae-
13

IL VOLTO DELLA BPCO CHE CAMBIA ● QUADERNO 2
ree maggiormente pervie e riduce le resistenze al
flusso nella BPCO, dall’altro essa ha importanti effetti
negativi,soprattutto sui muscoli inspiratori 6 .Infatti,
il lavoro di questi ultimi aumenta con l’aumentare
del volume polmonare per contrastare l’elevata
elasticità del tessuto parenchimale, specialmente
nel tratto meno ripido della relazione pressione-volume
(figure 2.1, 2.2, e 2.4). Inoltre, a causa
dell’aumento del volume polmonare i muscoli inspiratori
si accorciano progressivamente e generano
così meno pressione per un dato stimolo. Anche se
in parte esiste un certo adattamento muscolare con
riduzione del numero di sarcomeri in serie, l’aumentato
carico lavorativo dei muscoli inspiratori e
la loro ridotta capacità di generare forza in corso di
iperdistensione polmonare possono essere fonte di
dispnea e di fatica muscolare, che a lungo andare
contribuiscono all’insorgenza di insufficienza respiratoria
grave, soprattutto quando l’ostruzione delle
vie aeree diventa severa. Ulteriori effetti negativi
dell’iperdistensione polmonare si manifestano sui
muscoli inspiratori e sull’apparato cardiocircolatorio
quando essa si associa alla presenza di limitazione
espiratoria al flusso 20 . Una loro trattazione più esauriente
viene fatta in altra parte di questo capitolo.
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2. ALTERAZIONI DELLA MECCANICA VENTILATORIA
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Rapporti tra struttura e funzione
Vito Brusasco
Nella BPCO vengono classificate entità nosologiche
assai diverse fra loro (bronchite cronica,
asma cronico, enfisema) che, pur distinguendosi
sul piano clinico e anatomopatologico, hanno
in comune un’anomalia squisitamente funzionale,
e cioè l’ostruzione al flusso aereo 1 .Per quanto il
termine ostruzione possa richiamare solamente patologie
a carico delle vie aeree, quali l’asma e la
bronchite cronica, la conoscenza dei meccanismi
dell’ostruzione al flusso aereo permette di comprendere
come questa possa realizzarsi anche in una
patologia squisitamente parenchimale, come l’enfisema
primitivo (panacinoso), nel quale sono assenti
alterazioni a carico dei bronchi.
MECCANISMI DELL’OSTRUZIONE
AL FLUSSO AEREO
Il flusso d’aria durante l’espirazione è dato dal rapporto
tra la differenza di pressione dagli alveoli alla
bocca e la resistenza delle vie aeree. La caduta
di pressione dagli spazi alveolari alla bocca è dovuta
all’accelerazione convettiva e all’attrito fra le
molecole nel loro movimento lungo l’albero tracheo-bronchiale.
Se si considera per semplicità il
caso di un’espirazione passiva (figura 2.5), in cui
cioè non vi sia intervento dei muscoli espiratori,
la pressione che genera il flusso aereo è totalmente
fornita dalla forza di retrazione elastica del polmone.
Se questa è ridotta, come si verifica nel caso
dell’enfisema, il flusso aereo è pure ridotto, anche
se le vie aeree (bronchi) sono anatomicamente
integre. Si parla in questo caso di ostruzione al
flusso aereo da cause estrinseche. Nel caso di malattie
in cui il lume bronchiale è ridotto di calibro, quali
la bronchite cronica ostruttiva e l’asma cronico,
il flusso aereo è ridotto a causa dell’aumentata resistenza,
anche se la pressione fornita dalla forza di
retrazione elastica del polmone è conservata. Si
parla in questo caso di ostruzione al flusso aereo da
cause intrinseche.
Le due condizioni sopra descritte sono paradigmatiche
di patologie nettamente distinte, quali l’enfisema
primitivo da un lato e la bronchite cronica
ostruttiva o l’asma dall’altro. Nella realtà clinica, l’ostruzione
al flusso aereo è, in molti casi di BPCO,
il risultato della combinazione di cause intrinseche
ed estrinseche, il cui contributo relativo dipende
dalla prevalente natura della malattia. Inoltre, è importante
ricordare che il calibro bronchiale non è
unicamente determinato dalle condizioni anatomiche
e funzionali delle pareti bronchiali, ma anche
dalle forze esterne a cui queste sono sottoposte.
IL CONCETTO
DI INTERDIPENDENZA
I bronchi sono anatomicamente situati all’interno
del parenchima polmonare e con esso condividono
parte dello spazio interno della cavità toracica.
Le pareti bronchiali sono connesse, tramite il connettivo
peribronchiale, all’impalcatura connettivale
del parenchima polmonare (fibre dei setti alveolari)
che,a sua volta,si continua direttamente nel connettivo
periferico della pleura viscerale 2 .A causa di
questa continuità anatomica, le variazioni di pressione
pleurica vengono trasmesse da ciascuna struttura
a tutte quelle a essa adiacenti. Questo fenomeno
è conosciuto come interdipendenza e fa sì
che le varie regioni del polmone e i bronchi in esse
contenuti si espandano in maniera consensuale 3 .
Le pareti bronchiali sono dunque sottoposte a una
forza di trazione in senso sia radiale sia longitudinale,
la cui grandezza dipende dalla forza di retra-
15

IL VOLTO DELLA BPCO CHE CAMBIA ● QUADERNO 2
Figura 2.5
Principali meccanismi dell’ostruzione al flusso
aereo nella BPCO. Il polmone è rappresentato,
per semplicità, da un unico alveolo e
le vie aeree da un unico condotto. Durante
un’espirazione passiva, il flusso espiratorio è
fisiologicamente determinato dal rapporto fra
la pressione elastica (Pel) e la resistenza delle
vie aeree (Raw). In condizioni patologiche, il
flusso espiratorio può ridursi in eguale misura
per aumento della Raw, come nel caso dell’asma
e della bronchite cronica ostruttiva, o
per riduzione della Pel, come nel caso dell’enfisema.
Pel
Pel
Raw
Flusso =
Flusso =
Pel
Raw
Pel
Raw
Raw
Pel
Flusso =
Pel
Raw
Raw
zione elastica del polmone e dall’integrità strutturale
della zona di connessione fra il tessuto connettivo
peribronchiale e quello dei setti alveolari
circostanti.
L’interdipendenza tra vie aeree e polmone fa sì che
esista fisiologicamente una stretta relazione fra volume
polmonare e calibro bronchiale, per cui le vie
aeree si restringono e si allargano consensualmente
ai cambiamenti di volume polmonare. Il polmone
normale si espande più o meno in modo
uniforme e pertanto tutte le dimensioni lineari,
compreso il diametro dei bronchi, cambiano con
la radice cubica dei cambiamenti di volume polmonare
4 . La resistenza delle vie aeree è direttamente
proporzionale alla lunghezza e inversamente
proporzionale alla quarta potenza del raggio delle
vie aeree e quindi, se le dimensioni delle vie aeree
cambiano proporzionalmente a quelle del polmone,
la resistenza sarà inversamente proporzionale
al volume polmonare (figura 2.6). Negli individui
sani questa relazione è abbastanza costante, perciò
il prodotto della resistenza per la capacità funzionale
residua è simile fra soggetti di diversa dimensione
corporea 5 .
Nella BPCO, la relazione fra volume polmonare e
resistenza delle vie aeree è alterata nel senso che il
calibro delle vie aeree aumenta meno del volume
polmonare. Questa alterazione può essere la conseguenza
sia di una riduzione della forza di trazione
radiale sulle vie aeree sia di una maggiore
rigidità delle pareti bronchiali e non fornisce pertanto
informazioni sulla causa (intrinseca o estrinseca)
dell’ostruzione al flusso aereo (figura 2.7).
L’unico modo per distinguere fra questi due meccanismi
dell’aumento di resistenza al flusso è quello
di mettere in relazione quest’ultima con i valori
di pressione elastica polmonare statica 6,7 .Nel caso
dell’ostruzione da sole cause estrinseche (enfisema
primitivo), la resistenza sarà aumentata in
proporzione alla riduzione della pressione elastica
polmonare e la loro relazione risulterà normale.
Nel caso dell’ostruzione da cause intrinseche
(asma, bronchite cronica) la resistenza sarà abnormemente
elevata per i corrispondenti valori di
pressione elastica polmonare e il loro rapporto risulterà
alterato.
In definitiva, nell’interpretazione fisiopatologica di
un incremento della resistenza al flusso aereo si deve
tenere presente che il calibro di ogni diramazione
dell’albero bronchiale è determinato dal volume
polmonare, dalla corrispondente pressione di
ritorno elastico polmonare, dalla forza di interdipendenza
e dalle condizioni anatomo-funzionali
della parete bronchiale.
16

2. ALTERAZIONI DELLA MECCANICA VENTILATORIA
Volume polmonare
Calibro bronchiale
Volume
Raw
Figura 2.6
Rappresentazione schematica
del concetto di interdipendenza
fra vie aree e polmone
e sue conseguenze funzionali.
A sinistra è rappresentato
un tracciato spirometrico,
al centro le modificazioni
di calibro delle vie aeree
dovute alla diversa forza
di trazione da parte del tessuto
polmonare (raffigurata
dalle molle), a destra la conseguente
relazione fra resistenza
delle vie aeree (Raw)
e volume polmonare. Da notare
come la Raw diminuisca
in maniera iperbolica con
l’aumentare del volume polmonare.
ANATOMIA FUNZIONALE
DELLE VIE AEREE
Da un punto di vista anatomo-funzionale, la parete
bronchiale può essere suddivisa in tre strati concentrici
(figura 2.8) 8 .
Lo strato interno è rappresentato dalla mucosa, che
comprende l’epitelio con le cellule caliciformi, la
membrana basale e la lamina propria con le ghiandole
sierose e un plesso venoso. L’importanza funzionale
di questo strato è che, essendo esso costituito
da materiale incompressibile situato all’interno
del muscolo liscio, è un determinante maggiore
del calibro bronchiale per una data lunghezza del
muscolo liscio.
Lo strato intermedio è rappresentato dalla sottomucosa,
che è costituita da tessuto connettivo lasso in
cui si trovano le cellule muscolari lisce.
Lo strato esterno è rappresentato dall’avventizia,costituita
dal tessuto connettivo che si continua con
quello del parenchima polmonare circostante.L’importanza
di questo strato sta nel fatto che esso costituisce
l’interfaccia fra parete bronchiale e polmone
circostante e la sua integrità è essenziale per
il mantenimento dell’interdipendenza.
Raw
Volume
Raw
Pel
Figura 2.7
Rappresentazione schematica della
dipendenza della resistenza delle
vie aree (Raw) dal volume polmonare
e dalla pressione elastica (Pel)
nelle diverse forme di BPCO. A
qualsiasi volume polmonare la Raw
può essere egualmente aumentata
rispetto alla norma (area ombreggiata)
nel caso sia di ostruzione da
cause bronchiali intrinseche (linea
tratteggiata) sia da riduzione della
pressione elastica (linea continua).
Quando però la riduzione di Pel
è la sola anomalia presente, come
nell’enfisema puro, la relazione fra
Raw e Pel rimane nell’ambito della
normalità.
17

IL VOLTO DELLA BPCO CHE CAMBIA ● QUADERNO 2
Figura 2.8
Rappresentazione schematica della parete
di un bronco intraparenchimale. La
parete interna (mucosa) è separata da
quella intermedia (sottomucosa) da uno
strato di connettivo lasso situato immediatamente
all’interno del muscolo
liscio bronchiale (linea continua). Lo
strato esterno è quello fra il muscolo liscio
e i tessuti circostanti 8 .
Epitelio
Membrana basale
Mucosa
Lamina propria
Muscolo liscio
Sottomucosa
Cartilagine
Avventizia
BASI MORFOLOGICHE
DELL’OSTRUZIONE
BRONCHIALE NELLA BPCO
La riduzione del calibro bronchiale e l’eccessiva riduzione
del flusso aereo possono realizzarsi principalmente
per quattro meccanismi:
● presenza di secrezioni nel lume bronchiale;
● ispessimento della parete bronchiale;
● maggiore capacità di generare forza contrattile
da parte del muscolo liscio bronchiale;
● riduzione della forza di interdipendenza fra vie
aeree e polmone.
Tutti questi meccanismi possono coesistere nel paziente
BPCO, ma il loro ruolo relativo cambia a
seconda della patologia prevalente.
La presenza di secrezioni all’interno del lume bronchiale
e l’ispessimento della mucosa a causa di infiltrazione
di cellule infiammatorie sono caratteristiche
morfologiche sia della bronchite cronica sia dell’asma
e possono essere, in parte, responsabili dell’aumento
della resistenza delle vie aeree che si può riscontrare
in ambedue queste condizioni patologiche.
Dati morfo-funzionali recenti hanno dimostrato una
relazione diretta fra lo spessore dello strato interno
della parete bronchiale e il grado di ostruzione bronchiale
nella BPCO 9 .Inoltre,l’ispessimento dello strato
interno della parete bronchiale può, per ragioni
puramente geometriche, amplificare gli effetti dei
cambiamenti di lunghezza del muscolo liscio, sia
quando questo si accorcia sia quando si allunga. Pertanto,
sia gli effetti degli stimoli broncocostrittori sia
di quelli broncodilatatori possono essere amplificati
in presenza di una mucosa bronchiale ispessita (figura
2.9). Queste predizioni teoriche sono suffragate
dalle osservazioni sperimentali di significative correlazioni
fra lo spessore della mucosa e il grado di iperreattività
bronchiale 11 e di reversibilità dell’ostruzione
dopo somministrazione di broncodilatatore 9 .
La capacità di generare forza contrattile da parte della
muscolatura liscia bronchiale dipende dalle sue
caratteristiche contrattili e dalla sua massa. La contrattilità
del muscolo liscio bronchiale non è valutabile
in vivo, in quanto la sua caratterizzazione dovrebbe
comprendere le relazioni tra forza, lunghezza,
velocità e tempo. Al momento attuale non
vi sono dati disponibili in letteratura che supportino
una differenza nella capacità di generare forza
18

2. ALTERAZIONI DELLA MECCANICA VENTILATORIA
Area della parete = 20%
R = 1
30% di accorciamento
del muscolo liscio
Area della parete = 40%
R = 7,6
Figura 2.9
Rappresentazione schematica dell’effetto
dell’ispessimento della mucosa
bronchiale sul calibro bronchiale.Assumendo
che lo strato interno al muscolo
liscio rappresenti il 20% dell’area
occupata dal bronco, un accorciamento
muscolare del 30% causerebbe
un aumento della Raw di circa
8 volte (parte superiore). Assumendo
che lo stesso grado di accorciamento
del muscolo liscio avvenga
in un bronco con mucosa che rappresenti
il 40% dell’area del bronco,
l’aumento della Raw sarebbe di 80
volte (parte inferiore). Da notare come
l’effetto di amplificazione dell’accorciamento
muscolare sia molto
maggiore rispetto all’effetto dell’ispessimento
di per sé (aumento della
Raw di sole 8 volte) 10 .
30%
di accorciamento
del muscolo liscio
R = 1 R = 1,8
R = 80
da parte dei muscoli lisci bronchiali di soggetti
BPCO e normali. La massa muscolare può essere
valutata indirettamente misurando lo spessore dello
strato muscolare relativo allo spessore totale della
parete bronchiale su materiale di provenienza
chirurgica o autoptica, in quanto le biopsie bronchiali
non sono sufficientemente profonde. Un aumento
dello spessore dello strato muscolare è stato
ripetutamente osservato nei bronchi di soggetti
asmatici 12-14 e, seppure in misura minore, in quelli
di soggetti BPCO 15,16 . Applicando modelli matematici
ai dati morfologici disponibili, è stato suggerito
che la forza generata dal muscolo liscio bronchiale
sia il maggiore determinante dell’iperreattività
bronchiale nei soggetti asmatici ma non in
quelli BPCO 17,18 .Potrebbe fare eccezione l’asma
cronico, nel quale è ipotizzabile un ruolo più rilevante
per il muscolo liscio, ma non vi sono dati
sperimentali a supporto di questa ipotesi.
Anche in presenza di normali contrattilità e massa
del muscolo liscio, il calibro bronchiale può essere
ridotto nei pazienti BPCO a causa della riduzione
del carico elastico che il muscolo liscio bronchiale
deve vincere prima che la forza contrattile
da esso generata si traduca in un suo accorciamento
19 . Il carico elastico totale è rappresentato da
tutte le componenti non contrattili della parete
bronchiale e del muscolo liscio stesso (carico interno)
e dalle strutture elastiche del parenchima
polmonare (carico esterno). Una perdita di rigidità
della parete bronchiale può essere presente a causa
della degradazione enzimatica dell’elastina 20 e
del collageno 21 . La conseguente riduzione del carico
elastico sul muscolo liscio comporterebbe una
maggiore capacità di generare forza e un maggiore
accorciamento per una data forza prodotta 21 .Caratteristica
dell’asma bronchiale è la fibrosi subepiteliale
per deposizione di collageno 22 .Ciò renderebbe
le vie aeree più rigide e avrebbe quindi un
effetto protettivo nei confronti del broncospasmo,
ma renderebbe d’altro canto i bronchi meno suscettibili
di dilatazione. Ciò potrebbe spiegare l’evoluzione
verso l’ostruzione fissa nell’asma cronico
23 . Una riduzione del carico elastico esterno è
caratteristica dell’enfisema e potrebbe spiegare l’iperreattività
bronchiale presente in molti pazienti
BPCO. A supporto dell’importanza della forza di
retrazione elastica polmonare quale fattore limitante
l’ostruzione bronchiale è l’osservazione che
la risposta a uno stimolo broncocostrittore è attenuata
a volume polmonare elevato e accentuata a
volume polmonare ridotto 24 .
19

IL VOLTO DELLA BPCO CHE CAMBIA ● QUADERNO 2
Figura 2.10
Rappresentazione schematica dell’effetto
della perdita di interdipendenza
sul calibro bronchiale. In condizioni
di normale trasmissione della forza
di trazione radiale sulla parete bronchiale
da parte del tessuto polmonare
(in alto) un accorciamento del muscolo
liscio bronchiale del 35% determinerebbe
un aumento della Raw
di 8 volte. In presenza di attenuazione
della forza di interdipendenza
(in basso), lo stesso accorciamento del
muscolo liscio bronchiale causerebbe un
incremento della Raw di 50 volte 10 .
R = 1 R = 8
35%
di accorciamento
del muscolo liscio
35%
di accorciamento
del muscolo liscio
35%
di accorciamento
del muscolo liscio
R = 1
R = 50
In teoria, anche in presenza di una normale forza
di retrazione elastica polmonare, il carico elastico
esterno può essere ridotto se la zona di interfaccia
fra bronchi e polmone non è morfologicamente integra
25 .Per esempio, in caso di edema o infiammazione
peribronchiale la trasmissione della forza
di trazione radiale dalle strutture polmonari ai
bronchi potrebbe essere impedita, lasciando libero
il muscolo liscio bronchiale di accorciarsi senza opposizione
(figura 2.10). Ciò avrebbe come conseguenza
l’iperreattività bronchiale.Tuttavia, i dati disponibili
in letteratura non hanno evidenziato relazioni
significative fra lo spessore della parete esterna
del bronco (avventizia) e il grado di ostruzione 9
o iperreattività bronchiale 11 .
CONCLUSIONI
Gli studi dell’ultimo decennio hanno condotto a
un considerevole progresso nelle conoscenze del rimaneggiamento
strutturale delle vie aeree e del parenchima
polmonare nelle malattie infiammatorie
croniche del polmone. La completa comprensione
delle conseguenze funzionali di questo rimaneggiamento
è complessa a causa della frequente coesistenza
di alterazioni funzionali che possono avere
effetti diversi a seconda della loro combinazione.
Nella COPD, le anomalie della meccanica polmonare
risultanti dal rimaneggiamento strutturale
possono costituire il maggiore determinante della
gravità della malattia.
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Limitazione dei flussi
Claudio Tantucci
CURVA FLUSSO-VOLUME
MASSIMALE
L’esecuzione di una manovra di espirazione forzata
a partire da capacità polmonare totale (CPT) sino
a volume residuo (VR), seguita da un’inspirazione
forzata di nuovo sino a CPT, consente di porre
in relazione la variazione del volume polmonare,
convenzionalmente posto sull’asse delle ascisse,
con quella dei flussi massimali espiratori e inspiratori
corrispondenti, ottenendo una curva tipica e
riproducibile per ogni soggetto, nota come curva
flusso-volume massimale 1 (figura 2.11A).
La sua importanza sta nel fatto che riflette, in particolare
per la parte espiratoria che segue il picco di
flusso, solo le proprietà meccaniche del parenchima
polmonare e delle vie aeree, indipendentemente,
seppur entro certi limiti, dalla forza muscolare mas-
21

IL VOLTO DELLA BPCO CHE CAMBIA ● QUADERNO 2
A
B
espiratorio
espiratori
o
Esercizio
Flusso
VRI
CI
V T
VRE
CFR
VR
0
Flusso
0
inspiratorio
inspiratori
Volume
Volume
Figura 2.11A
Curva flusso-volume. Il flusso espiratorio e quello inspiratorio (sull’asse
delle ordinate) sono posti continuamente in relazione con il volume
espirato e successivamente inspirato (sull’asse delle ascisse) durante
la respirazione corrente (linea tratteggiata) e durante una manovra,
espiratoria e inspiratoria, massimale (linea continua) in un soggetto
normale.
Figura 2.11B
In corso di esercizio fisico incrementale il soggetto normale dispone di
4 gradi di libertà (frecce) per aumentare V T e i flussi (linea tratteggiata
spessa) grazie alla cospicua riserva funzionale inspiratoria ed
espiratoria in volume e flusso di cui dispone. Per sforzi da lievi a moderati
CFR tende a ridursi a spese di VRE e CI, di conseguenza,
tende ad aumentare.
simale generabile dal soggetto 2 .Tuttavia, è altrettanto
importante sottolineare che la curva flusso-volume
massimale definisce la disponibiltà di flussi e di
volume polmonare di un soggetto e quindi ne determina
la riserva ventilatoria (figura 2.11A).
Nel soggetto normale che respira tranquillamente a
riposo vi è un’ampia riserva di volume corrente (V T )
ediflusso inspiratorio ed espiratorio. Se necessario,
infatti,V T può aumentare utilizzando sia il volume di
riserva espiratoria (VRE) sia, soprattutto nell’ambito
della capacità inspiratoria (CI), il volume di riserva
inspiratoria (VRI).Analogamente, grazie a una maggiore
attività dei muscoli inspiratori e al reclutamento
dei muscoli espiratori, anche il flusso, rispettivamente
inspiratorio ed espiratorio, può aumentare notevolmente,
consentendo per un dato V T l’incremento
della frequenza respiratoria (fr).Ciò si traduce nella
possibilità di un marcato aumento della ventilazione
minuto (V E =V T x fr) senza alcun aumento
del volume polmonare a fine espirazione, cioè della
capacità funzionale residua (CFR) (figura 2.11B).
OSTRUZIONE
E LIMITAZIONE AL FLUSSO
Nei soggetti BPCO la connotazione funzionale più
importante è l’ostruzione al flusso delle vie aeree, la
quale, indipendentemente dai meccanismi che la
determinano ampiamente delineati in altra parte di
questo capitolo, comporta una diminuzione dei
flussi massimali, in particolare espiratori, relativamente
al rispettivo volume polmonare 3 .L’ostruzione
riduce dunque la riserva di flusso, specialmente
espiratorio, ma tuttavia ne consente ancora
un incremento (figura 2.12). In questo caso, infatti,
il flusso espiratorio a riposo è normalmente generato
dalla differenza tra pressione alveolare e pressione
atmosferica e può essere incrementato aumentando
la pressione pleurica e quindi alveolare
mediante l’attivazione dei muscoli espiratori, senza
necessità di modificare il volume polmonare. In
concomitanza di un’aumentata richiesta ventilato-
22

2. ALTERAZIONI DELLA MECCANICA VENTILATORIA
Flusso
inspiratorio espiratorio
Esercizio
OSTRUZIONE
0
Flusso
inspiratorio espiratorio
Esercizio
OSTRUZIONE
e
FILE
0
Volume
Volume
Figura 2.12
In presenza di ostruzione al flusso la curva flusso-volume massimale
(linea continua spessa) dimostra flussi inspiratori ed espiratori ridotti
rispetto alla condizione di normalità (linea continua sottile) in
rapporto ai corrispondenti volumi polmonari.Tuttavia, in corso di esercizio
fisico incrementale V T e i flussi possono aumentare, almeno inizialmente,
senza alcun incremento di CFR e riduzione di CI (linea
tratteggiata spessa).
Figura 2.13
Se i flussi espiratori sono massimali in corso di respirazione tranquilla, se
cioè la curva flusso-volume corrente (linea tratteggiata) si sovrappone durante
l’espirazione alla curva flusso-volume massimale (linea continua
spessa), è presente FLE. Il soggetto dispone sostanzialmente di un solo
grado di libertà (freccia) per aumentareV T e simultaneamente i flussi espiratori
e inspiratori (linea tratteggiata spessa). In corso di esercizio fisico si
osservano pertanto un aumento di CFR e una speculare riduzione di CI.
ria, pertanto, non si osserverà, almeno inizialmente,
un aumento di CFR.
La limitazione del flusso definisce invece, anche nell’ambito
delle BPCO, quella particolare condizione
funzionale in cui i flussi utilizzati sono già massimali
e non modificabili dall’attività muscolare, in
particolare durante la respirazione a riposo 4 .A differenza
dell’ostruzione, la limitazione di flusso (intratoracico)
è fenomeno che si osserva solamente
in espirazione (flusso limitazione espiratoria, FLE)
a causa della minore riserva fisiologica di flusso
espiratorio (figura 2.13).
In un sistema di tubi comprimibili, quali le vie aeree
intra-toraciche, attualmente si pensa che la limitazione
del flusso espiratorio possa avvenire in
ogni sua parte quando il flusso aereo supera la velocità
di propagazione dell’onda di pressione che lo
genera, causandovi un collasso dinamico (teoria
della limitazione della velocità d’onda) 5 , oppure, secondo
quanto ritenuto in passato, quando la pressione
all’interno delle vie aeree diviene minore di
quella pleurica che si esercita all’esterno (teoria del
punto di ugual pressione) 2 . In ogni caso un ulteriore
aumento della pressione pleurica (e di conseguenza
alveolare) non comporterà alcun incremento
del flusso espiratorio poiché, comunque, esso
risulterà generato solamente dalla pressione di
retrazione elastica del polmone 6 .
La pressione di retrazione elastica polmonare dipende
dal volume del polmone e aumenta solo
con l’incremento del volume polmonare e non con
lo sforzo espiratorio 7 . Quindi in presenza di FLE,
per disporre di una maggiore ventilazione minuto,
quando necessariamente occorrono flussi inspiratori
ma anche espiratori più elevati, la sola
possibilità è quella di respirare a un volume polmonare
più alto con inevitabile e progressivo aumento
di CFR.
FLE si raggiunge fisiologicamente in tutti i soggetti
durante l’esecuzione della manovra di capa-
23

IL VOLTO DELLA BPCO CHE CAMBIA ● QUADERNO 2
cità vitale forzata espiratoria (CVF) correttamente
eseguita 8 .Tuttavia, mentre nei soggetti normali
FLE si osserva solamente in questa circostanza (salvo
prestazioni ventilatorie eccezionali durante
sforzo strenuo, di solito in individui di età avanzata
9 ), in soggetti BPCO FLE può anche verificarsi
dapprima nel corso di esercizio fisico, dove
necessitano ventilazione minuto e flussi espiratori
elevati 10 e poi, come sottolineato in precedenza,
nei casi più gravi a riposo, inizialmente in decubito
supino e successivamente in posizione seduta
o eretta 11 .
FATTORI PREDISPONENTI
ALLA LIMITAZIONE AL FLUSSO
L’esistenza di una marcata ostruzione al flusso aereo,
in particolare quando si caratterizza per una spiccata
riduzione dei flussi espiratori ai bassi volumi
polmonari, rappresenta ovviamente il principale
fattore che favorisce lo sviluppo di FLE 12 . In questo
senso, infatti, più che il valore del VEMS (specie
in percento del predetto) appare maggiormente
critica la morfologia della curva flusso-volume
massimale espiratoria in corrispondenza del volume
corrente (figura 2.13).
In ogni caso FLE tende a manifestarsi più facilmente
quando è la riduzione della pressione di retrazione
elastica del polmone a determinare prevalentemente
l’ostruzione al flusso a causa della più
facile compressione dinamica delle vie aeree intrapolmonari
13 , anche in conseguenza di una riduzione
del meccanismo di interdipendenza parenchimale
14 .
Elevati volumi correnti e/o alte frequenze respiratorie necessari
per soddisfare un’aumentata richiesta ventilatoria
di qualsiasi natura, quando si associano a
un’ostruzione al flusso, indubbiamente favoriscono,
sia durante esercizio fisico sia a riposo, la comparsa
di FLE.
Infine, dal momento che in posizione supina CFR
si riduce per l’azione esercitata dal contenuto addominale
sul diaframma a causa della forza gravitazionale
7 in assenza di modificazioni significative
della curva flusso-volume massimale 15 , l’assunzione
di questa posizione corporea comporta necessariamente
una diminuita riserva di flusso, specie espiratorio,
in corrispondenza del volume corrente e
di per sé rende più facile l’insorgenza di FLE, in
particolare in soggetti affetti da BPCO 16 .
CONSEGUENZE DELLA
LIMITAZIONE AL FLUSSO
In condizioni di FLE il flusso espiratorio utilizzabile
(non modificabile dall’attività muscolare) è già
il più elevato possibile: in queste condizioni per
raggiungere il proprio volume di rilasciamento
(Vr: determinato dall’equilibrio elastico tra polmone
e parete toracica) il sistema respiratorio necessita
di tempi obbligati in relazione al volume
inspirato. Per completare la normale espirazione,
infatti, un soggetto con FLE ha bisogno di un tempo
espiratorio che, per un dato V T ,deve ovviamente
essere tanto più prolungato quanto più basso
è il valore del flusso espiratorio possibile per
quel soggetto. In queste circostanze, facilmente già
durante respirazione tranquilla, ma obbligatoriamente
se il tempo espiratorio è ridotto (in senso
assoluto: fr elevata; in senso relativo: V T elevato),
l’inspirazione successiva inizierà partendo da un
volume polmonare di fine espirazione maggiore di
Vr e si originerà un’iperinflazione dinamica
(CFR>Vr) 17 .
A differenza di un’ostruzione al flusso più o meno
grave, dunque, l’esistenza di FLE a riposo si associa
molto spesso, anche se non obbligatoriamente, durante
respirazione tranquilla a un’iperinflazione dinamica
polmonare 11,18 . La sua comparsa risulterà
comunque inevitabile durante lo svolgimento di
una qualsiasi attività fisica, poiché la sola possibilità
di aumentare il flusso espiratorio, se è presente FLE,
resta quella di respirare progressivamente a volumi
polmonari assoluti più elevati con incremento della
CFR e speculare riduzione della CI 10 .
Infine, in condizioni di FLE l’eventuale utilizzo dei
muscoli espiratori durante l’attività respiratoria, sebbene
non comporti alcun aumento del flusso espiratorio,
tende tuttavia a favorire, tramite l’incremento
della pressione pleurica che ne consegue,
un’ulteriore compressione dinamica delle vie aeree
intratoraciche poste distalmente (cioè verso la bocca)
rispetto al segmento responsabile della limitazione
al flusso. Questo meccanismo è stato recentemente
associato con l’aumento della sensazione di
dispnea avvertita in pazienti BPCO e con FLE 19 .È
ipotizzabile che la respirazione con espirazione a labbra
socchiuse, caratteristicamente adottata da questi
soggetti, attraverso l’aumento della pressione all’interno
del lume bronchiale che determina, possa alleviarne
la sensazione di dispnea controbilanciando
l’eccessiva compressione dinamica delle vie aeree.
24

2. ALTERAZIONI DELLA MECCANICA VENTILATORIA
IPERINFLAZIONE DINAMICA
Ogniqualvolta il volume polmonare a fine espirazione,
identificato dalla capacità funzionale residua
(CFR), è superiore al volume di rilasciamento del
sistema respiratorio (Vr), determinato dall’equilibrio
tra le forze elastiche contrapposte esercitate dal
polmone e dalla parete toracica, si verifica un’iperinflazione
dinamica (CFR>Vr, dove Vr può essere
= oppure > al predetto).
Come sottolineato in precedenza la limitazione al
flusso espiratorio facilita grandemente e molto
spesso si trova associata con un’iperinflazione dinamica.
L’iperinflazione dinamica, tuttavia, può verificarsi
in assenza di FLE per altri meccanismi che
agiscono sia passivamente sia attivamente.
Tra i primi, una diminuita elastanza polmonare, vale
a dire un’aumentata distensibilità polmonare (C), e/o
un eccessivo aumento della resistenza al flusso delle vie
aeree (R), causando un allungamento della costante
di tempo del sistema respiratorio (τ,rs) che risulta
dal loro prodotto (τ,rs = CxR), possono impedire
una completa deflazione sino a Vr se, prima
della susseguente inspirazione,il tempo espiratorio (Te)
non è lungo a sufficienza o addirittura è ridotto per un
aumento della frequenza respiratoria 17 .
Nelle BPCO gravi questo può accadere anche se
viene marcatamente ridotta l’azione di freno esercitata
dall’attività dei muscoli inspiratori nella prima
parte dell’espirazione e se l’espirazione diviene
attiva per reclutamento dei muscoli espiratori. In
queste circostanze un’elevata domanda ventilatoria
(febbre, ansia, dolore ecc.) con incremento del V T e
ulteriore aumento della fr rende molto più probabile
la comparsa di iperinflazione dinamica.
Anche meccanismi attivi, legati cioè alla contrazione
muscolare, sono in grado, rallentando il flusso
espiratorio, di indurre iperinflazione dinamica.
La persistente attivazione dei muscoli inspiratori, in particolare
della gabbia toracica, nel corso dell’espirazione
20 e/o il restringimento espiratorio della glottide
che si verificano per esempio durante broncostruzione
acuta nell’asma sono ritenuti responsabili dell’iperinflazione
dinamica che si osserva in queste
circostanze 21 .
Sebbene l’iperinflazione dinamica possa causare modificazioni
fisiopatologiche favorevoli quali aumentare
il calibro delle vie aeree, diminuendone la resistenza
la flusso, e migliorare l’entità e la distribuzione
della ventilazione all’interno del polmone, riducendo
le alterazioni dello scambio gassoso, molteplici
sono gli aspetti negativi che l’accompagnano.
Indipendentemente dai meccanismi in causa, infatti,
l’iperinflazione polmonare dinamica, a differenza
di quella statica (CFR=Vr, dove Vr>predetto)
che si instaura progressivamente nel tempo permettendo
un certo grado di rimodellamento strutturale
e quindi funzionale dei muscoli inspiratori 22 ,
per le modalità con cui si produce, ne provoca invece
un rapido e sostanziale accorciamento che si
riflette in una diminuita capacità di generare forza
e produrre quindi pressione,a parità di stimolo neurale
23 . Ciò, più che per i muscoli della gabbia toracica,
è vero per il diaframma, il quale anche per
motivi geometrici (minore curvatura degli emidiaframmi
e disposizione più radiale che assiale delle
fibre inserite sulle coste) e per riduzione della zona
di apposizione e conseguentemente della forza
apposizionale diviene molto meno efficiente come
generatore di pressione 23 .
D’altra parte, analogamente a quanto accade in caso
di iperinflazione statica, la respirazione, avvenendo
a volume polmonare assoluto più elevato,
insiste in una parte della curva pressione-volume
del sistema respiratorio più curvilinea che impone
un maggiore carico (e lavoro) elastico durante l’acquisizione
del V T ai muscoli inspiratori.A ciò si aggiunge
una maggiore impedenza della gabbia toracica
all’inflazione dovuta a uno spostamento in senso
craniale delle coste a fine espirazione.
In ultimo, ma fenomeno di grande rilievo e in netta
contrapposizione con quanto si verifica in presenza
di iperinflazione statica, il mancato raggiungimento
del Vr, che tipicamente caratterizza l’iperinflazione
dinamica, implica di necessità che la
pressione alveolare media a fine espirazione sia sopra-atmosferica,
che esista, cioè, una pressione tele-espiratoria
positiva (PEEP), definita come PEEP
intrinseca (PEEPi) o auto-PEEP (figura 2.14) 24 .
La presenza di PEEPi ostacola il ritorno venoso intratoracico
e compromette la gettata cardiaca, peggiora
lo scambio gassoso intrapolmonare in relazione
alla sua inomogenea distribuzione regionale,
ma soprattutto costituisce un carico inspiratorio di
natura elastica che i muscoli inspiratori devono
controbilanciare prima di generare una pressione
alveolare negativa, cioè sub-atmosferica, e permettere
l’inizio di un flusso inspiratorio 25 .
Stime condotte su pazienti con BPCO meccanicamente
ventilati hanno dimostrato che il lavoro imposto
dalla PEEPi sui muscoli inspiratori eccedeva
tutte le altre componenti (resistive e visco-elastiche)
del lavoro respiratorio non elastico e che da solo rappresentava
più del 50% del lavoro elastico totale 26 .
25

IL VOLTO DELLA BPCO CHE CAMBIA ● QUADERNO 2
te associata alla percezione di dispnea, in particolare
inspiratoria, riferita da soggetti BPCO nel corso di
esercizio fisico 27 .Sia il valore del rapporto Pi/Pi,max
sia l’intensità della dispnea appaiono ben correlati
con alcuni indici funzionali di iperinflazione dinamica
e in particolare con l’incremento di CFR 27 .
b
c
Volume corrente
CONCLUSIONI
Volume
a
Vr
Volume corrente
CFR
dinamicamente
determinata
PEEPi
In conclusione, FLE rappresenta una condizione
funzionale peculiare che differisce dalla semplice
ostruzione al flusso.È causata dall’ostruzione al flusso
delle vie aeree ed è facilitata da elevate richieste
ventilatorie e dalla posizione supina. Favorendo
la compressione dinamica delle vie aeree e la comparsa
di iperinflazione polmonare dinamica, FLE
contribuisce significativamente alla sensazione di
dispnea nei soggetti con BPCO, in particolare durante
esercizio fisico.
_
0 Pressione
+
Figura 2.14
La curva pressione-volume statica del sistema respiratorio indica che
normalmente alla fine di un’espirazione corrente la pressione alveolare
è atmosferica, cioè pari a 0 cm H 2 O e che il lavoro elastico compiuto
dai muscoli inspiratori durante l’inspirazione è rappresentato dall’area
“a”. In presenza di iperinflazione dinamica il lavoro elastico durante
un’inspirazione comparabile (area “c”) è aumentato (area “c” >
area “a”) per la minore distensibilità del sistema respiratorio (essenzialmente
del polmone) a volumi polmonari più elevati. Inoltre, la pressione
alveolare a fine espirazione è sovra-atmosferica, cioè positiva
(PEEPi) (linea tratteggiata) e pertanto i muscoli inspiratori devono controbilanciarla
prima di poter generare un flusso inspiratorio e iniziare
l’inspirazione successiva, eseguendo un sforzo sostanzialmente isometrico.
Ciò comporta un lavoro di tipo elastico aggiuntivo, quantificato
dall’area “b”.Vr = volume di rilasciamento del sistema respiratorio.
In condizioni di iperinflazione dinamica un aumentato
lavoro elastico dovuto sia all’elevato volume
polmonare a cui si attua il V T , sia, soprattutto,
alla presenza del carico soglia imposto dalla PEEPi
deve quindi essere sostenuto da muscoli inspiratori
funzionalmente meno efficienti.
Questa discrepanza tra la maggiore forza che deve
essere generata per produrre l’aumento di pressione
richiesto a ogni inspirazione (Pi) e la diminuita forza
(e quindi pressione) massima che può essere sviluppata
dai muscoli inspiratori (Pi,max), specialmente
quando rapportata alla risposta ventilatoria ottenuta
(V T /capacità vitale), risulta significativamen-
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Alterazioni del torace e della pompa ventilatoria
nella BPCO
Andrea Rossi
Il torace è, con i centri respiratori e i muscoli
respiratori, una componente della pompa ventilatoria.
Chiaramente, quando si parla di alterazioni
meccaniche della pompa ventilatoria si intendono
quelle riferibili alla struttura passiva torace-addome
e ai muscoli respiratori. Restano ovviamente
esclusi i centri respiratori che, pur essendo
una componente fondamentale della pompa
ventilatoria, non presentano alterazione di macromeccanica.
27

IL VOLTO DELLA BPCO CHE CAMBIA ● QUADERNO 2
Tutto quello che accade nel polmone si ripercuote
sul torace 1 . Le due strutture hanno compiti apparentemente
diversificati, cioè lo scambio gassoso
e la ventilazione, rispettivamente.Tuttavia, proprio
per l’interconnessione anatomica e funzionale tra
queste due componenti dell’apparato respiratorio,
le alterazioni della meccanica del torace svolgono
un ruolo fondamentale nella progressione della fisiopatologia
della BPCO.
Sebbene non si possa stabilire con certezza l’esatta
cronologia del momento in cui la meccanica
del torace perde le sue caratteristiche di “normalità”
nella storia naturale della BPCO, è possibile
assumere con ragionevole approssimazione che le
alterazioni meccaniche della parete toracica acquisiscono
un rilevante significato clinico in due
condizioni:
●
●
VEMS stabilmente

2. ALTERAZIONI DELLA MECCANICA VENTILATORIA
Volume polmonare (l)
0,8
Cdyn,l CcW
0,6
0,4
C
D
I B
0,2
Vr
0
-15 -10 -5 0 5
Pes (cmH 2 O)
10 15 20 25
E
Figura 2.15
Relazione tra il volume polmonare sopra la capacità
funzionale residua e la pressione pleurica (Pes) (diagramma
di Campbell) in un paziente con iperinflazione
polmonare statica (Vr = volume di riposo elastico
dell’apparato respiratorio a un valore positivo di
Pes) e dinamica. Le linee indicano la relazione volume-Pes
della compliance dinamica polmonare
(Cdyn, l) e della compliance toracica (Ccw). Il punto
B segna la fine dell’espirazione e l’inizio dello
sforzo inspiratorio; il punto I segna l’inizio dell’inspirazione
vera e propria. Quindi il segmento B-I
rappresenta la PEEP intrinseca controbilanciata dalla
contrazione dei muscoli inspiratori; il punto B indica
la fine dell’inspirazione che è quindi descritta
dal segmento I-B; il segmento C-D rappresenta la
breve pausa di fine inspirazione; il punto D segna
l’inizio dell’espirazione che è attivamente guidata dai
muscoli espiratori sino al punto E; il segmento C-B
rappresenta la riduzione di pressione pleurica alla fine
dell’espirazione per il rilasciamento dei muscoli
espiratori. In questo paziente la variazione di pressione
pleurica alla fine dell’espirazione prima dell’inspirazione
vera è in gran parte determinata dal
rilasciamento dei muscoli espiratori attivo durante l’espirazione,mentre
è minimo il contributo della PEEP
intrinseca vera e propria, limitata al segmento B-I
(modificata da 5 ).
a provocare l’eccessiva limitazione del flusso espiratorio,
come descritto in altra parte di questo capitolo,può
determinare addirittura la chiusura precoce
di alcuni bronchioli durante l’espirazione,con
conseguente “intrappolamento” dell’aria inspirata
a valle di quelle vie aeree. Seppur in parte compensato
dalla ventilazione collaterale, quell’intrappolamento,
che certamente contribuisce all’aumento
del volume residuo (VR), può essere uno
dei meccanismi dell’aumento anche della CFR.
Nei casi più gravi, l’aumento di CFR può superare
il valore teorico della capacità polmonare totale
(CPT).
Eccessiva limitazione
del flusso espiratorio
La terza causa di aumento della CFR è l’eccessiva
limitazione del flusso espiratorio, ancora dovuta alla
compressione dinamica delle vie aeree in assenza
della trazione elastica parenchimale, che frena ulteriormente
l’espirazione corrente, già rallentata dalla
ridotta forza di retrazione elastica del polmone.
In queste condizioni, il punto di equilibrio elastico
dell’apparato respiratorio non viene raggiunto nel
tempo disponibile per una espirazione corrente e il
nuovo sforzo inspiratorio interviene a interrompere
un’espirazione ancora incompleta (figura 2.16) 6 .
La quantità di volume che rimane nei polmoni e
nelle vie aeree per questo meccanismo “dinamico”
dipende dall’entità della flusso-limitazione, dalla
compliance e dalla frequenza respiratoria:maggiori sono
queste tre grandezze, maggiore è il volume che
non viene espirato. Infatti, la perdita di forza di retrazione
elastica del polmone, cui corrisponde una
compliance elevata, non ha solo conseguenze statiche.
La retrazione elastica, immagazzinata durante l’inspirazione
precedente, è la principale forza di spinta
del flusso espiratorio in condizioni di rilasciamento
dei muscoli espiratori e anche in presenza di
attività degli stessi se la limitazione del flusso è eccessiva.
Pertanto, a un’elevata compliance con ridotta
forza di retrazione elastica corrisponde un flusso
espiratorio più lento. La frequenza respiratoria elevata,
per esempio >25-30 atti/min, si associa a un
tempo espiratorio ridotto, insufficiente per un’espirazione
completa al punto di equilibrio elastico.
Inoltre,la possibilità di completare l’espirazione cor-
29

IL VOLTO DELLA BPCO CHE CAMBIA ● QUADERNO 2
Figura 2.16
Tracciato di flusso (V'), pressione
transdiaframmatica (Pdi), gastrica
(Pga) ed esofagea (Pes) in un paziente
rappresentativo con BPCO
durante la respirazione corrente. Il
volume corrente era 0,75 l. La linea
verticale tratteggiata indica il
tempo corrispondente all’inizio del
flusso inspiratorio. Si noti come il
flusso espiratorio termini improwisamente
alla fine dell’espirazione,
mentre la variazione della Pdi e
della Pes (sforzo inspiratorio) è già
iniziata, mentre la Pga rimane costante
nell’intervallo. La differenza
tra il punto corrispondente l’inizio
della variazione della Pdi e della
Pes e il punto zero del flusso rappresenta
la PEEP intrinseca che
deve essere controbilanciata dalla
contrazione dei muscoli inspiratori
per iniziare la fase di inspirazione
(modificata da 6 ).
V'
(l.s –1 )
Pdi
(cmH 2 O)
0,5
0
10
PEEPi
1s
INSP
0
Pga
(cmH 2 O)
10
Peso
(cmH 2 O)
–10
PEEPi
0
rente dipenderà anche dalla quantità di volume inspirato.
Chiaramente, tanto maggiore sarà il volume
inspirato, tanto più lungo sarà il tempo richiesto per
espirarlo e tanto più probabile sarà l’interruzione
dell’espirazione da parte del nuovo sforzo inspiratorio
e quindi l’iperinflazione “dinamica”.
Non sono disponibili dati di misura diretta del “volume
intrappolato” per chiusura delle vie aeree o
per eccessiva limitazione del flusso espiratorio nei
pazienti con BPCO grave, ma stabile. Tuttavia, almeno
la componente da causa dinamica del volume
è calcolabile dal valore della PEEP intrinseca
(vedi oltre) per la quale esistono molti dati in letteratura.
È verosimile che 200-400 ml di CFR siano
determinati da questo meccanismo dinamico.
Allungamento della costante di tempo
La costante di tempo (τ) risulta dal prodotto della
resistenza delle vie aeree (R) e della compliance respiratoria
(C) secondo la semplice formula: τ = C × R.
A causa della distruzione di fibre elastiche, C è più
alta del normale nella BPCO. Nello stesso tempo, a
causa dell’infiammazione della parete bronchiale, la
30

2. ALTERAZIONI DELLA MECCANICA VENTILATORIA
resistenza al flusso è fortemente aumentata. Ne consegue
che la costante di tempo è molto più lunga
nei pazienti BPCO rispetto ai soggetti normali, nei
quali un valore di circa 0,2 sec risulta da una compliance
respiratoria di 0,1 l cmH 2 O-1 per una resistenza
al flusso di 2 cmH 2 O.L-1.s. Un tempo espiratorio
>4τ è necessario per completare un’espirazione
corrente e raggiungere il volume di equilibrio
elastico dell’apparato respiratorio prima dell’inspirazione
successiva. Se la costante di tempo è allungata
per l’aumentato valore di C e/o di R, come accade
nella BPCO, il tempo espiratorio non è sufficiente
e l’espirazione viene interrotta dall’inspirazione
successiva prima che sia raggiunto il punto di
equilibrio elastico. La discrepanza quindi tra una τ
allungata e un tempo espiratorio relativamente breve
è una causa ulteriore di iperinflazione dinamica.
Questo meccanismo è sostanziale nell’iperinflazione
dinamica in corso di riacutizzazione.Tuttavia,nella
BPCO, l’esistenza costante dell’eccessiva limitazione
del flusso espiratorio rende meno significativa
la variazione di valore della costante di tempo in
senso stretto.
Conseguenze
Le conseguenze dell’iperinflazione polmonare sono
devastanti per la pompa ventilatoria e costituiscono
il meccanismo principale dell’insufficienza
respiratoria cronica e cronica riacutizzata. Sinteticamente,
l’iperinflazione polmonare causa un significativo
aumento dello sforzo inspiratorio, mentre
è ridotta la capacità dei muscoli inspiratori di
generare forza, a parità di stimolo centrale.
Lavoro respiratorio
In primo luogo, vi può essere un aumento del lavoro
respiratorio elastico. Infatti, i muscoli inspiratori
devono espandere non solo il polmone, ma anche
la parete toracica che a elevati volumi polmonari
ha una retrazione verso l’interno. Inoltre, se la
compliance statica totale dell’apparato respiratorio
(polmone e parete toracica) può essere nei limiti di
norma o di poco aumentata, la compliance polmonare
dinamica (Cdyn,l) è diminuita e il lavoro elastico
è di conseguenza maggiore. Chiaramente l’aumento
della resistenza delle vie aeree per l’infiammazione
della parete bronchiale accresce la componente
resistiva del lavoro respiratorio totale, che ne risulta
quindi ulteriormente appesantito.La condizione può
essere ben rappresentata utilizzando la classica equazione
di moto dell’apparato respiratorio:
Pmus = V T /Cdyn + RxV' (1)
dove Pmus è la pressione sviluppata dalla contrazione
dei muscoli inspiratori del paziente, V T è il
volume corrente, Cdyn è la compliance dynamica,R
è la resistenza al flusso aereo inspiratorio,V' è il flusso
stesso, talvolta espresso dal flusso inspiratorio medio
V T /T I in cui T I è il tempo inspiratorio. Chiaramente
ogni riduzione di compliance e/o aumento di
resistenza richiederà una maggiore pressione da parte
dei muscoli, cioè uno sforzo più consistente, a
parità di flusso e di volume e quindi un aumento
del lavoro respiratorio (work of breathing,WOB) che
è dato dalla forza (Pmus) per lo spostamento (V T ):
WOB = Pmus × V T (2)
PEEP intrinseca
In secondo luogo, forse ancora più importante per
la fisiopatologia della fase di riacutizzazione, l’incompleta
espirazione lascia una pressione alveolare
positiva alla fine dell’espirazione, conseguente alla
presenza di forza di retrazione elastica che stava guidando
il flusso espiratorio nel momento in cui questo
è bruscamente invertito dalla contrazione dei
muscoli inspiratori. Chiaramente, la pressione alveolare
positiva alla fine dell’espirazione deve essere
controbilanciata dai muscoli ispiratori per creare
una pressione negativa nelle vie aeree centrali e
dare quindi inizio all’inspirazione vera e propria.
Questa pressione alveolare positiva di fine espirazione
è stata denominata PEEP intrinseca (PEEPi),
per analogia con la PEEP (positive end-expiratory pressure)
fissata durante la ventilazione meccanica. In
presenza di PEEPi l’equazione 1 diviene:
Pmus = PEEPi + V T /Cdyn + RxV' (3)
Nei pazienti con BPCO avanzata, in condizioni di
stabilità, senza insufficienza respiratoria cronica, la
PEEP intrinseca ammonta a 2-3 cm H 2 O, di media,
aumentando a >10 cm H 2 O nelle fasi di riacutizzazione,
nei pazienti con insufficienza respiratoria
cronica grave 7 ,e nell’esercizio fisico. È importante
ricordare che la PEEPi, misurata nei pazienti
in ventilazione spontanea, rappresenta la pressione
positiva minima da controbilanciare perché
l’inspirazione abbia inizio, cioè la PEEPi nelle unità
31

IL VOLTO DELLA BPCO CHE CAMBIA ● QUADERNO 2
15
13
AP = 5 cmH 2 O
5
polmonari regionali con la più breve costante di
tempo.A causa della disomogeneità della distruzione
del tessuto polmonare e dell’infiammazione delle
vie aeree, la PEEPi risulterà disomogeneamente
distribuita con valori molto più elevati nelle unità
regionali con elevata compliance e lunga costante di
tempo 8 (figura 2.17). Il valore medio e più indicativo
della PEEPi si ottiene con una breve occlusione
(3-5 sec) di fine-espirazione e la misura della
pressione positiva all’apertura delle vie aeree. Questa
manovra, semplice nei pazienti in ventilazione
meccanica, è scarsamente affidabile come tecnica di
misura nei soggetti che respirano attivamente per
l’attivazione dei muscoli sia inspiratori sia espiratori
in reazione all’occlusione.
Quindi, in condizioni di iperinflazione polmonare,
i muscoli inspiratori affrontano una contrazione
in due fasi: dapprima una contrazione isometrica
per controbilanciare la PEEPi, successivamente
la contrazione isotonica per generare il flusso e
il volume inspiratorio (figura 2.16). Lo sforzo inspiratorio
di un paziente con BPCO e iperinflazione
polmonare, cioè della maggioranza dei pazienti
con VEMS

2. ALTERAZIONI DELLA MECCANICA VENTILATORIA
23
23
21
21
19
19
17
17
Tensione (kg/cm 2 )
15
13
11
9
15
13
11
9
SE
SC
7
7
5
5
3
3
1
1
40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Lunghezza (%)
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Lunghezza (cm)
Figura 2.18
Relazioni di lunghezza-tensione del diaframma animali di controllo (criceti)
(SC) e in criceti enfisematosi (SE). Quando la lunghezza del muscolo
è espressa in valore assoluto (pannello destro), la relazione ottenuta
negli animali enfisematosi si sposta verso sinistra e la lunghezza ottimale,
cioè quella che genera la massima forza (LO) si riduce. Quando
la lunghezza del muscolo è espressa in percentuale di LO, le due curve
si sovrappongono (a sinistra) e la tensione massima (espressa in kg/cm 2 )
rimane nella norma anche negli animali enfisematosi (modificata da 9 ).
L’iperinflazione altera anche la configurazione geometrica
del diaframma, il cui raggio di curvatura
aumenta appiattendosi la cupola del tendine centrale.
In conseguenza della legge di Laplace, l’aumento
del raggio di curvatura porta a una riduzione
della forza generabile. Così, per entrambi questi
elementi, riduzione della lunghezza iniziale e aumento
del raggio di curvatura, la capacità di produrre
pressione da parte delle fibre del diaframma,
a parità di stimolo centrale, è ridotta senza che intervenga
necessariamente alcun fattore a modificare
la contrattilità intrinseca delle fibre stesse.
Inoltre, la minore pressione generata ha una compromessa
capacità di espandere la cassa toracica in
condizioni di iperinflazione polmonare, rispetto al
normale, per la riduzione dell’area di apposizione,
cioè la zona inferiore della parete toracica (caudalmente
alla VII costa) in cui l’addome è a contatto
con la parete costale. L’area di apposizione riveste una
fondamentale importanza nella ventilazione corrente.
La contrazione delle fibre del diaframma determina
l’abbassamento del grande tendine centrale e
una pressione intratoracica negativa che prima controbilancia
la PEEPi e poi crea il flusso inspiratorio.
Di simile entità, ma di segno contrario, quell’abbassamento
causa anche un aumento della pressione addominale,
particolarmente nell’addome alto e quindi
anche sull’area di apposizione. Questo aumento di
pressione nell’addome superiore (misurabile dalle variazioni
di pressione gastrica durante gli atti inspiratori)
determina un aumento di volume della parete
toracica inferiore che contribuisce a negativizzare ulteriormente
la pressione intratoracica e a espandere
le basi polmonari cui è diretta la maggior parte della
perfusione per lo scambio gassoso. Con la diminuzione
dell’area di apposizione questa azione della
pressione addominale sulla parete toracica inferiore
viene persa, riducendo sostanzialmente l’azione inspiratoria
del diaframma (figura 2.19) 12 . Quest’ultimo
si trova così a dover agire in buona parte da “diaframma”
vero e proprio. La contrazione delle sue fibre
avrà infatti come compito fondamentale non di
abbassare il pavimento del torace e di aumentare il
volume della parete toracica inferiore, ma di creare
una tensione isometrica capace di controbilanciare la
pressione intratoracica negativa generata dai muscoli
inspiratori extradiaframmatici per impedire che questa
risucchi nel torace il contenuto addominale invece
di espandere il torace superiore, che rimane ormai
l’unica possibilità di inspirare 12 .
33

IL VOLTO DELLA BPCO CHE CAMBIA ● QUADERNO 2
Figura 2.19
Illustrazione schematica dell’azione del
diaframma sulla parete toracica in un soggetto
normale (sinistra) e in un paziente
con BPCO (destra). Normalmente, la
parte bassa della parete toracica (RC) viene
espansa (1) dall’azione diretta dell’inserzione
muscolare (2) e dall’aumento
della pressione intra-addominale sulla
zona di apposizione; questi effetti sono
in parte controbilanciati dall’azione della
pressione pleurica negativa sulla parte
alta della parete toracica (3). Il bilancio
finale delle forze applicate è inspiratorio,
ma le azioni meccaniche 1 e 2 diventano
progressivamente meno efficaci con
l’aumento del volume polmonare.Nel paziente
con iperinflazione polmonare, l’azione
espansiva del diaframma è compromessa
perché si riduce la zona di apposizione
e l’effetto inserzionale diventa
addirittura espiratorio. Un aumento dell’attività
dei muscoli inspiratori extradiaframmatici
è necessario per compensare
l’alterazione negli effetti meccanici del
diaframma (modificata da 12 ).
2
1
3
Normale
RC
L
D1
1
3
COPD
RC
L
D1
Pab
2 2
In sintesi, quindi, il diaframma non solo genera meno
pressione a parità di stimolo, ma perde anche
buona parte, se non tutta, della sua azione come
muscolo inspiratorio riducendosi a uno stabilizzatore
del torace inferiore.
MECCANISMO
DI ADATTAMENTO
Studi sperimentali, su animali con enfisema polmonare
indotto, hanno dimostrato che l’iperinflazione
polmonare prolungata causa una perdita del
10-15% di sarcomeri nelle fibre del diaframma.
Questa riduzione nel numero di sarcomeri modifica
la curva tensione-lunghezza che viene spostata
a sinistra verso lunghezze minori, così che la capacità
di generare pressione è relativamente conservata
anche a una minore lunghezza delle fibre.
Ovviamente, simili misure dirette non esistono nei
pazienti. Esistono misure indirette che suggeriscono
la presenza di simili meccanismi compensatori
di “rimodellamento”. È infatti vero che i pazienti
con BPCO avanzata sviluppano una pressione transdiaframmatica
massima significativamente minore
di quella generata da soggetti normali; tuttavia,
quando la pressione transdiaframmatica è rapportata
al volume polmonare in cui è generata, il valore
è di fatto sovrapponibile a quello generabile da
un soggetto normale a quel volume polmonare (figura
2.20) 13 . In altre parole, il rimodellamento del
diaframma, con la perdita di sarcomeri, conserva la
capacità del muscolo di produrre forza. Il minor valore
di questa rispetto alle condizioni di normalità
è sostanzialmente determinato dall’aumentata CFR
cui opera il diaframma nei pazienti BPCO, senza
sostanziali alterazioni della contrattilità intrinseca
delle fibre.
Spesso, tuttavia, altri fattori come la malnutrizione,
gli squilibri elettrolitici, la terapia steroidea, l’ipossiemia
e l’ipercapnia determinano una debolezza di
tutta la muscolatura scheletrica, in cui sono coinvolti
anche i muscoli respiratori e il diaframma. In
particolare, è importante sottolineare il danno che
una terapia steroidea per via generale causa ai muscoli
respiratori nei pazienti BPCO.
34

2. ALTERAZIONI DELLA MECCANICA VENTILATORIA
32
28
24
20
Soggetti normali
Pazienti BPCO
Figura 2.20
Relazione tra la pressione transdiaframmatica
misurata durante la stimolazione sovramassimale
(twich) del nervo frenico (Pdi,t) e
il volume polmonare espresso come % della
capacità polmonare teorica (% pred TLC) in
soggetti normali e in pazienti BPCO e iperinflazione
polmonare. In tutti i soggetti, la
Pdi,t è stata misurata in condizioni di rilasciamento.
Si osserva come a parità di volume
polmonare, i pazienti sviluppino una
maggiore Pdi,t dei soggetti normali (modificata
da 13 ).
Pdi,t (cmH2O)
16
12
8
4
0
40 70 100 130
Volume (% pred TLC)
MUSCOLI INSPIRATORI
EXTRADIAFRAMMATICI
Poiché i pazienti BPCO hanno un diaframma meno
efficace dei soggetti normali, la ventilazione è
sostenuta principalmente dai muscoli inspiratori extradiaframmatici
e in particolare dai muscoli intercostali
parasternali e dagli scaleni.
Scarsa è invece l’attività dello sternocleidomastoideo
e del trapezio in condizioni di ventilazione corrente.
Alcuni dati sperimentali indicano che le proprietà
forza-lunghezza dei muscoli intercostali parasternali
sono differenti da quelle del diaframma. La lunghezza
ottimale delle fibre di quelli per generare la
massima forza è a livello della CPT e non della CFR
come per il diaframma.
Accanto al rimodellamento del diaframma, questa
diversa proprietà forza-lunghezza degli intercostali
parasternali consente, ai pazienti con BPCO grave,
di sostenere la ventilazione anche a livelli molto elevati
di iperinflazione polmonare, come quando la
CFR supera il valore teorico della CPT.
MUSCOLI ESPIRATORI
Mentre il retto dell’addome e l’obliquo esterno
rimangono in condizioni di rilasciamento durante
la ventilazione corrente,il muscolo trasverso dell’addome
è attivo durante l’espirazione corrente
nei pazienti con BPCO di grado avanzato. Da un
punto di vista strettamente teleologico, quella contrazione
non appare di grande utilità. Infatti, a causa
dell’eccessiva limitazione del flusso espiratorio,
l’attività di un muscolo espiratorio, che contribuisce
a rendere più positiva la pressione intratoracica,
non può incrementare il flusso aereo, mentre
aumenta la compressione dinamica delle vie aeree.
Il fenomeno è ben visualizzato durante l’espirazione
forzata in cui il flusso espiratorio è spesso
inferiore al flusso espiratorio corrente allo stesso
volume.
È stato ipotizzato che la riduzione del volume addominale
determinato dall’attività dei muscoli espiratori
possa aumentare la lunghezza delle fibre diaframmatiche
alla fine dell’espirazione,mettendo così
il diaframma stesso in una migliore condizione
35

IL VOLTO DELLA BPCO CHE CAMBIA ● QUADERNO 2
Tabella 2.1
Cause dell’iperinflazione polmonare
● Ridotta forza di retrazione elastica del polmone
● Interdipendenza parenchima-vie aeree
– Chiusura precoce di bronchioli durante l’espirazione
– Eccessiva limitazione del flusso espiratorio
● Allungamento della costante di tempo
● Insufficiente tempo espiratorio
– Elevata frequenza respiratoria
– Eccessivo volume inspirato
Tabella 2.2
Conseguenze dell’iperinflazione polmonare
● Maggiore sforzo (lavoro) inspiratorio
– PEEP intrinseca
– Bassa Cdyn
– Elevata resistenza
● Minore forza dei muscoli inspiratori
– Minore lunghezza
– Minore area di apposizione
– Minore curvatura del diaframma
operativa per generare la pressione necessaria all’inspirazione.
In realtà, i muscoli addominali si rilasciano
immediatamente prima dell’inizio dell’inspirazione,
perciò quel tipo di azione non appare
particolarmente significativa come forma di “supporto
inspiratorio”. Molto probabilmente, l’attività
dei muscoli espiratori durante l’espirazione è solo
la conseguenza del più vigoroso stimolo (drive) centrale
nei pazienti con BPCO grave. Infatti, anche
nei soggetti normali l’aumento dello stimolo centrale,
per esempio in condizioni di ipossiemia e/o
ipercapnia indotte, determina l’attivazione dei muscoli
espiratori 14 . Nei pazienti BPCO la broncocostrizione
indotta farmacologicamente si associa a
un’attivazione dei muscoli espiratori progressivamente
maggiore con l’aggravarsi della broncocostrizione
15 .
L’attività dei muscoli espiratori ha implicazioni rilevanti
per l’iperinflazione polmonare dinamica.
Quest’ultima, infatti, è sistematicamente associata
alla pressione alveolare positiva di fine espirazione:
la PEEP intrinseca. In condizioni di rilasciamento
muscolare, come avviene per esempio nei pazienti
in ventilazione meccanica, la PEEPi riflette la forza
di retrazione elastica dell’apparato respiratorio
alla fine dell’espirazione incompleta. Se i muscoli
espiratori sono attivi, il decremento della pressione
intratoracica (pleurica) che precede l’inspirazione
vera e propria sarebbe dovuto solo in parte alla contrazione
dei muscoli inspiratori per controbilanciare
la PEEP intrinseca; in parte sarebbe determinato
dal rilasciamento dei muscoli espiratori. Diversi
tentativi sono stati fatti per misurare separatamente
le due componenti della PEEPi, cioè la pressione
alveolare positiva causata dalla forza di retrazione
elastica e quella dovuta all’azione dei muscoli
espiratori. Di fatto, questa separazione richiede l’utilizzo
di due cateteri con palloncino, rispettivamente
nell’esofago e nello stomaco per misurare le
variazioni di pressione pleurica e di pressione addominale.
Questa tecnica, largamente impiegata
nella ricerca, è poco spendibile nella pratica clinica
se non in condizioni molto particolari, come i
pazienti di difficile svezzamento e/o con importanti
problemi di adattamento al ventilatore 16 .
CONCLUSIONI
Poiché i polmoni e il torace sono “uniti per la vita
nel bene e nel male”, non è sorprendente che
l’uno risenta delle modificazioni degli altri. L’indissolubile
matrimonio è stabilito dal volume 1 .
Nella BPCO, la CFR, cioè il volume di aria che
rimane nei polmoni e nelle vie aeree alla fine del
volume corrente, è molto aumentata fino a superare
la CPT teorica. Questo aumento ha cause “statiche”e
“dinamiche”,riassunte nella tabella 2.1,con
conseguenze devastanti sulla meccanica ventilatoria
(tabella 2.2) che rivestono un ruolo centrale nella
fisiopatologia dell’insufficienza respiratoria acuta
e cronica nei pazienti BPCO.
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