Invecchiamento dell’apparato respiratorio
Stefano Nardini, Claudio Sanguinetti, Francesco Schiavon
Premessa
L’insieme di fenomeni fisiologici che chiamiamo invecchiamento, e che si sostanzia in un progressivo deterioramento delle funzioni vitali, è ancora per larga parte scono- sciuto sia nelle sue cause prime, sia nei suoi meccanismi, sia infine nella sua progres- sione che, come noto, varia da individuo a individuo.
Ogni ragionamento sull’invecchiamento dell’apparato respiratorio deve partire dall’os- servazione che l’apparato respiratorio è la parte del nostro organismo che maggiormen- te interagisce con l’ambiente, e lo fa senza alcuna protezione che non siano i mezzi
“naturali” di difesa. I 70 metri quadrati che nella media costituiscono la superficie respi- ratoria di un adulto non possono che risentire, acutamente ma anche nel lungo perio- do, comunque sempre in misura massiva, di tutti i mutamenti che si verificano nelle caratteristiche biologiche, fisiche e chimiche dell’ambiente in cui l’individuo si muove.
Pertanto l’evoluzione dell’individuo che noi chiamiamo invecchiamento va intesa come il prodotto dell’interazione di un organismo che evolve (con il passare del tempo) con un ambiente (comprensivo anche degli stili di vita) che evolve. E come ogni indi- viduo è diverso dall’altro per costituzione genica e per caratteristiche biologiche, così ogni ambiente è diverso dall’altro in senso non solo geografico ma, soprattutto, in senso storico. Si vuole con questo dire che i vecchi che noi osserviamo e studiamo oggi hanno vissuto in una comunità molto differente dalla nostra, respirando aria differente da quella che respiriamo noi e venendo a contatto con sostanze e microrganismi diversi da quelli con cui noi veniamo a contatto.
Così, almeno alcune delle patologie “degenerative” che noi oggi riteniamo connatu- rate all’invecchiamento sono invece, probabilmente, il prodotto della prolungata inte- razione dell’organismo con noxae patogene caratteristiche di un certo periodo storico e non del semplice scorrere del tempo.
Queste constatazioni, lungi dal far giudicare impredicabile l’invecchiamento del- l’apparato respiratorio, devono però renderci consci che le nostre conoscenze in que- sto campo saranno sempre relative, viziate da quello che in epidemiologia è noto come un “effetto coorte”.
Due sono i fattori che hanno influito nei decenni scorsi sull’invecchiamento del- l’apparato respiratorio di coloro i quali oggi fanno parte della cosiddetta terza età: le malattie infettive e l’inquinamento.
La regressione dell’importanza della patologia infettiva - pur registratasi anche per quello respiratorio - non è stata così pronunciata come per altri apparati. La tuberco- losi ha colpito duro per tutta la prima metà del secolo (e colpisce a tutt’oggi). Bronchi- ti e broncopolmoniti hanno costituito importanti cause di morbilità e mortalità.
Per quel che riguarda l’inquinamento aereo, è ben noto che il secolo scorso si è qua- lificato come quello nel quale si è assistito a un suo aumento e a una sua diffusione geografica. Inoltre - a differenza di quanto si osserva oggi - il livello di sostanze tossi- che inalabili nell’ambiente di lavoro è stato molto elevato.
Nel ragionare sulle modifiche che si osservano nell’apparato respiratorio sui nostri vec- chi occorrerà tenere conto di quanto questi due fattori possono aver agito sull’individuo.
Senectus ipsa morbus est?
Nessuno è ancora riuscito a capire con precisione come e perché si invecchia.Alcune teo- rie hanno enfatizzato il ruolo di ripetute “lesioni” da raggi ultravioletti, altre quello del- l’accumulo di metaboliti, altre infine il ruolo della genetica. Tutti questi fattori posso- no giocare un ruolo ma, come accennato, l’invecchiamento è un processo complesso in cui differenti elementi (l’ereditarietà, l’ambiente, la dieta, l’esercizio fisico, le malat- tie passate, le influenze culturali) interagiscono in modo non prevedibile. In questo l’in- vecchiamento si differenzia dai cambiamenti osservati, per esempio, nell’adolescenza, che possono essere previsti con buona approssimazione. Alcuni apparati iniziano a invecchiare relativamente presto nel corso della vita, altri (come il sistema nervoso cen- trale) relativamente tardi. La senescenza dell’apparato respiratorio inizia a trent’anni circa.
Tuttavia, nonostante questo precoce inizio dell’involuzione senile, in campo respirato- rio il detto che la vecchiaia è di per sé una malattia non è vero.
Per quel che riguarda la funzione respiratoria, intesa come ossigenazione del sangue e depurazione dello stesso dall’anidride carbonica, infatti, in linea di massima si sa che un organismo che invecchia in modo “sano” e armonico (che abbia cioè avuto una favo- revole interazione con l’ambiente) non presenta problemi di insufficienza funzionale.
Il grafico di Figura 1 evidenzia questo fenomeno.
Non fumatore o non sensibile al fumo
Ha smesso a 45 Fumatore regolare
e sensibile al fumo Disabilità
Morte
Ha smesso a 65
Età (anni)
VEMS (% in rapporto alla VEMS all’età di 25 anni)
Fig. 1. Volume espiratorio massimo al primo secondo (VEMS) in differenti età
Come si osserverà, la funzionalità respiratoria, espressa nel grafico come VEMS (volume espiratorio massimo al primo secondo) decresce con l’età.
Nel soggetto che abbia “male interagito” con l’ambiente (nel caso del grafico, un sog- getto fumatore) questo decremento può essere rapido e portare a una severa riduzio- ne della funzione respiratoria, tale da provocare in età relativamente giovane (50-60 anni) invalidità e morte.
Per contro, nel soggetto “normale” che abbia “ben vissuto” la riduzione prestazio- nale incide solo sulle riserve funzionali, cioè su quella quota di respirazione che viene reclutata in condizioni di sforzo.
Nella vecchiaia, l’apparato respiratorio, consente quindi di svolgere un’attività fisi- ca moderata, comunque commisurata alle attitudini caratteristiche dell’età. Il respiro nor- male rimane adeguato e anche una persona molto vecchia è in grado, nella maggior parte dei casi, di respirare senza sforzo. Tuttavia, in presenza di necessità aumentate di ossigeno (per esempio durante l’esercizio fisico o in alta montagna) l’apparato respi- ratorio invecchiato può non essere in grado di soddisfare la richiesta.
Struttura e funzioni dell’apparato respiratorio
L’apparato respiratorio è molto complesso sia nella struttura che nella funzione. Essen- zialmente è costituito da un organo di scambio di gas tra due fluidi, l’aria e il sangue, e dalle vie di conduzione che veicolano aria e sangue alle singole unità ove lo scambio avviene.
I due fluidi vengono mobilizzati da due “pompe”: il sangue dal cuore (che è un sem- plice muscolo), l’aria dal sistema toracopolmonare, che è una struttura complessa. I movimenti della gabbia toracica sono in grado di generare le pressioni che mobilizza- no l’aria nelle vie aeree, in ragione dell’elasticità del polmone, ma la gabbia toracica si muove in dipendenza dell’integrità dell’apparato osteo-articolare e della capacità dei muscoli di generare tensione.
La funzionalità del sistema è assicurata da un esatto accoppiamento tra sangue e aria, cioè dal fatto che giunga aria a unità scambiatrici nelle quali si trovi anche il sangue.
Per assicurare l’omeostasi di questo organo di scambio, l’apparato respiratorio dis- pone di meccanismi biologici, per lo più localizzati sul versante ventilatorio, in quan- to come detto più esposto agli agenti esterni.
Riconosciamo quindi un sistema di “condizionamento” dell’aria e uno di protezio- ne dell’apparato respiratorio, quest’ultimo è esteso dalle prime vie aeree fino agli alveo- li e articolato in difese meccaniche e biologiche, con funzioni sia di prevenzione sia di riparazione dei danni.
La mortalità elevata per cause infettive (per esempio per broncopolmonite), carat- teristica delle classi di età più avanzate, è testimonianza di una minore efficienza dei mec- canismi di protezione citati associata a una minore efficacia di quelli riparativi.
Lo scopo principale dell’apparato respiratorio (ve ne sono anche altri, secondari) è quello di assicurare la necessaria fornitura di ossigeno.Contestualmente,con l’apparato rena- le, mantiene costante l’equilibrio metabolico. Per raggiungere questo obiettivo, aria “fresca”
deve essere introdotta regolarmente e continuativamente nelle singole unità funzionali:
gli alveoli. È noto da decenni che con l’invecchiamento si riduce - fisiologicamente - la quantità di aria che può essere mobilizzata. Il grafico di Figura 1, basato sugli studi di Flet- cher e Peto, rende visibile questo dato illustrando contemporaneamente l’effetto di “invec-
chiamento precoce” che può avere l’abitudine al fumo (fattore ambientale legato allo stile di vita) quando interagisce con una particolare costellazione genica individuale.
L’insieme delle alterazioni accennate configura il quadro del “polmone senile”: un orga- no reso meno efficiente e più fragile dal passare degli anni rispetto al corrispettivo adulto (Tabella 1).
Come queste alterazioni possano raffigurarsi attraverso immagini radiologiche viene analizzato nel capitolo relativo di questo trattato (v. Capitoli 18-22). Qui si cercherà di analizzare il mutamento progressivo di ciascuna delle componenti dell’apparato respi- ratorio per spiegare la genesi di quanto osservato nell’anziano.
Tabella 1. Differenti componenti dell’invecchiamento dell’apparato respiratorio
Funzione Struttura Proprietà Possibile alterazione Effetto/i con l’invecchiamento sulla funzione Trasporto Vie aeree Pervietà,
dell’aria superiori temperatura, umidità
Vie aeree Pervietà Ridotta (*) Polmone Elasticità Ridotta elasticità Gabbia toracica Volumetria Ridotta volumetria, ossa e simmetria alterazione della forma Gabbia toracica Mobilità Ridotta mobilità articolazioni
Muscolatura Forza Ridotta forza respiratoria e resistenza e resistenza
Circolazione Vasi sanguigni Pervietà Ridotti scambi dei gas del sangue
Cuore Forza Ridotta forza e resistenza
Protezione Apparato Efficacia Minore capacità delle vie aeree mucociliare dinamica di pulizia
Difese Efficacia Minore resistenza
immunitarie alle infezioni
Sistemi Efficienza Minore capacità
enzimatici riparativa
Note: (*) pervietà ridotta delle piccole vie aeree per ridotta elasticità polmonare
Riduzione progressiva e omogenea dei volumi ventilatori mobilizzabili
Riduzione della perfusione
Riduzione delle capacità di difesa e di riparazione dei danni
Effetti noti dell’invecchiamento sulla struttura e la funzione respiratorie
È ancora una volta necessario sottolineare che le evidenze che si hanno a disposizione non consentono a oggi di avere una conoscenza completa sia delle conseguenze “fisio- logiche” dell’invecchiamento, sia delle basi dei cambiamenti che vengono osservati.
Peraltro, le nostre conoscenze, seppur parziali, ci consentono di tracciare un quadro sommario dell’involuzione dell’organismo anziano che verrà fornito di seguito in modo analitico in relazione ai singoli componenti dell’apparato respiratorio.
Sistema muscolo scheletrico. La gabbia toracica
La massa ossea (ovvero la densità) si riduce con l’età, per perdita di calcio e altri mine- rali, specialmente nel sesso femminile. A carico della colonna vertebrale, oltre a queste alterazioni che possono portare a una riduzione delle dimensioni del corpo vertebra- le, si osservano degenerazioni dei dischi intervertebrali, che perdono parte della sostan- za liquida e diventano più sottili. La colonna vertebrale si accorcia e la gabbia toracica cambia forma e dimensioni.
In generale le articolazioni diventano più rigide e meno flessibili. Le cartilagini arti- colari possono andare incontro a lenti e progressivi fenomeni di calcificazione.
Con il passare degli anni viene perduta anche massa muscolare: questa perdita sem- bra essere uno dei pochi fattori determinati geneticamente dall’invecchiamento e ini- zia dopo i 20 anni nei maschi e dopo i 40 nelle femmine. Nei muscoli si deposita lipofu- scina che si interpone tra le fibre. La riparazione del tessuto muscolare diviene più lenta e, almeno in parte, il tessuto viene sostituito da sostanza inerte. Ciò determina una ridu- zione del tono e della contrattilità, indipendentemente dal grado di allenamento fisico.
Gli effetti dei cambiamenti descritti a carico del sistema muscolo-scheletrico del- l’anziano si concretizzano in un aumento del diametro sagittale del torace. La colonna vertebrale può incurvarsi in maniera più o meno spiccata contribuendo ad alterare, oltre al volume, anche la forma della gabbia toracica, in particolare per una riduzione del diametro laterale, e conseguentemente la sua motilità. I muscoli respiratori - in par- ticolare il diaframma, nel quale si verifica un aumento del tessuto connettivo, ma anche gli intercostali - perdono parte della loro efficienza e conseguentemente si riduce la forza massima che può essere generata nell’inspirazione o nell’espirazione.
Complessivamente, il torace diviene con l’età più rigido. La gabbia toracica cambia forma. L’apparato respiratorio è meno potente. Di recente in Italia è stato messo in evi- denza che anche altri fattori si associano all’età nell’influenzare la funzione respirato- ria, segnatamente il rapporto tra massa magra e peso totale, che risulta correlato posi- tivamente con la capacità vitale. In pratica, nel valutare la funzione respiratoria del- l’anziano si deve tenere d’occhio anche la corporatura e non solo la statura.
Le vie aeree superiori
Con l’invecchiamento si osserva un rimodellamento delle strutture osteo-cartilaginee che deriva dalle modificazioni della matrice extracellulare del connettivo e dalla demi-
neralizzazione ossea; questo rimodellamento, associato a ipotrofia della mucosa, limi- ta l’efficienza dei poteri di “condizionamento” dell’aria inspirata.
Per effetto dell’invecchiamento, la trachea perde elasticità e può presentare (fisiolo- gicamente) calcificazioni e ossificazioni delle cartilagini.
Come accennato, si osserva un progressivo scadimento dell’efficienza dei meccani- smi di barriera e di clearance che riguarda tutto il tratto respiratorio.
La tosse riduce la sua efficienza nel “tenere pulite” le vie respiratorie, in parte per le degenerazioni descritte a carico della laringe e della trachea, in parte per quelle del sistema muscolo scheletrico.
Cuore e vasi sanguigni
Come per la funzione ventilatoria anche quella cardiaca si riduce lentamente ma pro- gressivamente con l’età: a 20 anni il cuore è in grado di aumentare la gittata di circa 10 volte. Dopo i 30 anni viene perso in media l’1% all’anno.
Ciò avviene per degenerazione delle cellule muscolari cardiache con depositi di lipo- fuscina. Anche le valvole diventano rigide, aumentando lo spessore. Non è infrequente che un cuore invecchiato fisiologicamente sia lievemente aumentato di dimensioni.
Questo fatto, dimostrato nelle donne giapponesi, si accompagna alla già citata ridu- zione del diametro toracico e, per conseguenza, determina un aumento del rapporto cardio-toracico che potrebbe erroneamente essere interpretato come patologico.
I vasi sanguigni del circolo polmonare presentano un’involuzione sia della struttura sia della funzione.Vi è una progressiva fibrosi intimale. Anche se su quest’ultimo punto non vi sono evidenze concordi, sembra che parallelamente al ridursi del numero degli alveoli (v. sotto) si assista a una riduzione del numero dei capillari polmonari, la cui per- vietà è influenzata dalle modificazioni del tessuto connettivo polmonare (v. oltre). L’ef- fetto di questi cambiamenti porta a un aumento delle resistenze vascolari che è stato osservato e che peraltro si rende di solito evidente solo durante lo sforzo fisico.
Per inciso, la riduzione del contenuto di liquidi dell’organismo che si verifica con l’età porta a una riduzione del contenuto fluido del sangue con riduzione del volume pla- smatico totale. È anche comune una riduzione della componente cellulare del sangue che però non giunge alla vera e propria anemia.
I polmoni
Soprattutto in passato, e soprattutto da specialisti radiologi, è stato spesso utilizzato il termine “enfisema senile” a designare, nell’anziano, un quadro radiologico toracico caratterizzato da aumento della trasparenza aerea polmonare e da un mutamento della forma del torace, con morfologia “a botte”.
I Colleghi radiologi sono stati spesso criticati per l’uso di questo termine, tuttavia, anche se quel che si osserva non è un vero enfisema (nel senso che mancano le alterazioni distrut- tive caratteristiche di quest’ultimo), i cambiamenti funzionali e strutturali del polmone senile sono qualitativamente simili a quelli che si osservano nella patologia polmonare, in particolare nell’enfisema propriamente detto. La sfida, quindi, per il radiologo come per lo pneumologo, è quella di distinguere i cambiamenti fisiologici da quelli patologici.
I fenomeni che si verificano con l’età nel sistema respiratorio e le cui cause verran- no analizzate nel dettaglio più oltre sono sostanzialmente:
1. perdita di ritorno elastico polmonare. Questa alterazione riconosce come cause alte- razioni sia nelle componenti dell’interstizio (elastina, collagene, proteoglicani), sia nella loro disposizione, sia infine nel loro rapporto proporzionale reciproco. Le fibre elastiche si riducono di numero e spessore, soprattutto a livello delle vie aeree e dei vasi. Il tessuto connettivo si modifica, divenendo progressivamente più rigido e determinando a sua volta rigidità, oltre che del polmone, anche dei vasi e delle vie aeree in esso contenuti. Come accennato, il collagene non si modifica nelle sue carat- teristiche intrinseche, quanto piuttosto nei suoi rapporti quantitativi in rapporto con le altre componenti, segnatamente l’elastina.
Alcune ipotesi correlano la riduzione della elasticità non solo e non tanto ai fenomeni appena descritti, quanto a modifiche dell’orientamento spaziale delle fibre.
Comunque determinata, la perdita del ritorno elastico ha conseguenze sia sulle fun- zioni di pompa respiratoria - perché cambia il rapporto pressione (generata dalla pompa muscolo-scheletrica della gabbia toracica) volume (polmonare) - sia sulla pervietà delle vie aeree distali (che nell’espirio forzato tendono a chiudersi più facil- mente). Un altro fenomeno caratteristico dell’età che può contribuire alla ridotta pervietà delle vie aeree distali è la riduzione dello spessore della componente musco- lare della parete bronchiale che determina anche minore efficienza della tosse.
A differenza di quanto si osserva nell’enfisematoso, nella persona anziana la riduzione del ritorno elastico polmonare è in genere compensata dalla riduzione della com- pliance della gabbia toracica (nel sistema muscolo-scheletrico). Queste trasformazioni dell’insieme toraco-polmonare sono all’origine delle variazioni di volume e forma che si verificano con l’età.
2. Aumento della superficie delle vie aeree di conduzione distali (bronchioli respiratori e dotti alveolari) che determina aumento della distanza che intercorre tra le pareti alveo- lari. L’effetto più eclatante è una maggiore tendenza al collasso bronchiale parziale nel- l’espirio, particolarmente nelle parti più declivi (le basi polmonari nella stazione eret- ta) dove sono maggiori gli effetti del gradiente gravitazionale. Inoltre, il descritto aumen- to di superficie a carico dei bronchioli respiratori e dei dotti alveolari, unito alla ridu- zione del numero degli alveoli, porta a mutamenti nella compartimentazione dei volu- mi polmonari statici e dinamici, dato che il volume di aria esposto agli scambi respira- tori alveolari - espresso come percentuale del totale dell’aria ventilabile - diminuisce.
È già stato menzionato il fatto che numerosi fenomeni caratteristici della vecchiaia possono concorrere a creare l’immagine dell’enfisema “senile”. Oltre alle alterazioni del parenchima polmonare, si possono menzionare la riduzione della densità ossea (che riduce il contrasto della struttura rigida della gabbia toracica), la riduzione della massa muscolare (che può avere lo stesso effetto) e la riduzione del volume plasmati- co totale (che può ridurre la componente radio-opaca del polmone).
Inoltre, le alterazioni del diametro bronchiale hanno conseguenze sul piano dell’ima- ging: il rapporto bronco-arterioso, definito come il rapporto tra il diametro del lume bronchiale e il diametro della arteria satellite, aumenta con l’età fino a superare l’unità nei soggetti ultrasessantacinquenni, simulando la presenza di bronchiectasie patologiche.
Le alterazioni citate a carico del parenchima e del circolo polmonare sono riflesse anche nella valutazione indiretta della loro funzionalità, che viene fatta dalle scinti-
grafia perfusoria e inalatoria: tali alterazioni funzionali imitano il quadro dell’embolia polmonare e possono renderne difficile la diagnosi nell’anziano.
Alcuni dei fattori alla base dell’aumentata trasparenza polmonare (involuzione muscolare con perdita di forza, riduzione dell’elasticità polmonare, alterazioni ossee con modificazioni della gabbia - v. Tabella 1) possono spiegare anche il cambiamento di forma e volume del torace, e quindi, dell’imaging polmonare dell’anziano. Se si con- frontano con tomografia computerizzata ad alta risoluzione le alterazioni rilevabili in seguito all’invecchiamento con quelle rilevate in seguito al fumo, si vede che l’età aumen- ta le anormalità degli spazi aerei prevalentemente a carico delle porzioni inferiori, men- tre il fumo le aumenta prevalentemente a carico dei lobi superiori.
Le difese dell’apparato respiratorio
Con l’avanzare dell’età, anche i meccanismi di difesa del sistema respiratorio subisco- no un’involuzione. Si tratta di cambiamenti che investono soprattutto la componente cel- lulare e biochimica, per cui sono di relativo interesse per lo specialista radiologo. Per que- sto motivo, in questa sede se ne fornirà solo una visione generale, per sottolineare la rela- tiva aumentata fragilità dell’apparato respiratorio nell’anziano.
Già si è fatto cenno al fatto che con l’età si modificano le prime vie aeree, con una ridu- zione della loro capacità di “pulizia” meccanica. Sul versante della difesa cellulare non si osservano sostanziali diminuzioni del numero dei macrofagi alveolari, che sono la prima linea di difesa, né della loro funzionalità. Invece, l’aumento del numero di neu- trofili osservato negli alveoli può essere ricondotto in parte alle turbe della loro funzione, presenti anche nei neutrofili circolanti. Con l’età si osservano alterazioni dei rapporti tra le differenti linee dei linfociti T; quelli presenti nel polmone sembrano avere una ridotta capacità di attivazione e replicazione.
È noto che la persona anziana tende a ricordare meglio gli eventi passati rispetto ai fatti recenti: analogamente, si osserva una ridotta risposta antigenica. Ciò è espresso da una ridotta concentrazione di IgM, in presenza di livelli sostanzialmente stabili. IgG e IgA sostanzialmente rimangono relativamente stabili.
Conclusioni
In conclusione, l’invecchiamento dell’apparato respiratorio provoca numerose varia- zioni della fisiologia sia della “pompa” (la gabbia toracica), sia dell’organo scambiatore (il polmone). Queste variazioni - che sono ben lungi dall’essere completamente conosciute- determinano alterazioni che si concretizzano, sul piano funzionale, in una riduzione della quantità di aria mobilizzabile e in una minore riserva funzionale. Sul piano ana- tomico, le variazioni si concretizzano in cambiamenti di forma e di composizione del torace e delle strutture in esso contenute. Data la capacità dell’invecchiamento di simu- lare alcuni quadri caratteristici di diverse malattie respiratorie, la sfida per il radiologo come per il clinico è quella di saper distinguere il fisiologico dal patologico, l’anziano sano da quello malato, ai fini di poter fornire a ciascuno il trattamento più appropriato.
In altre parole, i medici che si occupano di assistenza a soggetti anziani devono con- siderare che la variabilità nel normale è molto maggiore nell’anziano e che tutte le pro- cedure diagnostiche dovrebbero essere considerate nel contesto della sintomatologia.
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