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Reinhard Larsen

Thomas Ziegenfuß

La respirazione artificiale

Basi e pratica

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Reinhard Larsen

Thomas Ziegenfuß

La respirazioneartificialeBasi e pratica

Con 109 Illustrazioni

e 29 Tabelle

3., vollst. überarbeitete und erweiterte Auflage

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Prof. Dr. REINHARD LARSEN Dr. THOMAS ZIEGENFUßUniversità di Saarbrücken Direttore, Divisione di AnestesiaDirettore, Divisione di Anestesia e Terapia Intensivae Terapia Intensiva Ospedale St. JosephPoliclinico Saarland Moars, GermaniaHomburg, Germania

Tradotto dall’opera originale:Beatmung, 3 AuflageR. Larsen, T. Ziegenfuß© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1997, 1999, 2004

Traduzione dal tedesco a cura di: Emanuela Morinello, Assistente, Divisione di Anestesia e TerapiaIntensiva, Policlinico Saarland, Homburg, Germania

ISBN 10 88-470-0589-2 Springer Milan Heidelberg New YorkISBN 13 978-88-470-0589-1 Springer Milan Heidelberg New York

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Progetto grafico della copertina: Simona Colombo, MilanoProgetto grafico e impaginazione: C & G di Cerri e Galassi, CremonaStampa: Grafiche Porpora, Cernusco s/N, Milano

Stampato in Italia

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V

Prefazioneall’edizione italiana

Dopo il successo dell’edizione tedesca del volume ormai giunto alla 4a edizione, abbia-mo pensato di realizzarne una versione in lingua italiana.

I contenuti proposti sono nati dall’elaborazione di dati derivati dalla pratica clinicaquotidiana e dai dati disponibili nella letteratura scientifica internazionale: vengonodescritte le basi anatomiche dell’apparato respiratorio, la fisiologia del respiro e l’equi-librio acido-base, l’analisi delle diverse forme di insufficienza respiratoria, per poi pas-sare alle applicazioni pratiche della respirazioni artificiale, alle diverse indicazioni e al-la descrizione delle sue complicazioni, delle sue diverse forme, sia standard che alter-native, nonché alle informazioni relative alla sua impostazione e gestione nelle più fre-quenti patologie respiratorie. Di rilevante importanza sono inoltre i concetti sviluppaticirca la ventilazione con protezione polmonare, le metodiche di respirazione artificialenell’ARDS, le linee guida per la ventilazione non invasiva.

Speriamo vivamente che il volume possa rappresentare per i colleghi italiani una let-tura non solo utile, ma anche piacevole ed interessante.

Ringraziamo la Dott.ssa D. Rizza di Springer Italia per la gentile e competente col-laborazione e la Dott.ssa M. Teti per la preziosa rilettura dell’edizione italiana.

Homburg, Novembre 2006 R. LarsenT. Ziegenfuß

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Prefazione alla III Edizione in lingua tedesca

Dalla prima edizione del lavoro “Ventilazione artificiale” del 1997, la terapia respirato-ria meccanica ha subito molte modificazioni. Di tali aggiornamenti e delle varie stra-tegie di applicazione, si parla in questa nuova edizione, che descrive tutte le più im-portanti conoscenze cliniche ed i progressi effettuati nel campo della terapia respira-toria artificiale.

Nel volume vengono esposti gli effetti delle diverse forme di ventilazione, nell’ am-bito della patologia polmonare acuta; importanti sono le considerazioni circa la venti-lazione con “protezione polmonare”.

Le richieste dei lettori hanno contribuito alla sostituzione del formato tascabile conuna edizione più completa: oggi il libro fornisce al lettore le conoscenze essenziali per lapratica della ventilazione.

Ringraziamo i numerosi colleghi per i suggerimenti e i consigli preziosi; ringrazia-mo Ulrike Hartmann della casa editrice Springer e la signora Marina Litterer dellaProedit Gmbh per la gradevole e competente collaborazione.

R. LarsenT. Ziegenfuß

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VII

Prefazione alla I Edizionein lingua tedesca

In passato, la ventilazione artificiale era vista come un semplice procedimento mecca-nico. Oggi, grazie alle nuove tecnologie nel campo dei ventilatori e alle diverse modalitàin cui può essere erogata, la respirazione artificiale si è sviluppata nell’ambito di un com-plesso procedimento terapeutico che richiede, da parte degli operatori di terapia inten-siva, una vasta conoscenza delle basi, dei principi e delle indicazioni differenziali.

Queste conoscenze di base, ai fini della pratica clinica della terapia respiratoria arti-ficiale, non possono essere acquisite al letto del paziente, ma richiedono una prepara-zione e delle riflessioni personali.

Questo libro, secondo il volere degli Autori, si propone di evidenziare, in base allapersonale esperienza, come valutare e conseguentemente reagire alle diverse condizio-ni di pericolo che possono presentarsi nel corso di una terapia con il respiratore.

Il libro è una presentazione sistematica della ventilazione meccanica e del sostegnorespiratorio del paziente in terapia intensiva. Esso può essere considerato come un uti-le libro di testo attraverso il quale il lettore, in modo semplice, partendo dalle basi ana-tomiche, fisiologiche e patologiche, apprende le basi necessarie alla pratica della venti-lazione, sia in terapia intensiva che in sala operatoria.

Nel volume sono esposte le classificazioni e le varie forme di ventilazione, con de-scrizione completa delle grandezze da impostare al ventilatore, delle forme standard del-la respirazione artificiale, di quelle alternative, fino ad arrivare alle non convenzionali.Sono inoltre valutati i procedimenti di sorveglianza e di custodia polmonare nel corsodi ventilazione artificiale. Si esaminano anche i processi di broncoscopia a fibre ottichee di posizionamento di drenaggi toracici.

Nella seconda parte del libro, sono descritte le varie modalità di sostegno del respi-ro e di ventilazione nelle tipiche patologie respiratorie e alterazioni quali l’ARDS, loscompenso acuto della BPCO, lo stato asmatico ed il trauma toracico. Nell’ ultima par-te sono invece presentate le condizioni di ventilazione in caso di trauma cranico e di in-crementata pressione intracerebrale. Inoltre, viene descritta la ventilazione in età pe-diatrica, nel corso di anestesia totale e nel postoperatorio.

È stato nostro intento creare un testo completo e riassuntivo che, in base alla valu-tazione clinica, fornisca le basi per l’impostazione di una corretta ventilazione mecca-nica e di sostegno del respiro. In tal senso ci siamo basati non solo sulla nostra espe-rienza personale, ma anche sulle attuali conoscenze dedotte dalla letteratura scientifi-ca, nonché sui suggerimenti recepiti in occasione di congressi del settore circa la clas-sificazione dei ventilatori e delle forme di respirazione artificiale. Sono state prese inconsiderazione anche le diverse linee guida internazionali (sebbene queste subiscanomodifiche che richiedono un costante aggiornamento) relative alla terapia delle pato-logie del sistema respiratorio.

Il libro è diretto a tutti i medici che assistono i pazienti in terapia intensiva, siano es-si anestesisti, chirurghi, neurochirurghi, neurologi, internisti o pediatri, agli specializ-zandi e, non ultimo, al personale infermieristico di terapia intensiva e di sala operatoria– in altre parole, a tutti coloro che giornalmente sorvegliano la funzione del ventilatoree che devono saper valutare in tempo, ponendovi tempestivo rimedio, le possibili con-dizioni che mettono a rischio la vita del paziente.

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VIII Prefazione alla I Edizione in lingua tedesca

Gli Autori ringraziano sentitamente Kerstin Rupp, per la perfetta elaborazione elet-tronica dei dati,Victor Oehm e J. Sydor ed i loro colleghi della casa editrice Springer perla competente e piacevole collaborazione.

R. LarsenT. Ziegenfuß

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IX

1 Anatomia dell’apparato respiratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

2 Fisiologia del respiro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3 Emogasanalisi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

4 Equilibrio Acido-Base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

5 Insufficienza respiratoria – patofisiologia generale . . . . . . . . . . . 91

6 Intubazione endotracheale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

7 Tracheotomia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

8 Classificazione e principi di funzionamento dei sistemi di ventilazione 157

9 Suddivisione e classificazione delle forme di ventilazione . . . . . . . 173

10 Regolazione di grandezze del respiratore . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

11 Forme standard della ventilazione meccanica . . . . . . . . . . . . . . 207

12 Forme di ventilazione alternative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227

13 Forme non convenzionali di sostegno respiratorio . . . . . . . . . . . 267

14 Pratica della ventilazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279

15 Effetti e complicazioni della ventilazione . . . . . . . . . . . . . . . . . 297

16 Controllo della ventilazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321

17 Analgesia, sedazione e rilassamento muscolare . . . . . . . . . . . . . 345

18 Assistenza polmonare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359

19 Broncoscopia con fibre ottiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375

20 Drenaggio toracico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383

21 Sindrome acuta da stress respiratorio (ARDS) . . . . . . . . . . . . . . . 393

22 Insufficienza respiratoria acuta nella patologia polmonare cronica da ostruzione (BPCO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411

23 Stato asmatico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429

24 Ventilazione nel trauma toracico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441

25 Ventilazione in corso di trauma cranio-cerebrale ed elevata pressione intracerebrale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451

26 Ventilazione in età pediatrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457

27 Ventilazione intra- e postoperatoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467

Indice analitico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477

Indice

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Anatomia dell’apparato respiratorio

1.1 Vie aeree – 2

1.1.1 Trachea – 2

1.1.2 Bronchi principali extrapolmonari – 3

1.2 Polmoni – 3

1.2.1 Lobi polmonari – 4

1.2.2 Segmenti polmonari o zone bronco-polmonari – 6

1.2.3 Lobuli polmonari – 6

1.2.4 Acini – 8

1.2.5 Albero bronchiale polmonare – 8

1.2.6 Alveoli, sede dello scambio gassoso – 10

1.2.7 Irrorazione polmonare – 13

1.2.8 Innervazione polmonare – 15

1.3 Pleura e cavità pleuriche – 15

1.3.1 Limiti polmonari e pleurici – 16

1.4 Scheletro toracico – 16

1.5 Muscolatura respiratoria – 17

Letture consigliate

1

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2 Capitolo 1 · Anatomia dell’apparato respiratorio

1L’apparato respiratorio è costituito da vie aereee polmoni.

La sua funzione più importante è la respi-razione esterna, cioè l’assunzione di ossigenoe la cessione di anidride carbonica. Le vieaeree trasportano, purificano, inumidiscono,riscaldano l’aria inspirata. Sono inoltre sededegli organi della fonazione. Tali strutture ori-ginano dalle cavità nasali e terminano neglialveoli.

Lo scambio dei gas respiratori avviene neglialveoli per diffusione, attraverso un processo divariazione del volume polmonare, definito ven-tilazione.

Le vie aeree iniziano dalle cavità nasali eterminano negli alveoli. Trasportano aria manon partecipano agli scambi gassosi. L’alberotracheo-bronchiale e le successive diramazionidi questo, vengono suddivisi in diverse genera-zioni, di cui la trachea rappresenta la genera-zione 0 e gli alveoli la generazione 23.

1.1 Vie aeree

Topograficamente si distinguono vie aereesuperiori ed inferiori (Fig. 1.1):

– vie aeree superiori: cavità nasali, faringe,laringe;

– vie aeree inferiori: trachea, sistema bron-chiale polmonare.

Funzionalmente si distinguono:

– sezioni addette alla conduzione aerea:cavità nasali, laringe, trachea, bronchi prin-cipali, lobari, segmentali, interlobulari,lobulari, intralobulari, terminali;

– segmenti deputati agli scambi gassosi:bronchioli respiratori, alveoli.

1.1.1 Trachea

La trachea ha una lunghezza di circa 10-12 cmed un diametro di 1,8-2 cm.

Inizia con un segmento extratoracico subitodopo la cartilagine cricoidea (Pars cervicalis),all’altezza della 4°-7° vertebra cervicale, si conti-nua con il segmento intratoracico (Pars toracica),attraverso il mediastino superiore, fino al limitedel corpo e del manubrio dello sterno, a circa 5-7cm al di sotto della superficie cutanea. Si dividequindi nei due bronchi principali. La biforcazioneè localizzata, a seconda dell’età, in corrisponden-za,in media,della 4°-5° vertebra toracica,con valo-ri estremi nei neonati (2°) e negli anziani (7°).

Parete tracheale. La trachea ed i bronchi princi-pali hanno uno scheletro costituito da anelli car-

Volume totale

vie aeree superiori(tratto respiratorio)

vie aeree inferiori(tratto respiratorio)

funzionale

alveoli / spazio alveolare

periferiche

centrali

vie aeree intratoraciche

vie aeree extratoraciche

cavità nasale e faringe

Fig. 1.1. Suddivisione dell’albero respiratorio edei volumi polmonari. L’apparato respiratorio ècostituito dalle vie aeree extra ed intratoraciche edagli spazi alveolari. La laringe divide il tratto re-spiratorio superiore da quello inferiore. Il diame-tro delle vie aeree periferiche è inferiore ai 2 mm

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1.2 · Polmoni13

tilaginei incompleti sovrapposti, in numero di16-20 per la trachea, 6-8 per il bronco destro e 9-12 per il sinistro. La parete della trachea e deibronchi principali è costituita, procedendo dal-l’esterno all’interno, dai seguenti strati: tonacafibrosa, tonaca sottomucosa, tonaca mucosa. Latonaca fibrosa, formata da tessuto connettivodenso ricco di fibre elastiche, inguaina gli anellicartilaginei. Negli intervalli tra gli anelli forma ilegamenti interanulari. In corrispondenza dellaparete membranacea, anteriormente alla tonacafibrosa si trova uno strato muscolare o muscolotracheale, costituito da fascetti muscolari adecorso prevalentemente trasversale, che si inse-riscono sulle estremità degli anelli cartilaginei e,dove questi mancano, sui legamenti interanulari.La tonaca sottomucosa è formata da connettivolasso e contiene ghiandole tracheali e bronchiali.

Grazie ai semianelli cartilaginei, il lume tra-cheale rimane pervio. L’esercizio di pressioni dicirca 40 cm d’H2O (1 cm d’H2O = 98,07 Pa), puòdeterminare la chiusura della trachea in corri-spondenza della laringe e della regione extrato-racica. Questo rischio può verificarsi in corsodi emorragie successive ad interventi alla tiroi-de. La compressione della trachea può avvenirein conseguenza dello sviluppo di pressioniintratoraciche, come in corso di tosse. Graziealla sua elasticità, la trachea si allunga fino a 5cm durante l’inspirazione profonda e segue imovimenti di testa, laringe e gola.

Mucosa. La tonaca mucosa è costituita dall’epite-lio di rivestimento e dalla tonaca propria.L’epitelioè batiprismatico, pluriseriato, secernente, con ci-glia vibratili. Il movimento delle ciglia è direttoverso l’alto, in modo da veicolare particelle di pol-vere e microrganismi verso la laringe.Questo mec-canismo difensivo, presente anche nei piccolibronchioli, viene definito “clearance” mucociliare.Sono inoltre presenti cellule a canestro produttricidi muco e cellule basali che non presentano ciglia.

La tonaca propria è ricca di fibre elastiche epuò contenere accumuli di linfociti; nel suospessore decorrono i dotti delle ghiandole tra-cheali e bronchiali.

Innervazione ed irrorazione. Il muscolo tra-cheale della Pars membranacea è innervato dalvago, nella porzione superiore attraverso ramidel nervo laringeo ricorrente, inferiormente,

invece, da rami diretti. Sensibilità e secrezionedella mucosa sono controllate dal vago. I vasidella mucosa sono innervati da fibre simpatiche.

La trachea è irrorata soprattutto dall’arteriatiroidea inferiore.

1.1.2 Bronchi principali extrapolmonari

La biforcazione della trachea nei due bronchiprincipali destro e sinistro avviene a livellodella carena. Questi poi si suddividono neibronchi dei rispettivi lobi (Fig. 1.2).

I due bronchi principali presentano delleimportanti differenze:

– bronco principale destro: lunghezza infe-riore (1-2,5 cm), diametro maggiore (circa.14 mm), angolo di biforcazione dalla tra-chea di soli 22°;

– bronco principale sinistro: lunghezza supe-riore (4,5-5 cm), diametro minore (circa 12mm), angolo di biforcazione di 35° circa.

– l’ampiezza dell’angolo tra i due bronchivaria tra 55°-65°.

A causa del minor grado dell’angolo di biforca-zione, corpi estranei o tubo endotracheale, pos-sono adagiarsi più facilmente nel bronco destro.

Durante un atto di inspirazione profonda, idue bronchi principali si dilatano, aumentandoil loro diametro trasversale di circa 2-3 mm.

Parete e mucosa. Ricordano la struttura trachea-le: a destra sono presenti 6-8,mentre a sinistra 9-12anelli elastici cartilaginei, tra loro collegati a ferrodi cavallo nella parte anteriore e laterale, chiusiposteriormente da membrane muscolo-cartilagi-nee elastiche. Sono inoltre presenti epitelio cilin-drico, cellule a canestro produttrici di muco.

Innervazione e vascolarizzazione. L’innerva-zione è la medesima della trachea, l’irrorazionedei bronchi principali viene soprattutto fornitadai rami bronchiali.

1.2 Polmoni

Entrambi, destro e sinistro, si dividono in lobi,segmenti, lobuli ed acini (Fig. 1.3).

Ciascun polmone è contenuto nelle cavitàpleuriche. La pleura parietale riveste le pareti

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1

interne della cavità toracica. La pleura viscera-le è una membrana sottile e trasparente cheavvolge il polmone, ad esclusione della regionedell’ilo e lungo una stretta porzione sottoilaredella faccia polmonare mediale. I due fogliettipleurici delimitano uno spazio chiuso, denomi-nato cavità pleurica. Una piccola quantità diliquido umetta le superfici di contatto, permet-tendo lo scorrimento dei due foglietti l’uno sul-l’altro, durante i movimenti respiratori. Nellospessore di ogni foglietto pleurico si riconosco-no uno strato superficiale di cellule epitelialiappiattite (mesotelio), uno strato sottomesote-liale fibroelastico e uno strato sottosieroso diconnettivo lasso, riccamente vascolarizzato.Trachea e bronchi principali si trovano nelmediastino posteriore.

1.2.1 Lobi polmonari

Ciascun polmone è suddiviso in lobi da profon-de incisure o scissure polmonari, in cui affonda

la pleura polmonare, che si spingono, inprofondità, quasi fino all’ilo.

Polmone destro. Il polmone destro è costitui-to da tre lobi:

– Superiore;

– Medio;

– Inferiore.

Presenta una scissura interlobare principale (odobliqua) ed una secondaria (od orizzontale). I lo-bi superiore e medio sono separati tra loro dal-la scissura orizzontale. Il lobo inferiore è divisodagli altri due dalla scissura obliqua.

Polmone sinistro. A differenza del destro, nelpolmone sinistro si osservano due soli lobi,separati dalla fessura obliqua:

– Superiore;

– Inferiore.

Al lobo superiore del polmone sinistro corri-spondono il medio ed il superiore del destro.Comunque, per la presenza del cuore, è più pic-colo dei due lobi destri.

Fig. 1.2. Trachea, bronchi principali, lobi, lobuli e seg-menti. La porzione centrale della trachea non è rap-presentata per permettere di evidenziare la Parsmembranacea. (Mod. da Schiebler 1995)

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1.2 · Polmoni15

Ili polmonari. Bronchi principali, vasi e nervicostituiscono gli ili polmonari. Il bronco prin-cipale decorre posteriormente, le arterie pol-

monari anteriormente, le vene sono poste al disotto delle arterie. Tra le strutture vascolari, sitrovano i linfonodi ilari.

9

polmone destro

polmone sinistro

Fig. 1.3. Topografia di lobi polmonari e segmenti; a destra veduta anteriore, a sinistra veduta laterale. I numeri corrispondonoai relativi segmenti. La lingula del polmone sinistro presenta un origine comune ed è paragonabile al lobo bronchiale mediodestro

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Definizione

I polmoni contengono il seguente numerodi segmenti:

– Polmone destro: 10 segmenti, di cui 3nel lobo superiore, 2 in quello medio e 5nel lobo inferiore.

– Polmone sinistro: 9 segmenti, di cui 5 nellobo superiore e 4 nel lobo inferiore.

1.2.3 Lobuli polmonari

Ciascuna zona polmonare è formata da moltilobuli polmonari, delimitati da sepimenti con-nettivali perilobulari (Fig. 1.5). Si osservanocosì campi poligonali con un diametro di circa1-4 cm, forniti di bronchi lobulari, derivati dai


11.2.2 Segmenti polmonari o zone

bronco-polmonari

I polmoni sono divisi in lobi. Questi possonoessere a loro volta suddivisi in aree denominatesegmenti o zone bronco-polmonari (Fig. 1.4). Ilsegmento polmonare è un territorio indipen-dente del lobo polmonare, delimitato da pianiconnettivali, di forma irregolarmente piramida-le, con base corrispondente alla superficie ester-na del polmone e apice all’ilo. Ogni segmento èventilato da un proprio bronco, detto broncosegmentale o zonale, riceve un ramo dell’arteriapolmonare, denominato arteria segmentale ozonale ed possiede una rete venosa di drenaggioperizonale o perisegmentale. I segmenti bron-co-polmonari, secondo la classificazione mag-giormente accettata, sono in numero di 10 per ilpolmone destro e 9 per il sinistro (Tab. 1.1).

Fig. 1.4 a,b. a Vista laterale (faccia costale) del polmone destro e sinistro; limiti dei segmenti in rosso, segmenti polmonari in-dicati da frecce. b Vista mediale del polmone destro e sinistro. Ili polmonari con arterie (in nero), vene (in blu) e bronchi (il bron-co principale polmonare sinistro non è rappresentato). (Da Schiebler 1995)

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1.2 · Polmoni17

Tab. 1.1. Segmenti polmonari e rispettivi bronchi

Polmone destro

Lobo superiore Bronco lobare superiore destroSegmento apicale (1) Bronco segmentale apicaleSegmento posteriore (2) Bronco segmentale posterioreSegmento anteriore (3) Bronco segmentale anteriore

Lobo medio Bronco lobare superiore medioSegmento laterale (4) Bronco segmentale lateraleSegmento mediale (5) Bronco segmentale mediale

Lobo inferiore Bronco lobare inferiore destroSegmento superiore (6) Bronco segmentale superioreSegmento basale mediale (7) Bronco segmentale basale medialeSegmento basale anteriore (8) Bronco segmentale basale anterioreSegmento basale laterale (9) Bronco segmentale basale lateraleSegmento basale posteriore (10) Bronco segmentale basale posteriore Polmone sinistro

Polmone sinistro

Lobo superiore Bronco lobare superiore sinistroSegmento apicale posteriore (1+2) Bronco segmentale apicale posterioreSegmento anteriore (3) Bronco segmentale anterioreSegmento lingulare superiore (4) Bronco lingulare superioreSegmento lingulare inferiore (5) Bronco lingulare inferiore

Lobo inferiore Bronco lobare inferiore sinistroSegmento superiore (6) Bronco segmentale superioreSegmento mancante (nella maggior parte dei casi)Segmento basale anteriore (8) Bronco segmentale basale anterioreSegmento basale laterale (9) Bronco segmentale basale lateraleSegmento basale posteriore (10) Bronco segmentale basale posteriore

Fig. 1.5 a,b. a Segmento bronco-polmonare. L’arte-ria ed il bronco segmentale decorrono ai bordi delsegmento cuneiforme, la vena (blu) è intersegmen-tale. b Rappresentazione schematica di un lobulo.B1 piccolo bronco, B2 bronchioli. (Da Schiebler 1995)

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1bronchi interlobulari. Un lobulo viene raggiun-to da bronchioli di prima generazione, che sidividono poi fino a 3-4 volte. L’ultima genera-zione bronchiolare è costituita dai bronchioliterminali, i quali immettono nelle suddivisionifinali dell’albero bronchiale, cioè gli alveoli.

1.2.4 Acini

L’acino polmonare è definito come il territoriodi parenchima dipendente da un bronchioloterminale e risulta costituito da numerosialveoli. Ciascun bronchiolo terminale si dividein due bronchioli respiratori, così denominatiperché la loro parete presenta estroflessioniemisferiche denominate alveoli polmonari.Ciascun acino polmonare contiene da 1500 a4000 alveoli, il cui diametro è compreso inmedia tra 2,5-5mm, con un massimo 8 mm.

1.2.5 Albero bronchiale polmonare

L’albero bronchiale comprende sezioni prossi-mali conduttive, deputate alla conduzione del-

l’aria, e sezioni distali sede dello scambio gas-soso (Fig. 1.6).

Le sezioni conduttive rappresentano lo spa-zio morto del volume inspirato. Le sezioni vei-colanti l’aria dell’albero respiratorio si suddi-vidono in:

– Bronchi principali destro e sinistro (vedisopra);

– Bronchi lobari;

– Bronchi segmentali;

– Bronchioli;

– Bronchioli terminali.

Secondo Weibel, l’albero tracheo-bronchiale sipuò suddividere in generazioni successive, inognuna delle quali il numero delle vie aeree,mediamente, raddoppia:

– Trachea: generazione 0;

– Bronchi principali, lobari e segmentali: ge-nerazione 1-4;

– Piccoli bronchi: generazione 5-11;

– Bronchioli: generazione 12-16;

– Bronchioli respiratori: generazione 17-19.

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ri Fig. 1.6. Diametri delle differenti parti dell’alberotracheo-bronchiale; sezione totale S (z) derivata daciascuna generazione di suddivisione. Hbr broncoprincipale, Br medi e piccoli bronchi, Brl bronchio-li TBrl bronchioli terminali RBrl bronchioli respira-tori, AD dotti alveolari, AS sacculi alveolari. (Mod. daMatthys 1988)

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1.2 · Polmoni19

Bronchi lobari

Seguono ai bronchi principali. Sono, rispettiva-mente, tre a destra e due a sinistra. Il loro dia-metro è compreso tra 8 e 12 mm. Il bronco loba-re superiore destro prende origine direttamen-te dall’ilo, seguendo un percorso extrapolmo-nare. Il medio e l’inferiore, derivano dal broncod’origine.

Il bronco lobare sinistro lascia il principalein zona extrapolmonare. In entrambe i polmo-ni, il bronco lobare inferiore è il solo che derivadal decorso naturale del principale.

Bronchi segmentali

Derivano dai bronchi lobari. Si suddividonoinizialmente in 6-12 bronchi medi, il cui diame-tro diminuisce fino a 2 mm. Seguono i piccolibronchi nei quali il diametro si riduce fino a 1mm. Sia i bronchi principali che i grossi bron-chi, così come la trachea, sono provvisti di anel-li cartilaginei ad U. Nei medi e piccoli bronchisono invece presenti strutture cartilaginee diforma irregolare.

Bronchioli

Originano dai piccoli bronchi, in seguito a sud-divisioni successive di bronchi interlobali elobulari. Si suddividono, successivamente, eraggiungono i lobuli polmonari. Le strutturecartilaginee sono quasi del tutto assenti. Lamuscolatura liscia è invece ben sviluppata.

Bronchioli terminali. Rappresentano la porzio-ne finale dei bronchioli, il termine dell’alberobronchiale di conduzione. Il loro diametro è dicirca 0,3-0,4 mm.

Bronchioli respiratori

Costituiscono la successiva suddivisione deibronchioli terminali. Il loro diametro medio èdi circa 0,4 mm. Hanno il significato di zonadi passaggio, all’albero bronchiale respirato-rio. Da ogni bronchiolo respiratorio si dipar-tono 5-8 dotti alveolari di eguale forma, la cui

parte è costituita da estroflessioni emisferichedette alveoli polmonari. L’ingresso alveolare èdi circa 0,25-0,4 mm. La maggior parte termi-na in due corti sacculi alveolari di egualestruttura. L’insieme bronchiolo respiratorio-alveolo è definito acino.

Parete dell’albero bronchiale conduttivo

Bronchi. Tutti i bronchi richiamano fondamen-talmente la struttura tracheale. Tuttavia, i bron-chi lobari e segmentali non presentano i caratte-ristici anelli, ma irregolari strutture cartilaginee,che tendono via via a scomparire, collegate dafibre collagene ed elastiche, con le quali formanola tonaca fibro-cartilaginea. La chiusura dellaparete posteriore è assicurata da un sottile stratodi muscolatura liscia, denominato tonacamuscolare. Nei grossi bronchi la muscolatura haandamento anulare, mentre nei piccoli bronchiassume un decorso spirale. Nella lamina propriadella mucosa decorrono i condotti delle ghian-dole bronchiali. Sono, inoltre, presenti follicolilinfocitari (con funzione di difesa) e plessi veno-si. Nell’avventizia peribronchiale decorrono vasisanguigni, nervi e vasi linfatici. Questi tessuticonnettivi lassi, che si estendono fino ai bron-chioli respiratori, consentono lo scivolamentodell’albero bronchiale rispetto al contorno di tes-suto polmonare durante i movimenti respiratori.

Bronchioli. Non contengono ghiandole edanelli cartilaginei. Importante è invece la pre-senza muscolare. Strati di tessuto connettivomettono in relazione i bronchi con le circostan-ti componenti polmonari, rilassandole. Il rilas-samento della muscolatura mantiene i bron-chioli aperti. La contrazione ne determina,invece, la completa chiusura.

�❯ I piccoli bronchi ed i bronchioli, per contra-zione della muscolatura, possono variarenotevolmente il loro diametro, al contrariodei principali e medi.

Bronchioli terminali. La struttura della pareterichiama quella dei bronchioli interlobulari.

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1Bronchioli respiratori. Derivano dai terminalie la loro struttura è simile. Nella loro muscola-tura e nella tonaca mucosa si trovano spazi daiquali prendono origine, singolarmente od inpiccoli gruppi, gli alveoli, la cui parete è rivesti-ta da epitelio piatto.

Dotti alveolari. Dai bronchioli respiratori ori-ginano i dotti alveolari e dal loro lume glialveoli. La parete del dotto è rivestita da un solostrato di epitelio cubico. Nelle parti distali, lamuscolatura è assente. Negli alveoli sono pre-senti solo fibre elastiche e collagene.

Mucosa bronchiale e “clearance”muco-ciliare

Film mucoso ed epitelio vibratile. La mucosadell’albero bronchiale di conduzione, è costi-tuita, procedendo dall’esterno all’interno, dapiù strati di epitelio vibratile, una lamina pro-pria, tessuto connettivo lasso e fibre elastiche.La mucosa è lievemente tesa ma, per forti con-trazioni della muscolatura, possono formarsipieghe longitudinali. Nei bronchi principali,medi e piccoli, la mucosa contiene un certonumero di cellule a canestro e ghiandole bron-chiali.

Nei bronchioli, privi di strutture ghiandola-ri, l’epitelio cilindrico vibratile si dispone suun’unica fila, mentre nei bronchioli respiratori,l’epitelio è cubico.

Le cellule a canestro e le ghiandole bron-chiali producono un secreto muco-sierosomisto, il film epiteliale, formato da una fase sol-e una gel, deputato alla rimozione di polvere egermi patogeni.

Nella fase sol basale vibrano le chinocigliache, con una frequenza di 15-25 movimenti alsecondo, trasportano la fase gel superficialeinsieme alle particelle estranee verso la tra-chea. La velocità di trasporto è di 1 mm/minutonelle piccole vie aeree e di 2 cm/minuto nellatrachea.

Il meccanismo sopra descritto viene defini-to “clearance” muco-ciliare.

Macrofagi alveolari. Se alcune particelle rie-scono a raggiungere gli alveoli, vengono

fagocitate dai macrofagi alveolari, monocitiche, dai capillari del setto alveolare e attra-verso l’epitelio, arrivano fino allo spazioalveolare.

I macrofagi scivolano nel sistema bron-chiale e sono trasportati per via retrograda,verso l’alto. In parte, le sostanze estranee ven-gono depositate, attraverso il tessuto connetti-vo delle pareti alveolari, nei tessuti peribron-chiali, subpleurici ed interlobulari e fagocitatedagli istiociti; in parte sono invece, attraversoi vasi linfatici, convogliate alle stazioni linfati-che regionali.

1.2.6 Alveoli, sede dello scambio gassoso

Negli alveoli ha luogo lo scambio dei gas. Sonopiccole camere d’aria di forma esagonale o sfe-rica, che possono raggiungere un diametromedio di 250-300 micrometri in fase di massi-ma insufflazione.

Le pareti sono costituite da setti interalveo-lari, sebbene alcuni alveoli presentino unaparete comune. Il numero totale degli alveoliper ciascun polmone viene stimato, in media,attorno ai 300 milioni, con un “range” tra 200 e600 milioni, in dipendenza dalle dimensionipolmonari.

La dimensione degli alveoli dipende dalvolume polmonare. In completa insuffla-zione, sono della stessa ampiezza dalla baseall’apice, in condizioni di respirazione nor-male la parte superiore è più estesa dellainferiore. La superficie di scambio alveolare è compresa tra 70 e 140 metri quadri, in re-lazione a sesso, altezza, età ed allenamentofisico.

Setto interalveolare

Rappresenta la parete degli alveoli ed è costi-tuito dalle seguenti strutture (Fig. 1.7):

– Setto di tessuto connettivo;

– Capillare alveolare;

– Epitelio alveolare.

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1.2 · Polmoni111

Setto connettivale. Il setto interalveolare è, ariposo, una struttura lassa, compresa tra alberobronchiale e tessuto polmonare, costituito dacollagene, fibre di tessuto connettivale reticola-re e dalla continuazione del fitto sistema difibre elastiche della parete dei bronchioli e deitessuti peribronchiali.

Nell’inspirazione profonda, le fibre collage-ne, che hanno la funzione di impedire un’ecces-siva distensione, vengono completamente stira-te. Contemporaneamente, le fibre elastiche ven-gono allungate fino al doppio della loro lun-ghezza originale e possono essere accorciate,per progressiva riduzione della distensione delpolmone, di circa il 60% della loro lunghezzainiziale. Grazie a questi rapporti, i setti interal-veolari rimangono distesi, permettendo una

riduzione del volume alveolare fino al 20%della loro capacità massima e si piegano soloper riduzioni del volume polmonare al di sottodelle dimensioni a riposo. Le fibre collagene edelastiche del setto interalveolare, sono posizio-nate in un interstizio basale dove si trovanofibroblasti, macrofagi, mastcellule e leucociti.Ai limiti con l’epitelio alveolare il tessuto con-nettivo si ispessisce ad entrambe i lati, parteci-pando alla costituzione della membrana basa-le. Lo strato di tessuto connettivo non è conti-nuo, ma presenta diverse aperture attraversatedalle componenti capillari.

Capillari alveolari (Fig. 1.8). I capillari alveola-ri sporgono attraverso le aperture della baseconnettivale nello spazio alveolare.

fasi elastiche

lamina basale

fasi elastiche

grandi cellule alveolari

lume capillare

surfattante

cellule di tessuto connettivo

endotelio

piccole cellule alveolari

macrofagi alveolari

Fig. 1.7. Setto interalveolare. Sezione polmonare nel tessuto connettivo. La membrana basale (blu) dei capillari e le cellule al-veolari capillari, in corrispondenza dei punti di contatto, sono accomunate da una membrana. Frecce: via dello scambio gasso-so. (Mod. da Schiebler 1995)

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1

Epitelio alveolare. Si distinguono due tipi dicellule epiteliali dette pneumociti: tipo 1 (pneu-mociti di primo tipo) e tipo 2 (pneumociti disecondo tipo).

Cellule epiteliali alveolari di tipo 1. Diminime dimensioni (50-150 nm), sporgenti insuperficie. Formano uno strato cellulare conti-nuo, per questo vengono definite cellule dicopertura del setto interalveolare. Il corpodelle cellule si trova nel contesto del lettocapillare. Rappresentano il 90% della superfi-cie del setto interalveolare. I prolungamentidelle cellule si spingono fino ai capillari e alsetto di tessuto connettivale. Nei punti di con-tatto tra cellule epiteliali e capillari, le duelamine basali si accomunano, in modo da for-mare una barriera di scambio molto sottile.Una parte dei prolungamenti delle cellule diprimo tipo, insieme ai capillari, penetra neglispazi dello strato connettivale e raggiunge illato opposto formando un esteso rivestimentoepiteliale superficiale. I prolungamenti dellecellule epiteliali sono uniti strettamente gli uniagli altri dalle cosiddette “tight junctions”. Intal modo, lo spazio interstiziale che sporgenella cavità alveolare, viene coperto. I settiinteralveolari confinanti, sono in comunica-

zione fra loro attraverso i pori alveolari, rive-stiti dalle cellule alveolari epiteliali.

Cellule alveolari di tipo II. Sono grosse cel-lule, intercalate tra le cellule epiteliali di tipo I erappresentano solo il 7% della superficie alveo-lare. Producono fosfolipidi e specifiche protei-ne che, insieme ai primi, formano un film di-stribuito su tutta la superficie alveolare, ilcosiddetto surfattante, la cui funzione è diridurre la tensione superficiale polmonare estabilizzare gli alveoli (vedi unità pag. 30). Ilsurfattante viene riassorbito dalle cellule di Itipo e dai macrofagi alveolari e nuovamentesintetizzato dalle cellule di II tipo. Dalle celluletipo II derivano le cellule di tipo I, prive dellacapacità di sintetizzare il surfattante.

Cellule a spazzola. Si tratta di cellule di tipoepiteliale che presentano elementi simili ad unaspazzola. Sono presenti non solo negli alveolima nell’intero albero bronchiale. Hanno fun-zione di recettori e sono in grado di produrremonossido d’azoto.

Macrofagi alveolari. Derivano dai monocitidel midollo osseo. Dal sangue, nel setto inte-ralveolare, lasciano i capillari e si localizzano

arteria prelobulare

arteria lobulare

arteria terminale

acino

arteriolecapillari

di connessionecapillaridi flusso venule

Fig. 1.8. Strutture di flusso terminale del polmone con connessioni e capillari di flusso. (Mod. da Ferlinz 1994)

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1.2 · Polmoni113

superficialmente alle cellule epiteliali di tipoI. Assimilano germi e particelle di polvere,eritrociti e strutture alveolari danneggiate. Imacrofagi attivati sintetizzano mediatoripro-infiammatori, che hanno un ruoloimportante nello sviluppo e nel manteni-mento di determinate patologie polmonaricome nell’ARDS.

Barriera alveolo capillare

Nel setto interalveolare si trova l’interfacciasangue-aria, la barriera di diffusione, attra-verso la quale i gas vengono scambiati persemplice diffusione. La parte più sottile ebreve della superficie di scambio, è laddovemembrana basale dell’epitelio alveolare ecapillare si accomunano. In queste zone, pre-ferite ai fini dello scambio gassoso, con spes-sore di circa 0-0,4 mm, i gas devono attraver-sare le seguenti barriere:

– Il plasma tra gli eritrociti e l’endotelio;

– Il citoplasma delle cellule dell’endoteliocapillare;

– La membrana basale capillare e dell’epitelioalveolare;

– Il citoplasma delle cellule dell’epitelioalveolare di tipo I;

– Il surfattante degli alveoli.

Dove invece la barriera è più spessa, i gas attra-versano il setto con le sue fibre, i prolunga-menti cellulari ed i corpi delle cellule dell’en-dotelio.

A questo livello l’entità dello scambio gas-soso è inferiore.

1.2.7 Irrorazione polmonare

Il sistema vascolare polmonare è formato daivasi pubblici e dai vasi privati. I vasi pubbliciportano il sangue venoso allo scambio gassosoattraverso i capillari alveolari. I vasi privatiprovvedono all’apporto di ossigeno del tessutopolmonare, dei bronchi fino ai bronchioli ter-minali, dei tessuti delle arterie polmonari eperi-bronchiali e della pleura. I bronchioli

respiratori, i dotti alveolari, i setti di tessutoconnettivo e sottopleurici, vengono invece irro-rati dai vasi pubblici.

I vasi pubblici comprendono:

– Le arterie polmonari con le loro suddivi-sioni;

– I capillari alveolari;

– Le vene polmonari.

Ai vasi privati appartengono:

– I rami bronchiali (arterie bronchiali) dellacircolazione corporea;

– Le vene bronchiali della grande circola-zione;

– Le anastomosi tra l’arteria polmonare edi rami bronchiali, tra vasi bronchiali e ve-ne bronchiali.

I vasi pubblici, indicati nell’insieme con il ter-mine di circolazione polmonare o piccolo cir-colo, ricevono la totale gittata del ventricolodestro. In funzione del breve percorso del trat-to vasale e del maggiore diametro rispetto aivasi della circolazione sistemica (grande circo-lo), la resistenza vascolare nella circolazionepolmonare è molto bassa: circa 1/10 delle resi-stenze dei vasi corporei. Il piccolo circolo, levene del grande circolo ed il ventricolo destroappartengono al sistema a bassa pressionedella circolazione.

Arterie polmonari

Entrambe derivano dal tronco polmonare.Ciascuna arteria polmonare penetra nell’ilo esegue le suddivisioni di lobi, segmenti, bronchie bronchioli. Dopo l’ingresso nell’ilo si localiz-zano ventralmente ai bronchi principali. Si por-tano poi lateralmente rispetto alle suddivisionibronchiali. Sono invece dorsali ai bronchi loba-ri inferiori. Le diramazioni terminali scorronocome arteriole tra i dotti alveolari nei setti inte-ralveolari e provvedono all’irrorazione alveola-re. Le suddivisioni delle arterie polmonari sonoarterie terminali, non presentano cioè anasto-mosi di importanza funzionale.

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1Parete vasale. Le arterie polmonari sono, finoalle più piccole diramazioni, di tipo elastico, poi-ché appartengono al sistema a bassa pressione.Presentano pertanto una parete più sottilerispetto alle relative arterie del grande circolo. Lesuddivisioni terminali delle arterie,invece, a par-tire dai vasi con un diametro di 2-3 mm, sono ditipo muscolare.

Arteriole. Le arteriole polmonari non sono itipici vasi di resistenza. Contengono cellulemuscolari a disposizione spirale, separate datratti privi di muscolatura. Il diametro è com-preso tra 50 e 150 micrometri.

Capillari alveolari. Alle arteriole seguono ipre-capillari privi di muscolatura, con un dia-metro di 40-70 micrometri e, quindi, i capilla-ri alveolari, con diametro di 6-9 micrometri.Nello spessore del setto interalveolare forma-no un certo numero di connessioni e offronouna superficie abbastanza estesa per lo scam-bio gassoso.

Vene polmonari

Il sangue proveniente dai capillari alveolariscorre, attraverso i post-capillari privi dimuscolatura, nelle venule del diametro di 50-80micrometri e, quindi, nelle piccole venule consottile strato muscolare che decorrono nel tes-suto connettivo tra i segmenti o sotto la pleura,fino all’ilo. Tutte le vene intersegmentali, con-vogliano verso l’ilo in direzione delle vene pol-monari: successivamente, queste lasciano l’iloventralmente e caudalmente al bronco princi-pale e all’arteria polmonare. Le vene polmona-ri, che terminano nel ventricolo sinistro, sonorelativamente sottili e prive di valvole.

Volume ematico nella circolazione polmo-nare

Il piccolo circolo ha una capacità di circa 450millilitri di sangue di cui, più del 50% contenu-to nelle vene dotate di ampia estensibilità ecirca 100 millilitri nel letto capillare. Sotto sfor-zo, la quantità di sangue nel letto capillare puòaumentare fino a 150-200 millilitri. L’aumentodi pressione all’interno del torace può inveceridurre la quantità di sangue veicolata.

Vasi privati

Appartengono al grande circolo. Da 1 a 3 ramibronchiali per ciascun polmone derivano diret-tamente dall’aorta toracica o dalla terza o quar-ta arteria intercostale. Irrorano la parete deibronchi e delle arterie polmonari. Alle dirama-zioni capillari dei rami bronchiali seguono levene bronchiali che, in prossimità dell’ilo siriducono a due, le quali convergono poi nellevene azygos ed emiazygos. Ulteriori diramazio-ni periferiche delle vene bronchiali sfocianonelle vene polmonari.

Anastomosi. Alcuni rami dei vasi bronchia-li alimentano, attraverso anastomosi artero-venose, i plessi venosi della mucosa dei pic-coli bronchi, in prossimità dei quali si evi-denziano anastomosi tra rami dei vasi bron-chiali e dell’arteria polmonare. Tali comuni-cazioni tra la piccola e la grande circolazio-ne sono di regola chiuse ma, in determinatecondizioni (es: in caso di assenza di ventila-zione di una regione polmonare), possonoessere riaperte.

Vasi linfatici

Si distinguono due sistemi linfatici polmonari:

– Sistema linfatico peri-bronchiale;

– Sistema linfatico segmentale superficiale.

Sono separati e si ricongiungono in prossimitàdell’ilo.

Sistema linfatico peri-bronchiale. Scorre alcentro del segmento. Origina, in corrisponden-za del tessuto connettivo lasso in prossimità deibronchioli respiratori, con capillari linfatici, e sicontinua poi con linfatici privi di muscolatura,ma provvisti di valvole. Interposti vi sono inodi linfatici broncopolmonari e i nodi linfati-ci tracheo-bronchiali superiori ed inferiori(“linfonodi dell’ilo”).

Sistema linfatico segmentale superficiale. Ini-zia con capillari linfatici nel tessuto connettivodella sottosierosa e nei setti interlobulari edintersegmentali, i quali scorrono insieme airami delle vene polmonari fino all’ilo. I primilinfonodi del sistema sono i nodi linfatici tra-

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1.3 · Pleura e cavità pleuriche115

cheo-bronchiali in corrispondenza dell’ilo,dove i due sistemi linfatici polmonari si ricon-giungono.

1.2.8 Innervazione polmonare

Le fibre nervose efferenti comprendono unacomponente simpatica (2°, 3°, 4° ganglio deltronco simpatico) ed una parasimpatica(nervo vago). Giungono in corrispondenzadell’ilo a livello del plesso polmonare e con iloro rami si distribuiscono alla muscolatura,alle strutture vascolari, alle ghiandole ed allapleura viscerale.

I rami del vago contengono anche fibre affe-renti da trachea, bronchi, bronchioli e pleura,convogliate poi fino al centro del respiro delmidollo allungato.

1.3 Pleura e cavità pleuriche

La pleura è una membrana mesoteliale costi-tuita da uno strato di epitelio piatto ed unalamina propria. Si distinguono una pleuraparietale ed una viscerale.

Pleura parietale. Riveste le pareti della cavitàtoracica. La pleura mediastinica riveste late-ralmente il mediastino, la pleura costale lasuperficie interna della parete toracica e lapleura diaframmatica la parte superiore deldiaframma. Il punto di convergenza delle treporzioni pleuriche viene definito come confi-ne pleurico.

Pleura viscerale. Riveste entrambi i polmonicon eccezione dell’ilo.

Spazio pleurico. Sono spazi chiusi senzacomunicazione con l’esterno, limitati dacostole, diaframma e mediastino, la cui super-ficie interna è costituita da mesotelio, l’ester-na da fibre elastiche e collagene. Nello spaziopleurico è repertabile una quantità minima difluido sieroso (circa 5 ml), sintetizzato e rias-

sorbito dal mesotelio di entrambe le pleure,che permette lo scorrimento dei polmoni sullaparete toracica e ne consente l’aderenza.

Innervazione della pleura. Solo la pleura visce-rale è provvista di sensibilità. L’innervazionedella pleura costale è garantita dai nervi inter-costali, la mediastinica e la diaframmatica sonoprovviste da rami del nervo frenico.

Spazi di riserva-recessi pleurici. Sono spazi diriserva o complementari in corrispondenzadei punti di passaggio di una sezione pleuricanell’altra. In parte i due foglietti pleurici sono,in condizioni di riposo, sovrapposti, madurante atti di inspirazione profonda sidistaccano al fine di concedere un’ulterioreespansione polmonare anche in questi spazidi riserva. I recessi di maggior importanzasono:

Recesso costo-mediastinico. Nella cavità pleu-rica sinistra, i foglietti, per la presenza del peri-cardio, formano, in regione caudale tra questo ela parete toracica, un recesso ampio; la cavitàpleurica destra, invece, presenta un recessomolto piccolo. Per l’innalzamento delle costolenell’inspirazione profonda, il recesso vieneaperto.

Recesso costo-diaframmatico. Spazio profon-do complementare tra diaframma e paretetoracica (seno costo-frenico), che permetteun’importante espansione del polmone ininspirazione profonda. Durante l’inspirazionee l’espirazione profonda il polmone si spostadi 5 cm in direzione caudale e di 2-3 cm insenso laterale. La possibilità di movimentodel polmone sulla parete toracica nei soggettigiovani e sani, è di circa 5 cm anteriormente edi circa 10 cm lateralmente verso la lineaascellare e posteriormente verso la scapolare.La possibilità di movimento respiratorio delpolmone sinistro è maggiore rispetto aldestro. Tra pleura e polmone vi è uno strettorapporto topografico, sebbene, durante larespirazione, i limiti della pleura parietale

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1siano fissi e quelli polmonari siano gli unici acui è concesso il movimento. Per la definizio-ne di questi limiti, sono importanti le seguen-ti linee (Fig. 1.9):

– Linea sternale;

– Linea medioclavicolare;

– Linea ascellare media;

– Linea scapolare;

– Linea paravertebrale.

1.3.1 Limiti polmonari e pleurici

In condizioni di riposo è possibile distinguere iseguenti limiti polmonari (Fig. 1.9).

Polmone destro. L’apice polmonare è in corri-spondenza della prima costa a 3-5 cm al disopra della clavicola. Da qui, il limite posterio-re polmonare origina dalla porzione posterioredel manubrio e dal corpo dello sterno, taglia lalinea dello sterno al livello della sesta costa eprosegue fino alla linea medio-clavicolare.

Nella linea ascellare media, vengono incrociatel’ottava, nella scapolare la decima e nella para-vertebrale l’undicesima costola.

Polmone sinistro. L’andamento fino all’incisu-ra cardiaca, richiama quello del polmonedestro. A sinistra della linea sternale, il limitepolmonare segue la quarta costola, continuapoi verso il basso, raggiunge la linea medio-cla-vicolare della sesta costola e continua poi comeil polmone destro.

Limiti pleurici. Il percorso rispecchia quellodei limiti polmonari. Importanti differenze siriscontrano solo in corrispondenza degli spazidi riserva, in particolare a livello della lineaascellare (Fig. 1.9).

1.4 Scheletro toracico

Lo scheletro toracico è formato da dodici verte-bre toraciche, dallo sterno e dalle costole.

Trigono timico

Lobosuperiore

Lobomediale

Loboinferiore

Recessocosto-diaframmatico

Recessocosto-mediastinico

Lineasternale

Lineaascellare Linea

medioclavicolare

Linea paravertebrale

Linea scapolare

Fig. 1.9. Limiti polmonari e pleurici (linee blu). A sinistra vista anteriore, a destra vista posteriore. Le frecce indicano gli sposta-menti dei limiti polmonari nell’inspirazione profonda. Parallela alla quarta costola decorre la fessura orizzontale. Tra polmonee pleura si trovano gli spazi complementari. (Mod. da Schiebler 1995)

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1.5 · Muscolatura respiratoria117

Queste sono connesse posteriormente alle ver-tebre, tramite articolazioni, mentre nella parteanteriore si collegano allo sterno con corpi iali-ni, ad esclusione dell’ottava e della decimacostola che convergono sulla settima. Le costo-le decorrono in senso postero-anteriore, dal-l’alto verso il basso. Per contrazione dei musco-li intercostali esterni, le costole vengono innal-zate durante l’inspirazione, permettendo altorace di espandersi (Fig. 1.9 e 1.10).

1.5 Muscolatura respiratoria

Si distingue una muscolatura principale (dia-framma e muscoli intercostali) ed una accesso-ria (muscoli della parete addominale, erectorspinae, scaleni, sternocleidomastoidei e serrati)che entra in funzione nello sforzo respiratorioo nella inspirazione difficile, come ad es. incaso di BPCO.

Diaframma. È il più importante muscolorespiratorio. Ha uno spessore di 3-5 mm e divi-de il torace dalla cavità addominale. A forma dicupola, è fissato a sterno, costole e colonna ver-tebrale lombare. Nella porzione centrale (cen-trum tendineum) convergono le fibre muscola-ri. Il diaframma è connesso superiormente conil pericardio ed inferiormente con l’area nudadel fegato; sulla sua superficie si osservano tregrosse aperture attraversate dalla vena cava,dall’aorta e dall’esofago. La faccia superiore del

diaframma è rivestita dalla fascia pleuro-freni-ca. Sulla faccia inferiore, fino al confine con ilfegato, si stende il peritoneo parietale.

L’innervazione del diaframma è garantitadal nervo frenico (C3-C4), la vascolarizzazionearteriosa deriva dall’arteria toracica interna,attraverso l’arteria pericardio-frenica e l’arte-ria muscolo-frenica e da altri piccoli vasi diret-tamente dall’aorta.

�❯ Il diaframma è il più importante muscolorespiratorio. La sua contrazione determinal’abbassamento della cupola pleurica e l’au-mento dello spazio toracico in lunghezza(Fig. 1.10). L’aumento di volume così ottenu-to rappresenta circa 2/3 del volume respira-torio a riposo.

Muscolatura intercostale (Fig. 1.11). Costituitada uno strato esterno ed uno interno, le cuifibre seguono direzioni diverse, incrociandosi.La muscolatura intercostale esterna, decorredal bordo inferiore di una costola, verso ilbasso, al bordo superiore della successiva. Imuscoli intercostali interni si estendono insenso caudo-craniale dall’angolo costale almargine sternale. I fascetti muscolari sonodiretti obliquamente, in basso e anteriormente.

All’innervazione provvedono i relativinervi intercostali.

�❯ La muscolatura intercostale esterna nellafase inspiratoria innalza le costole mentre,l’interna riduce il diametro del torace edagisce come muscolatura espiratoria.

Fig. 1.10. Posizione topografica del diaframmain inspirazione (linea tratteggiata) ed in espira-zione (linea continua). (Mod. da Ferlinz 1994)

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1

Muscolatura respiratoria secondaria (Fig. 1.11). Aquesta appartengono i muscoli della parete ad-dominale, l’erettore spinale,gli scaleni,gli sterno-cleidomastoidei ed i serrati. Entrano in funzionein caso di incremento del respiro o di inspirazio-ne difficoltosa, come avviene nella BPCO.

Letture consigliate

Ferlinz R (1994) Pneumologie in der Praxis. Thieme, StuttgartMatthys H (1988) Pneumologie, 2. Aufl. Springer, Berlin

Heidelberg New York TokyoSchiebler TH et al (1995) Anatomie, 6. Aufl. Springer, Berlin

Heidelberg New York Tokio

L’espirazione si svolge passivamente attraverso retrazione del polmone

Muscolatura ausiliaria

Muscoli inspiratori

Muscoli principali

Muscoli sternocleidomastoideus(sollevano sterno e clavicola)

Muscoli scaleni(sollevano e fissano le costole)

Muscoli intercostali esterni(sollevano le costole, espansione del tronco)

Muscoli intercostali interni pars intercartilaginea(sollevano le costole)

Diaframma(espansione della cavità toracicaper appiattimento della cupola del diaframma, sollevamento delle costole inferiori)

Muscolatura addominale (abbassano le costole inferiori, determinano compressione della cavità addominale e conseguentemente una pressione di spinta del diaframma)M. rectus abdominisM. obliquus externus abdominisM. obliquus internus abdominisM. transversus abdominis

Muscoli intercostali interni ad eccezione della pars intercartilaginea

Espirazione attiva forzata

Respirazione a riposo

Muscoli espiratori

Fig 1.11. Muscolatura respiratoria principale ed ausiliaria

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Fisiologia del respiro

2.1 Volumi polmonari – 21

2.1.1 Capacità polmonare totale – 21

2.1.2 Valori normali e significato dei volumi polmonari – 22

2.2 Ventilazione polmonare – 25

2.2.1 Frequenza respiratoria – 25

2.2.2 Volume per atto respiratorio – 25

2.2.3 Spazio morto anatomico – 25

2.2.4 Spazio morto fisiologico – 26

2.2.5 Volume respiratorio per minuto – 26

2.2.6 Ventilazione alveolare – 26

2.3 Meccanica respiratoria – 26

2.3.1 Muscolatura respiratoria – 27

2.3.2 Come si determina il movimento d’aria nelle vie aeree? – 28

2.3.3 Quali fattori determinano il volume di insufflazione polmonare? – 28

2.3.4 Elasticità dei polmoni – 30

2.3.5 Elasticità del torace – 31

2.3.6 “Compliance” del sistema respiratorio – 31

2.3.7 Resistenze nelle vie aeree – 33

2.3.8 Resistenza offerta dai tessuti e dai movimenti respiratori – 36

2.3.9 Lavoro respiratorio – 36

2.4 Circolazione polmonare – 37

2.4.1 Pressione nel piccolo circolo – 37

2.4.2 Resistenze vascolari polmonari – 39

2.4.3 Irrorazione polmonare – 41

2.5 Ineguale distribuzione della ventilazione alveolare – 42

2.6 Rapporto ventilazione/flusso – 42

2.6.1 Spazio morto alveolare – 43

2.6.2 “Shunt” vascolare – 43

2

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2.7 Scambio gassoso polmonare – 44

2.7.1 Composizione dell’aria inspirata – 44

2.7.2 Pressioni parziali dei gas respiratori – 44

2.7.3 Ventilazione alveolare – 45

2.7.4 Cessione di CO2, assunzione di O2 e frazione alveolare dei gas inspirati – 46

2.7.5 Pressione parziale alveolare – 47

2.8 Regolazione del respiro – 52

2.8.1 Controllo centrale – 52

2.8.2 Regolazione chimica del respiro – 53

2.8.3 Influenza della ventilazione da parte di fattori centrali e riflessi – 56

2.8.4 Trattenimento del respiro – 57

2.9 Funzioni polmonari non respiratorie – 57

2.9.1 Funzione protettiva e di difesa – 57

2.9.2 Funzioni metaboliche e di riserva del polmone – 57

Letture consigliate – 58

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2.1 · Volumi polmonari221

Il compito principale dell’apparato respiratorioè rifornire le cellule dell’organismo di ossigenoed allontanare l’anidride carbonica derivata daiprocessi metabolici.

Alla respirazione partecipano: i polmoni,che effettuano gli scambi gassosi; il sistema cir-colatorio, che ne organizza il trasporto.Essa consiste in 4 fondamentali processi:

– Ventilazione: l’inspirazione riempie e l’espi-razione svuota gli alveoli di aria;

– Scambi gassosi polmonari: diffusione di os-sigeno dagli alveoli ai capillari polmonari e,viceversa, di anidride carbonica;

– Trasporto di ossigeno ai tessuti e di anidri-de carbonica da questi ai polmoni, grazie alsistema circolatorio;

– Regolazione del respiro.

Ventilazione e scambi gassosi nei polmoni sonodefiniti respirazione esterna, il fabbisogno di os-sigeno e la formazione di anidride carbonica re-spirazione interna.

Entrambe i processi sono correlati al sistemacircolatorio.

Nel seguente capitolo è descritta la fisiologiadella respirazione esterna, cioè il funzionamen-to polmonare.

La respirazione esterna consiste nei seguen-ti processi:

– Ventilazione degli alveoli;

– Diffusione dei gas respiratori negli alveoli;

– Irrorazione polmonare;

– Regolazione della ventilazione e della circo-lazione.

Abbreviazioni

V Volume gas

V·

Volume gas per unità di tempo

Q Volume ematico

Q·

Volume ematico per unità di tempo

p Pressione

F frazione di concentrazione

A Spazio alveolare

I Aria inspirata

E Aria espirata

D Spazio morto respiratorio

a Sangue arterioso

v Sangue venoso

v– Sangue venoso misto

c Contenuto

S Saturazione

2.1 Volumi polmonari

Il volume polmonare è la quantità di gas con-tenuta nei polmoni, il volume respiratorio in-dica il gas che viene inspirato ed espirato(Fig. 2.1). Si distinguono volumi polmonaristatici e dinamici, mobilizzabili e non mobi-lizzabili:

– Volumi statici: non dipendenti dalla capa-cità del sistema respiratorio.

– Volumi dinamici: dipendenti dalle riservedell’apparato respiratorio.

– Volumi polmonari mobilizzabili: volumi chevengono in- ed espirati per attività dei mu-scoli respiratori.

– Volumi polmonari non mobilizzabili: volu-me residuo non mobilizzabile anche dopoespirazione forzata.

I volumi mobilizzabili possono essere valuta-ti con la spirometria, il volume residuo inve-ce solo indirettamente, perché non viene espi-rato.

2.1.1 Capacità polmonare totale

Come capacità polmonare totale (TLC: “TotalLung Capacity”) viene definito il volume pol-monare a seguito di una profonda inspirazione.▼

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22 Capitolo 2 · Fisiologia del respiro

2

Essa è la somma di due volumi: la capacità vita-le ed il volume residuo (Fig. 2.1).

Capacità vitale

Definita come il volume che dopo una profondainspirazione, a seguito di una massima espira-zione, può essere espirato. È cioè la somma delvolume per atto respiratorio, del volume di ri-serva inspiratorio e del volume di riserva espi-ratoria.

La capacità vitale viene valutata con la spi-rometria e può essere suddivisa in:

Capacità vitale inspiratoria (VCI). Massimovolume inspirabile dopo una massima espira-zione.

Capacità vitale espiratoria (VCE). Massimovolume espirabile dopo una massima inspira-zione.

Volume per atto respiratorio. Volume che perogni atto respiratorio viene in- ed espirato. Ne-gli adulti è di ca. 500 ml, cioè 7 ml/kg.

Volume di riserva inspiratorio (IRV). Volumeche dopo una normale inspirazione può essereulteriormente inspirato. Valore normale ca. 3litri.

Volume di riserva espiratorio (ERV). Volumeche a seguito di una normale espirazione puòessere ancora espirato.Valore normale ca. 1 litro.

La capacità vitale partecipa alla capacità pol-monare totale con un contributo del 74%.

Volume residuo

Il volume residuo (VR) è la quantità di aria cherimane nei polmoni anche dopo una espirazio-ne forzata e che, quindi, non può essere valuta-ta con la spirometria.

Contribuisce alla capacità polmonare totaleper il 26%. Può essere valutato con la pletismo-grafia.

Capacità funzionale residua (FRC). Definitacome somma del volume residuo e del volu-me di riserva espiratorio, quindi come volu-me polmonare di fine espirazione: RV + ERV.In assenza di patologie polmonari, la FRCrappresenta il volume di gas intratoracico altermine di una espirazione (IGV).

2.1.2 Valori normali e significato dei volumi polmonari

La capacità polmonare totale, la capacità vitaleed il volume residuo dipendono da altezza, ses-so, età, condizioni di allenamento fisico, mentreil contributo della capacità vitale e dei volumi diriserva alla capacità polmonare totale sono in-dipendenti da sesso ed altezza. Nelle donne, vo-lumi e capacità si riducono del 20-25% rispettoagli uomini.

volume residuo

capacitàtotale

capacitàvitale

capacitàd’inspirazione

capacitàfunzionale

residua

volume di riservainspiratoria

volumerespiratorio

volume di riservaespiratoria

20 - 30anni

50 - 60anni

20 - 30anni

Fig. 2.1. Volumi e capacitàpolmonare. Le grandezzedipendono dall’età e dalsesso. (Mod. da Schmidt eThews 1995)

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