sindromi restrittive edema polmonare fibrosi polmonare
insufficiente secrezione di surfactante COPD
asma
broncostenosi - stenosi vie aeree ab ingestis - traumi versamenti - emorragia
pneumotorace gravidanza - ascite - obesità
scoliosi - cifosi torace a ventola (flail chest)
malnutrizione - miastenia paralisi
Sindromi restrittive
Sindromi ostruttive
Affezioni della meccanica della parete
Aumento del lavoro della respirazione Difetti della parete
Malattie muscolari con diminuzioni della forza
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L’emogasanalisi
L’emogasanalisi e il bilancio acido base sono importanti come primo approccio al paziente con disturbi respiratori o candidato ad un in-tervento di chirurgia toraco-polmonare.
L’ossigeno viene trasportato per il 97% lega-to all’emoglobina e per il 3% disciollega-to nel pla-sma. Al contrario l’anidride carbonica è traspor-tata quasi integralmente in forma disciolta e, inoltre facendo parte del sistema buffer-tampo-ne pH, condiziona il bilancio acido base. L’emo-globina dimostra un comportamento peculiare nei confronti dell’ossigeno:
Senza entrare nei dettagli si può affermare
che la PO2 come test clinico è molto meno si-gnificativa rispetto alla PCO2. Questo partico-lare comportamento è giustificato dalla capa-cità di diffusione, attraverso la membrana re-spiratoria, della CO2 che è circa 20 volte mag-giore rispetto alla diffusibilità dell’O2.
Il bilancio acido-base è il secondo parame-tro che emerge dall’emogasanalisi. La CO2 è scambiata continuamente attraverso l’appara-to respiral’appara-torio, ma non è solo un gas in quanl’appara-to possiede anche un impatto come buffer sul-l’equilibrio del pH che è regolato, a medio-lun-go termine, dall’emuntorio renale.
In sintesi si possono individuare le condizio-ni evidenziate in tabella:
La curva di dissociazione dell’emoglobina può spostarsi a se-conda delle condizioni indicate; questo comportamento consente di adeguare l’affinità dell’emoglobina alle condizioni metaboliche e di circolo. In sintesi l’emoglobina carica e scarica l’O2 auto-adat-tandosi alla situazione contingente in modo da ottimizzare l’ossi-genazione periferica.
Valutazione dell’operabilità e del rischio in chirurgia toracica La dinamica V/Q
A - condizione normale
B - acidosi metabolica lieve con acidosi respiratoriagrave C - alcalosi metabolica grave con acidosi respiratoria lieve D - alcalosi metabolica lieve con alcalosi respiratoria E - acidosi metabolica con alcalosi respiratoria
Modificata da: Davenport: The ABC of acid-base chemistry. Universi-ty of Chicago Press
VC - Vital Capacity
IRV - Inxpiratory Reserve Volume TV - Tidal Volume
ERV - Expiratory Reserve Volume
RV - Residual Volume IC - Inxpiratory Capacity FRC - Functional Residual Capacity
TLC - Total Lung Capacity
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La spirometria
Affinché lo scambio gassoso tra aria atmo-sferica e i gas trasportati nel sangue possa av-venire in modo continuativo e corretto deve essere garantita una ventilazione ottimale me-diante una successione di atti respiratori.
La figura mostra i volumi, o capacità, e i re-lativi nomi. Si tratta di volumi importanti, ma
che prescindono dal tempo, mentre per una analisi più accurata è importante anche valu-tare il tempo impiegato (spirometria dinami-ca) a raggiungere un particolare volume e lo sforzo muscolare necessario per provocarli. Uno sforzo sub-massimale può falsare completa-mente l’esame e renderlo privo di significato.
In altre parole al volume inspirato o espira-to (VC o capacità vitale) si aggiunge la misura del flusso istantaneo. Una delle più sensibili è rappresentata dal volume espirato in un secon-do FEV1 (Forced Expiratory Volume /1 second).
Altre misurazioni sono il FIV1 (Forced Inxpira-tory Volume /1 second) e il FEF25-75 cioè il flus-so relativo alla porzione media dell’atto espira-torio dal 25% al 75% (Forced Expiratory Flux
25-75 chiamato anche MMEF25-75% Maximal Mid_Expiratory Flow) e il FEF50 cioè il flusso istantaneo alla fine dell’espirazione del 50%
della capacità vitale (Forced Expiratory Flow 50).
Nei casi con ostruzione della via aerea si può verificare un intrappolamento di aria e come Valutazione dell’operabilità e del rischio in chirurgia toracica
La dinamica V/Q
Profilo normale e quello di un pa-ziente con sindro-me ostruttiva La spirometria dinamica
Profilo normale Profilo alterato per broncostenosi con diminuzione del FIV1 TV - Tidal Volume
VC - Vital Capacity RV - Reserve Volume
FEV1 - Forced Expiratory Volu-me / 1 second
FVC - Forced Vital Capacity
volume espirato in un secondo volume inspirato in un secondo
flusso relativo alla porzione media dell’atto espiratorio dal 25 al 75% (Forced ExpiratoryFlow - Maximal
Mid_Expiratory Flow)
flusso istantaneo alla fine dell’espirazione del 50% della capacità vitale (Forced ExpiratoryFlow)
FEV1 FIV1
FEF 25-75 MMEF 25-75%
FEF 50
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conseguenza il volume totale di aria espirata (FVC o Forced Vital Capacity) può essere infe-riore alla capacità vitale (VC) registrata duran-te l’inspirazione.
Il FEV50 viene determinato dalla curva flus-so/volume o da quella volume/tempo.
I valori di riferimento per il FVC, FEV1, FEF25-75, FEF50 sono determinati in base all’età, al peso cor-poreo e al sesso seguendo le formule predittive di Morris del 1971 e Crapo del 1981.
Il FEV1 viene espresso anche come percen-tuale del FVC mentre non sono disponibili va-lori di riferimento per il FIV1 che è quasi ugua-le alla CV e che può quindi anche superare il FEV1.
Bisogna tenere presente che le formule sono state determinate in modo empirico su ampie casistiche di persone sane e con affezioni pol-monari. Vengono riportati alcuni valori di rife-rimento per sesso ed età.
FEV1
età maschio femmina
20-39 3.11-4.64 2.16-3.65
40-59 2.45-3.98 1.60-3.09
60-70 2.09-3.32 1.30-2.53
FEV1/Vital Capacity (FEV%)
età maschio femmina
I tracciati anormali sono classificati in due categorie principali: con deficit di tipo ostrutti-vo e di tipo restrittiostrutti-vo.
Il tracciato del deficit di tipo restrittivo
as-somiglia a un tracciato normale, ma tutti i vo-lumi appaiono proporzionalmente ridotti. So-litamente il rapporto FEV1/FVC è superiore al 70%, mentre le altre misurazioni appaiono di-minuite specie se la VC è ridotta. In questi casi con VC ridotta il FEV1 può uguagliare la VC.
Le principali affezioni capaci di causare un deficit restrittivo sono le seguenti: insufficien-za cardiaca specie se con edema polmonare, la polmonite, le fibrosi polmonari e le interstizio-patie, l’embolia polmonare, l’atelettasia, il pneu-motorace, il versamento pleurico, i traumi to-racici con reazioni antalgiche, le malattie neu-rologiche con compromissione motoria. Anche una crisi d’asma, che genera tipicamente un deficit di tipo ostruttivo, può accompagnarsi a un momentaneo deficit di tipo restrittivo.
Con il deficit di tipo ostruttivo FEV1 e FEF25-75 appariranno ridotti e il rapporto FEV1/FVC sarà inferiore al 70%. La FVC è ridotta anche a cau-sa dell’aumento del volume residuo. Le princi-pali affezioni capaci di causare un deficit ostrut-tivo sono le seguenti: asma, bronchite ed enfi-sema.
Nella pratica corrente una buona base di partenza per analizzare un tracciato spirome-trico prende avvio dalla misurazione del FVC e del FEV1. In questo modo si identificano due condizioni fondamentali:
FVC basso normale o basso
FEV1/FVC normale basso deficit di tipo restrittivo ostruttivo Valutazione dell’operabilità e del rischio in chirurgia toracica
La dinamica V/Q
La morfologia schematica di un tracciato dinamico normale e alterato da una affezione restrittiva e da una ostruttiva.
RV - Residual Volume TLC - Total Lung Capacity
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Il rapporto FEV1/FVC si presta bene a iden-tificare il deficit ostruttivo, ma non deve esse-re utilizzato come parametro per stimarne la gravità o la reazione alla terapia; per quantifi-care il deficit ostruttivo è più utile il FEV1 da solo se paragonato in percentuale al valore sti-mato con le formule. Solitamente vengono presi come soglia il 50% e il 70%:
deficit ostruttivo
FEV1>70% deficit leggero 50%<FEV1<70% deficit moderato FEV1<50% deficit grave
L’ostruzione delle via aeree può essere indi-viduata confrontando FEV1 e FIV1:
Determinazione della sede del deficit ostruttivo
FEV1 diminuita diminuita
FIV1 normale diminuita
FIV1>FEV1 FIV1<FEV1 ostruzione piccole ostruzione vie vie aeree aeree superiori
Le cause principali di ostruzione della via aerea superiore sono: le stenosi tracheali, le af-fezioni della laringe.
Un approccio simile a quanto fatto per il FEV1 può essere valido per la stima del deficit restrittivo utilizzando la FVC paragonata in percentuale al valore atteso.
La scintigrafia polmonare
La vascolarizzazione e la ventilazione pol-monare seguono la divisione dell’albero bron-chiale, che determina la formazione di 10 seg-menti nel polmone destro e 8 segseg-menti in quel-lo sinistro. I segmenti bronco-polmonari non sono del tutto funzionalmente indipendenti.
Quelli contigui usufruiscono di un comune
drenaggio linfatico e venoso e, in caso di neces-sità, l’aria passa attraverso i limiti segmentali.
Perfusione
Il circolo polmonare è un sistema a bassa resistenza e alta capacità. Nell’adulto ci sono circa 280 milioni di arteriole polmonari; nel neonato ce ne sono significativamente meno. Il numero aumenta rapidamente nel primo anno di vita e più gradualmente fino all’età di 8 anni.
In ogni regione polmonare, l’entità del flus-so sanguigno è determinata dalle pressioni al-veolare, arteriosa polmonare, venosa polmona-re e interstiziale. La forza di gravità determina gradienti pressori tra apice e base.
Nelle parti superiori del polmone, la pres-sione alveolare supera quella arteriosa polmo-nare, causando il collasso dei capillari e il pas-saggio di sangue solo durante i picchi sistolici;
al contrario, nelle regioni basali, la pressione arteriosa prevale su quella alveolare e il flusso è continuo. Ne risulta che, in ortostatismo, la perfusione aumenta di 3-5 volte dall’apice alla base.
Ventilazione
Nel polmone ci sono 250-300 milioni di al-veoli, raggruppati in lobuli e separati tra loro dai setti alveolari, riccamente vascolarizzati.
Anche la ventilazione presenta un gradiente pressorio e aumenta di 1.5-2 volte dall’apice alla base.
In caso di ostruzione ventilatoria, l’ateletta-sia è prevenuta dalla presenza dei Pori di Kohn (tra alveoli contigui) e dai Canali di Lambert (tra bronchioli respiratori e tra dotti alveolari conti-gui), che permettono all’aria di raggiungere le regioni a valle dell’ostruzione. Tale meccanismo, però, non corregge l’ipossia alveolare.
Valutazione dell’operabilità e del rischio in chirurgia toracica La dinamica V/Q
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Rapporto Ventilazione/Perfusione (V/Q) È un fattore molto importante nel determi-nare l’entità degli scambi gassosi a livello alve-olo-capillare. Nel soggetto normale, il rapporto V/Q diminuisce dal valore di 2-3 all’apice a quel-lo di 0.6 alla base, a causa del differente anda-mento dei gradienti ventilatorio e perfusorio.
Esistono alcuni meccanismi omeostatici atti a mantenere adeguato il rapporto V/Q:
in caso di riduzione della ventilazione di una regione polmonare, come in presenza di bron-cospasmo o bronchite cronica, la perfusione si riduce al fine di evitare l’ipoossigenazione del sangue. Nelle situazioni acute interviene il mec-canismo di vasocostrizione arteriolare noto come riflesso alveolo-capillare di Von Euler e Liljestrand; nelle situazioni cronicizzate il san-gue viene deviato verso il circolo sistemico at-traverso l’apertura di anastomosi con le arterie bronchiali. Molto meno efficace e solo transi-toria risulta invece la broncocostrizione rifles-sa nei territori ipoperfusi.
Scintigrafia polmonare perfusionale È una metodica non invasiva che consente di valutare la perfusione del polmone da parte delle arterie polmonari.
L’alto grado di sicurezza, la relativa sempli-cità di esecuzione e il basso costo, uniti ad una elevata predittività ne fanno l’indagine di ima-ging di prima scelta nel sospetto di embolia polmonare.
Vengono somministrati, per via endoveno-sa, macroaggregati o microsfere di albumina marcati con 99mTc, che provocano, dopo il passaggio per il cuore dx, la transitoria micro-embolizzazione di una piccola parte delle ar-teriole polmonari. La distribuzione delle par-ticelle radioattive nei polmoni rispecchia fe-delmente il flusso sanguigno al momento
del-la somministrazione.
Per una corretta interpretazione delle imma-gini devono essere considerati:
• La posizione del paziente al momento del-la somministrazione del radioindicatore:
- in ortostatismo o seduto: sono maggior-mente perfuse le regioni basali - in clinostatismo (posizione supina): è
mag-giormente perfusa la regione posteriore
• La profondità degli atti respiratori:
- respirazione superficiale: è maggior-mente perfusa la regione più interna - respirazione profonda: è
maggiormen-te perfusa la regione periferica.
Per mezzo di immagini le cui variazioni cro-matiche sono proporzionali alla radioattività, la scintigrafia polmonare perfusoria fornisce la rappresentazione visiva della distribuzione re-gionale del flusso ematico polmonare al mo-mento della iniezione del radiofarmaco. L’in-dagine è priva di significativi effetti collaterali e risulta ben tollerata anche in pazienti affetti da gravi malattie polmonari o cardiache. L’ef-fettuazione prevede una semplice iniezione en-dovenosa; il numero delle particelle iniettate, variabile secondo il peso, è molto piccolo rispet-to al numero dei capillari polmonari; la micro-embolizzazione interessa meno dell’1% dei ca-pillari polmonari, è transitoria e si risolve en-tro alcune ore. La microembolizzazione avvie-ne al primo passaggio attraverso il letto polmo-nare e, in assenza di shunt destro-sinistro si-gnificativo, le particelle non giungono al circo-lo sistemico. La presenza di shunt destro-sini-stro non è una controindicazione assoluta, tan-to che l’indagine, previa una opportuna ridu-zione della dose di particelle, viene eseguita anche per lo studio della perfusione polmona-re in pazienti affetti da cardiopatie congenite complesse, anche in età pediatrica, o per valu-tare l’entità dello shunt intrapolmonare in pa-zienti con epatopatie. La dose di radiazioni as-sorbita dai polmoni è bassa. La dose di radia-Valutazione dell’operabilità e del rischio in chirurgia toracica
La dinamica V/Q
87
zioni assorbita dalle gonadi e dal corpo intero è molto bassa.
99mTc-MAA:
Dosi di radiazioni assorbite da un paziente del peso di 70 kg
Organo mGy/MBq rad/mCi
Polmoni 0.040 0.15
Midollo osseo 0.003 0.01
Gonadi 0.003 0.01
Corpo intero 0.003 0.01
Serve a:
• Valutazione di sospetta embolia polmonare.
• Verifica dell’efficacia della terapia trombo-litica-anticoagulante.
• Studio delle alterazioni della perfusione, secondarie a patologie polmonari come en-fisema, bronchite cronica, asma, malattie in-fiammatorie e neoplasie.
• Studio delle alterazioni della perfusione polmonare secondarie a cardiopatie.
• Predittività alla tolleranza emodinamica di interventi di asportazione polmonare.
• Studio dello shunt destro-sinistro (primiti-vo o secondario ad epatopatie).
Scintigrafia polmonare ventilatoria È un’indagine non invasiva che permette, attraverso l’inalazione di gas inerti o di aero-sol, la valutazione della ventilazione nei vari distretti polmonari. Quando l’indicazione è l’embolia polmonare, è associata allo studio perfusorio. Vengono impiegati gas inerti, come lo 133Xe, lo 127Xe o il 81mKr, pseudogas come il
99mTc-Technegas (particelle di carbonio ultrafi-ni), o aerosol, solitamente 99mTc-DTPA (acido dietilen-triamino-pentacetico) o 99mTc-solfuro colloidale, che vengono fatti respirare al pazien-te per osservarne la distribuzione all’inpazien-terno dei polmoni. La metodologia di esecuzione e, in parte, le informazioni ottenibili, possono varia-re a seconda dei radiofarmaci utilizzati.
Serve per:
• Diagnosi differenziale fra embolia polmona-re e altpolmona-re patologie che possono alterapolmona-re la perfusione polmonare, qualora la scintigra-fia perfusoria non presenti sufficiente speci-ficità, specie in pazienti con anormalità al-l’RX .
• Studio della ventilazione polmonare in cor-so di patologie bronchiali ostruttive, come broncopatia cronica ostruttiva, neoplasie bronchiali o altro.
• Studio della permeabilità polmonare (con submicron aerosol di 99mTc-DTPA).
• Studio della clearance mucociliare (con col-loidi marcati).
L’indagine ventilatoria è del tutto scevra di rischi per il paziente. Per eseguirla è sufficien-te che il paziensufficien-te respiri all’insufficien-terno di una ma-scherina. I radiofarmaci, a seconda della loro natura chimico-fisica, vengono eliminati con l’espirazione, per escrezione renale o per tra-sporto mucociliare fino all’apparato gastroen-terico. La dose di radiazioni assorbita dai pol-moni è bassa. La dose di radiazioni assorbita dalle gonadi e dal corpo intero è molto bassa.
133Xenon:
Dosi di radiazioni assorbite da un paziente del peso di 70 kg
Organo mGy/MBq rad/mCi
Polmoni 0.0018 0.007
Midollo osseo 0.0002 0.001
Gonadi 0.0002 0.001
Corpo intero 0.0002 0.001
La valutazione pre-operatoria
In previsione di interventi demolitivi sul pa-renchima polmonare (segmentectomie, lobecto-mie e pneumonectolobecto-mie)
Il quesito verte attorno a un unico punto: “il malato sarà in grado di sopportare l’esclusione polmonare temporanea intra-operatoria e nel periodo post-operatorio, dopo la perdita irre-Valutazione dell’operabilità e del rischio in chirurgia toracica
La dinamica V/Q
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versibile di tessuto polmonare, sarà ancora in grado di ventilare in modo autonomo e adegua-to?”. Molti dei pazienti che vengono avviati a un intervento di chirurgia toracica sono affetti da una neoplasia polmonare e buona parte han-no inalato cronicamente polveri, gas o fumi che hanno danneggiato irreversibilmente il paren-chima polmonare. Con queste premesse è ve-rosimile che i pazienti possano presentare una broncopatia polmonare ostruttiva (COPD) con ipertensione polmonare e un cuore polmonare cronico.
Pertanto i malati vanno sottoposti a una se-rie di test atti a valutare l’operabilità nei termi-ni della capacità di ventilare adeguatamente dopo la resezione polmonare.
Il primo step della valutazione è rappresen-tato dall’emogasanalisi: in particolare si valuta la PaO2, che è abbastanza aspecifica, e la PaCO2 che è decisamente più attendibile. Valori supe-riori a 45 mmHg impongono una verifica di eventuali malattie associate (broncostenosi, infezione, pnx, atelettasia, etc) e la ripetizione della misura dopo adeguata terapia. Se i valori sono ripetutamente superiori alla soglia indi-cata si procede a uno studio spirometrico.
Il secondo step prevede la determinazione del FEV1 e del FEV1/FVC; anche in questo caso i valori soglia indicano un rischio elevato di
ri-durre drasticamente la capacità di ventilare autonomamente nel post-operatorio.
Con il terzo step ci si prefigge l’obiettivo di calcolare quali possano essere i valori del FEV1 nel periodo post-operatorio. Questo parametro viene anche chiamato FEV1post-op.
Con il quarto step, test di diffusione con il monossido di carbonio (DLCO), si può precisa-re l’operabilità del malato nei casi dubbi con un 30<FEV1post-op%<40. La soglia di inoperabili-tà è fissata ad un valore inferiore a circa il 30-35% del valore normale.
La valutazione scintigrafica con TC99 consen-te di calcolare i parametri ventilatori post in-tervento. Il razionale parte dalla valutazione della percentuale di parenchima polmonare funzionante residuo (NL%), che viene determi-nato con metodiche scintigrafiche, e si basa sulle seguenti formule:
FEV1post-op = FEV1pre-op * NL%
FEV1post-op = (FEV1pre-op * NL%)/ FEV1normale I pedici pre-op, post-op e normale si
riferisco-no al periodo preoperatorio, post-operatorio e ai valori normali calcolati con le formule
viste nel paragrafo sulla spirometria.
Bisogna considerare che il polmone è com-posto da unità funzionali, i segmenti, in nume-ro totale di 42, così divisi:
Test atti a valutare l’operabilità in ordine logico di esecuzione
Step Esame Soglia Note
1 PaCO2 >45 mmHg ventilazione compromessa
2 FEV1/FVC <50% limitazione dell’attività fisica, rischio chirurgico elevato FEV1 <2 l
FEV1post-op >0.81 l operabile
FEV1post-op% >40
3 FEV1post-op <0.81 l inoperabile
FEV1post-op% <30
FEV1post-op% 30<-<40 border line
4 DLCO <30 inoperabile
>35 operabile
Valutazione dell’operabilità e del rischio in chirurgia toracica La dinamica V/Q
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I 42 segmenti possiedono la percentuale di parenchima indicata sempre in tabella.
Per esempio, un paziente candidato a un in-tervento chirurgico di lobectomia inferiore si-nistra perderà 10 segmenti basali pari al 24% e di conseguenza il:
FEV1pre-op= 1.1 litri Diventerà:
FEV1post-op= 1.1*(1-24/100)= 0.84 litri cioè un valore al limite dell’operabilità. Il valore ottenuto dal calcolo è superiore a quello indicato nella tabella con i valori di riferimen-to, ma è necessario avere sempre un margine di sicurezza in quanto durante il periodo post-operatorio compaiono alcune situazioni anato-miche e funzionali che possono ridurre perico-losamente questo valore teorico al di sotto del valore soglia. Le principali condizioni che pos-sono ridurre la soglia pos-sono:
Per questo motivo un margine di sicurezza ragionevole deve ammontare ad almeno un
15-20%. La condizione preoperatoria è condizio-nante non solo per il risultato immediato, ma anche a distanza:
La dinamica circolatoria
Oltre alla valutazione della funzione venti-latoria bisogna considerare anche le modifica-zioni della dinamica circolatoria. Nel soggetto normale e sano il letto vascolare polmonare pre-senta una altissima compliance, cioè modifica-zioni della portata anche molto elevate (nell’or-dine del 250%) non provocano significativi au-menti della pressione del circolo. Nel paziente Valutazione dell’operabilità e del rischio in chirurgia toracica
La dinamica V/Q
Segmenti polmone destro % % Segmenti polmone sinistro
Segmenti polmone destro % % Segmenti polmone sinistro