Curs Insuficienta Respiratorie

INSUFICIENTA RESPIRATORIE

INSUFICIENTA RESPIRATORIE

Definiie: incapacitatea organismului de a asigura O2 tisular n concordan cu necesarul metabolic ce duce la instalarea hipoxiei tisulare i alterarea metabolismului celular care poate progresa pn la distrucia celular.

In funcie de mecanismul de apariie, hipoxia se clasific n:

- Hipoxia HIPOXEMIC: presiune arteriala a O2 (PaO2) sczut, instalat prin:

- scderea concentraiei de O2 din aerul inspirat

- scderea capacitii plmnului de a prelua O2 din aerul inspirat: Insuficiena pulmonar

- Hipoxia ANEMIC: scderea capacitii de transport a O2 de ctre hemoglobin prin:

- scderea cantitii de Hb i/sau a numrului de hematii: Anemii Absolute

- scderea capacitii de transport a Hb: Anemii Relative.

*Obs. Anemiile relative prin creterea volumului plasmatic nu interfer direct funcia de transport a O2.

- Hipoxia CIRCULATORIE (hipoxia de staz) este consecina scderii fluxului sanguin periferic:

- generalizat: stri de oc, insuficien cardiac, hemoragii masive, tireotoxicoz.

- localizat: ischemii acute periferice

- Hipoxia HISTOTOXIC: preluarea tisular deficitar a O2, n condiiile unui aport tisular normal

CASCADA OXIGENULUI

De la nivelul aerului atmosferic la nivelul mitocondriei, O2 are

un parcurs care poate fi sistematizat n mai multe etape.

Denumirea de cascad deriv din faptul c, progresiv, de la o etap la alta, presiunea parial a O2 scade.

Scderea treptat a presiunii pariale a O2 poart numele de cascada oxigenului i asigur gradientul de presiune a O2necesar transferului direcionat, n etape succesive, ntreaerul atmosferic i mitocondrie.

Principalele etape ale parcursului O2 sunt:

1. Convecia activ din aerul atmosferic n spaiilealveolare.

2. Difuzia pasiv prin membrana alveolo-capilar din aerulalveolar n plasm

3. Legarea de Hb direcionat de gradientul de presiuneparial a O2 (PAO2 PcapilarO2).

4. Transportul i distribuia sngelui

5. Difuzia pasiv prin membrana capilar n spaiulinterstiial, membran celular, citoplasm i mitocondriidirecionat de gradientul de presiune parial a O2(Pcapilar O2 presiunea mitocondrial a O2).

Kevin E J Gunning , Pathophysiology of Respiratory Failure and Indications

for Respiratory Support , Critical Care, Surgery, 2003

CASCADA OXIGENULUI

Etapele cascadei O2:

- Aerul atmosferic conine 21 % O2 la o Patm = 760 mm Hg la nivelul mrii i are PO2 de aprox 159 mm Hg.

- In arborele traheo-bronic aerul este nclzit la temperatura corpului i saturat n vapori de ap presiunea efectiv a aerului scade la aproximativ 150 mm Hg.

- CO2 este adugat aerului alveolar la o presiune parialde 40 mm Hg, dilund concentraia de O2 n aerul alveolar reduce PAO2 la aproximativ 100 mm Hg.

- Raportul V/Q diferit de 1 i suntul anatomic, pot reduce presiunea n capilarul pulmonar (n mod

normal reducerea e nesemnificativ)

- pO2 la captul arterial al capilarelor periferice este aproxegal cu 100 mmHg, n timp ce pO2 la captul venos = aprox 30 mmHg (saturaie 60%)

Difuzia n capilarele periferice este influenat de:

- Densitatea capilarelor funcionale

- Grosimea capilarului

- Rata de consum de O2 mitocondrial (nivelul de activitate

energetic celular)

- Condiiile tisulare care influeneaz curba de disociere a Hb(pH, 2,3 DPG, temperatur, etc)

Kevin E J Gunning , Pathophysiology of Respiratory Failure and Indications for

Respiratory Support , Critical Care, Surgery, 2003

HIPOXIA HIPOXEMIC

1. SCDEREA O2 N AERUL INSPIRAT

2. INSUFICIENTA PULMONAR

1. SCDEREA O2 N AERUL INSPIRATHIPOXEMIA DE ALTITUDINE

HIPOXIA HIPOXEMIC

Localizare anatomic Nas, cavitate bucal Hipofaringe Portiunea medie a traheei

Umidificare fiziologic50% umiditate relativ cu umiditate

absolut de 10mg/L la 22C95% umiditate relativ cu umiditateabsolut de 28 - 34mg/L la 29 - 32C

100% umiditate relativ cu umiditateabsolut de 36-40mg/L la 31 - 35C

Limita de saturaie izoterm: - Punctul de pe traiectul aerului inspirat unde:

- temperatura aerului inspirat devine 37C i- umiditatea relativ devine 100%.

- n mod obinuit punctul de saturaie izoterm este situat la aprox 5 cm deasupra carinei.

Umidificarea i nclzirea aerului n cile respiratorii se realizeaz n cile aeriene mari i este mediat de secreia de mucus. Dac aerul nu a fost umidificat suficient pn la nivelul cile aeriene distale (pacieniintubai, pacieni care ventileaz pe gur i nu prin cavitatea nazal sau care hiperventileaz umidificarea nu mai poate avea loc aerul uscat are un potenial distructiv asupra epiteliului alveolar

Proporia de O2 n aerul inspirat (PiO2 ) de la nivel alveolar se calculeaz dup urmtoarea formul:

FIO2 = procentul de O2 din aerul inspirat.

n aerul atmosferic FIO2 este de 20.9% i este acelai, indiferent de altitudine.Patm = presiunea atmosfericPH20 = presiunea de vapori a apei (47 mmHg la 37C) este important pentru c aerul inspirat esteumidificat 100% n momentul n care ajunge la nivelul alveolelor.

Presiunea de vapori a apei este influenat de temperatur dar nu e dependent de altitudine.

SCDEREA O2 IN AERUL INSPIRATFACTORI DE CARE DEPINDE PROPORIA O2 N AERUL INSPIRAT

PiO2 = FIO2 x (Patm-

PH20)

SCDEREA O2 IN AERUL INSPIRAT

Scderea PiO2 n aerul inspirat se produce prin:

- Scderea Patm la altitudini ridicate, PiO2 scade prin scderea Patm Hipoxemia de altitudine(hipobaric)

scderea Patm de la 760 mmHg la nivelul mrii la 253 mmHg pe vrful Everest (la 8848m) scdere a PiO2 de la 150 mmHg (la nivelul mrii) la 43 mmHg pe vrful Everest

scdere presiunii alveolare a O2 (PAO2 ) echivalent cu inhalarea unui aer cu coninut n O2 de 6%

- Scderea FIO2: apare n condiiile saturrii aerului inspirat cu alte gaze, ntr-un mediu nchis (ex: intoxicaiile cu CO)

PiO2 = FIO2 x (Patm-

PH20)

SCDEREA O2 IN AERUL INSPIRATHIPOXEMIA DE ALTITUDINE

Simptomele hipoxemiei de altitudine variaz n funcie de severitatea i rapiditatea cu care scade PaO2 i de eficiena mecanismelor compensatorii.

1. Scderea acut a aportului de O2 (n timpul zborurilor cu avionul):

- pierderea acut de presiune n cabina avionului la o nlime > 3000 m (fr aport de O2)

Hipoxia fulminant cu PaO2 < 20mmHg (inclusiv la subieci fr patologie preexistent)

- aportul subnormal de O2 la zboruri cu durat lung de timp

Cabinele sunt presurizate pentru Patm corespunztoare unei altitudini de 1500 - 3000m presurizarea corespunde unei PiO2 = 125 -101 mmHg, mai mic decat cea normal (150 mmHg)

Hipoxia acut cu PaO2 ntre 25 - 40mmHg se poate instala la pacienii cu insuficien pulmonar(dei mecanismele compensatorii intervin, funcia pulmonar fiind deficitar, O2 nu este preluateficient) necesit aport suplimentar de O2 n timpul zborurilor lungi

exist risc de pneumotorax n prezena unor chiste buloase multiple: aerul coninut n chistele aeriene va avea tendina s se extind n condiiile presiunii sczute din cabina avionului

ruperea bulei n cavitatea pleural pneumotoraxul

2. Scderea aportului de O2 la altitudini de peste 2500 m permite intervenia mecanismelor compensatorii-adaptative:

- Aclimatizarea = reprezint rspunsul compensator al subiectului normal la hipoxia acut hipobaric, implicnd multiple aparate i sisteme care i ajusteaz funcionalitatea ntr-un interval de timp variabil de la un sistem la altul (n minute sptmni) i care determin:

- eficientizarea deplasrii O2 de-a lungul cascadei O2.

- optimizarea utilizrii O2 la nivel celular

- Adaptarea = reprezint modificari stabile, nscrise n codul genetic, ale persoanelor care se nasc ilocuiesc la altitudini ridicate

MECANISME COMPENSATORII IN HIPOXEMIA HIPOBARICACLIMATIZAREA

Aclimatizarea depinde de:

- gradul de stres hipoxic: rate de urcare, nivelul de altitudine atins

- capacitatea intrinsec individual de compensare pentru scdereaPaO2 (variaii genetice i anatomice, patologie preexistent)

- influene externe care pot crete sau interfera cu mecanismelecompensatorii (de ex. alcool, medicatie, temperatur)

Aclimatizarea se manifest prin:

1. Rspunsul ventilator hipoxic

2. Modificri la nivel renal

3. Modificarea curbei de disociere a Hb

4. Modificri ale aparatului cardio-vascular

5. Modificri la nivel tisular


Aclimatizarea se manifest prin:

1. RSPUNSUL VENTILATOR HIPOXIC (maxim n 4-7 zile): creterea amplitudinii i a frecveneirespiratorii prin:

- stimuarea chemoR carotidieni (sensibili la hipoxemie) hiperventilaie alcaloz respiratorie scderea stimului normal al ventilaiei (PaCO2) atenuarea fenomenului de hiperventilaie. Eficiena rspunsului ventilator hipoxic depinde de eficiena ventilatorie i de rezerva de ventilaie.

Eficiena ventilatorie se exprim prin:- raportul ntre volumul spaiului mort/volumul curent (VC): cu ct spaiul mort este mai mic pentru

acelai VC, cu att ventilaia este mai eficient* Ventilaia/min (VE) = VC x FR (frecvena respiratorie) = ventilaie total (alveolar + spaiu mort)

Un pattern respirator eficient (raport mic spaiu mort/tvolum curent) implic o ventilaie total mai mic pentrua obtinerea unei anumite saturaii de O2 a Hb (SO2) un cost metabolic al ventilaiei mai mic.Prin influenele reciproce ntre chemo i baroreflexe, creterea mai mic a frecvenei ventilaiei se asociazcu o activare simpatic mai redus se menine o mai mare rezerva de efort la altitudini ridicate.

- SO2/VE exprim cu ct trebuie s creasc ventilaia pentru a crete saturaia n O2 la o anumitvaloare, la o anumit persoan.

Este important mai ales la altitudine, deoarece la nivelul mrii, unde PO2 este mare, chiar i la o creteresemnificativ a ventilaiei, se obin modificri mici ale SO2.

Altitudini ridicate PO2 atm este mic dependena SO2 de ventilaia alveolar devine important.


2. Modificri la nivel RENAL:Alcaloza respiratorie (secundar hiperventilaiei) compensare dup 24-48 h prin creterea eliminrii renale de bicarbonat Hipoxia renal determin :

stimularea sintezei de eritropoietin efect periferic semnificativ n 10 - 14 zile creterea diurezei (la care contribuie i supresia aldosteronului prin alcaloz)

hipovolemie creterea hematocritului i scderea debitului/bataie

3. DEPLASAREA CURBEI DE SATURAIE A Hb poate menine o saturaie de 88-89% pn la aprox 3000m altitudine.

- La nivel pulmonar: hipocapnia (alcaloza respiratorie) scade formarea de ioni de H+ i a Hb reduse curba de saturaie se deplaseaz la stanga crete preluarea O2 la nivel pulmonar se menine saturaia n O2

La nivel tisular: alcaloza alcaloz intraeritrocitar crete nivelul de 2,3 DPG curba se deplaseaz la dreapta (efectul asupra creterii 2,3 DPG este mai important dect creterea pH-ului) se cedeaz mai uor O2.

La nlimi foarte mari ns, capacitatea de sintez a 2,3,DPG este depit, alcaloza persist dar nu mai este contracarat de creterea de 2,3 DPG i curba se deplaseaz la stnga scade eliberarea tisular (mecanismul compensator devine ineficient)

CURBA DE DISOCIERE A OXIGENULUI DE HEMOGLOBIN

Saturaia Hb de 90% este meninut n ciuda scderii PO2 de la 100 la 60 mm Hg.- Hb se poate ncrca cu o catitate mare de O2 chiar dac exist o alterare a difuziei pulmonare

(prin scderea gradientului de concentraie alveolo-arterial, consecin a scderii O2 n aerulinspirat.

- Transferul O2 din alveol n capilarul pulmonar e meninut pn la ncrcarea complet a Hb cu O2 deoarece O2 difuzeaz n hematie i presiune parial a O2 n capilar rmne sczut.

https://media.lanecc.edu/users/driscolln/RT127/Softchalk/Oxygen_tran

sport_softchalk/Oxygen_Transport_Lesson4.html

DEPLASAREA CURBEI DE DISOCIERE A OXIGENULUI DE HEMOGLOBIN

Deplasarea curbei la dreapta:

- Hb are afinitate sczut pentru O2, e nevoie de mai multO2 pentru a atinge o saturaie de 50%.

- Hb poate ceda mai uor O2 ctre esuturiApare n: acidoz, hipercapnie, creterea temperaturii, creterea di-fosfo-gliceratului (2,3 DPG)

Deplasarea curbei la stnga:

- crete afinitatea, e nevoie de o presiune mai mic a O2pentru saturarea de 50% a Hb.

- Hb poate prelua mai uor O2 la nivel pulmonarApare n: alcaloz, hipocapnie, scderea temperaturii, scderea 2,3 DPG, existena unui procent crescut de COHb sau HbF

https://media.lanecc.edu/users/driscolln/RT127/Softchalk/Oxygen_tran

sport_softchalk/Oxygen_Transport_Lesson4.html


4. Modificri la nivelul aparatului CARDIO-VASCULAR:

- La nivel cardiac: Creterea activitii simpatice

iniial crete debitul cardiac, TA, FC i tonusul venos

ulterior, datorit deshidratrii produse prin creterea diurezei, scade debitul btaie i DC este meninut doar prin creterea FC

- n circulaia cerebral:

- Vasodilataie cerebral (ca rspuns la hipoxie) este contrabalansat de vasoconstricie cerebral (ca rspuns la hipocapnie),

- Aceste modificri ale procesului de autoreglare determin meninerea fluxului sanguin cerebral i furnizarea de O2 pn la saturaii ale O2 de 70 80%, n ciuda hipocapniei marcate.

- n circulaia pulmonar

- Crete rezistena n artera pulmonar (prin vasoconstricie ca rspuns la hipoxie)

- Crete fluxul n zone n mod normal slab perfuzate poate ameliora raportul V/Q.

- Dac vasoconstricia e foarte intens se instaleaz edemul pulmonar de altitudine.


5. Modificri la nivel TISULAR PERIFERIC:

- Difuzia O2 din capilare n mitocondrii este crescut prin reducerea diametrului fibrelor musculare, care sufer un proces de atrofie, secundar deficitului energetic global.

- Creterea nivelului factorului indus de hipoxie (HIF-1-a ) care stimuleaz:

- sinteza de eritropoietina (EPO)

- vascular endothelial growth factor (VEGF) stimuleaz angiogeneza i sinteza de NO cretere a fluxului sanguin i a aportului de O2 la esuturi

- activarea sintezei GLUT 1 creterea prelurii celulare de glucoz accentuarea glicolizei anerobe (inclusiv n alveolele pulmonare), cu meninerea sintezei de ATP

In mod normal, n prezena O2 i a Fe2+, prolil hidroxilazele (PHD) cresc legarea HIF- de proteina

supresoare tumoral Von Hippel-Lindau (VHL)

http://jap.physiology.org/content/116/7/875

ubiquitinare HIF- i degradare proteasomic.

In hipoxie, aciunea PHD diminu acumulare HIF- dimerizare cu HIF- upreglarea transcripiei genelor ce codificEPO, VEGF, GLUT1.

La populaiile care triesc la altitudine a aprut o mutaie a geneice codific HIF upreglare a genei eritropoietinei, precum i mutaii ale proteinei VHL reduc ubicvitinarea HIF.

MECANISME COMPENSATORII IN HIPOXEMIA HIPOBARICADAPTAREA LA PRESIUNE ATMOSFERIC SCZUT

- Upreglarea genei Hypoxia inducible factor (HIF) i apariia de mutaii ale proteinei care degradeaz HIF

(scade ubicvitinarea HIF)

- Dispariia rspunsului ventilator hipoxic, cu ventilaie de repaus asemntoare persoanelor care nu

triesc la nlime

- Saturaie arterial crescut a O2 (determinat genetic, alel dominant) n condiii de PAO2 sczut

- Poliglobulie (medie Hb =17-18g/dl) dac creterea ar fi mai mare ar crete riscul de

hipervscozitatea sanguin

- Presiune crescut n artera pulmonar, inclusiv cu modificarea de structur a peretelui arterial

- Nivel al oxidului nitric crescut vasodilataie compensatorie pentru hipoxemie

- Greutate mai mare la natere comparativ cu feii supui la acelai nivel de hipoxemie (ex fumat)

nscui de femei care locuiesc n zone de altitudine joas

Abigail W. Bigham, and Frank S. Lee Genes Dev.

2014;28:2189-2204

Adaptarea la altudinea s-a realizat prin seleciaunor gene care s permit o mai bun oxigenaretisular n prezena unei concentraii reduse a O2n aerul inhalat.

Aceste modificri sunt prezente n mod variabiln populaiile care triesc la mare altitudine ( nAnzi, n Tibet i n Etiopia)

Fenotipic, modificrile se traduc prin:

2. INSUFICIENA PULMONAR2.1. DEFINITIE. CLASIFICARE

2.2. MECANISME DE PRODUCERE A INSUFICIENTEI

PUMONARE

2.3. CONSECINTELE INSUFICIENTEI PULMONARE

HIPOXEMIA HIPOXEMIC

2.1. DEFINIIE. CLASIFICARE

2. INSUFICIENA PULMONAR

INSUFICIENA PULMONAR (I.P.)DEFINIIE. CLASIFICARE

Sistemul pulmonar asigura schimburile gazoase dintre alveole si capilarele

pulmonare prin funcionarea coordonat a:

1. Ventilaiei

2. Difuziunii gazelor

3. Perfuziei pulmonare

Alterarea oricrei componente a echilibrului ventilaie, difuzie, perfuzie poate duce la apariia insuficienei pulmonare.

Ventilaia alveolar este dependent de frecvena, de amplitudinea respiraiei i de presiunea gazelor n aerul inspirat.

Concentraia unui gaz ntr-un amestec de gaze este direct proporional cu:

- presiune parial a gazului respectiv:

- presiunea parial a O2 = PO2 i, respectiv

- presiunea parial a CO2 = PCO2- solubilitatea gazului n lichidul respectiv: cu ct e mai solubil, cu att va fi mai mare concentraia lui

la orice valoare a presiunii pariale

- CO2 este de 24 de ori mai solubil dect O2 n snge. Dei PaCO2 < PaO2, cantitatea de CO2dizolvat n snge e mai mare.

- La echilibru, ntr-un plmn cu funcie ventilatorie normal presiunile pariale ale gazelor alveolare artrebui s fie egale cu cele din snge. Motivul pentru care presiunea alveolar a O2 (PAO2) rmne cu aprox 5 mmHg mai mic dect presiunea parial a O2 n venele P este inegalitatea V/Q existent n mod normal i solubilitatea mai mic a O2 n mediile biologice. n schimb, PACO2 este egala cu PaCO2 pentruc CO2 difuzeaz mai rapid dect O2 .

n sngele arterial, valorile normale ale O2 i CO2 sunt:PaO2 = 100 mmHg PaCO2 = 40 mmHg

n snge, n mod normal, oxigenul este transportat:

- 98% de Hb

- 2% dizolvat n plasm

n snge, n mod normal, CO2 este transportat:

- 5% legat de Hb

- 10% dizolvat n plasm- 70% sub form de bicarbonat (n hematie i n plasm)

PACO2 este > PCO2 atmosferic pentru c CO2 intr n alveoledin capilarele pulmonare, mbogind astfel aerul alveolar nCO2.

Factorii care determin valorile PAO2 i PACO2 sunt:- PO2 atmosferic, - Nivelul ventilaiei alveolare, i- Rata de consum de O2 a ntregului organism/rata de

producie a CO2 a ntregului organism

Frecvena ventilatorie e dependent de stimularea centrilor bulbari, mai sensibii la variaia paCO2 dect la variaia O2.Amplitudinea respiraiei este dependent de compliana pulmonar i rezistenta la flux.

RELAIA NTRE VARIATIA pH-ULUI, VARIATIA PACO2 I VENTILAIA ALVEOLAR

VA = Frecv respiratorie x (volumul curent - spatiul mort)

- Variaia PaCO2 are un rol mai important n reglarea ventilaieialveolare dect variaia pH-ului:

- creterea paCO2 cretere direct proportional a VArapid, cvasi liniar i important (VA crete de 10 -11 ori faa de valoarea normal la o PaCO2 de 90 mmHg).

- scderea pH-ului < 7.35 cretere mult mai mic a VA(pn la de maximum 4 ori, la un pH=7)

Ventilaia alveolar (VA) = cantitatea de aer ce ajunge n alveole/minut.

Guyton and Hall, Textbock of medical physiology,

Reglation of Respiration, Elselvier Sanders, 2006

REGLAREA VENTILAIEI

Stimularea centrului respirator prin zona

chemosenzitiv bulbar.

Chemoreceptorii centrali sunt sensibili la variaia H+. Efectul e mediat de PCO2 n LCR

- Ionii de H+ trec greu prin bariera

hematoencefalic (BHE)

au un rol compensator direct redus.

- CO2 trece cu usurin BHE. La acest nivel estehidratat, rezultnd H+ care stimuleaz centrulrespirator.

Creterea cu 1 mm Hg a PCO2 in LCR

creterea ventilaiei cu 2 - 3 litri/min

Stimularea centrului respirator prin impulsuri

generate la nivelul chemoreceptorilor carotidieni i a celor din arcul aortic transmise prin nervii IX i, respectiv nervul X.

Chemoreceptorii periferici sunt sensibili la:

- Variaia presiunii pariale a O2 n snge (PaO2), dac aceasta scade < 70 mmHg

- Receptorii carotidieni sunt sensibili i la variaia paCO2 i pH.

Guyton and Hall, Textbock of medical physiology, Reglation of Respiration, Elselvier Sanders, 2006

INSUFICIENA PULMONARDEFINIIE. CLASIFICARE

Insuficiena pulmonar reprezint incapacitatea aparatului respirator de a asigura schimburile

gazoase adecvate ntre aerul alveolar i capilarele pulmonare, n repaus i/sau la efort, n raport cu necesitile organismului, ce se concretizeaz n:

- Hipoxemie (scderea PaO2)

- Hipoxie (scderea O2 la nivel tisular)

Modificarea PaCO2 este inconstant, deoarece:

- coeficientul de difuziune al CO2 prin membrana

alveolo-capilar este de 20 ori mai mare dectcel al O2 creterea frecvenei ventilatorii (primul mecanism compensator declanat n momentul creterii PaCO2 sau a scderii PaO2) restabilete iniial valoarea PaCO2.

- odat cu agravarea procesului patogenic sau dac exist o hipoventilaie global mecanismul compensator e depit

Insuficiena pulmonar parial (tip I)- scderea PaO2 (hipoxemie) - PaCO2 normala sau uor sczuta

(normo sau hipocapnie)

Insuficiena pulmonar global (tip II) - scderea PaO2 (hipoxemie) - creterea PaCO2 (hipercapnie)

n practica clinic termenii de insuficien pulmonar i de insuficien respiratorie sunt de multe ori utilizai ca sinonimi.

REZERVA DE ADAPTARE LA NECESITI CRESCUTE DE O2

- Rezerva de timp pentru extracia O2 la nivel pulmonar (Hb extrageO2 n mod normal n 25% din timpul de contact al sngelui cu aerul

alveolar) alterarea difuzinii alv-capilare (n fibrozele pulmonare) anuleaz aceasta rezerv

- Rezerva de extracie tisular: sngele care se ntoarce de la esuturiare nc o PO2 de 40 mm Hg (ce corespunde unei saturaii n O2 a Hbde 75%) numai 25% din O2 din fiecare hematie este transferatesuturilor pentru susinerea metabolismului

Rezervele de O2 ale organismului:

- Aprox 1500 ml de O2 este stocat n organism (50% combinat cu Hb), 30% in plmni i restul nmioglobin. Doar n condiii de hipoxie sever se elibereaz o cantitate > 50% de O2 din Hb.

- In absena total a aportului, exist rezerve suficiente pentru 3 - 4 minute. Respirarea unui aer cu concentraie de O2 100% crete rezervele (prin nlocuirea N din capacitatea rezidual funcional = CRF) la aproximativ 4250 ml permite 10 minute de apnee.

Mecanisme celulare de adaptare la hipoxie: hibernarea cu reducerea activitii metabolice, cretereaextraciei de O2, adaptarea sistemelor enzimatice i a expresiei genelor.

Organismul uman are o rezerva de adaptare la necesiti crescute de O2 (efort sau necesiti metabolicecrescute). Aceast rezerv este compus din:

- Rezerva de absorbie de O2 din aer inspirat: Aerul inspirat conine 21% oxigen la o presiune parial de 150 mm HgAerul expirat conine 14% oxigen la o presiune parial de 100 mmHg

doar 1/3 din oxigenul inhalat este absorbit (se poate considera ca restul efortului respirator e cheltuit inutil) dac ventilaia este normal.

Dac ventilaia este redus, cantitatea de O2 din aerul alveolar scade progresiv.

INSUFICIENA PULMONARACLASIFICARE

In funcie de severitatea modificrilor fiziopatologice i a epuizrii rezervelor de O2, insuficiena pulmonar se clasific n:

- Latent: scderea presiunii arteriale a O2 se produce numai n timpul efortului, prin:

- Depirea mecanismelor de mobilizare a rezervelor de O2 ale organismului (timpul de transfer de O2 la efort se scurteaz, se accentueaz inegalitatea V/Q)

- Procesul patologic de baz care altereaz n primul rnd transferul alveolo-capilar(creterea grosimii membranei alveolo-capilare), situaie n care rezerva de timp de contact al Hb nu mai este operant

- Manifest: modificarea gazelor sanguine este prezent i n repaus:

a. Compensat mecanismele de mobilizare a rezervei de O2 sunt depaite i n repaus: hipoxemia i/sau hipercapnia au valori constant modificate, n repaus, la determinri repetate n timp

b. Decompensat proces patologic acut care se suprapune peste o insuficien pulmonar deja instalat alterarea PaO2 i PaCO2 rapid i progresiv

2.2. MECANISME FIZIOPATOLOGICE

2. INSUFICIENA PULMONAR

INSUFICIENA PULMONARAMECANISME DE APARIIE

Insuficiena pulmonar se poate instala prin:

a) Accentuarea inegalitii raportului ventilaie/perfuzie n diferite zone pulmonare

b) Hipoventilaia alveolar

c) Alterarea difuziunii alveolo-capilare

d) unt dreapta-stnga intrapulmonar

n situaia concret a celor mai multe afeciuni pulmonare, la un anumit pacient, aceste mecanisme pot coexista; cu toate acestea, preponderena unui mecanismimprim, n final, tabloul fiziopatologic i pe cel clinic, precum i atitudineaterapeutic.

DIFERENA ALVEOLO-ARTERIAL A O2

Diferena P(A-a)O2 normal se explic prin:- Existen unui unt anatomic normal - Diferenele regionale ale raportului VA/Q

V.n. : 10 mmHg [FIO2 = 0.21]. V.n. crete cu vrsta, prin creterea inegalitilor V/Q

P(A-a)O2 = (Vrsta/4)+4].

PA O2 se determin din ecuaia gazelor

PAO2 = FiO2 x (Patm - PH2O) - PACO2/R

Unde R = coeficientul respirator. R depinde de consumul

de CO2 i producia de CO2. In repaus, R = 08.

In funcie de mecanismul patogenic dominant, insuficiena pulmonar se nsoete sau nu de modificareadiferenei P(A-a)O2.

Astfel, exist insuficiene pulmonare cu diferena P(A-a)O2: normal: scad ambele presiuni pariale proporional

hipoventilaia alveolar, scderea concentraiei O2 n aerul inspirat crescut: scade PaO2 i PAO2 este normal sau mai puin sczut

Inegalitate V/Q, unt.In tulburarile de difuziune alveolo-capilare P(A-a)O2 crete la efort

Sally Osborne, Causes of hypoxemia,

www.sallyosborne.com

- Spaiul mort:

- Anatomic = ansamblul cilor respiratorii care conduc gazeleDAR nu particip n mod normal la schimbul de gaze (aprox150 ml din aerul inspirat)

- Alveolar = ansamblul alveolelor ventilate dar foarte puin saudeloc perfuzate: V/Q tinde spre infinit

- Fiziologic = spaiul mort anatomic + spaiul mort alveolar

- untul este fenomenul prin care alveolele sunt ventilate insuficientdei sunt perfuzate.

n teritoriie alveolare n care apare fenomenul de unt VQ tinde ctrezero: alveola nu e ventilat dar e perfuzat unitatea respiratorie respectiv nu realizeaz schimburi gazoase dei PO2 alveolar estenormalRaportul ideal V/Q este = 1.

Adv Physiol Educ 32: 192195, 2008

Modelul Widel al dihotomizriiarborelui bronicZona de conductan: de la nivelul bifurcaiei traheei pn la nivelul diviziunii 16 al

bronhiolelor terminale (inclusiv),

bronhiile nu conin alveole = spaiul mort anatomicZona de schimb: ncepe de la

bronhiolele respiratorii icuprinde ductele i sacii alveolari

RAPORTUL VENTILAIE PERFUZIE

V/Q infinit:

Ventilaie prezent cu perfuzie 0 = spaiumort alveolar

V/Q crescut : - ventilatie > normal, sau perfuzie <

normal- PAO2 crescut , PACO2 sczut

V/Q sczut : - Ventilatie < normal, sau Perfuzie >

normal- PAO2 sczut , PACO2 crescut

V/Q = 0

- Ventilatie 0 cu perfuzie prezent untul alveolar

https://media.lanecc.edu/users/driscolln/RT127/Softchalk/Heart_Perfusion/Heart_Perfusi

on9.html

INSUFICIENTA PULMONARMECANISME FIZIOPATOLOGICE

Accentuarea inegalitii raportului V/Q n diferite zone pulmonare

Hipoventilaia alveolar

Alterarea difuziunii alveolo-capilare

unt dreapta-stnga intrapulmonar

FACTORI CARE INFLUENEAZ RAPORTUL V/Q n condiii fiziologice efectele gravitaiei

Att ventilaia, ct i perfuzia sunt n general mai mari nzonele dependente fa de cele nondependente.

Zonele dependente sunt zonele bazele n ortostatism, cele

declive n poziie lateral i cele posterioare n clinostatism.

- perfuzia crete prin efectul direct al gravitaiei, care deviaz fluxul de snge n zonele dependentedatorit proprietilor hidrostatice ale coloanei de lichid (legea Ohm)

Legea Ohm: fluxul variaz direct proporional cu presiunea, dac rezistena este constant

presiunea n a.P scade cu 1cm H2O pentru fiecare cm de cretere n nlime a plmnului deoarece sngele are o densitate de 1g/cm

n ortostatism, fluxul va diminu la varf

http://www.slideshare.net/vkassubedi1/olv-vkas

n ortostatism, perfuzia este de aproximativ 10 ori mai mare n baze dect la vrfuri

FACTORI CARE INFLUENEAZ RAPORTUL V/Q n condiii fiziologice efectele gravitaiei

Complianta alveolelor de la baza plmnului este mai mare deoarece opereaz pe o pant mai abrupt a curbei complianei

ventilaia alveolelor din bazele pulmonare (zonele dependente) este de 2 ori mai mare dect ventilaia de la vrfurile pulmonare (bazele primesc un procent

mai mare din totalul volumul de aer ventilat)

- Inegalitatea fluxului de snge este mai mare dect inegalitatea fluxului

de aer (ventilaiei) raportul V/Q este neuniform

n poziie vertical, ventilaia alveolelor din bazele pulmonare (sau zonele dependente) este de 2 ori mai mare dect ventilaia de la vrfurile pulmonare,

fluxul de snge la baze este de 10 ori mai mare dect la vrfuri

http://www.buzzle.com/articles/lung-compliance-

explained.html

Att ventilaia, ct i perfuzia sunt n general mai mari n zonele dependente fa de cele nondependente datoritdiferenelor de volum alveolar n repaus complian diferit

- Greutatea nsi a plmnilor i forma lor anatomic determin o curbare a plmnilor nspre interiorul toracelui Volumul alv n repaus n zonele declive este mai mic

alveolele nondependente (cele de la vrfuri n ortostatism) vor fi mai bine expansionate n repaosul ventilator dect cele dependente alv nondependente sunt mai rigide dect cele mai puin expansionate (pe curba presiune volum se situeaz la un nivel superior al volumului)

n inspir se expansioneaz mai puin i primesc proporional mai puin din volumul de aer ventilat dect cele din zonele dependente

FACTORI CARE INFLUENEAZ RAPORTUL V/Q n condiii fiziologice factori non gravitaionali

- Ventilaia i perfuzia scad n serie odat cu distana de-a lungul arborelui respirator, independent de gravitaie.

- Variaia n ventilaie i perfuzie la un anumit nivel orizontal (ntr-o seciune orizontal) este influenati de:

- variaia anatomic intrinsic a cilor aeriene i a geometriei cilor aeriene

- variaia de distribuie a musculaturii netede vasculare.

Anatomic: unele segmente ale arborelui respirator sunt mai lungi i mai nguste vor avea o rezisten mai mare la flux dect cele mai largi i mai scurte

ventilaia va fi distribuit neuniform

- Tipul de ventilaie:

- Dac subiectul cu funcie ventilatorie normal face un inspir de la nivel volumul rezidual (i nu de la nivelul capacitii reziduale funcionale =CRF, ca n timpul ventilaiei de repaos), majoritatea aerului inspirat se distribuie apexului, iar baza este mai puin ventilat deoarece:

- In inspirul profund, presiunile intrapleurale sunt mai puin negative i presiunea de la baza plmnului devine mai mare dect presiunea atmosferic n prima parte a inspirului, doar vrful va fi ventilat.

VARIATIA PRESIUNILOR PULMONARE

Presiunea transpulmonar (PL) Presiunea pleural (Ppl), Presiunea alveolar (PA), Reculul elastic (Pel)

PA = Ppl + Pel

Ppl = PA- Pel

PL =Ppl PA

PL este presiunea care tinde s destindplmnul, n timp ce Pel este cea care tinde sa l colabeze

Variaia normal a presiunilor intrapulmonare, transpulmonare i pleurale n timpul micrilor ventilatorii n repaus

Distributia ventilatiei n inspirul normal (A)

i n inspirul maximal (B)

CRF= capacitate reziduala funcionala (FRC)VR = volum rezidual (RV)http://www.coheadquarters.com/PennLibr/MyPhysiology/lect2p/lect2.02.

htm

Exist un gradient al presiunii pleurale ntre apex (punctelealbastre) i baze (punctele roii) de aproximativ 7.5 cm H2O.

Inspirul obinuit, de repaus, se realizeaz avnd ca punct de plecare nivelul CRF.

Presiunea pleural la apex = -10 cm H2O, la baze = -2.5 cm H2O.

Alveolele apicale vor avea un volum > dect cele

bazale la nceputul inspirului datorit acestei presiunipleurale mai negative complian mai mic distensie mai mic

aerul se va ndrepta preferenial spre baze.

Inspirul forat are ca punct de plecare nivelul VR. Scade mult presiunea alveolar crete presiunea pleural aerul se ndreapt preferenial spre vrfuriunde presiunea pleural este nc negativ (- 4 cm H2O).

Zonele bazale au o presiune pleural pozitiv (+3.5 cm H2O) colapsul cilor aeriene mici. Aceste alveole nu vor fi ventilate pn cnd presiunea pleural nu redevine negativ.

Wagner PD, Respiratory Physiology and Pharmacology, Ventilation Blood Flow and Gas Exchange, p.57

Zona 1 PA > Pa > Pv Zone ventilate si neperfuzate = spatiu mort alveolar

Zona 2 Pa >PA > Pv Zone cu flux arterial prezent, rezistenta la flux crescuta, venele

sunt colabate

Zona 3 Pa > Pv > PA Creterea fluxului arterial apare prin:- Recrutarea vaselor pulmonare nchise

- Dilatarea vaselor perfuzate

Perfuzia pulmonar (proporia de capilare pulmonare perfuzate) este rezultatul relaiei ntre componentepresionale:

- Dependente de debitul cardiac (Presiunea n artera pulmonar i cea din sistemul venos pulmonar)- Dependente de presiunea intralveolar

RAPORTUL V/Q

n condiii fiziologice

Raportul ventilaie/perfuzie - schimbrile gazoase eficiente presupun un flux gazos adecvat fiecrei unitirespiratorii perfuzate.

Dei raportul V/Q ideal ar trebui s fie =1, n condiii fiziologice, la un individ sntos, la care DC = 5l/mini Ventilaia = 4l/min, raportul V/Q = 0.8

n ortostatism V/Q este 3,3 n vrf i scade progresiv spre baz la 0,6.

ventilatia perfuzia

varf Presiune pleurala mai negativa la

varf

Creste gradietul de presiune

transpulmonara

Alveole sunt mai putin compliante

Ventilatie este diminuata

Presiune intravasculara scazuta

Distensie minima pentru recrutarea

de noi teritorii vasculare

Rezistenta crescuta la flux

Flux sanguin scazut

baze Presiune pleurala mai putin

negativa, decat la varf,

Presiune transpleurala mai

scazuta

Alveole mici, mai compliante, mai

bine ventilate

Presiune vasculara crescuta

Recrutare crescuta de teritorii

vasculare prin vasodilatatie,

Rezistenta vasculara scazuta

Creste fluxul sanguin

- Variaia constantelor de timp ale diferitelor regiuni pulmonare.

- Constanta de timp a unei regiuni pulmonare este timpul necesar unei uniti pulmonare pentru a se umple sau pentru a se goli de aer.

Pentru expir, conceptul permite anticiparea duratei necesare eliminrii unei cantiti suficiente de aerpentru atingerea volumului de aer corespunztor echilibrului static al sistemului respirator (nivelulCRF n repaus) n care Palv = Patm.

- Constanta de timp se estimeaz prin produsul dintre rezistena i compliana regiunii respective.

De exemplu, n BPOC, pot s creasc att rezistena n cile distale ct i compliana (prin componenta de emfizem) constanta de timp va crete.

Procesul inflamator (care crete rezistena) i cel distructiv alveolar (care crete compliana) nu sunt ns uniform distribuite intrapulmonar

Unitile pulmonare vor avea constante de timp diferite inspir i expir la diferite rate de flux o unitate respiratorie cu o constant de timp mai mare poate s nu i finalizeze umplerea nainte de nceperea expirului i, deci, s fie insuficient ventilat.

Cu ct frecvena respiratorie este mai mare, cu att crete contribuia constantelor de tip diferite la inegalitatea distribuiei ventilaiei.

- Asimetria structurilor pulmonare distale gazele difuzeaz cu mai mare uurin prin unitile mai mici dect prin cele mai mari (uniti aeriene mai mari pot aprea, de exemplu, n emfizem, broniectazii).

FACTORI CARE INFLUENEAZ RAPORTUL V/Q n special n condiii patologice

- Compresia dinamic neuniform a cilor aeriene n expir, n special n efort cnd presiunea pleural pozitiv comprim cile aeriene.

Compresia neuniform este rezultanta reducerii reculului elastic i/sau a creterii tensiunii de suprafa a lichidului alveolar

1. Reducerea reculului elastic (de ex n emfizem) accentueaz inegalitatea V/Q. Compresia dinamic normal este, ntr-o oarecare msur, contracarat de traciunea radial ndreptat spre exteriorul alveolei de conexiunile existente ntre alveole i de inseria fibrelor de elastin. Mrimea traciunii radiale depinde de reculul elastic.

Reducerea reculului elastic scade capacitatea unitilor respiratorii afectate de a se opune compresiei dinamice a cilor aeriene n expir colabarea alv creterea rezistenei scderea ventilaiei n teritoriul respectiv

2. Creterea tensiunii de suprafaa alveolar


- Gradientul de concentraie de a lungul unitilor pulmonare mici (inegalitatea n serie). Gazele inspirate ajung n bronhiolele terminale i in cele respiratorii prin convecie.

De la nivelul bronhiolelor respiratorii, gazele se deplaseaz din compartimentul aerian spre cel sanguin n special prin difuziune.

- Dac exist o dilatare anormal a cilor respiratorii, difuzia nu mai este complet n timpul ciclului respirator i alveolele distale vor fi mai puin ventilate dect cele proximale. Aceast situaie apare, de exemplu, n emfizemul centracinar. Emfizem centracinar

Int J Chron Obstruct Pulmon Dis. 2008 Jun; 3(2):

193204.

2. Creterea tensiunii de suprafaa alveolar: Dac moleculele unui lichid sunt complet nconjurate de alte molecule n faz lichid, ele sunt atrase unelede altele i se mic liber n orice direcie. Moleculele situate la nivelul zonei de interfaa lichid-gaz, suntmai puternic atrase ntre ele dect restul moleculelor din masa lichidian.

Aceast for de coeziune este numit tensiune de suprafa. Tensiunea de suprafa se supune legii Laplace: cu ct raza alveolei este mai mic, cu att tendina la colabare crete prin creterea tensiunii de suprafa.

Legea Laplace: (DP= 2T/r)

Interfaa aer lichid e foarte mare n interiorul plmnilor, ceea ce ar crea la nivelul alveolelor o tensiunefoarte mare dac nu ar exista surfactantul.

Surfactantul, produs de celulele alveolare de tip II, are 2 roluri principale n mecanica ventilatorie :


1) scade tensiunea de suprafa a fluidului alveolar prininterpunerea lui ntre moleculele de ap crete compliana pulmonar respiraia se face cu mai puin efort

2) mpiedic colabarea alveolelor prin reducerea recululuielastic.

Creterea tensiunii de suprafa poate s apar:- ca efect al legii Laplace: existena unor bule mici

(emfizem) crete riscul de colabare- prin scderea cantitativ sau alterarea structural a

surfactantului

sindromul de detres acut respiratorie prematuri

Esra Roan and Christopher M. Waters, What do we know about mechanical strain

in lung alveoli? Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 301: L625L635, 2011.

- Dependena distribuiei ventilaiei n funcie de frecvenarespiratorie

n condiii normale, datorit volumelor, distribuiei anatomice icomplianei diferite, zonele de la vrful plmnilor sunt mai puinventilate dect cele de la baze.

Pe msur ce crete frecvena ventilatorie, crete i rezistena ncile aeriene.

Cum volumul cilor aeriene din baze e mai mare, rezistena la acest nivel va fi mare dect cea din vrfurile pulmonare i o cantitate mai mare de aer va intra n zonele de la apexul

plmnilor.

Aceasta contribuie la limitarea eficienei creterii frecveneirespiratorii ca mecanism compensator la hipoxie.


Y. H. Chang, A Model of Ventilation Distribution in the Human Lung,

Aerosol Science and Technology 30:309319 (1999)1999 American Association for Aerosol Research

ACCENTUAREA INEGALITII RAPORTULUI VENTILAIE/PERFUZIE

Alterarea raportului ventilaie/perfuzie se produce prin:

a. Distribuia neuniform a aerului inspirat

b. Distribuia neuniform a perfuziei

c. Ambele mecanisme

Este cel mai bine apreciat prin gradientul alveolo-arterial a PO2 (PAO2 PaO2)

Ventilaie sczuta V/Q 0,8:

- Distribuia neuniform a aerului inspirat apare prin:- Cresterea rezistentei (R ) la flux cauzat de ngustarea cilor aeriene

zone hipoventilate- Modificarea compliantei ce apare n zonele hiperinflate (creterea

complianei) sau n zonele colabate sau rigide, cu interstiiu ngroat(scderea complianei)

- n alveolele hipoventilate apare un by-pass al perfuziei capilare pulmonare

unt fiziologic vasoconstricie hipoxic sngele este deviat n alte zone pulmonare, cu alveole normal ventilate scderea perfuziei zonelor hipoxice va crete raportul V/Q (mecanism compensator)

acioneaz pentru a echilibra gazele sangvine.


- Scderea ventilaiei (n zonele hipoventilate) i creterea complianei (n zonele hiperinflate) cresc timpului necesar umplerii (n inspir) i, respectiv golirii (n expir) a unitailor morfo-functionale respiratorii

Expansiunea neuniform a sp. alveolare n inspir alveolele cu R crescut se golesc mai lent n expir, dect cele cu R normal

au o constant de timp mai mare o parte din aerul expirat din unitile cu Rcrescut este inspirat n unitile cu R normal (fenomenul de aer pendular) Aceast pendulare nu permite mprosptarea aerului n unitile cu R normal

extinderea zonelor cu V/Q alterat

Scderea ventilaiei n raport cu perfuzia

- Predominant prin creterea rezistenei la flux- Boli obstructive pulmonare:

- Secretii bronsice abundente (Bronsite cronice, fibroza chistic),

- Bronhospasm (astm bronsic)

- Obstructie intrinsec a cilor aeriene

- Intrapulmonar: corpi straini, tumori endobronsice

- La nivelul cailor respiratorii superioare: edem laringian, tumori

- Obstructie extrinsec a cilor aeriene:

- Tumori mediastinale

- Fibroze pleurale extinse (fibrotorax)

- Predominant prin modificarea compliantei pulmonare:

- Emfizem pulmonar (creterea complianei)

- Atelectazie (scderea complianei)

- Sdr de detres acut respiratorie mecanismul este mixt (scderea V/Q prin scderea

complianei + tulburarea de difuziune alveolo-capilar)


REZISTENA LA FLUX (Raw)

Raw rezistenta opus la trecerea aerului prin cile aeriene

Fluxul de aer depinde de fora motrice ce imprim variaia de presiunei de rezistena total la flux.

Rezistena n cile aeriene = P /flux Unde P = diferena de presiune ntre presiune la poarta de intrare a aeruluin arborele respirator (Patm) i presiunea din alveole (Palv)

In condiii fiziologice, rezistena este realizat n proporie de:

- 50%, de rezistenta opusa de cile aeriene superioare, - 40% de rezistena din cile aeriene intratoracice pna la nivelul

bronhiolelor terminale si- 10% de rezistenta opus de cile aeriene distale, datorit suprafeeitotale de seciune a acestora.

Rezistena la flux variaz n funcie de volumul pulmonar: la volume pulmonare mici (CV) rezistena este mai mare. La volume pulmonare mari, distensia alveolar creste presiunea radial alveolar scade rezistena

pacienii cu BPOC respir la volume pulmonare mari pentru a putea contracara rezistena din cile aeriene

http://oac.med.jhmi.edu/res_phys/Encyclopedia/AirwayResi

stance/AirwayResistance.HTML

http://oac.med.jhmi.edu/res_phys/Encyclopedia/AirwayResist

ance/AirwayResistance.HTML

REZISTENA LA FLUX (Raw)

Legea Poiseuille: Fluxul de aer = P x r4/L x p/8 X 1/h

Cnd fluxul este laminar, rezistenta (R) e direct proporionala cu vscozitatea(h) , lungimea tubului (L) i invers proporional cu raza (r) la puterea a patra.Scderea cu 10% a razei determin o cretere a Raw cu 52%.

Numrul Reynolds = 2 r n d/ h unde d = densitatea i n = velocitatea.

Dac numrul Reynolds > 2000, fluxul e turbulent Fluxul n trahee esteturbulent, la bifurcaii este tranziional i n cile aeriene distale este laminar. In zonele de ngustare a cilor respiratorii fluxul este turbulent.

Prin micorarea progresiv a diametrului cilor aeriene (datoritdihotomizrii), raza fiecarei uniti nou generate va fi mai mic, ceea ce artrebui s creasc rezistena n cile mici.

Rezistena n cile distale rmne, n mod normal, redus pt. c:- odat cu dihotomizarea, fluxul se divide n dou scade velocitatea i

fluxul devine laminar.

- Rezistena unui sistem de tuburi dispuse n paralel (R1- formula 1) estemai mare dect cea a unui sistem de tuburi dispuse n serie (R2 - formula

2, n care inversul R2 este suma reciprocelor rezistenelor fiecrui tub).

R1 = S Ra + Rb+Rn 1/R2= S (1/Ra + 1/Rb + . Rn)

segmentul distal contribuie puin la valoarea rezistenei la flux (10%)

creterea rezistenei la flux (msurat pletismografic) se realizeaz relativ uor prin obstructie proximal i nu este un indicator precoce al obstrucii distale.

http://humanphysiology.tuars.com/program/secti

on4/4ch2/s4ch2_50.htm

http://respi-gam.net/node/5088

FACTORII CARE INFLUENTEAZA COMPLIANTA PULMONARA

Compliana este o masur a elasticitii pulmonare i se masoar prin variaia volumului raportat la variaia de presiune.

Complianta static: Cst = V/P

Factorii principali de care depinde compliana pulmonar:- Tesutul conjunctiv perialveolar: raportul colagen (inextensibil) /

elastina (f. uor extensibil)- Structura surfactantul

- Rezistena la flux

Msoara elasticitatea pulmonar.

http://emedicine.medscape.com/article/297664-

workup#c16

IPF= fibroza interstiial difuz

MECANISME COMPENSATORII ALE ALTERARII RAPORTULUI V/Q

Plmnul dispune de doua mecanisme de reglare pentru a corecta inegalitatea raportului ventilatie/perfuzie la nivel local:

- Scderea ventilaiei ntr-un teritoriu perfuzat insuficient:

- Reducerea perfuziei ntr-un teritoriu pulmonar normal ventilat scade concentraia CO2 n aerul alveolar (hipocapnie alveolar) si n caile aeriene care deservesc teritoriul respectiv hipocapnia provoac constricia musculaturii netede a bronhiolei respiratoriisi a ductului alveolar

diminu ventilatia tinde s ajusteze V/Q

- Scderea perfuziei ntr-un teritoriu ventilat insuficient:

- Scderea ventilaiei n raport cu perfuzia ntr-un teritoriu alveolar scade PO2 in alveolele respective PaO2 sczut vasoconstricia vaselor pulmonare mici (efectinvers fa de efectul scderii O2 n vasele sistemice)

este un efect adaptativ deoarece furnizeaz mai puin snge la alveolele puin ventilate fa de cele ventilate normal.

Aceste mecanisme explic de ce la individul sntos spatiul mort alveolar si amestecul venos, reprezinta fractii mici din ventilatia alveolar si, respectiv, din debitul cardiac i nu influeneazpresiunea gazelor sanguine

Sngele arterial sistemic este un amestec de volume sanguine care provin din toate unitile pulmonare

scaderea PaO2 n sngele arterial sistemic depinde de volumul de snge care provinedin unitile cu raport V/Q sczut sau cu raport V/Q supraunitar

CONSECINELE MODIFICRII RAPORTULUI V/Q

Sunt dependente de tipul de alterare a raportului V/Q (scdereaventilaiei sau scderea perfuziei).

Factorul care influeneaz aceasta diferen este formei n S a curbei de disociere a Hb:

- Dac raportul V/Q este foarte mic (PAO2 e mic)

o scdere mic a PaO2 determin o scdere considerabil a SaO2 pentru c schimbul se realizeaz pe poriunea abrupt a curbei

- Dac raportul V/Q este mare

o scdere mic a PaO2 nu influeneaz schimbul de O2 deaorece acesta se realizeaz pe linia cvasi orizontala corespunztoare concentraiilor mari n O2 n aerul alveolar

dar este influenat semnificativ schimbul de CO2 a crui schimb este liniar

O2

CO2

Sally Osborne, Causes of hypoxemia,

www.sallyosborne.com

CONSECINELE SCDERII RAPORTULUI V/QOBSTRUCIE SEMNIFICATIV A UNEI BRONHII PRINCIPALE

(inhalare a unui corp strin)

Inhalarea unui corp strin cu reducerea marcat a ventilaiei n plmnul respectiv: Dac celelalte elemente rmn nemodificate (O2 i CO2 n sngele venos amestecat rmn normale) V (ventilaia) n plmnul afectat scade foarte mult comparativ cu cel indemn V este direcionat ctre plmnul indemn raportul V/Q n plmnul afectat este sczut i raportul V/Q n plmnul indemn este crescut. La nivel ambilor plmni raportul V/Q total rmne la valori apropiate de cele normale.

Perfuzia rmne egal distribuit (3l/min pentru fiecare plmn) sngele din VS (adus de venele pulmonare) va avea o provenien de 50:50 din fiecare plmn

- curba de disociere a O2 de Hb nu este liniar schimbul de O2 are loc pe poriuni diferite ale curbei de disociere n cei doi plmni n plmnul hiperventilat (cu PAO2 de 119 mmHg), schimbul nu poate ns depsi saturaia maximal PaO2 nu va fi media PaO2 din ambele vene pulmonare, ci va avea o valoare mai mic dect media.

- curba de disociere a CO2 e cvasi liniar PaCO2 va fi apropiat de medie. Datorit difuzibilitii bune, media nu va fi mult crescut.

1. AFECTAREA

PREPONDERENT A PaO2cu MENINEREA PaCO2 LA VALORI APROX. NORMALE

Peter D. Wagner, VENTILATIONPERFUSION RELATIONSHIPS, Physiologic Basis of Respiratory Disease, Ch 17, p165-184

CONSECINELE SCDERII RAPORTULUI V/Q

In acest model funcional, n care leziunea primar corespunde unor arii cu V/Q foartemult sczut, efectul iniial asupra PaO2 este mult mai mare dect cel asupra PaCO2. Se produce:

Scderea extraciei de O2 (VO2) de la v.n de 300 mL /min la 200 mL /min scdere cu 33% a PaO2.

Reducerea eliminrii de CO2 de la 240 mL/min (plmnul normal) la 210 mL/min o reducere cu 13% a paCO2 prin difuzibilitate crescut i curbliniar de tranfer

sngele venos scdere a PO2 a sngelui din a.pulmonar scade PO2 din capilarul alveolar

n zonele cu V/Q mic crete gradientului capilar aer alv. al O2: se poate restabili VO2 (rata de preluare a O2/min) la valori normale (300 ml/min) scade PAO2 ntr-o zona oricum slab ventilat (alveole n care presiunea O2 crete foarte puin la urmtorul inspir) scdere i mai marcat a PaO2 sistemic (i cretere a PaCO2)

EFECTUL HIPOXEMIEI I A UOAREI HIPERCAPNII N PERIFERIE:Necesitile metabolice tisulare rmn constante esuturille vor ncerca s extrag suficient O2 pentrumetabolismul lor extracia aceleiai cantiti de O2 dintr-un snge cu PaO2 mai mic scdere PO2 n

2. RESTABILIREA RATEI

DE SCHIMB GAZOS LA

NIVEL PULMONAR



PaCO2 uor crescut prin inegalitatea V/Q la nivel tisular se adaug CO2 produs metabolic crete PCO2 n a. pulmonar crete PaCO2sistemic la 45 mmHg dei plmnii elimin CO2 la rata de eliminarenormal (240 mL/min).

Funcia pulmonar a fost restabilit, dar hipoxia i hipercapnia sunt maisevere dect nainte de restabilirea extraciei normale a gazelor.

Urmtoarea etap este creterea ventilaiei prin stimulareachemoreceptorilor de ctre PaO2 sczut i PaCO2 crescut.

2. RESTABILIREA RATEI

DE SCHIMB GAZOS LA

NIVEL PULMONAR

3. CRETEREA VENTILAIEI


Creterea ventilaiei n alveolele plmnului normal (drept) poateasigura revenirea la normal a PaCO2, chiar dac ventilaiaplmnul stg este foarte mult redus.

Creterea ventilaiei n alveolele plmnului normal nu are efectde ameliorare a PaO2 pentru c curba de disociere a Hb esteplat n regiunea n care se face schimbul gazos n plmnulsntps i creterea ventilaiei nu se materializeaz ntr-o creterea oxigenrii Hb.

In acest model particular, o cretere n continuare a ventilaiei de partea indemn ar fi inutil: pentru c ar reduce i mai multPaCO2 (inducnd o alcaloz respiratorie) fr s mbunteascPaO2.


CONSECINELE CRETERII RAPORTULUI V/Q MODIFICAREA PERFUZIEI

(embolia pulmonar)

Situaia diametral opus obstruciei unei bronhii principale printr-un corp strain (din perspectiva raportului V/Q) este cea n care o arter pulmonar esteobstruat, iar ventilaia este normal. Embolia pulmonar distribuie perfuzia spre plmnul indemn.

Plmnul indemn are un raport V/Q < normal, iar cel drept (sediul emboliei) un V/Q > normal

perfuzia crescut n plmnul indemn permite o preluare maximal a O2 din aerul alveolar (prin ameliorarea raporturilor V/Q n zonele mai slab

perfuzate n mod normal) dar nu poate compensa excesul de CO2 a crui extracie este foarte bun i n condiiile inegalitii fiziologice a raportului V/Q din plmnul respectiv i care nu crete semnificativ n acest context patologic)

PaO2 este mai puin afectat (iniial) dect PaCO2 n comparaiecu situaia obstruciei unei bronhii principale printr-un corp strin

VO2 scade mai puin dect VCO2 PaCO2 este mai afectat dect PaO2.

La nivelul plmnului afectat PAO2 rmne ridicat i PACO2 sczut pentru caexist puin schimb gazos aer alveloar - snge.

Ca i n cazul scderii ventilaiei, extracia tisular va duce la scderea i maiaccentuat a PaO2 i la creterea PaCO2

normalizarea VO2 i VCO2 accentuarea hipercapniei (predominant) i a hipoxemiei Peter D. Wagner, VENTILATIONPERFUSION RELATIONSHIPS, Physiologic Basis of Respiratory Disease, Ch 17, p165-184

Creterea uoar a ventilaiei (doar cu 2 L/min (de la 5.2 la 7.4 L/min) va fi ns suficient pentru normalizarea complet a PaCO2. Pentru c stimulul hipercapnic este mai puternic dect scderea O2, dac O2nu este sczut semnificativ, corectarea PaCO2 ntrerupe hiperventilaia

se menine un grad de hipoxemie hipercapnia e ns foarte rar, ea apare doar dac volumul de sange neoxigenat ce scurtcircuiteaz alveolele > 80% din DC

Diferit fa de modelul funcional al plmnului cu ventilaia ntrerupt, nacest caz ambii plmni sunt bine ventilai.

PaO2 este cvasi-normalizat (la 89 Torr).

Rezult c gradul de afectare a gazelor sanguine este dependent de factorul care dezechilibreaz raportul V/Q.

Dac factorul modificat este ventilaia, impactul iniial asupra PaO2 va fi mai mare dect cel asupra PaCO2

Dac factorul modificat este perfuzia, impactul iniial asupra PaCO2 va fi mai mare dect impactul asupra PaO2

Hiperventilaia va putea restabili, n ambele cazuri, PaCO2, dar va menine PaO2 sub limitele normale.

CONSECINELE CRETERII RAPORTULUI V/Q MODIFICAREA PERFUZIEI

(embolia pulmonar)


1. Afeciuni in care predomin scderea raportulului ventilatie/perfuzie

prin creterea rezistenei:

ASTMUL BRONIC

FIBROZA CHISTIC

prin scderea complianei

ATELECTAZIA

prin mecanism mixt (creterea rezistenei i creterea complianei)

BPOC

2. Afeciuni in care predomin creterea raportului ventilatie/perfuzie

EMBOLIA PULMONAR

AFECIUNI N CARE MECANISMUL FIZIOPATOLOGIC DOMINANT ESTE ACCENTUAREA INEGALITII VENTILAIE/PERFUZIE

Holgate S.T et al., Asthma, NATURE REVIEWS | DISEASE PRIMERS

VOLUME 1 | 2015 | 1

Astmul bronic este o boal inflamatorie cronic a cilor aeriene caracterizat prin hiperreactivitate bronici un grad variabil de obstrucie a cilor aeriene.

Clasificarea fiziopatologic a astmului bronic:

1. Astmul TH2: infiltrat inflamator compus mai ales din eozinofile dar i din mastocite, bazofile, neutrofile, monocite i macrofage care nsoete rspunsul limfocitar de tip T helper 2 (TH2).

Include:

- astmul alergic, cu debut n copilrie- astmul de efort,

- astmul indus de aspirin

2. Astmul non TH2 : cu infiltrat neutrofilic n

care infiltratul inflamator este de tip TH1 iTH17. Apare mai frecvent la aduli, fumtorii se nsotete de un profil de citokine de tip TH1/TH17.

- astmul cu debut tardiv

Citokinele profilului inflamator pot deveni markeri

de dg.

Rspunsul la cortorticoizi este mai bun n astmulTH2 dect n astmul TH1/TH17.

AFECIUNI IN CARE PREDOMIN SCDEREA RAPORTULUI VENTILAIE/PERFUZIE ASTMUL BRONIC

Alergenii (praf de cas, alergeni de origine animal sau fungic, etc) au proprieti enzimatice penetreaz bariera epitelial i interacioneaz direct cu DCs. DCs ncrcate cu alergeni migreaz n noduliilimfatici locali interacioneaz cu celule T nave (TN ) via receptorului pentru celulele T (TCR), complexul major de

histocompatibilitate (MHC) clasa II i molecule co-stimulatoare diferenierea limfocite T.

Activarea DC, maturarea T helper 2 (TH2) i migrarea nmucoas sunt influenate de citokine i chemokine precumIL-25, IL-33, CC-chemokine ligand 17 (CCL17) i CCL22. Limfocitele TH2, prin intermediul IL-4, IL-5 i IL-13:

Holgate S.T et al., Asthma, NATURE REVIEWS | DISEASE PRIMERS VOL 1 | 2015 |

CCR, CC-receptor pentru chemokine receptor;

GM-CSF, granulocytemacrophage colony-stimulating factor; mDC, DC din mucoas; TNF, tumour necrosis factor; TSLP, thymic stromal lymphopoietin.


SENSIBILIZAREA LA ALERGENI A CILOR RESPIRATORII N ETAPA DE INDUCERE A ASTMULUI ALERGIC

Infectiile (bacteriene sau virale) i poluanii:- Distrug epiteliul cilor aeriene semnale prin dammage associated molecular patterns (DAMP) ctre

celulele epiteliale (ECs) secreie de chemokine atrag celule dendritice imature (DCs) n mucoas. - Activeaz pattern recognition receptors (PRRs) maturarea DCs in celule prezentatoare de antigen care

i extind procesele celulare n cile aeriene icapteaz alergeni.

- IL4 comut sinteza limfocitelor spre sinteza de IgE- IL5 i IL 13 inflamaie i remodelare bronic

Dup sensibilizare, o noua expunere a cailor respiratorii la alergeni sau iritani:

rspuns bronhoconstrictor precoce declansat de mastocite (mast-cell-driven early-type broncho-

constrictor response (EAR) care dureaz 590 minute

eliberarea IgE-dependent de histamin, prostaglandine D2 i leukotriene C4 (LTC4), care sunt apoi convertite in LTD4 si LTE4.

raspunsul bronhoconstrictor tardiv (LAR) apare la 312 h de la expunere

infiltrarea i activarea leucocitelor (n special eozinofile) cu continuarea generrii de LTC4, eliberarea de citokine TH2 din mastocite icelule T i meninerea responsivitii crescute a cilor aeriene.


EFECTUL EXPUNERII CILOR RESPIRATORII LA IRITANI SAU ALERGIZANI DUP SENSIBILIZARE N ASTMUL ALERGIC

Nicholas W. Lukacs Role of chemokines in the pathogenesis of asthma Nature

Reviews Immunology 1, 108-116 (November 2001)

Astmul de efort:

Se explic prin inhalarea unui aer uscat i incomplet nclzitn caile aeriene datorit hiperventilaiei. Aceste caracteristiciale aerului inspirat pot declana:

n mod direct sinteza de histamina, LT i PG bronhospasm

mecanisme compensatorii: creterea perfuzieipulmonare. Iniial, acest mecanism reueste srestabileasc nivelul de umiditate i de temperaturnecesar difuziunii optime a gazelor alveolare.

Funcionarea prelungit a acestui mecanismcompensator sau reactivitatea excesiv a cilorrespiratorii la contactul cu aerul uscat poate duce la

acumularea de ap n alveole transformndu-se astfelntr-un mecanism patogenic bronhospam

ALTE FORME DE ASTM TH2

Dg funcional: - Hiperpnee voluntar eucapnic masurarea ventilatiei maxime n cond unei concentraii de CO2 5 % n

aerul inspirat test pozitiv: scdere cu 10% a VEMS

- Test de provocare bronic cu manitol sau soluie salin hiperton test pozitiv: scdere cu 15% a VEMS


Astmul cu debut tardiv (la adult) prezint o expresie clinic i un tablou biologic foarte heterogen.Inflamaia bronic poate fi de tip eozinofilic sau neutrofilic, ceea ce imprim un profilul de citokine i o evoluiaclinic foarte diferit. Exist i forme mixte, n care mecanismul TH2 este mai puin exprimat.

Unele forme se asociaz cu astmul indus de antiinflamatoare nonsteroide sau aspirin. dezechilibru PG/LT bronhospasm

ALTE FORME DE ASTM BRONIC

Ilmarinen P, et al , Risk Factors, and Mechanisms of Adult-Onset Asthma, Mediators of

Inflammation, Volume 2015, Article ID 514868, 19 pages http://www.jpp.krakow.pl/journal/archive/12_06_s12/articles/01_article.html


2. Creterea FENO (fracia de NO n aerul expirat)- n plmn, la nivele fiziologice, NO acioneaz ca

vasodilatator, bronhodilator, neurotransmitor i ca mediator al inflamatiei.

- La astmatici, nivelul NO este crescut prin expresie crescutde NO-sintetaz inductibil, ca rspuns la IL4 i IL13 cantitatea mare de NO molecul foarte reactiv, oxidant peroxinitrit proprieti bactericide dar i citotoxice

hiperreactivitatea bronic - Masurarea n aerul expirat este un marker indirect al

inflamaiei cilor aeriene valori > 50 ppb ( >35 ppb la copii) semnific o inflamaie eosinofilic i reprezint un bun indicator de predicie a rspunsului la corticosteroizi.

Holgate S.T et al., Asthma, NATURE REVIEWS | DISEASE

PRIMERS VOLUME 1 | 2015 | 1

Dweik R.A. et al, An Official ATS Clinical Practice Guideline: Interpretation of Exhaled

Nitric Oxide Levels (FENO) for Clinical Applications

1. Creterea eozinofilelor nsnge sau sput



Procesul inflamator n mucoasa respiratorie este foarte extins, dar predomin in segmentul bronic proximal (brnhiile cartilaginoase), explicnd creterea semnficicativ a rezistenei la flux . Este unanim acceptat ca procesul inflamator n astmul bronic este asociat cu o hiperreactivitate a ciloraeriene care determin i pattern-ul funcional caracteristic:

obstrucia bronic variabil.

Peter J. Barnes, CHAPTER 254 Asthma in Harrisons Principles of Internal Medicine, 18th ed, McGraw Hill Medical, 2012, pg 2105

In astmul de tip H2, exist un pattern inflamator de tip alergic, asemntor celui din mucoasa nazal din rinita alergic.

In astmul de tip non H2, inflamaia determin sintezalocal de IgE.

Procesului inflamator acut se cronicizeaz progresiv, cu persistena inflamaiei, ngroarea de fibremusculare bronice, hipersecreie de mucus

remodelare bronic

REMODELAREA ARBORELUI RESPIRATOR

Type 2 inflammation in asthma present in most, absent in many John V. Fahy, Nat Rev Immunol. 2015 January ; 15(1): 5765

Rezoluia incomplet a inflamatiei: prelungirea supravietuirii mastocitelor i eozinofilelor prin:- Producia redus de lipoxina A i resolvine scderea apoptozei eozinofilelor i a activitii LT NK n

perioada de vindecare post puseu acut inflamator continuarea procesului inflamator

Remodelarea cilor aeriene: grosimea peretelui cilor bronice este dependent de severitatea i durata bolii. Pe msur ce boala evolueaz:

Se accentueaz hiperreactivitatea bronic prin:- Hipertofia musculaturii netede a cilor aeriene prin aciunea TGFb- ngroarea laminei reticulare subepiteliale prin aciunea TGFb, IL produse de limfocitele TH2 si TH1- Depunere de matrix n peretele cilor aeriene i angio-genez prin aciunea TGFb, VEGF- Proliferare neuronal

Crete gradul de obstrucie bronic:IL4, IL9 i IL13 Metaplazie epitelial mucoascu apariia de celule productoare de mucus i nalte zone dect cele n care exist n mod normal icrestere de producie de mucus

air trapping i hiperinflaie

Secreia factorilor de cretere din familia EDGF lezare epitelial.


Journal of Allergy and Clinical Immunology 2011 128, 451-462DOI: (10.1016/j.jaci.2011.04.047)

Copyright 2011 American Academy of Allergy, Asthma & Immunology


- Sindrom obstructiv:

- reversibil:

- Scderea VEMS n criz. Intercritic, valoarea VEMS poate fi normal. CV scade cnd crete VR.

- Prin convenie, diagnosticul de astm presupune o cretereminim de 12% sau o cretere cu cel puin 200 ml a VEMS fa de nivelul bazal.

- grad de severitate variabil:

- Monitorizarea PEF

- Teste de provocare bronic: metacolin

- generat de inflamaia cu eozinofile a cilor aeriene:

- Testul FENO

- Crete rezistena flux, cu rspuns favorabil la bronhodilataie

- Modificarea echilibrului acido-bazic:

- n criza de astm moderat: alcaloz respiratorie (prin bradipnee)

- n criza sever de astm: acidoz mixt:

- Respiratorie prin agravarea inegalitii V/Q + zone de hipoventilaie (obstrucie cu mucus) hipoxemie cu hipercapnie

- Metabolic : hipoxemia hipoxie acumulare de acid lactic

Creterea marcat a presiunii intratoracice creterea presiunii n teritoriul venei cave superioare hemoragii subconjunctivale i chiar creterea presiunii intracraniene

Yukio Nagasaka Lung Sounds in Bronchial Asthma,

Allergology International. 2012;61:353-363

AFECIUNI IN CARE PREDOMIN SCDEREA RAPORTULUI VENTILAIE/PERFUZIE ASTMUL BRONIC - MODIFICRI FUNCIONALE

AFECIUNI IN CARE PREDOMIN SCDEREA RAPORTULUIVENTILAIE/PERFUZIE FIBROZA CHISTICA

Rolul fiziologic al CFTR:

- Canal de clor n polul apical membranar: transfer Cl din spextracelular n cel intracelular. In anumite condiii, transportulpoate fi inversat. Totodat, CFTR esteun reglator al altor canalemembranare:

- canalele epiteliale de Na amilorid sensibile (ENaC) de exemplu, n absena CFTR, crete trecerea Na+ din sp alv n celula epitelial

- Transport (secret) HCO3 prin membrana celulelor epiteliale

- Transport (secret) glutationul, cel mai important antioxidant nplmni la suprafaa alveolar

Fibroza chistica este o afeciune ereditara recesiv n care apar mutaii ale genei Cystic FibosisTransmembrane Conductance Regulator (CFTR) proteina CFTR este absent sau disfuncional.CFTR aparine unei famili de proteine transmembranare, transportorii ce se leag de ATP (ATP binding cassette transporters). Funcioneaz ca un canal de anioni (Cl- i HCO3

-).

Conine dou domenii care pot hidroliza ATP i un domeniu membranar ce funcioneaz ca un por pentrufluxul de anioni prin membrana celular.

Felix Ratjen et al. Quittner and Andrew Bush, Cystic fibrosis

2015, NATURE REVIEWS | DISEASE PRIMERS

Fibroza chistic este o afeciune cu multiple localizri:

- Pulmonar: acumulare de mucus cu vscozitate crescut boal obstructiv cu debut periferic (cile aeriene mici) formarea de broniectazii meninerea infectiei distrucie alveolar agravarea evoluiei

- Pancreatic acumulare de secreii vscoase pancreatit cronic:

scderea absorbiei de lipide, vitamine liposolubile.

crete apoptoza celulelor b-pancreatice insulinopenie + secreie redus n celulele b restante hiperglicemie alterare funcional ventilatorie prin favorizarea colonizrii i infectiei cilor aeriene

- Rinosinuzite cronice: (45% din pacieni) infeciile persistente din cile respiratoriisuperioare i sinusuri surs de bacterii pentru infeciile din cile respiratorii joase

- Glandele sudoripare scderea recaptrii Cl- i a Na+ din sudoare pierdere de Cl- i de Na+ testul sudorii pozitiv

AFECIUNI N CARE PREDOMIN SCDEREA RAPORTULUI VENTILAIE/PERFUZIEFIBROZA CHISTICA

MODIFICRI ALE DIFERITELOR APARATE I SISTEME

AFECIUNI N CARE PREDOMIN SCDEREA RAPORTULUI VENTILAIE/PERFUZIEFIBROZA CHISTICA

MODIFICRI ALE DIFERITELOR APARATE I SISTEME

- Tractul gastrointestinal reflux gastro-esofagian i alterarea tranzitului intestinal (complicat de sindromul de obstrucie intestinal distal, constipaie i cretere excesiv bacterian n intestinul subire malnutriia favorizeaz dezvoltarea pulmonar redus.

- Canalelor biliare: CFTR este ancorat n membrana apical a colangiocitelor regleaz coninutul bilein H2O i electrolii prin afectarea transportului Na

+ si Cl-, a secreiei i alcalinizrii bilei.

Alcalinizarea bilei influeneaz major funcia digestiv i solubilitatea compuilor organici.

Dac CFTR este anormal secretia biliar devine:

- mai groas, mai vscoas, cu coninut mai mare de mucin, ceea ce determin:

staza biliar risc crescut de infecie biliar sau de acumulare de substane toxice

distrucie hepatocitar

obstructie de ci bilare mici

inflamatie periductal, proliferare ducte biliare + fibroz periportal

hipertensiune portal

- mai puin alcalin crete activitatea radicalilor liberi

AFECIUNI N CARE PREDOMIN SCDEREA RAPORTULUI VENTILAIE/PERFUZIEFIBROZA CHISTICA - PROCESE FIZIOPATOLOGICE LA NIVEL PULMONAR

1. Alterarea clearance-ului muco-cilar

In mod normal, homeostazia suprafeei cilor aeriene permite un transport eficient al mucusului produs de celulele goblet i de glandeledin submucoas. Reglarea adecvat a bicarbonatului i a pH-uluipermite formarea normal de mucus: formarea a 2 straturi de gel care optimizeaz clearance-ul mucociliar i, prin aceasta, procesul de aprare nespecific de la nivelul cilor respiratorii.

Depleia de lichid de la suprafaa cilor aeriene apare prin:

- absorbia crescut de lichid izoton prin canalele de sodiu epiteliale(ENaC)

- pH-ul acid: bicarbonatul este important n solubilizarea granulelor de

mucin secretate n cile aeriene. Acestea sunt secretate sub formcondensat, form meninut de prezena ionilor de Ca2+ i H+. Absena bicarbonatului care s lege aceti ioni menine granulele de mucin compacte crete vscozitatea mucusului

Desicarea dependent de CFTR + absena bicarbonatului scade grosimea stratului de lichid de suprafa din cile aeriene(ASL), inclusiv cea din stratul periciliar Mucusul aderentanormal staza mucusului

Felix Ratjen et al. Quittner and Andrew Bush, Cystic fibrosis 2015,

NATURE REVIEWS | DISEASE PRIMERS

In fibroza chistic conductan anormal a Cl, bicarbonatului i a Na n polul alveolar al celulei epiteliale alv depleie de lichid alv mucus vscos disfuncie ciliar acumulare de sput infecie inflamaie

Absena HCO3- pH acid la suprafaa lichidian a cilor

aeriene cauz posibil a deficitului de aprare bacterian(defensinele, lizozimul sunt mai puin eficiente).

Scderea activitii antimicrobiene a celulelor inflamatorii: CFTR are efect direct asupra ineficienei neutrofilelor: scadetraficul intracelular al granulelor i scade degranularea.Macrofage disfunctionale pot fi modificate spre un rspunsproinflamator.

Nivel crescut de glucoz n cile aeriene (n absenadiabetului) la pacienii cu fibroz chistic: 29% din valoareasanguin. In mod normal, nivelul glucozei n lichidul alveolar este 510% din cel sanguin n fibroza chistic nivelulul glucozei n spaiul alveolar crete mediu favorabil pentru Pseudomonas aeruginosa i Staphylococcus aureus.

Scderea glutationului la suprafaa alveolar (prin defectul de CFTR) scade aprarea pulmonar fa de oxidani

Infeciile cronice (prin staza i deficit de aprare) inflamaie cronic n timp apar broniectazii, bronit cronic, emfizem

2. Deficitul de aprare nespecific:

AFECIUNI IN CARE PREDOMIN SCDEREA RAPORTULUI VENTILAIE/PERFUZIE FIBROZA CHISTICA

Funcional, n fibroza chistic domin sdr obstructiv, cu creterea VR i CPT. - Declinul funciei ventilatorii: scdere anual >1-3% din valoarea VEMS din perioada copilriei, cu un

maxim de scdere n perioada de adolescen (invers dect n evoluia normal a funciei pulmonare).

Alterarea spaiului alveolar (prin acumulare de secreii vscoase) determin o scdere a DLco.

In monitorizarea pacienilor cu fibroz chistic se folosete INDICELE DE CLEARANCE PULMONAR, un indicator eficient al distribuiei ventilaiei n raport cu perfuzia.

Testul presupune urmrirea eliminrii unui gaz inert (azotul eliminat din plmni prin inspirarea de O2 100% sau a unui gaz inert) n condiiile unei respiraii de repaus (ventilarea volumului curent)

cu fiecare inspir, scade concentraiagazului trasor n gazul expirat.

Inegalitatea V/Q scade mixarea gazelor la nivel pulmonar

crete durata eliminrii gazului trasor.

Alex Horsley, Lung clearance index in the assessment of airways disease, Respiratory

Medicine (2009) 103, 793e799

AFECIUNI IN CARE PREDOMIN SCDEREA RAPORTULUI VENTILAIE/PERFUZIE FIBROZA CHISTICA - MODIFICRI FUNCIONALE

http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/34296.pdf

Modificri de mecanic ventilatorie:Apar n fazele mai avansate de boal i rezultatul final este dat de echilibrul ntre fore contrare:- creterea vscozitii fluidului alveloar scade recul elastic - apariia de broniectazii (prin suprainfecii repetate) sau distrugeri de perei alveolari (forele dominante)

fenomene care cresc reculul elastic

Modificarea curbei complianei statice: curba presiune-volum este deplasat la stnga

Poriunea iniial a curbei este abrupt, paralel cu cea normal: ventilaia la volume pulmonare mici (la nivelul CV, nrepaus) compliana normal

Ventilaia la volume mari se realizeaz pe o poriune a curbeiaplatizat fa de cea normal:

ventilaia la volume mari (efort) compliana crescut.

Travaliul ventilator la efort este cu att mai mult crescut cu ct

coexist cu rezistena crescut la fluxul aerian.

AFECIUNI IN CARE PREDOMIN SCDEREA RAPORTULUIVENTILAIE/PERFUZIE FIBROZA CHISTICA - MODIFICRI FUNCIONALE

Atelectazia reprezint colabarea esutului pulmonar ntr-un anumit teritoriu.

Se poate produce prin:

- compresie extern: de exemplu prin tumori sau prin prezena aerului sau a lichidului din spaiul pleural

atelectazie COMPRESIV

- absorbia aerului din alveolele obstruate sau hipoventilate sau prin inhalarea de O2 n concentraie mare sau anestezice atelectazie de ABSORBIE

- Prin administrarea de O2 100%, azotul din alveole este preluat i nlocuit cu oxigen. In contrast cu azotul, oxigenul este foarte solubil n snge i difuzeaz att de rapid n vasele pulmonare nct nu mai rmne suficient gaz n alveole pentru a le menine deschise alveola colabeaz.

- scderea produciei de surfactant scade tensiunea superficial din alveole colabarea alveolei.

Poate s apar n:

- SDRA,

- anestezie sau ventilaie mecanic

Scderea complianei funcional: un sdr restrictiv

AFECIUNI IN CARE PREDOMIN SCDEREA RAPORTULUI VENTILAIE/PERFUZIEATELECTAZIA

AFECIUNI N CARE PREDOMIN SCDEREA RAPORTULUI VENTILAIE/PERFUZIEBPOC

http://www.pathophys.org/copd/copd-2/

BPOC reprezint limitarea persistent, progresiv a fluxuluide aer asociat unui proces inflamator cronic al ciloraeriene.

Ipoteze patogenice n BPOC:

- Rolul factorilor de mediu (fumatul i poluani): prezena particulelor/gazelor inhalate n plmni rspuns inflamator cu creterea numrului de macrofage i neutrofile i eliberare de citokine, chemokine i elastaze

inflamaie cronic: scderea raportului proteaze/antiproteaze

fibroz i ngroare de perete bronic creterea stresului oxidativ edem i hiperconstricie bronic hipersecreie de mucus/disfuncie ciliar + scdere aparare imun local infectii recurente accentuare hipersecreie mucus remodelare bronic

- Genetici:

- a1-antitripsina (AT1): serin proteaz inhibitorie(SERPIN) secretat de ficat care inhib elastazaprodus de neutrofile. Deficitul de AT1 procesul de elastoliz este exacerbat distruciede septuri alv emfizem

- Deficitul de elastin- Deficit al funciei ciliare

Global Initiative for Chronic Obstructive Lung

Disease (GOLD) defineste BPOC astfel: prezenaunui FEV1/FVC < 0.70 post-bronhodilator care

confirm persistena limitrii fluxului aerian dacse asociaz cu simptome i/sau anamnez de expunere la factori de risc.

AFECIUNI N CARE PREDOMIN SCDEREA RAPORTULUI VENTILAIE/PERFUZIEBPOC

BPOC este o boala caracterizat prin afectareapredominant a segmentului bronic distal prin:

- Broniolita obstructiv,

- Emfizem i

- Hipersecretia de mucus (bronsita cronic),

Contribuia lor relativ la instalarea BPOC variaz de la un pacient la altul.

nc din fazele incipiente ale BPOC, apare obstrucia ichiar distructia parial a cilor aeriane mici

Totodat, sunt distruse fibrele de elastin care ancoreazalveolele de esutul interstiial, prevenind (mpreun cu surfactantul) colabarea lor n expir.

Modificrile structurale n arteriolele pulmonare mici suntfrecvente n BPOC, cu creterea ngrosrii intimei iproliferare a fibrelor musculare vasculare, ca rezultat al

inflamaiei sau a vasoconstrictiei hipoxice.

Totusi hipertensiunea pulmonar nu e marcat n BPOC, cu exceptia unui foarte mic grup de pacienti care dezvoltsi insuficienta de cord drept.

Peter J. Barnes et al, Chronic obstructive pulmonary disease,

NATURE REVIEWS | DISEASE PRIMERS, VOLUME 1 | dec 2015

AFECIUNI N CARE PREDOMIN SCDEREA RAPORTULUI VENTILAIE/PERFUZIEBPOC - Inflamaia cronic

secretie de mucus + sintez TGFb

reduce expresia sirtuinelor i a nuclear enzyme histone deacetylase 2 (HD2, codificat de HDAC2) n macrofage i celuleepiteliale activarea genelor proinflamatorii.

Celulele inflamatorii secret proteaze care degradeaz fibrele de elastin:

- elastaza distruge fibrele de elastin, iar n cile aeriene marieste i un important stimulator al secreiei de mucus.

- matrix metalloproteinazele (MMP9 i MMP12) acioneaz la nivelul parenchimul pulmonar, degradnd proteinele din

matricea extracelular

In BPOC apare i o alterare a mecanismului de preluare a celulelorinflamatorii apoptotice (eferocitoz) care contribuie la permanentizareainflamaiei intrapulmonare.

Peter J. Barnes et al, Chronic obstructive pulmonary disease, NATURE

REVIEWS | DISEASE PRIMERS, VOLUME 1 | dec 2015

Inflamaia afecteaz predominant cile periferice i parenchimul pulmonar i se asociaz cu crestereaneutrofilelor, macrofagelor i limfocitelor in plmni.

Rspunsul inflamator nespecific:Inhalarea cronic de iritani (fum de tigar, fum de biomasa i poluanti) activeaz pattern recognition receptors, (de ex. Toll-like receptorii) cresc transcripia nuclear factor kB (NF-kB) i a mitogen activated protein kinases (MAPK) cresc chemotactismului neutrofilelor imacrofagelor pulmonare i activeaz celulele epiteliale i a celor productoare de mucus

Obs. Fumtorii cu funcie pulmonar normal au un nivel crescut al inflamaiei n cileaeriene, ca rspuns la inhalarea de iritani respiratori.

Raspunsul inflamator specific:

- Mecanismul exact nu se cunoate. Ipoteza cea mai des formulateste aceea c particulele i gazele din fumul de igar pot alterastructurile celulare bronice, care devin astfel antigenice

- Activarea imunologic creste numrul LT si LB n plmni.

Limfocitele se organizeaz n foliculi limfoizi, cu cresterea numruluisi activarea celulelor dendritice difereniere de tip TH1 care crete nivelul de:

TNF-, IL-1, and IL-6 efect proinflamator

TGF- i ali factori de cretere pentru fibroblati stimuleaz proliferare de fibroblasti

fibroz n cile aeriene mici

Chemokine care atrag monocite i alte celuleTh1

Rspunsul inflamator este exacerbat de:

- colonizarea cronic a cilor aeriene distale de bacterii caHaemophilus influenzae i Streptococcus pneumoniae cauzatde:


- Un deficit al mecanismului de fagocitoz al macrofagelor fat de particulele microbiene

J Clin Invest. 2008;118(11):3546-3556

Stresul oxidativ este crescut la pacientii cu BPOC.

Expunere la fumul de tigara activeaz celulele inflamatorii (neutrofile simacrofage).

Speciile reactive de oxigen (ROS) produse de aceste celule:

- Activeaz NF-B i p38 MAPK cresc expresia genelor inflamatorii si a proteazelor: neutrofil elastazele, catepsine,

metaloproteinaze, NADPH oxidazele

- Inhib antiproteazele (1-antitripsina) creterea elastolizei

- Altereaza ADN-ul creste riscul de cancer pulmonar.

- Induc carbonilarea proteinelor, de aceea in formele severe de

BPOC apare o sintez de AAC circulani perpetuareainflamatiei si a leziunii pulmonare

- Activeaz transforming growth factor- (TGF) fibroz


Scade activitatea antioxidant:- Scade activitatea NRF2 (nuclear

factor erythroid 2related factor ), factor de transcripie a proteinelorantioxidante (SOD, glutation

transferazei, NADPH oxid reductaza)

- Scade activitatea superoxid

dismutazei (SOD)

Peter J. Barnes and Stephen I. Rennard,

Pathophysiology of COPD, ch 34

Peter J. Barnes et al. Chronic obstructive pulmonary disease, NATURE REVIEWS | DISEASE PRIMERS, dec 2015

Peter J. Barnes and Stephen I. Rennard,

Pathophysiology of COPD, ch 34

Aciunea EGF se manifest prin creterea MAP kinazelor care induc: creterea expresiei genelor productoare de mucin diferenierea celulelor globlet hiperplazia celulelor secretoare de mucus

- Fumul de tigar activeaz:- direct enzima de conversie a TGF- creste formarea de TGF- - indirect, prin creterea stresului oxidativ si activarea macrofagelor

- Scderea nivelului de surfactant din cile aeriene crete tensiunea de suprafa colapsul cilor aeriene i dificultate n re-expansiune.

- Iniial, se constat o cretere a reactivitii bronice prin:- Hipertrofia i hiperplazia fibrelor musculare netede- Creterea nivelului endotelinelor

vasoconstricie, bronhoconstricie i activare a fibroblatilor- Compromiterea barierei epiteliale expunerea direct a

terminaiilor nervoase la stimulii din mediu crete eliberarea de tahichinine, substana P i neurokinina A bronhoconstricie + atracie de celule inflamatorii cronicizarea inflamaiei

AFECIUNI N CARE PREDOMIN SCDEREA RAPORTULUI VENTILAIE/PERFUZIEBPOC - Hipersecreia de mucus si hiper-reactivitatea bronic iniial

- Macrofagele alveolare produc TGF- in cantiti mai mari dect TGF- activeaz receptorii epithelial growth factor (EGF)

creste rspunsul secretor de mucus la stimuli de mediu (inclusiv fum de tigar). se modific compoziia mucusului prin creterea raportului ntre acinii mucoi i cei seroi: mucusul devine mai gros i conine mai puine antiproteaze obstrucia cilor aeriene distale

MODIFICAREA FUNCIEI PULMONARE N BPOC I N FUNCIE DE VRST

In mod normal, VEMS scade progresiv cu vrsta,

de la un vrf atins n jurul vrstei de 25 de ani

(linia albastr).

Pacienii cu BPOC au o scdere anualaccelerat a VEMS (linia portocalie), n general sub 60% din valoarea corespunztoare vrstei.

Sunt pacieni care ating un maxim al VEMS iniialmai mic dect cel mediu (linia verde). Acetipacieni vor dezvolta simptome chiar dac nu se supradaug ali factori de risc, prin evoluianormal de scdere a funciei pulmonare.

Cauze ale unei VEMS maxim iniial sczut:- Factori genetici: copiii dn prini astmatici au

n medie o funcie pulmonar redus chiardac nu dezvolt astm

- Activitatea fizic redus ncopilrie/adolescen

- Tratamentul cronic cu glucocorticoizi n

copilrie- Malnutriia

VEMS scade, n mod normal, cu aproximativ 30 mL/an.

Capacitatea vital (CV) scade n timp ce volumul rezidual(VR) crete capacitatea pulmonar total (CPT) rmne constant.Factorul de transfer (DLCO) scade de asemenea cu

vrsta.

Peter J. Barnes et al. Chronic obstructive pulmonary disease, NATURE REVIEWS

| DISEASE PRIMERS, dec 2015

Procesul de mbtrnire precoce. Diferente patogenice ntre BPOC i emfizemul senil.

- In BPOC expresia sirtuinelor este mai mic dect cea corespunztoare vrstei.

- Scderea procesului de autofagieAutofagia este procesul prin care celulele ndeprteaz organitele sau proteinele modificate acumulare de proteine sau mitocondrii alterate senescent si moarte celular.

- Creterea stresului oxidativ

AFECIUNI N CARE PREDOMIN SCDEREA RAPORTULUI VENTILAIE/PERFUZIEBPOC Procesul de mbtrnire precoce

- Alterarea funciei mitocondriale scderea fosforilariioxidative i reducerea ATP celular i cretereaproduciei de ROS.

Fumul de tigar induce mitofagia (autofagocitareamitocondriilor) n celulele epiteliale din cile aeriene

deficit de mitocondrii i apoptoz mediat de mitophagy regulator phosphatase i tensinhomologue-induced putative kinase protein 1 (PINK1).

Peter J. Barnes et al. Chronic obstructive pulmonary disease, NATURE

REVIEWS | DISEASE PRIMERS, dec 2015

Rolul sirtuinelor.

Sirtuinele sunt deacetilaze ale proteinelor nicotinamid adenin dinucleotid

(NAD)dependente situate n nucleu.

Sirtuinele deacetileaz factori de transcripie care regleaz diferite ci ale rspunsului metabolic i ale celui legat de stres, n special oxidativ:

- Receptorii nucleari implicai n metabolismul energetic i cuplareaactivitii AMP-kinazei favorizeaz mecanismele care ajusteazprocesele fiziologice n condiii de limitare a aportului energetic

- Cresc tolerana la stres (transcripia p53, hypoxia-inducible factor 1 i 2, proteina ocului caloric 1)

- Reduc inflamatia prin blocarea transcripiei nuclear factor B (NF-kB).

- Cresc activitatea antioxidant: transcripia SOD2, catalazei, glutationoxidazei

- Contribuie la repararea ADN-ului prevenirea transformrii celulare maligne

- Menin lungimea telomerelor

De aceea, se consider c sirtuinele regleaz, prin substratele asupracrora acioneaz, rspunsul metabolic i cel legat de stres i previnmbtrnirea.

n BPOC s-a constatat o scdere a expresiei sirtuinelor.

- Procesul de mbtrnire este amplificat de intensitatea stresului oxidativ(cantitatea de ROS) care blocheaz activitatea sirtuinelor.

AFECIUNI N CARE PREDOMIN SCDEREA RAPORTULUI VENTILAIE/PERFUZIEBPOC Procesul de mbtrnire precoce

Guarente L, Sirtuins, Aging, and

Medicine, N Engl J Med

2011;364:2235-44.

Merksamer Ph et al, The sirtuins, oxidative stress and

aging: an emerging link , AGING, March 2013, Vol.5

No.3

Remodelarea cilor aeriene prin alterarea proceselor de vindecare i prin cronicizarea inflamaiei

- Creterea cantitativ i modificarea calitativ a matricii extracelulare Fibroza ngustarea cilor aeriene

- sintez crescut de proteine matriciale n special n cile respiratorii periferice (diametru

Mecanisme de APARIIE A DISPNEEI in BPOC.

Cile aeriene se ngusteaz n expir, dar n mod normal fibrele elastice alveolare previn nchiderea lor alveola se golete de aer dar nu se colabeaz. Prevenirea colabrii alveolare n expir se realizeaz prin: ataarea fibrelor de elastin la celulele alveolare, interaciunile dintre fibre i dintre fibre i reeauainterstiial de glicozaminoglocani.

In BPOC, se pierd fibre de elastin i se modifc matrixulextracelular atasarea fibrelor de elastin la celuleleepiteliale i la structurile matriciale diminu pn la dispariia complet a acestei ancorri cile aeriene periferice se nchid n expir

aerul rmne blocat n alveole (air trapping) hiperinflaia static dispnee n repaus

Procesul inflamator endobronsic crete rezistena la flux crete travaliul respirator dispnee

n mod normal, la efort, crete CV dar volumul pulmonar la sfritul expirului (end-expiratory lung volume = EELV) este mai mic dect cel din repaus (scade CRF).

n BPOC, limitarea fluxului n expir previne eliminarea

complet a aerului nainte de iniierea urmtor

Curs Insuficienta Respiratorie

Documents

Transcript of Curs Insuficienta Respiratorie