Valutazione di indici di funzionalita respiratoria nel cane sottoposto a trattamento emodialitico

DIPARTIMENTO DI SCIENZE VETERINARIE

Corso di Laurea Magistrale in Medicina Veterinaria

Tesi di Laurea

Valutazio e di i dici di fu zio alità respiratoria el ca e

sottoposto a tratta e to e odialitico

Relatore:

Prof.ssa Grazia Guidi Candidata:

Carlotta Mannarini

Correlatore:

Dott.ssa Gianila Ceccherini

“Chi pensa che per vivere basta respirare, ignora quanta vita ci può essere

Riassunto

Abstract

PARTE GENERALE

CAPITOLO 1

La complessa collaborazione cuore - polmone - rene: un perfetto equilibrio funzionale 7

1.1 Cenni di anatomia funzionale del tratto respiratorio ……….……….……….………… 7

1.2 Fisiologia respiratoria………..……….

1.2.1 Una visione panoramica del sistema respiratorio………...……….

1.2.1.1 Meccanismo di ventilazione polmonare……… . . . Confronto intrapolmonare tra sangue e gas…………..……… 1.2.1.3 Trasporto di ossigeno e anidride carbonica nel sangue………..……… 1.2.1.4 Controllo della funzionalità respiratoria……….. 1.2.2 Aspetti fisici e meccanici della respirazione……….

1.2.2.1 Principi fisici alla base dello scambio dei gas………... 21 1.2.2.2 Fattori che influenzano la diffusione dei gas………..……. 24 1.2.2.3 Pressioni respiratorie………..…... 25

1.3 Alterazioni della funzionalità respiratoria nel paziente in AKI……….. 1.4 Il colloquio rene - polmone: "kidney - lu g cross talk”………..

CAPITOLO 2

Valutazione della funzionalità respiratoria nel cane……….

2.1 Test di funzionalità della meccanica respiratoria………..

2.1.4 Resistenza polmonare……….. 47

2.1.5 Pletismografia………..… 47

2.2 Test di funzionalità degli scambi gassosi………..….

2.2.1 Emogas arterioso……… 49

2.2.2 Alterazione degli scambi e ipossiemia: v/q mismach, shu t, diffusio i pair e t ,

ipoventilazione………... 55

2.2.3 O ge Te sio -Based I dices : il gradie te alveolo/arterioso, il rapporto PaO₂/FiO₂, la pulsiossi etria e il rapporto SpO₂/FiO₂, EtCO₂………..….

. . . PaO₂/FiO₂……….. 57

2.2.3.2 Pulsiossimetria……….. . . . EtCO₂ - Capnografia………. 60

CAPITOLO 3

Scambi gassosi durante il trattamento emodialitico……….... 63

3.1 Emodialisi e purificazione ematica extracorporea nel cane……….…… 3.1.1 Pri cipi fisiologici dell e odialisi……….…. 65

3.1.2 Indicazioni per emodialisi……….……. 67

3.1.3 Equipment……….. 71

3.1.4 Prescrizione emodialitica in corso di AKI……… 3.2 Variazioni cardiorespiratorie durante il trattamento……….. 78 3.3 Principali complicazioni legate al trattamento………

Studio clinico………...

4.1 Scopo del lavoro e applicazioni cliniche……….

4.2 Materiali e metodi………. 4.2.1 Criteri di inclusione……… 4.2.2 Casistica……… 4.3 Risultati………..………. 4.4 Analisi statistiche………... 127 4.5 Discussioni……….. 4.6 Conclusioni………..

Bibliografia

Ringraziamenti

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Obiettivo: valutazione di alcuni parametri di funzionalità respiratoria in pazienti sottoposti a trattamento emodialitico mediante

l’utilizzo dell’e ogasa alisi a te iosa; alutazio e della elazio e di tali i di i o l’utilizzo di etodi he di ult afilt azio e UF-rate ml/h) con i flussi di sangue (Qb- l/ i e o l’out o e dei pazie ti; valutazione di tali indici nei soggetti sottoposti a due trattamenti e odialiti i o se uti i; alutazio e dell’aspetto delle lesio i pol o a i ile ate edia te adiog afia to a i a egli stessi pazienti.

Materiali e metodi: Nei pazienti arruolati sono stati eseguiti radiografia toracica e prelievi arteriosi seriali previa applicazione di un

atete e a te ioso a li ello dell’a te ia do sale del piede. Il nostro protocollo di studio prevedeva: prelievo a T0 all’a i o del pazie te,

prelievo a T1 a 3 minuti dall’i izio del t atta e to e odialiti o, p elie o a T2 dopo o e dall’i izio del t atta e to, p elie o a T3 alla

fine del trattamento, prelievo a T4 dopo 2 ore dalla fine del trattamento. I pazienti sono stati suddivisi in due gruppi in base alla

sequenza di trattamenti emodialitici subiti: gruppo HD1 (pazienti sottoposti al primo trattamento emodialitico) e gruppo HD2 (pazienti sottoposti a due trattamenti emodialitici consecutivi). Nel primo gruppo (HD1) sono stati valutati: variazioni dei valori dei parametri di funzionalità respiratoria nel corso del trattamento; insorgenza di ipossiemia (PaO2<80 mmHg) durante il trattamento,

relazione tra alcuni indici respiratori e tecniche di ultrafiltrazione durante la dialisi, la velocità di flusso sangue utilizzata e l’out o e dei pazienti. Nel secondo gruppo (HD2) sono stati comparati gli indici di funzionalità respiratoria con i pazienti del primo gruppo (HD1).

Risultati: in questo studio sono stati inclusi 22 cani riferiti per emodialisi. È risultata una differenza statisticamente significativa tra i

valori di pH, PaCO2, HCO3- nelle varie fasi temporali del protocollo di studio del gruppo HD1, mentre non sono risultate significative

statisticamente le variazioni dei valori di PaO2, P[A-a]O2 e %SaO2. Nel gruppo HD1 la PaCO2 è risultata differente in maniera

significativa tra il gruppo di pazientI ultrafiltrati e non. I valori di %SvO2 sono risultati differenti in maniera statisticamente significativa

per i pazienti mantenuti ad una velocità ≤150 mL/min rispetto a quelli mantenuti ad una velocità >150 mL/min. Non è risultata differenza significativa tra indici di funzionalità respiratoria ed outcome. Nessuna differenza statistica significativa è stata riscontrata i olt e ella alutazio e dell’esiste za di u ’asso iazio e t a u e o di t atta e ti su iti e out o e dei pazienti e tra necessità di ricorrere ad ultrafiltrazione e outcome dei pazienti. È risultata differenza significativa per i valori di PaO2, PaCO2 e P[A-a]O2 tra i

pazienti appartenenti al gruppo HD2 e HD1.

Conclusioni: questo studio ha e ide ziato he, o e i edi i a u a a, a he i edi i a ete i a ia l’e odialisi i flue za, seppu

in alcuni casi in modo non statisticamente significativo, gli indici di funzionalità respiratoria. Dato il relativamente basso numero di soggetti esaminati, ulteriori studi sarebbero auspicabili per ampliare la popolazione oggetto di studio. Il nostro lavoro ha inoltre di ost ato i odo statisti a e te sig ifi ati o l’effetto benefico dell’emodialisi el ip isti o dell’e uili io a ido-base del paziente come riportato anche in medicina umana. Dai risultati da noi ottenuti infine variazioni dei parametri respiratori, numero di trattamenti eseguiti e utilizzo di tecniche di ultrafiltrazione non sembrano correlate al tasso di sopravvivenza/mortalità nella nostra coorte di pazienti, infatti solo il 25% dei pazienti oggetto del nostro studio risulta deceduto per cause polmonari.

Abstract

Key words: dog, arterial blood gas, AKI, hemodialysis.

Objective: the aim of the study is to evaluate some arterial blood gas parameters in patients during hemodialysis, to compare these

parameters to ultrafiltration, dialysis blood flow and outcome.

Materials and Methods: In all patients arterial samples were collected from dorsal pedal artery and serial arterial samples were

collected after application of an arterial catheter: arterial sample at the arrival of the patient (T0), at T1 (3 minutes after the start of the treatment), at T2 (after 2 hours of treatment), at T3 (at the end of the treatment) and at T4 (after 2 hours from the end of treatment. A chest X-ray was performed for each patient. Patients were subsequently divided into two groups according to the number of treatments they received: group HD1 (only one HD treatment), group HD2 (two HD treatments). In group HD2 the parametrs of the first dialysis were compared with the parameters of the second treatment.

Results: 22 dogs referred for hemodialysis were enrolled. In group HD1 a statistically significant difference in pH, PaCO2 and HCO3-

was found at different time samples. No statistically significant changes in PaO2, P[Aa]O2 and %SaO2 values were found. PaCO2 was

significantly different in patients receiving ultrafiltration comparing to patients that did not receive it. %SvO2 was significantly different in patients maintained at a blood flow ≤ 5 L/ i o pa ed to those ai tai ed at a ate > 5 L/ i . No sig ifi a t difference in the parameters of respiratory function was found between survivors and non-survivors. No significant difference in the number of HD treatments and the use of ultrafiltration was found between survivors and non-survivors. A significant difference in PaO2, PaCO2 and P[A-a]O2 was found between HD2 and HD1.

Conclusions: to the est autho ’s k o ledge this is the fi st study that e aluate espi ato y pa a ete s du i g he odialysis i dog.

The results seem to suggest that hemodialysis can affect some of respiratory function parameters. A statistically significant beneficial effect of hemodialysis in restoring acid-base balance of the patient, as reported also in human medicine, was found. Changes in respiratory parameters, number of treatments and use of ultrafiltration techniques do not seem related to the survival/mortality rate in our cohort of patients. Only 25% of our patients died of pulmonary causes. ). The utility of arterial blood gas in dogs undergoing hemodialysis should be considered in order to evaluate arterial gas exchange in a greater number of patients.

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CAPITOLO 1

La complessa collaborazione cuore

– polmone – rene:

un perfetto equilibrio funzionale

1.1

Cenni di anatomia funzionale del tratto respiratorio _

La respirazione propriamente detta consiste nel trasporto dei gas respiratori ottenuto mediante i polmoni che, in collaborazione stretta con il sistema circolatorio, provvedono, o solo a t aspo ta e ossige o O ai tessuti a a he a a oglie e ed eli i a e l a id ide a o i a CO de i a te dall atti ità eta oli a dell o ga is o. Questo fenomeno coinvolge il centro nervoso del respiro, la funzionalità polmonare, il sistema cardio-circolatorio ed il metabolismo tissutale pertanto il metabolismo energetico dei nostri animali (Aguggini et al., 2008).

L a ato ia dell appa ato espi ato io a atte izzata da u a se ie di t atti deputati al passaggio dell a ia il ui s opo p i a io fa o i e lo s a io di ossige o O e anidride a o i a CO a li ello dei apilla i pol o a i. Il siste a espi ato io i izia a li ello delle a ità asali, le ui fu zio i p i a ie so o: filt a e l a ia i spirata allo scopo di rimuovere tutte le pa ti elle est a ee e e tual e te p ese ti, satu a e l a ia o apo e a ueo e po ta la a te pe atu a o po ea. Le pa ti elle più g a di di μ so o filt ate a li ello dei turbinati nasali. Le ghiandole nasali laterali contribuiscono alla dissipazione del calore ed alla termoregolazione nel cane. Le cavità nasali terminano all i izio del faringe, a livello delle oa e, e si este do o ost al e te alla la i ge fi o all ostio i t a – faringeo. Il faringe rappresenta u a ea e defi ita o li iti e ide ti ed o side ata pa te i teg a te del sistema respiratorio come anche del tratto gastro – enterico. La duplice funzione del faringe spiega pe h l aspi azio e pol o a e di ate iale ali e ta e u e e ie za piuttosto comune. La laringe è una complessa struttura muscolo – cartilaginea deputata p i a ia e te alla p otezio e della t a hea e delle ie ae ee p ofo de dall aspi azio e di cibo, acqua, secrezioni, o altri detriti. Il limite rostrale della laringe è rappresentato dalle

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a tilagi i a ite oidi e dalle o de o ali do sal e te e late al e te e dall epiglottide e t al e te . I li iti audali so o defi iti dalla ti oide e dalle a tilagi i i oidi. L a ea t a le due a tilagi i a ite oidi defi ita i a glottidea , uesta p otetta dal i alta e to dell epiglottide e dall adduzio e delle a tilagi i a ite oidi du a te la deglutizione. La laringe consente inoltre la vocalizzazione sia nel cane che nel gatto. Tutte le strutture finora citate (cavità nasali, faringe, laringe) fanno parte delle vie aeree superiori. La laringe è connessa alla trachea, struttura tubulare cartilaginea che si estende fino ai polmoni: è a questo livello che si inizia a parlare di vie respiratorie profonde. La trachea è costituita da u a se ie di a elli a tilagi ei igidi a fo a di C do sal e te u iti dal muscolo tracheale orientato trasversalmente. La funzione primaria della trachea è uella di o du e l a ia e so le ie espi ato ie più p ofo de att a e so u siste a a assa resistenza. Il sistema muco – ilia e dell epitelio t a heale app ese tato da u a se ie di ciglia microscopiche che si muovono continuamente e in senso unidirezionale verso le vie aeree superiori allo scopo di favorire la rimozione delle secrezioni e delle particelle intrappolate dalle vie più profonde. Le terminazioni dei nervi sensoriali presenti a livello dell epitelio t a heale e la i geo aiuta o a sti ola e il iflesso della tosse. Nessu a delle strutture descritte partecipa allo scambio dei gas respiratori poiché il loro ruolo primario o siste el filt a e e is alda e l a ia i spi ata e p otegge e le ie espi ato ie i fe io i (Miller 2007). L al e o o hiale i izia a li ello della ifo azio e t a heale o l o igi e dei bronchi principali destro e sinistro. Ciascun bronco si suddivide nei bronchi lobari (o o hi se o da i i uali app ese ta o la ase pe l ide tifi azio e dei lo i pol o a i. Questi supportano i vari lobi del polmone e prendono il nome dal lobo cui fanno parte. All i te o dei lobi polmonari i bronchi lobari si dividono nei bronchi segmentali, i quali talvolta sono denominati bronchi terziari. I bronchi segmentali ed il tessuto polmonare che essi ventilano è conosciuto come segmento bronco – polmonare. Segmenti bronco – polmonari adiacenti normalmente o u i a o l u o o l alt o el a e. I o hi segmentali originano dalla superficie dorsale e ventrale dei bronchi lobari in tutti i lobi polmonari eccetto il lobo medio destro nel quale traggono origine dalla superficie craniale e caudale. I bronchi segmentali si ramificano dicotomicamente in bronchi di calibro inferiore detti bronchioli (Evans et al., 2013). I bronchi sono strutture tubulari cilindriche

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con una costituzione simile a quella della trachea: una membrana fibro – elastica, sostenuta da u i pal atu a a tilagi ea dis o ti ua, i estita este a e te da o etti o ed internamente da una sottomucosa e da una mucosa la quale è provvista di una muscolaris mucosae molto sviluppata. Questa struttura si semplifica procedendo dalla trachea verso i bronchioli terminali. Gli elementi cartilaginei scompaiono quando il diametro dei bronchioli terminali diviene inferiore o uguale a 1 mm, infatti, i bronchioli interlobulari terminali ne sono completamente sprovvisti e perciò sono interamente membranosi. Questa f a e tazio e dell i pal atu a pe ette ai o dotti ae ife i di asse o da e se za difficoltà i movimenti di dilatazione e riduzione del polmone. Ciascun bronchiolo terminale da, infine, origine a condotti più ampi, i bronchioli respiratori (alveolari) che si continuano a loro volta con i condotti alveolari. Questi ultimi presentano delle dilatazioni, dette sacculi o sacchi alveolari la cui parete è quasi interamente sostituita dagli orifici di numerose dilatazioni che li circondano completamente, dette alveoli polmonari (Barone 2003). I polmoni rappresentano la principale struttura del sistema respiratorio. Essi sono organi pa i ed o upa o la aggio pa te dello spazio p ese te all i te o della a ità to a i a. I polmoni subis o o o i e ti uasi p i i di att ito all i te o del to a e g azie alla presenza della pleura, una membrana sierosa liscia che ricopre i polmoni (pleura viscerale), riveste la parete toracica (pleura parietale) e le strutture comprese nello spazio mediastinico (vena cava, dotto toracico, esofago, aorta e trachea). Lo spazio mediastinico è intimamente associato allo spazio intrapleurico (tra pleura parietale e pleura viscerale); i fatti, a ia e ti p esso i all i te o dello spazio i t apleu i o so o a ompagnati da cambiamenti simili nello spazio mediastinico.

Lo s a io di ossige o O ed a id ide a o i a CO a ie e att a e so u e a is o di diffusione passiva generato da un gradiente di pressione. I gas devono attraversare la barriera respiratoria rappresentata da: epitelio alveolare, interstizio alveolare ed endotelio capillare (Miller 2007).

Gli alveoli polmonari rappresentano il sito principale di diffusione dei gas tra aria e sangue. L epitelio al eola e e l e dotelio apilla e so o st etta e te asso iati. A uesto li ello il sangue venoso dalle arte ie pol o a i di ie e sa gue a te ioso ed ipo tato all at io sinistro attraverso le vene polmonari. Il colore più scuro del sangue venoso diventa sangue

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a te ioso di u olo e osso illa te g azie alla satu azio e dell e oglo i a o uo o ossigeno diffuso dagli alveoli (Reece 2015).

Figura 1.1 ‘app ese tazio e s he ati a della suddi isio e dell al e o espi ato io (from Reece WO (2015) in Dukes’ Physiology of do estic a i als).

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1.2 Fisiologia respiratoria

1.2.1 Una visione panoramica del sistema respiratorio

Lo s opo della espi azio e ga a ti e l appo to di ossige o O e essa io al eta olis o tissutale e i uo e e a id ide a o i a CO , la quale rappresenta uno dei principali p odotti del eta olis o ossidati o. Pe pe segui e uesti o ietti i, l appa ato espi ato io de e ga a ti e l espleta e to di p i ipali fu zio i: la e tilazio e pol o a e, ale a di e lo scambio di aria tra atmosfera e alveoli polmonari, la diffusione di ossigeno ed anidride carbonica tra alveoli e sangue; il trasporto di ossigeno ed anidride carbonica nel sangue e nei fluidi corporei alle cellule tissutali e la regolazione e controllo della respirazione.

1.2.1.1 Meccanismo di ventilazione polmonare

Il ciclo respiratorio consiste di una fase inspiratoria seguita da una fase espiratoria. L i spi azio e o po ta u espa sio e to a i a e pol o a e a o pag ate da u afflusso di a ia all i te o delle ie aeree.

I polmoni possono espandersi e contrarsi attraverso due meccanismi principali: i movimenti del diaframma (struttura muscolo – tendinea che assicura la separazione tra cavità toracica e cavità addominale) che determinano variazioni in lunghezza della cavità toracica, e il movimento delle coste e dei muscoli intercostali esterni che determinano variazioni del diametro antero – posteriore del torace stesso. Il normale respiro è determinato quasi interamente dal primo meccanismo dato dal movimento del diaframma. Durante l i spi azio e, i fatti, la o t azio e del diaf a a spi ge la supe fi ie i fe io e dei pol o i e so il asso; du a te l espi azio e, i e e, il diaf a a si ilassa e la pa ete toracica e le strutture addominali comprimono i polmoni determinando la fuoriuscita di aria (Guyton & Hall 2012).

Di o segue za, i uasi tutti gli a i ali, i o dizio i di iposo, l i spi azio e i hiede u o sfo zo aggio e ispetto all espi azio e ed pe ta to o side ata u p o esso atti o e o e p op io, e t e l espi azio e defi ito u p o esso passi o. Tutta ia l espi azio e può diventare talvolta un processo attivo, in particolare in condizioni in cui si ha una respirazione accelerata o anche quando siamo di fronte ad un impedimento alla fuoriuscita

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di aria dal sistema respiratorio. I muscoli intercostali interni possono intervenire, in questi asi, pe fa ilita e l espi azio e. Alt i us oli s helet i i posso o o t i ui e sia all i spi azio e he all espi azio e, osì o e al u i us oli addo i ali. Questi us oli, quando si contraggono, spingono i visceri addominali verso il diaframma determinando una riduzione del volume toracico.

Esistono due tipi di respiro: addominale e costale. Il respiro addominale è caratterizzato da u o i e to isi ile dell addo e, i ui la pa ete addo i ale si espa de du a te l i spi azio e e si it ae du a te l espi azio e. No al e te, uello addo i ale il tipo di espi o p edo i a te. L alt o tipo di espi o hia ato respiro costale: esso è caratterizzato da evidenti movimenti delle coste. In condizioni associate a dolore addominale, come in corso di peritonite, in cui movimenti viscerali possono aggravare la percezione del dolore, il respiro di tipo costale può predominare. Allo stesso modo in condizioni associate a dolore toracico, come in corso di pleurite, il respiro addominale pot e e esse e olto più e ide te. Fas iatu e del to a e pe i i izza e l espa sio e di questo richiede un maggiore sforzo diaframmatico pertanto movimenti viscerali addominali accentueranno il respiro addominale.

Oltre ai differenti tipi di respiro, ci sono variazioni legate alla frequenza dei cicli respiratori, la p ofo dità dell i spi azio e, o e t a i. A tal p oposito con il termine eupnea si intende il normale respiro a riposo, senza variazioni di frequenza e profondità. La dispnea, in medicina veterinaria, è un importante segno clinico che consiste in un respiro laborioso e difficoltoso. Tuttavia dispnea è un termine che deriva dalla medicina umana, nella quale la defi izio e si ife is e ad u espe ie za se so iale spia e ole piuttosto che alle a atte isti he dello sfo zo espi ato io del pazie te. L AT“ A e i a Tho a i “o iet defi is e la disp ea o e u espe ie za soggetti a di disagio espi ato io he o igi a da u i te azio e t a fatto i fisiologi i, psicologici, sociali e ambientali (ATS 1999). La definizione utilizzata in medicina umana si è evoluta con la consapevolezza che non tutti i pazienti dispnoici presentano un respiro affannoso e che non tutti i pazienti con aumentato sforzo respiratorio provano una sensazione dispnoica (Dannemanet al., 1997). Con il termine iperpnea, invece, ci si riferisce ad un respiro caratterizzato da una aumentata profondità, frequenza, o entrambe, ed è osservabile, ad esempio, dopo aver effettuato

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esercizio fisico. Per polipnea si intende un respiro rapido, superficiale ed ansimante; è si ile all ipe p ea pe ua to igua da la f e ue za a e diffe is e pe uel he o e e la p ofo dità. L apnea è una transitoria o permanente interruzione della respirazione. La

tachipnea l aumento della frequenza respiratoria mentre la bradipnea è la sua anormale

riduzione.

Il termine frequenza respiratoria si riferisce al numero di cicli respiratori che si susseguono ogni minuto. questa può rappresentare un buon indicatore dello stato di salute, ma deve essere interpretato opportunamente poiché soggetto a numerose variazioni. Oltre alle differenze osservate nelle varie specie animali, la frequenza respiratoria può essere i flue zata da alt i fatto i, o e la taglia o po ea, l età, l ese izio, l e itazio e, la temperatura ambientale, la gravidanza, il grado di riempimento del tratto gastro – enterico e lo stato di salute. La gravidanza e il riempimento del tratto digestivo aumentano la f e ue za espi ato ia poi h li ita o l es u sio e del diaframma durante la respirazione. Qua do l espa sio e dei pol o i li itata, u a e tilazio e adeguata sa à a te uta da u au entata frequenza respiratoria.

Il termine rumore polmonare si applica a qualsiasi rumore che accompagna il movimento dell a ia att a e so l al e o t a heo o hiale. Tali rumori possono derivare da moti tu ole ti dell a ia he pe de il suo flusso la i a e e au e ta la elo ità di passaggio es. ste to e, si ilo, st ido e oppu e da e a is i iflessi di difesa dell appa ato espiratorio (starnuto, starnuto inverso, tosse). Lo stertore è un rumore inspiratorio simile al russare umano generalmente causato da patologie ostruttive a livello di cavità nasali, coane, rinofaringe e orofaringe; lo stridore è un rumore inspiratorio che origina a livello laringeo conseguentemente ad una riduzione del diametro glottideo (De Lorenzi 2012). Patologie he sfo ia o i ede a o a olta di essudato all i te o delle ie espi ato ie posso o provocare crepitii, mentre i sibili sono suggestivi di un restringimento delle vie aeree (broncocostrizione, inspessimento della parete bronchiale, compressione esterna delle vie aeree) (Reece 2015). Lo starnuto, al contrario, è un riflesso difensivo dovuto generalmente all i itazione della mucosa nasale con conseguente stimolazione delle fibre sub – epiteliali trigeminali. Lo starnuto inverso è uno sforzo inspiratorio rumoroso e parossistico causato dalla stimolazione di terminazioni nervose trigeminali sottomucose. Nonostante questo

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tipo di atteggiamento rappresenti spesso un motivo di preoccupazione per il proprietario, si tratta di un evento che non comporta nessun pericolo per la vita del paziente poiché, di fatto, non altera minimamente la capacità respiratoria; solo in una ridotta percentuale di casi risulta associato al rilievo di corpi estranei, neoformazioni oppure a notevole iperplasia delle strutture linfatiche rinofaringee. La tosse, infine, è uno sforzo espiratorio improvviso e sonoro e rappresenta il tentativo da pa te dell o ga is o, di allo ta a e dalle ie respiratorie un corpo estraneo reale o percepito (De Lorenzi 2012). Co l e ezio e del flusso la i a e a assa elo ità ei o hioli, l asse za dei u o i espi ato i i pli a la presenza di tessuto polmonare non funzionante al di sotto del nostro fonendoscopio (Reece 2015).

La ventilazione rappresenta lo scambio tidalico di a ia he a ie e t a l appa ato espi ato io e l at osfe a du a te l atti ità espi ato ia, i te de do o e tidali o o corrente) il volume di aria inspirato ed espirato con un singolo atto respiratorio in condizioni di riposo (circa 10-15 mL/kg). Più precisamente è possibile distinguere tra ventilazione polmonare e ventilazione alveolare, entrambe espresse in litri al minuto: la prima è il prodotto del volume corrente per la frequenza respiratoria, mentre la seconda, che rappresenta la quantità di aria che effettivamente raggiunge gli alveoli, è data dalla ventilazione polmonare meno lo spazio morto anatomico, rappresentato da quel tratto dell appa ato espi ato io dalle a i i ai o hioli do e o a e go o gli s a i di ossigeno e anidride carbonica tra aria e sangue, e che ha solo la funzione di conduzione e

o dizio a e to dell a ia De Lorenzi 2012).

Un importante fattore nella ventilazione polmonare è rappresentato dalla velocità alla uale l a ia al eola e ie e s a iata o l a ia at osfe i a. Questo alo e o e ui ale al olu e di e tilazio e pe i uto, poi h u a pia po zio e dell a ia i spi ata utilizzata per riempire le vie respiratorie di passaggio, piuttosto che gli alveoli, e non partecipa significativamente agli scambi gassosi. La frequenza respiratoria e il volume di ogni atto respiratorio (volume tidalico), determinano la ventilazione/minuto (Mcdonell et al., 2015). Per comprendere al meglio il meccanismo di ventilazione polmonare occorre, però, specificare che, oltre al volume corrente è possibile descrivere altri tre distinti volumi

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polmonari: si definisce volume di riserva inspiratorio (VRI) la quantità massima di aria che, dopo u i spi azio e o ale, può esse e i t odotta ei pol o i fo zata e te, e t e il

volume di riserva espiratorio (VRE) è la quantità massima di aria che può essere espulsa

dopo u espi azio e o ale; i fi e, dopo u espi azio e fo zata, residua a livello polmonare ancora una certa quantità di aria che viene definita volume residuo (VR). La somma di questi volumi indica le varie capacità polmonari e in particolare si definisce

capacità vitale (CV) la somma di VC + VRI + VRE, ossia la massima quantità di aria che può

esse e o ilizzata i u si golo atto espi ato io, pa te do da u i spi azio e fo zata massimale. Al contrario la capacità polmonare totale rappresenta la massima quantità di aria che può essere contenuta nei polmoni (CV + VR), mentre la quantità di aria che rimane ell appa ato espi ato io dopo u espi azio e t a uilla si hia a capacità funzionale

residua (VR + VRE). Nella figura 1.2 sono rappresentati graficamente i volumi e la capacità

descritti. Come è intuibile, numerosi e diversi fattori possono diminuire la capacità pol o a e; la iduzio e dell espa si ilità to a o – polmonare (sindrome restrittiva) e la di i uzio e del dia et o delle ie ae ee asso iata o e o alla di i uzio e dell elasti ità polmonare (sindrome ostruttiva) rappresentano le condizioni patologiche più frequenti (De Lorenzi 2012).

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Figura 1.2 Grafico dei volumi polmonari. Il volume corrente è pari a circa 10 - 15 mL/kg; le dimensioni delle altre curve hanno solo la funzione di rappresentare graficamente le proporzioni dei vari volumi respiratori (from medmedicine.it).

. . . Co f o to i t apol o a e t a sa gue e gas

U a olta he l a ia a i ata a li ello al eola e, ossige o e a id ide a o i a passa o attraverso la membrana alveolo – apilla e he di ide l a ia al eola e dal sa gue apilla e; questa diffusione avviene attraverso un gradiente pressorio, ovvero grazie al principio fisico per cui un numero definito di molecole si sposta dalla zona nella quale il gas esercita una maggiore pressione parziale (o tensione superficiale) alla zona nella quale la pressione pa ziale i fe io e, fi o a aggiu ge e u e uili io. Il passaggio da u a zo a all alt a avviene quindi attraverso un movimento casuale di molecole senza un trasporto attivo da pa te dell o ga is o: le ole ole di gas si uo o o pe ta to elle due di ezio i i ua tità direttamente proporzionale alla pressione parziale del gas nella zona dalla quale si stanno muovendo. Il trasferimento netto finale di gas è quindi dato dalla differenza nel numero di molecole che si sono spostate nelle due direzioni ed è direttamente proporzionale alla differenza di pressione parziale del gas nelle due zone (De Lorenzi 2012).

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Nell o ga is o i e te l ossige o ie e utilizzato e o su ato o ti uamente con produzione costante di biossido di carbonio, per cui un equilibrio stabile non può mai essere raggiunto. Di fatto ci troviamo di fronte ad un equilibrio dinamico per diffusione se o do u g adie te osta te di O f a gli al eoli pol o a i e i itocondri cellulari e in di ezio e o t a ia pe la CO (De Lorenzi 2012).

1.2.1.3

Trasporto di ossigeno e anidride carbonica nel sangue

Una volta passato attraverso la barriera alveolo – apilla e, l O ie e t aspo tato dal sangue ai siti di impiego metabolico (mitocondri cellulari) in minima parte disciolto nel plas a i a il % del totale e i assi a pa te i fo a o i ata o l e oglo i a H e it o ita ia; uesto tipo di u io e pe ette u t aspo to di O i a olte supe io e a quello consentito dal solo trasporto in forma disciolta. La molecola di Hb contiene 4 atomi di fe o fe oso e e ed ha la apa ità di lega e la il e te u a ole ola di O ; l ossige azio e del p i o e e au e ta l affi ità pe l O del se o do e e, l ossige azio e del se o do au e ta l affi ità pe il te zo e e e osì ia fi o alla o pleta ossige azio e della molecola che avviene con estrema rapidità, in meno di 0,01 secondi. La Figura 1.3 ost a la u a di disso iazio e o affi ità dell H pe l O i fu zio e della pressione parziale di questo gas. Questa curva di dissociazione ha una caratteristica forma sigmoidale, o segue za della diffe e te affi ità he la ole ola p ese ta pe l O e t e lo lega o lo cede. La particolare forma della curva offre numerosi vantaggi fisiologici; primo fra tutti la porzione superiore, piatta (area rossa), ci mostra come anche in presenza di un calo della p essio e pa ziale di O PO del gas he a i a agli al eoli, il a i o di O t aspo tato dall H sarà poco colpito: il fatto che la regione plateau sia così ampia pone un importante margine di si u ezza alla assi a satu azio e dell H du a te il passaggio ei pol o i (De Lorenzi 2012).

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Figura 1.3 Cu a di disso iazio e o affi ità dell H pe l O (from my-personaltrainer.it).

“e e e la PO a li ello al eola e sia o al e te pa i a Hg, osse a do la figu a otia o o e a he o u a PO pa i al Hg e e ie za possi ile di al u e alattie respiratorie) le percentuali di Hb saturata restino vicine al 100%. In aggiunta, la ripidità della parte più bassa della curva (area azzurra) sta a significare che i tessuti periferici possono o u ue otte e e g a di ua tità di O a he pe adute i po ta ti della PO pe il mantenimento di un gradiente comunque efficace e che permette il passaggio di O dal i olo alla ellula tissutale. Vi so o u e osi fatto i he posso o o dizio a e l affi ità dell H pe l O : il pH, la te pe atu a, la p essio e pa ziale di CO PCO e la concentrazione endoeritrocitaria di una sostanza intermedia che deriva dalla demolizione del glucosio operata dal globulo rosso, il 2-3 difosfoglicerato. In generale, si evidenzia uno spostamento della curva verso destra (Figura 1.4 i p ese za di u au e to della PCO , di una diminuzione del pH e di un aumento della temperatura corporea; questo sta a

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sig ifi a e he i u a i o e affi ità dell H pe l ossige o o e o he sa à age olato il suo s a i o dal letto apilla e tissutale alle ellule del tessuto stesso. O ia e te cambiamenti opposti degli elementi sopra ricordati spostano la curva verso sinistra dove isulte à e essa ia u a i o e p essio e pa ziale di O pe lega e all H la stessa ua tità di O . Il a te i e to dei alo i a te iosi di O , CO e di pH i hiede il pe fetto funzionamento di tutti i processi di trasporto e scambio di gas e anche modeste alterazioni di uesti p o essi posso o dete i a e l i suffi ie za espi ato ia he si iflette i u alte azio e dei pa a et i e ogasa aliti i del pazie te (De Lorenzi 2012).

Figura 1.4 Sposta e to della u a di disso iazio e dell H al a ia e della PCO , del pH ematico e della temperatura corporea (from my-personaltrainer.it).

Al o t a io dell ossige o, he si lega solo all e oglo i a, il diossido di a o io può esse e trasportato sotto a ie fo e. La CO ie e p odotta all i te o dei tessuti; pe iò la PCO tissutale più ele ata ispetto alla PCO del sa gue he a i a ei apilla i. La CO diffo de secondo gradiente di concentrazione dai tessuti al sangue. Quando il sangue lascia i tessuti, la PCO au e ta da a Hg app ossi ati a e te il alo e esatto dipe de dal rapporto tra flusso sangue e metabolismo). Approssimativamente il 5% della CO e t ata el sa gue t aspo tata i soluzio e. La aggio pa te della CO diffo de all i te o degli e it o iti, do e su is e u a delle due eazio i hi i he. La aggio pa te della CO si o i a o l a ua a fo a e a ido a o i o H CO , il uale poi si disso ia i i a o ato HCO e io i id oge o H⁺), come mostrato nella equazione di Henderson – Hasselbalch:

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Questa eazio e si e ifi a a he el plas a, a all i te o degli e it o iti, la p ese za dell a id asi a o i a, a ele a fo te e te l id atazio e della CO . La io izzazio e dell H CO a ie e apida e te e gli io i H+ e HCO - si a u ula o all i te o degli

eritrociti. Tale reazione reversibile si mantiene in movimento verso destra poiché gli ioni H+_{so o ta po ati dall e oglo i a. La aggio pa te dei HCO} - _{che vengono prodotti negli}

e it o iti diffo do o all este o di uesti se o do g adie te di o entrazione nel plasma. Gli io i lo o diffo do o i e e all i te o degli e it o iti pe a te e e la eut alità elett o hi i a. Il passaggio della CO el sa gue apilla e fa ilitato dalla deossige azio e dell e oglo i a he a ie e a li ello tissutale. La deossiemoglobina è un acido debole rispetto alla ossiemoglobina pertanto rappresenta una sostanza tampone migliore. Quindi essa si combina molto rapidamente con gli ioni H+_{e fa ilita la fo azio e di HCO} - _{a partire}

da CO (Robinson 2013).

I composti ca a i i i app ese ta o la se o da fo a o la uale la CO t aspo tata el sa gue. Tali o posti so o fo ati dall u io e della CO o u g uppo –NH di p otei e, i pa ti ola e l e oglo i a. “e e e tali o posti app ese ti o solo il -20% della CO totale o te uta el sa gue, essi so o espo sa ili del -30% degli scambi di CO t a tessuti e pol o i (Robinson 2013).

1.2.1.4 Controllo della funzionalità respiratoria

La funzione respiratoria è controllata dai centri nervosi della respirazione, da chemorecettori centrali e periferici, da riflessi polmonari e input neurali non respiratori. Il controllo della respirazione è stato descritto come un sistema di controllo a feedback integrato. Il sistema di controllo centrale include gruppi di neuroni localizzati a livello di e efalo, t o o e efali o e idollo spi ale i uali go e a o la e tilazio e sia olo ta ia he i olo ta ia att a e so la egolazio e dell atti ità dei muscoli respiratori. I muscoli respiratori, grazie alle loro contrazioni, determinano la ventilazione alveolare e le variazioni della ventilazione alveolare influenzano la pressione parziale dei gas ematici e la concentrazione di ioni idrogeno. Tali variazioni sono costantemente monitorate dai he o e etto i e t ali e pe ife i i he i ia o seg ali ai o t ollo i e t ali i odo da

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assicurare costantemente eventuali modificazioni ventilatorie qualora necessarie. I meccanorecettori polmonari e i recettori di stiramento dei muscoli respiratori controllano, ispetti a e te, il g ado di espa sio e e di sti a e to dei pol o i e lo sfo zo respiratorio, trasmettendo tali informazioni ai centri nervosi. Si possono verificare inoltre modificazioni respiratorie per assecondare attività non respiratorie come vocalizzazioni o meccanismi di termoregolazione.

In definitiva, questo complesso sistema di controllo determina la combinazione di frequenza e profondità del respiro più adatta per una ventilazione ottimale con il minimo sfo zo possi ile pe ias u a spe ie e i g ado di egola e l appo to di ossige o e l eli i azio e di a id ide a o i a i odo da a te e e l o eostasi i u a asta ga a di situazioni ambientali e metaboliche (Mcdonell et al., 2015).

1.2.2 Aspetti fisici e meccanici della respirazione

I gas coinvolti nella fisiologia respiratoria sono: ossigeno, diossido di carbonio, nitrogeno e apo e a ueo. Tutte ueste ole ole so o p ese ti ell at osfe a e all i te o dei fluidi corporei.

1.2.2.1 Principi fisici alla base dello scambio dei gas

Diverse leggi fisiche possono esserci utili nello studio dei gas. La legge di Boyle, per esempio, stabilisce che il volume di un gas varia in maniera inversamente proporzionale rispetto alla sua pressione. La legge di Charles invece insegna che temperatura e volume di un gas variano in modo direttamente proporzionale. Infine, la legge di Henry specifica che la quantità di un gas che si dissolve in acqua è influenzata dalla pressione del gas al quale l acqua è esposta e dal coefficiente di solubilità del gas stesso, ed è direttamente proporzionale a questi:

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I gas di interesse presenti nei fluidi corporei dei nostri animali sono il diossido di carbonio, l ossige o e il it oge o. Il diossido di a o io il più solu ile di uesti, i a olte più solu ile ispetto all ossige o. Il it oge o il e o solu ile, e, la sua solu ilità i a la

età ispetto a uella dell ossige o.

La pressione parziale di un gas è un concetto strettamente associato alla fisiologia respiratoria. Essa può essere definita come la pressione esercitata da un gas in una miscela di gas. La somma delle pressioni parziali di ciascuno dei gas presenti nella miscela equivale alla pressione totale.

La pressione parziale di un gas si ricava moltiplicando la concentrazione del gas per la p essio e totale, pe ese pio, l a ia at osfe i a o tie e il , % di O , la p essio e totale dell a ia al li ello del a e p essio e a o et i a è 760 mmHg, pertanto la p essio e pa ziale di O at osfe i o PO il p odotto della sua pe e tuale di o posizio e e la p essio e totale dell a ia stessa PO = , Hg = Hg . I gas eseguono movimenti netti grazie a meccanismi di semplice diffusione in risposta a pressioni differenti. Tale diffusione si verifica da aree ad alta pressione verso aree a p essio e più assa, uesto e o pe gas p ese ti all i te o di u a is ela di gas, pe gasi in soluzione e per gas in fase di trasformazione da stato gassoso a stato liquido (applicazione della legge di Henry).

Indipendentemente dalla pressione totale di una miscela di gas, ciascun gas diffonde in modo individuale dalla soluzione a pressione parziale più elevata a quella a pressione parziale più bassa. È opportuno sottolineare che una elevata pressione parziale di ossigeno non è legata ad un elevato volume di ossigeno nel sangue (legge di Henry).

I valori delle pressioni parziali dei gas di nostro interesse nei tessuti, nel sangue e negli alveoli polmonari sono riportati nella Tabella 1.1.

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Gas Sangue venoso Aria alveolare Sangue

arterioso Tessuti Ossigeno 40 109 100 30 o meno Diossido di carbonio 45 40 40 50 o meno Nitrogeno 569 564 569 569 Vapore acqueo 47 47 47 47 Totale 701 760 756 696

Tabella 1.1 Pressioni parziali e totali (in mmHg) dei gas respiratori nell uo o, a iposo a li ello del a e .

La PO al eola e Hg olto idotta ispetto al alo e di Hg o ispo de te all a ia i alata. Questa iduzio e app esenta il risultato di 3 fattori principali: (i) il consumo di ossigeno da parte dei tessuti e quello che costantemente lascia gli al eoli fa e il suo i g esso el sa gue e oso e t asfo a lo i a te ioso; ii l a ia ie e umidificata creando una pressio e di apo e a ueo Ph o di Hg a °C he a sua olta diluis e l O p ese te egli al eoli; e iii l a id ide a o i a e t a osta te e te egli al eoli dal sa gue e oso e a he uesto diluis e l ossige o p ese te. U a ventilazione aumentata può i e e ta e la PO al eola e poi h lo s a io o l a ia at osfe i a, he o tie e più ossige o ispetto all a ia al eola e, a ie e i odo più apido. I ueste o dizio i si osse a a he u au e to della PO a te iosa a ause della differenza di pressione parziale.

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1.2.2.2 Fattori che influenzano la diffusione dei gas

La diffusione tra gas alveolari e sangue avviene attraverso la membrana respiratoria. In generale, la membrana respiratoria è composta da epitelio alveolare, membrana basale dell epitelio al eola e, spazio i te stiziale, e a a asale dell e dotelio apilla e ed endotelio capillare. La distanza tra gas alveolare e sangue, probabilmente, rappresenta un valore ipotetico minimo. La separazione polmonare può aumentare per interposizione di ellule e l au e to dello spazio i te stiziale. La diffusio e att a e so i tessuti ie e espressa attraverso la seguente formula:

Vgas = A x D (P1 – P2) / T

do e il tasso di diffusio e Vgas p opo zio ale all a ea di supe fi ie A , la differenza tra la pressione parziale dei gas nei due comparti (P1 – P2) e il coefficiente di diffusione (D) ed è inversamente proporzionale allo spessore dei tessuti (T). Il coefficiente di diffusione della CO att a e so la e a a espi ato ia i a olte aggio e ispetto a uello dell O . Co l au e ta e della dista za di diffusio e, o e ad ese pio i o so di ede a polmonare, il tasso di diffusione diminuisce. In questa condizione, si potrà notare un maggiore sforzo ventilatorio nel tentativo di compe sa e l ipossie ia di i uzio e della concentrazione di ossigeno nel sangue arterioso) che si è sviluppata a causa della riduzione del tasso di diffusione di ossigeno. In questo caso, un emogas arterioso svelerebbe una riduzione sia della pressione parziale di ossigeno che di quella del diossido di carbonio. A cause del ridotto tasso di diffusione, legato ad una aumentata distanza, ci saremo aspettati un aumento del diossido di carbonio; tuttavia dal momento che il suo coefficiente di diffusione è molto più alto di uello dell ossige o, l au e tata e tilazio e so a o pe sa la di i uita diffusio e do uta alla dista za e si osse a u a di i uzio e della PCO .

U alt a a atte isti a deg a di ota la elazio e di etta t a a ea di supe fi ie e tasso di diffusione. I mammiferi di piccola taglia hanno richieste molto più elevate di ossigeno rispetto ai mammiferi di taglia maggiore poiché le richieste basali di ossigeno sono strettamente proporzionali alla superficie corporea piuttosto che al peso corporeo. Tutta ia, i pi oli a ife i ha o all i i a le stesse p opo zio i dei g ossi a ife i

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tra volume polmonare e peso corporeo. Essi hanno una maggiore efficienza polmonare g azie all ele ato u e o di al eoli più pi oli, i uali au e ta o ote ol e te la superficie di diffusione. Fino ad ora abbiamo menzionato solo la diffusione tra gas alveolare e sangue ma occorre precisare che gli stessi principi sono applicabili anche per la diffusione tra sangue e tessuti corporei. La differenza tra sangue arterioso e sangue venoso riflette il fenomeno della diffusione di gas che avviene a livello polmonare e nei vari tessuti corporei. La diffusio e di gas ell o ga is o de i a dalla ealizzazio e di diffe e ze di p essio e i accordo alla equazione del tasso di diffusione riportata più in alto. La diffusione avviene poi h l ossige o ie e o su ato dai tessuti ↓PaO , i uali p odu o o, i e e, a id ide a o i a ↑P CO . Dal o e to he l a ia f es a ie e t aspo tata ai pol o i, si ea u gradiente di pressione pe i ostitui e l ossige o el sa gue e i uo e e l a id ide carbonica che si è accumulata.

1.2.2.3 Pressioni respiratorie

L a ia e t a ed es e dai pol o i i isposta alle diffe e ze di p essio e eate ispetti a e te dall au e to e la iduzio e del volume toracico (Figura 1.5).

Figura 1.5 Pressione intrapleurica ed intrapolmonare in inspirazione ed espirazione (from Reece WO (2015) in Dukes’ Physiology of do estic a i als).

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Pressione intrapolmonare – la pressione intrapolmonare è rappresentata dalla pressione

dell a ia all i te o dei pol o i e delle ie ae ee he po ta o a uesti. La p essio e intrapolmonare rapidamente uguaglia la pressione atmosferica una volta che il volume toracico si è stabilizzato a causa della libera comunicazione tra area interna dei polmoni ed a ie te este o. Du a te l i spi azio e la p essio e i t apol o a e di e ta lie e e te su at osfe i a poi h l espa sio e del to a e e dei pol o i legge e te più apida dell i g esso dell a ia. Du a te l espi azio e la p essio e i t apol o a e supe a leggermente la pressione atmosferica poiché il torace diminuisce in volume e permette ai polmoni di ridursi in dimensione ( recoil tendency o p i e do l a ia all i te o di essi. Tale o p essio e o se te la fuo ius ita dell a ia. Pe iò si può di e he le diffe e ze di p essio e ea o l effetti o o i e to dell a ia. La p essio e i t apol o a e ipo tata anche come pressione alveolare o intra – alveolare.

Pressione intrapleurica – la pressione intrapleurica si riferisce alla pressione toracica

esterna ai polmoni (incluso il mediastino). Lo spazio pleurico è piuttosto ridotto e i polmoni occupano la maggior parte della cavità toracica. La pressione intrapleurica è sempre inferiore rispetto alla pressione intrapolmonare. Questo è vero non soltanto durante la respirazione normale ma anche in condizioni di espirazione forzata o di ventilazione a pressione positiva. La pressione intrapleurica è inferiore a quella intrapolmonare poiché i polmoni aderiscono alla parete toracica attraverso uno strato liquido tra pleura parietale e pleu a is e ale. L espa sio e del to a e seguita dall espa sio e dei pol o i. Tutta ia i polmoni hanno sempre una recoil tendency perché (i) la tensione superficiale dei fluidi di rivestimento interni agli alveoli tende a tirare continuamente la superficie alveolare al fine di far raggiungere agli alveoli la dimensione più piccola possibile e (ii) le forze elastiche (fibre elastiche e collagene) tendono a fa iti a e i pol o i i og i o e to. La spi ta i te a del tessuto pol o a e t as i a lo st ato li uido p ese te t a la pleu a is e ale e parietale creando una pressione idrostatica subatmosferica. In condizioni normali, la pressione intrapolmonare diventa leggermente negativa (- Hg du a te l i spi azione e leggermente positiva (+ Hg du a te l espi azio e. U a si ulta ea ile azio e della pressione intrapleurica mostrerebbe probabilmente un valore intorno a -2 mmHg a fine

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espirazione e un valore simile a -6 mmHg a fine inspirazione (Figura 1.6). Tutti questi dati sono relativi alla pressione atmosferica.

In caso di pneumotorace, (Figura 1.7 l a ia e t a all i te o dello spazio o p eso t a pleu a pa ietale e pleu a is e ale, o pe l adesio e ed osta ola l i sufflazio e pol o a e. Animali con mediastino completo (come il cane, dove polmone destro e sinistro sono separati), subiranno un collasso pol o a e ipsilate ale all i g esso di a ia. I pol o i collassano a causa delle forze elastiche e di tensione superficiale. Tentativi da parte degli animali di inalare aria possono risultare nulli ed essi possono andare incontro a morte per asfissia.

Pressione dello spazio mediastinico – è importante comprendere la relazione tra strutture

mediastiniche e pressione intrapleurica. Queste strutture sono avvolte dalla pleura mediastinica. Una pressione subatmosferica intrapleurica è trasmessa alle strutture ediasti i he, ale a di e, la e a a a e l esofago. Questo ha i po ta ti o segue ze: du a te l i spi azio e, ua do la p essio e i t apleu i a di ie e olto egati a ispetto alla pressione atmosferica, la trasmissione della pressione ridotta alla vena cava e al dotto linfatico toracico supporta il flusso ematico e linfatico al cuore. Grazie alle valvole presenti in questi vasi, sangue e linfa non tornano indietro quando la pressione diventa meno negativa rispetto alla pressione atmosferica come avvie e du a te l espi azio e.

Figura 1.6 Simultanea rilevazione della pressione intrapolmonare e intrapleurica durante il ciclo respiratorio di un cane anestetizzato. Ogni picco del pneomogramma indica la fine dell i spi azio e e l i izio dell espi azio e.

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Figura 1.7 Pneumotorace (visione ventrale). Il volu e di a ia he e t a da u ape tu a o atu ale supe a uello he e t a dalla t a hea ua do il olu e i t apleu i o au e ta du a te l i spi azio e. La iduzio e della pressio e i t apleu i a o suffi ie te a pe ette e l i sufflazio e pol o a e. Le f e e ost a o la di ezio e dell es u sio e to a i a ua do diaf a a e us oli i te ostali i spi ato i si o t aggo o o l i spi azio e (from Reece WO (2015) in Dukes’ Physiology of domestic animals).

Occorre ricordare, inoltre, la costante tendenza da parte dei polmoni a collassare e, nel fare uesto, essi te do o a iti a si allo ta a dosi dalla pa ete to a i a. Questa te de za legata a (i) lo stiramento delle fibre elastiche e collagene durante il rigonfiamento polmonare e (ii) la tensione di superficie dei fluidi di rivestimento degli alveoli. Lo sti a e to delle fi e fa ile da i agi a e o e fo za he o t i uis e alla iti ata dei polmoni. Al contrario, la tensione di superficie, che non è semplice da comprendere, è una manifestazione della forza di attrazione tra atomi e molecole. Atomi e molecole identici tra lo o ese ita o u a uguale att azio e l u o o l alt o, al o t a io ato i o ole ole di e si t a lo o posso o esse e più o e o att atti l u o dall alt o. L effetto della te sio e di superficie degli alveoli polmonari può essere spiegata dalla legge di Laplace, rappresentata dalla formula:

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do e la p essio e P all i te o degli al eoli di etta e te legata alla te sio e T esercitata sulla loro superficie interna ed inversamente correlata al loro raggio interno (r). La te sio e della pa ete degli al eoli te de a o t a li e la p essio e all i te o di uesti tende ad espanderli. Quando non ci sono movimenti degli alveoli si ha un equilibrio tra le forze di espansione e contrazione. Se è vero che la tensione di superficie degli alveoli rimane la stessa, indipendentemente dal raggio, al contrario, la pressione necessaria per l i sufflazio e au e ta al di i ui e del aggio e di i uis e all au e ta e del aggio. Conseguentemente, si può osservare che potrebbe essere richiesta una pressione aggio e pe da i izio all i spi azio e poi h il aggio i o e e he gli al eoli più pi oli (con la pressione maggiore) potrebbero svuotarsi negli alveoli più grandi. Questa situazione insostenibile potrebbe verificarsi qualora la tensione di superficie rimanesse la stessa, indipendentemente dal raggio. Questo, tuttavia, non è il caso per la presenza del surfactante polmonare.

Il surfactante è una sostanza tensio – attiva per la quale le molecole di acqua hanno una minore attrazione. Proprio a causa di questa proprietà le molecole di surfactante si accumulano sulla superficie portando ad una riduzione della tensione superficiale. Questo deriva da una riduzione del numero delle molecole di acqua a livello superficiale e anche pe h le ole ole di su fa ta te ha o u a i o e att azio e l u a pe l alt a e pe le ole ole di a ua. Co segue te e te, l effetto di te sio e supe fi iale e la spi ta e so il basso sono ridotti.

Il surfactante polmonare è un complesso lipoproteico contenente circa un 30% di proteine e un 70% di lipidi. La maggior parte della frazione lipidica è rappresentata da Dipalmitoilfosfatidilcolina. Il surfactante è sintetizzato dalle cellule epiteliali alveolari di tipo II ellule se eto ie . Questo o fe is e all epitelio al eola e la de o i azio e di u a u ità metabolica attiva e non semplicemente di una membrana passiva per gli scambi di ossigeno ed anidride carbonica. Si stima che il polmone può essere responsabile di un consumo pari all - % dell ossige o asale dell o ga is o. Il su fa ta te si fo a elati a e te ta di ella ita fetale sia ell uo o he i al u e spe ie a i ali. Tutta ia, il te po di fo azio e non è conosciuto per molte specie domestiche. Nei neonati prematuri, in umana, la carenza di surfactante alla nascita porta a una sindrome da distress respiratorio caratterizzata da

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dispnea, cianosi e rumori espiratori. Alla fi e dell espi azio e, ua do gli al eoli ha o assunto il loro più piccolo raggio, sembra che sia necessario un aumento della pressione per dare inizio alla successiva inspirazione così da insufflare nuovamente gli alveoli. In accordo alla legge di Laplace, questo può essere vero se la tensione di superficie rimane la stessa du a te tutte le fasi dell i sufflazio e. Tutta ia, o e il aggio al eola e si idu e, il surfactante polmonare si comprime sulla superficie e più attivo in qualità di agente te sioatti o pe iò idu e la te sio e di supe fi ie. L i spi azio e è assistita poiché la iduzio e della te sio e di supe fi ie te de a o t asta e l effetto della iduzio e del aggio alveolare per quanto riguarda la pressione necessaria per insufflare gli alveoli. Questo inoltre stabilizza gli alveoli in modo che i piccoli alveoli non aggettino in alveoli più grandi. Alla fi e dell i spi azio e gli al eoli si sa a o espa si. Pe ualsiasi ua tità i iziale di surfactante, esso è diluito in superficie ed è quindi meno superficie attiva. La tensione di superficie a questo punto sarà aumentata. Fisiologicamente, questo comporta un fattore di li itazio e pe l i spi azio e e aiuta le fi e elasti he e ollage e el p o ede e alla

et azio e e essa ia pe l espi azio e.

La compliance polmonare è la misura della distensibilità dei polmoni ed è determinata dalle isu azio i dei a ia e ti ei olu i pol o a i pe og i u ità di p essio e. L u ità di misura standard utilizzata per la compliance polmonare è il millimetro (o il litro) per centimetro di acqua. Se il valore della compliance in un animale si è ridotta nel corso di un periodo di tempo (maggiore pressione per volumi di espansione uguali), il tessuto polmonare dovrà essere più rigido e meno distensibile o alcune anomalie possono aver ulte io e te idotto l espa si ilità del torace. Fattori che influenzano la compliance sono rappresentati da tutte quelle condizioni che distruggono il tessuto polmonare o lo trasformano in tessuto fibrotico o edematoso o che, in ogni caso, impedisco o l espa sio e polmonare. Cambiamenti nel surfactante (quantità o composizione) influenzano i livelli di compliance e una carenza di surfactante è associata ad una compliance ridotta. Quando gli al eoli si espa do o du a te l i spi azio e, la dista za t a le ole ole di su fa ta te aumenta (sepa azio e . Co la iduzio e della g a dezza degli al eoli du a te l espi azio e, le molecole di surfactante ritornano al loro stato iniziale di compressione (ricombinazione). Per il surfactante, la separazione delle molecole si realizza con maggiore difficoltà rispetto

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alla ricombinazione molecolare tanto è vero che la misurazione della pressione ad un dato olu e pol o a e du a te l i spi azio e isulta aggio e o plia e idotta ispetto allo stesso olu e pol o a e du a te l espi azio e.

Alla respirazione è associato un certo dispendio energetico: questo è correlato alla o t azio e dei us oli e essa i pe l espa sio e pol o a e. Du a te l espa sio e dei polmoni si ha un lavoro muscolare associato ad un superamento (i) delle forze elastiche e di tensione di superficiale, (ii) delle forze non elastiche (riorganizzazione del tessuto) e (iii) delle resistenze aeree. Tutti questi fattori possono aumentare in corso di patologie. La a a za di su fa ta te e la fi osi o l i igidi e to dei tessuti i fluenzano i primi due fatto i, l ost uzio e delle ie ae ee i flue za il te zo. Du a te la patologia pol o a e cronica del bestiame, è richiesta molta energia per la respirazione e questo comporta ad ese pio u a iduzio e dell i di e di o e sio e ali e ta e.

La esiste za al flusso dell a ia dete i ata dagli stessi fatto i he dete i a o il flusso dei fluidi nei vasi. Una modifica della legge di Poiseuille per i flussi laminari dei liquidi all i te o di tu i ili d i i lis i e igidi esp essa dalla formula seguente:

Resistenza = � � �

� �

dove _�è il coefficiente di viscosità, _�è la lunghezza del tubo e _{� è il raggio del tubo. Questa} equazione fornisce una certa approssimazione della resistenza, nonostante le vie respiratorie non siano lisce, cilindriche e rigide. Se la lunghezza è aumentata di 4 volte, la pressione dovrebbe aumentare di 4 volte per mantenere un flusso aereo costante. Se il raggio del tubo si dimezzasse, la pressione dovrebbe comunque aumentare di 16 volte per mantenere un flusso costante. La esiste za al flusso dell a ia u o dei fatto i maggiormente associati al concetto di lavoro respiratorio. La resistenza è maggiore durante l espi azio e piuttosto he du a te l i spi azio e pe h l espa sio e dei pol o i du a te l i spi azio e spi ge e so l alto le ie ae ee i odo da fa o i e u lo o aggio e ape tu a, e t e du a te l espi azio e si e ifi a u a o p essio e delle ie ae ee. I olti asi di distress respiratorio, la fase espiratoria è molto più evidente di quella inspiratoria a causa

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di u a aggio e o p essio e asso iata all au e tata o t azio e us ola e e essa ia per superare l au e tata esiste za (Reece 2015).

1.3 Alterazioni della funzionalità respiratoria nei pazienti in AKI _

Il termine malattia renale acuta comprende un ampio spettro di patologie caratterizzate da u i so ge za i p o isa di da o pa e hi ale e ale più tipi a e te a atte izzato da u i apa ità ge e alizzata da pa te dei e i di ispo de e alle esige ze escretorie, eta oli he ed e do i e dell o ga is o, uesta o dizio e o os iuta o e insufficienza renale acuta.

L i suffi ie za e ale a uta A‘F asso iata ad u da o e ale, ad i so ge za apida, emodinamico, di filtrazione, tubulo – interstiziale, o escretorio ed al conseguente accumulo di tossi e eta oli he tossi e u e i he ed alte azio i dell e uili io id o – elettrolitico ed acido – base (Cowgill et al., 2005).

Il termine AKI (Acute Kidney Injury) è stato adottato in medicina umana per meglio iflette e l a pio spett o di alattie a ute he posso o olpi e il e e olt e he pe i fo za e il o etto he l AKI o po ta u da o sia fu zio ale he pa e hi ale Kellu et al., 2007; Himmelfarb et al., 2008). Questa condizione può essere impercettibile clinicamente agli stadi iniziali, e culminare con la necessità di ricorrere alla terapia renale sostitutiva (RRT, Renal Replacement Therapy) (Bellomo et al., 2004; Kellum et al., 2007; Mehta et al., 2007; Kellum 2008).

Una definizione precisa di AKI non è stata stabilita in medicina veterinaria. Sono state proposte diverse definizioni sia in medicina umana che in medicina veterinaria basate su modificazioni sequenziali del tasso di filtrazione glomerulare (GFR, Glomerular Filtration ‘ate , dell azotemia e della produzione urinaria per poter fornire criteri obiettivi per la diagnosi (Cowgill and Francey 2006; Langston 2010).

Il danno renale acuto (AKI) fa seguito ad un improvviso calo della funzionalità dei reni, sui quali generalmente agisce un fattore di tipo ischemico, tossico o infettivo (Segev 2001). L i suffi ie za e ale i e e o pa e ua do i a t e ua ti dei ef oni di entrambi i reni

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smettono di funzionare determinando una patologia di maggiore gravità (Ettinger et al., 2002).

L AKI p odu e u a g a de a ia ilità di seg i li i i he a ia o i i te sità i ase al g ado, alla du ata, all eziologia e al de o so della patologia. Nelle prime fasi di AKI, i segni clinici sembrano essere pochi e non specifici, mentre negli stadi più avanzati questi sono

ultisiste i i e etto o a is hio la ita dell a i ale.

Negli animali con comorbidità o disfunzioni multiorgano, può essere difficile discernere se il p o le a li i o legato spe ifi ata e te all alte azio e della fu zio alità e ale o a condizioni coesistenti. Tuttavia, tutte le conseguenze cliniche di AKI progrediscono con il peggioramento del grado di malattia. Sebbene esistano moltissime discussioni cliniche per tutti i g adi, l AKI app ese ta u a si d o e li i a ultipla asata sull eziologia, la g a ità e l i teg ità fu zio ale dei e i e del siste a u i a io Cowgill and Francey 2005).

Le complicazioni respiratorie nei pazienti in AKI includono versamento pleurico, edema polmonare, polmonite ab ingestis, polmoniti uremiche, tromboembolismo polmonare ed emorragia polmonare (Rivers and Johnston 1996; Baumann and Fluckiger 2001; Greenlee et al., 2005).

In medicina umana il 55-86% dei pazienti in AKI sviluppano insufficienza respiratoria e l e oluzio e li i a dal pu to di ita espi ato io app ese ta u sig ifi ati o fatto e di rischio per la morte del paziente (Mehta et al., 2002; Bouchard and Mehta 2009).

Esistono 4 fattori predisponenti per lo sviluppo di edema polmonare in pazienti in AKI: sovraccarico di fluidi (edema cardiogeno), disfunzioni del ventricolo sinistro (edema cardiogeno), aumento della permeabilità capillare polmonare (edema non cardiogeno), e danno renale acuto (edema non cardiogeno infiammatorio) (Faubel 2008). Il sovraccarico di fluidi rappresenta, tuttavia, la causa più comune di edema polmonare (e versamento pleu i o egli a i ali i AKI, a l ede a i te stiziale si s iluppa pe si o i assenza di un incremento acuto dei fluidi corporei (Kramer et al., 1999; Klein et al., 2008; Scheel et al., 2008; Bouchard and Mehta 2009).

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U a o dizio e o os iuta o e pol o e u e i o app ese ta u a o pli azio e e consolidata di uremia acuta ad eziologia a ia. Vie e spesso o fusa o l ede a polmonare da sovraccarico di fluidi, ma, a differenza del sovraccarico di volume, si sviluppa in seguito ad un aumento della permeabilità vascolare polmonare, al passaggio di albumina (e probabilmente di globuli ossi ello spazio i te stiziale, all aggluti azio e degli e it o iti all i terno dei capillari polmonari, e all ede a i te stiziale e alle i fia azio i ad o ga i dista ti itti e dell u e ia a uta Figura 1.8) (Schell et al., 2008).

Gli eventi patologici a carico dei polmoni divengono evidenti a poche ore di distanza dall i so ge za di AKI. Essi se a o esse e asso iati o e e ti t a s izio ali espo sa ili dell atti azio e di p o essi p o-infiammatori e pro-apoptotici gravità-dipendenti a carico del rene i quali inducono, conseguentemente, eventi transcrizionali ed infiammatori analoghi nel polmone (Hassoun et al., 2007; Grigoryev et al., 2008; Scheel et al., 2008).

Figura 1.8 Polmone uremico, radiografia toracica (a) ventro - dorsale e (b) laterale di un cane con AKI di grado IV secondaria a leptospirosi. Le caratteristiche radiografiche includono infiltrati nodulari polmonari diffusi ed irregolari con una predominante distribuzione peribronchiale e broncogrammi aerei (from Cowgill and Langston (2011) in: Nephrology and

Urology of small animals).

Le odifi azio i pol o a i so o ediate dall i te leuki a- e fa ilitate dall up-regulation delle he o hi e lo ali i dotte dall atti ità t a s izio ale Hoke et al., 2007; Grigoryev et al., 2008; Klein et al., 2008; Sheel et al., 2008).

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La patogenesi del polmone uremico rappresenta un esempio del concetto emergente di O‘GAN C‘O““-TALK . I studi su odelli a i ali o ai hia o he l AKI o u e e to isolato, ma determina disfunzioni in altri organi come cuore, polmoni, intestino e cervello attraverso un processo infiammatorio che comprende la migrazione di neutrofili, l esp essio e di al u e ito hi e e u au e to dello st ess ossidati o. I e i gio a o ui di u uolo atti o ell e oluzione della disfunzione multiorgano (Steven et al., 2012). In pa ti ola e stato di ost ato i al u i studi spe i e tali sui atti he l AKI i du e l apoptosi delle ellule a dia he e la p oduzio e di ito hi e o e l i te lu hi a-1 (IL1) e il Tumor Necrosis Factor (TNF-alfa) (Kelly . L AKI i olt e au e ta le ito hi e proinfiammatorie nella corteccia cerebrale e ell ippo a po, atti a do la i oglia e i flue za do l attività motoria nel topo (Liu et al., 2008).

Clinicamente, il polmone uremico viene individuato in animali con danno renale acuto grave analogamente alle modificazioni gravità – dipendenti osservate nelle prove sperimentali, ed è frequentemente associato a casi di Leptospirosi e intossicazione da giglio. L e o agia pol o a e peggio a il pattern polmonare dei cani con leptospirosi la quale può rappresentare una variazione ancora più severa di polmone uremico (Baumann and Fluckiger 2001; Niwattayakul et al., 2002; Dolhnikoff et al., 2007; Andrade et al., 2008; Dall A to ia et al., 2008; Gouveia et al., 2008).

I pazie ti u a i o Pol o e u e i o s iluppa o ede a al eola e ed i te stiziale a atte izzato da u alta o e t azio e di p otei e, p olife azio e del tessuto o etti o polmonare, formazione di membrane ialine ed emorragia alveolare (Grassi et al., 1994; Bleyl et al., 1981). Tali caratteristiche polmonari sono tipiche di un danno polmonare acuto (ALI: Acute Lung Injury) e della sindrome da distress respiratorio acuto (ARDS Acute Distress Respiratory Syndrome) (Luce et al., 1998). La combinazione di AKI ed ALI determina una

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Figura 1.9 Il danno renale acuto provoca un danno multiorgano al cuore, cervello, polmoni, fegato e appa ato gast oe te i o, edia te l espressione di mediatori pro-i fia ato i, l i u ità innata, apoptosi cellulare e alterazioni genomiche (Schell et al., 2008).

La correlazione tra ALI ed AKI non è stata ancora ben chiarita. Vengono distinti due meccanismi patogenetici: un processo infiammatorio incontrollato che determina un aumento della permeabilità della barriera alveolo-capillare, e la down – regulation della pompa sodio – potassio e dei canali deputati al trasporto di acqua (Klein et al., 2008). È stato visto in modelli sperimentali eseguiti su cavie, in seguito alla provocazione di ischemia e ale o i a i ali he a e a o su ito u a ef e to ia, he l au e to della concentrazione ematica del TNF-alfa e dell IL- gio a u uolo hia e ell i du e il da o