Respirazione e Pneumotossici - E

MASTER UNIVERSITARIO DI II° LIVELLO IN
MEDICINA NBC
Struttura e funzione dell’apparato
respiratorio
Funzioni principali dell’ Apparato Respiratorio:
1. Scambi gassosi
2. Filtro ematico
3. Metabolica
4. Serbatoio ematico con capacità di regolazione del
flusso ematico.
Come l’architettura del polmone
risponde al suo scopo.
1.
2.
3.
4.
5.
Interfaccia aria sangue
Vie aeree e flusso d’aria
Vasi sanguigni e flusso
Stabilità degli alveoli
Rimozione delle particelle inalate.
Funzione della Respirazione
 Fornire ossigeno ai tessuti
 Eliminare dall’organismo l’anidride carbonica, che si
forma nei tessuti in seguito al metabolismo
Eventi coinvolti nel processo di
scambio gassoso
Ventilazione polmonare
movimento di aria dall'esterno
all'interno del polmone e viceversa
Diffusione alveoli - sangue
movimento O2 e CO2 attraverso la
membrana respiratoria
Un rapporto VentilazionePerfusione polmonare normale è
indispensabile perché gli scambi
avvengano in maniera ottimale
Trasporto di O2 e CO2 nel sangue
Diffusione sangue-tessuti
Utilizzazione di O2 e produzione di
CO2 nei tessuti
Fenomeni associati
 MECCANICA RESPIRATORIA
 Forze implicate nel mantenere in posizione il
polmone e la gabbia toracica e nel determinarne il
movimento durante l'atto respiratorio
 CONTROLLO DELLA VENTILAZIONE
 Meccanismi che regolano la funzione degli scambi
gassosi nel polmone
UNITA’ ALVEOLO-CAPILLARE
UNITA’ALVEOLO-CAPILLARE AL
MICROSCOPIO
Unità alveolo-capillare
 Lo scambio dei gas respiratori avviene a livello
dell’unità alveolo-capillare. Gli alveoli sono circa
300.000 e formano una superficie di scambio totale di
circa 140 m2. Sono composti da pneumociti di I tipo,
per gli scambi gassosi, e pneumociti di II tipo, che
sintetizzano surfattante.
Diffusione
Gli scambi gassosi avvengono per diffusione a livello
della membrana respiratoria (alveolo-capillare). Lo
spessore ridotto della membrana alveolo-capillare
(0.15 – 5 μm) facilita gli scambi.
Diffusione
Ventilazione
Il ricambio di aria negli
alveoli è un processo
intermittente, legato al
ciclo respiratorio (1214/min).
In condizioni normali, ad
ogni inspirazione, 500
ml di aria (volume
corrente) si diluiscono
in 2.3 litri già contenuti
nel polmone.
Ventilazione
L’ aria entra nel polmone attraverso
le vie aeree di conduzione:
trachea e bronchi (dotati di anelli
cartilaginei per evitare il collasso)
Dai bronchi primari si dipartono 23
generazioni di condotti secondari
fino agli alveoli
L’aria si muove con movimento di
massa fino ai bronchioli terminali e
poi per diffusione
Spazio Morto Anatomico
Le vie aeree, fino alla 17a generazione, non partecipano agli scambi gassosi
(spazio morto anatomico). Gli scambi avvengono dalla 17a generazione in poi. Il
progressivo aumento della sezione trasversa totale delle vie aeree, poste in parallelo,
determina una progressiva riduzione della velocità dell’aria
A livello delle vie aeree di conduzione l’aria viene preriscaldata, umidificata (per contatto
con il secreto che bagna la mucosa) e depurata (il muco trattiene la polvere che viene
eliminata attraverso il meccanismo di scala mobile mucociliare)
 Modificazione calibro vie aeree Sistema nervoso
parasimpatico (vago, Ach su recettoriM3):
Broncocostrizione (riflessi attivati da agenti irritanti, stimoli
meccanici, CO2)
 Adrenalina circolante (su recettori beta-2)
Broncodilatazione
 Sistema nervoso simpatico (NA su recettori )
Broncocostrizione (effetto scarso), agisce prevalentemente su
arterie bronchiali e ghiandole
 Fattori locali rilasciati durante infiammazioni o reazioni
allergiche: Istamina (dai mastociti durante reazioni
allergiche) e PG(durante infiammazioni)
Broncocostrizione
 Il movimento di aria dall’esterno all’interno del
polmone e viceversa, è assicurato da un gradiente
pressorio tra esterno (P atmosferica) ed interno del
polmone (P alveolare).
 Se la P alveolare diminuisce, rispetto alla P
atmosferica, si parla di ventilazione a P negativa
(condizione naturale)
 Se la P atmosferica (pressione allabocca) aumenta,
rispetto alla P alveolare, si parla di ventilazione a P
positiva (respiratori)
Legge di Boyle
 Per la Legge di Boyle
P.V = K
 La P alveolare si modifica in conseguenza di
cambiamenti del volume polmonare.
 Inspirazione (ingresso aria):
↑volume polmone ↓ P alveolare
 Espirazione (uscita aria):
↓volume polmone ↑ P alveolare
Meccanica polmonare
 Il polmone è privo di strutture di sostegno o muscolari,
ma è adeso alla gabbia toracica attraverso la pleura
(parietale e viscerale).
 Le variazioni di volume del polmone dipendono
quindi dai movimenti della gabbia toracica.
Meccanica polmonare
La cavità pleurica
contiene un velo di
liquido (circa 2 ml)
che mantiene adesi
i foglietti pleurici
e ne consente lo
scivolamento.
Nella cavità
pleurica esiste una
P subatmosferica
(negativa)
a)Condizione di equilibrio b) pneumotorace
Polmone e gabbia toracica
Polmone e gabbia toracica sono strutture elastiche, che
aderiscono attraverso le pleure. Il polmone, normalmente
espanso rispetto alla sua condizione di equilibrio, è
sottoposto ad una forza di retrazione verso l’interno. La
gabbia, toracica normalmente compressa rispetto alla sua
condizione di equilibrio, è sottoposta ad una forza di
retrazione verso l’esterno. La pressione negativa dello
spazio pleurico è espressione di queste due forze opposte,
che tendono a dilatare lo spazio pleurico. La continua
aspirazione del liquido pleurico da parte dei linfatici
mantiene l’adesione polmone-gabbia toracica e quindi la
negatività endopleurica.
Capacità Funzionale Residua
In condizioni di riposo, cioè
alla fine di un’espirazione
normale, quando il
polmone contiene un volume
di aria definito come capacità
funzionale residua
(CFR), la forza di retrazione
elastica del polmone è
perfettamente
controbilanciata da quella
della gabbia toracica
Capacità Funzionale Residua
Alla CFR il sistema toraco polmonare è in equilibrio,
perché le forze di retrazione elastica del polmone
sono uguali e contrarie a quelle della gabbia toracica.
Ogni variazione di volume rispetto alla CFR prevede lo
sviluppo di forza muscolare. Per volumi > della CFR, è
necessario vincere la maggiore forza di retrazione
elastica del polmone, (muscolatura-inspiratoria). Per
volumi < della CFR è necessario vincere la maggiore
forza di retrazione elastica della gabbia
toracica(muscolatura espiratoria).
Inspirazione-Espirazione
 L’inspirazione è conseguenza dell’espansione del
polmone, che segue l’aumento di volume della gabbia
toracica, ottenuto per contrazione dei muscoli
inspiratori, che compiono un lavoro per vincere le
forze di retrazione elastica del polmone.
 L’espirazione è un fenomeno passivo, associato al
rilasciamento della muscolatura inspiratoria, che
consente alla gabbia toracica e quindi al polmone di
tornare al volume di partenza.
Muscoli Respiratori
Muscoli Inspiratori:
Aumentano il volume della gabbia toracica
 Diaframma
 Intercostali esterni
 Sternocleidomastoidei
 Scaleni
Muscoli Espiratori:
 Riducono il volume della gabbia toracica, sono attivi nell’espirazione
forzata (esercizio fisico, fonazione, canto, fase espiratoria, starnuto e
tosse)

Intercostali interni,

Addominali,

Accessori(Grande dorsale, Dentato posteriore-inferiore,
Quadrato dei lombi)
Diaframma
Innervato dai nervi frenici (C3-C5). A riposo il diaframma è rilassato
Le sue fibre si inseriscono sullo sterno, costole più basse e colonna vertebrale,
le restanti nel legamento centrale che aderisce al pericardio
Contrazione del diaframma
Contrazione diaframma: ↑diametro cranio-caudale e trasverso della gabbia
toracica ↑ volume gabbia toracica. Responsabile dei 2/3 dell’inspirazione.
In condizioni eupnoiche, abbassamento cupola diaframmatica 1-2 cm ↑volume
gabbia toracica = 200-400 ml.
In condizioni di respirazione profonda, abbassamento di 10 cm, aumento volume
di 2- 4l.
L’efficienza del diaframma diminuisce nella donna durante la gravidanza, negli
obesi e per compressione della parete addominale
Rilasciamento del diaframma
Rilasciamento diaframma ↓volume gabbia toracica.
L’espirazione, in condizioni di riposo, non necessita di contrazione
muscolare. In seguito al rilasciamento dei muscoli inspiratori le forze di
retrazione del polmone garantiscono il ritorno ai volumi di partenza
Muscoli intercostali esterni
Muscoli intercostali esterni (nervi intercostali, T1T11) disposti obliquamente dall’alto in basso e in
avanti, determinano innalzamento delle coste. Le coste
superiori vengono contemporaneamente sollevate dai
muscoli scaleni. Aumenta il diametro anteroposteriore
e trasverso della gabbia toracica. Movimento tipo leva
di 3° tipo: potenza (muscoli) resistenza distribuita
sulla parete anteriore della costa, fulcro (articolazione
costo vertebrale).
Muscoli inspiratori accessori
attivi nell’inspirazione forzata (esercizio fisico,tosse,
patologie ostruttive come l’asma)
 Sternocleidomastoidei: sollevano lo
sterno,aumentando il diametro antero-posteriore e
trasverso della gabbia toracica
 Scaleni: sollevano le prime due coste
Spirometria
Spirometria
 Permette la misura diretta dei volumi respiratori.
Le variazioni di volume polmonare, durante gli atti
respiratori, provocano corrispondenti variazioni di
volume nello spirometro, con movimenti della
campana, che possono essere registrati su carta
(spirogramma)
Volumi e Capacità Polmonari
Volumi Polmonari
 VC = Volume corrente, Volume inspirato ed espirato
durante un atto respiratorio (500 ml)
 VRI = Volume di riserva inspiratoria, massimo volume
inspirabile dalla fine della normale inspirazione (3000 ml)
 VRE = Volume di riserva espiratoria, massimo volume
espirabile dalla fine della normale espirazione (1100 ml)
 VR = Volume residuo, volume presente nei polmoni
dopo espirazione massimale (1200 ml)
Capacità polmonari
 CFR = Capacità funzionale residua, volume
presente nei polmoni alla fine di un’espirazione
normale (VRE+VR)
 CI = Capacità inspiratoria, massimo volume
inspirato a partire dal volume di fine espirazione
(VC+VRI)
 CPT = Capacità polmonare totale, volume
presente nei polmoni dopo inspirazione massimale
(VC+CV)
 CV = Capacità vitale, massimo volume espirato
partendo da inspirazione massimale (VC+VRI+VRE)
 Il volume di aria inspirata, che non raggiunge gli alveoli, ma
rimane nelle vie aeree di conduzione, è definito SPAZIO
MORTO ANATOMICO ed è nell’adulto circa 150 ml.
 Si definisce SPAZIO MORTO FISIOLOGICO l’insieme
dello spazio morto anatomico e degli spazi alveolari che,
per problemi di perfusione, non partecipano agli scambi.
 Nel polmone normale il numero degli alveoli in cui gli
scambi non avvengono è molto ridotto, quindi lo spazio
morto fisiologico, in un soggetto sano, corrisponde allo
spazio morto anatomico.
Agenti Pneumotossici
(Sinonimi: aggressivi pneumotossici o soffocanti o
asfissianti)
1. Fosgene (ossido di carbonio + 2 molecole di cloro).
Difosgene (cloroformiato di tricloro-metile)
2. Cloropicrina (nitro-cloro-metano)
Agenti pneumotossici o soffocanti
 Fosgene (odore di fieno ammuffito ) - Di-fosgene (odore di




fieno ammuffito ) - Cloropicrina ( odore dolciastro pungente,
sostanza oleosa)
Fosgene forma gravissima: morte per inibizione riflessa del
centro respirazione da blocco vagale e per gravissimo edema
polmonare acuto
forma media gravità: sintomatologia in due fasi separate da breve
periodo di calma. sensazione di soffocamento, bruciore faringeo,
tosse spasmodica, dolore retrosternale, vomito, respiro frequente
e superficiale con polso frequente. Sintomi in peggioramento
sino alla fase asfittica ed aumento densità del sangue.
Cloropicrina
sintomi come fosgene ma tosse stizzosa, dolorosa e persistente
anche nel periodo di tregua
Agenti pneumotossici: Fosgene e
Difosgene
 Queste sostanze volatili sono in grado di indurre
alterazioni gravi a carico dell’apparato respiratorio fino
all’edema polmonare acuto.
 Hanno una densità superiore a quella dell’aria e si
accumulano in basso; non persistono nel terreno e
nell’ambiente, quindi possono essere utilizzate per attacchi
a sorpresa di breve durata.
 Il Difosgene si degrada prontamente a Fosgene ed a
piccole quantità di Cloroformio. Il Fosgene ha un odore
caratteristico di fieno appena tagliato e non persiste
nell’ambiente perché rapidamente disperso dal vento.
 L’assorbimento del Fosgene avviene soltanto per via
respiratoria; nell’apparato respiratorio provoca
inibizioni enzimatiche e alterazioni tessutali severe,
talora irreversibili; la lesione finale è un edema
polmonare acuto rapidamente letale.
 La latenza di questi effetti è variabile da 30 minuti a 24
ore; la diagnosi di intossicazione è talvolta difficile
perché non si può conoscere bene la quantità di tossico
erogata (non sempre sono disponibili rivelatori) ed il
lungo periodo di latenza rende complesso il
riconoscimento della sintomatologia.
 Nella fase iniziale si può avere semplicemente
irritazione oculare, tosse, lacrimazione, senso di
costrizione toracica; infatti per alcune ore o per molte
ore la sintomatologia più grave, quella respiratoria,
non si manifesta. Quando si evidenzia, cioè in una fase
già avanzata di intossicazione, l’evoluzione è
rapidissima: si ha un’intensa dispnea, tosse con dolore
toracico, cianosi, espettorazione abbondante, siero
mucosa dapprima poi rosea, quando si instaura
l’edema polmonare acuto. L’exitus sopravviene in
genere per scompenso cardiaco conseguente ad
ipossiemia.
 Nel caso di contaminazione con fosgene, le pratiche di
primo soccorso prevedono, come sempre,
l’allontanamento delle vittime dal luogo
dell’intossicazione. La decontaminazione non è
indispensabile perché il Fosgene scompare
rapidamente dall’ambiente.
 Il riposo fisico è molto importante in quanto riduce le
richieste di ossigeno dell’organismo; si può
somministrare ossigeno, meglio se mediante una
ventilazione a pressione positiva, anche con piccole
macchine portatili, oggi facilmente disponibili.
 Fra i presidi farmacologici si possono usare i
broncodilatatori che provocano rilasciamento della
muscolatura bronchiolare, con dilatazione delle vie
aeree, facilitante la ventilazione. I corticosteroidi,
soprattutto il prednisolone per via venosa, possono
essere efficaci per prevenire l’edema polmonare
quando l’inalazione di Fosgene non è massiva. Sono in
fase sperimentale altri farmaci come l’Ibuprofene e l’nacetil-cisteina per via aerosolica che, come è stato
osservato in modelli animali, può essere efficace nella
prevenzione.
Etiopatogenesi dei danni polmonari
 Azione sui bronchi e sugli alveoli
Grave edema polmonare acuto
Exitus per insufficienza respiratoria acuta
Etiopatogenesi dei danni polmonari
Iperstimolazione vagale
Broncospasmo
Exitus per arresto cardiaco
Meccanismo patogenetico dell’edema
polmonare.
 I gas soffocanti, penetrando nell’alveolo polmonare,
danneggiano e distruggono gli pneumociti di I° tipo.
 Gli pneumociti di II° tipo vengono indotti a proliferare
in nuovi pneumociti pavimentosi di I° tipo.
 L’evento biochimico responsabile della
pneumocitolesione è una perossidazione dei lipidi
insaturi di membrana.
 La distruzione degli alveoli comporta anche alterazioni
dell’endotelio capillare dei vasellini perialveolari.
 Ciò comporta un ingorgo vasale infiammatorio ed un
aumento patologico della permeabilità delle pareti
capillari, per cui una notevole quantità di plasma
trasuderebbe negli alveoli capillari, dando luogo
all’edema polmonare acuto.
 Alcuni autori ritengono che l’iperstimolazione vagale
riflessa dai recettori presenti nelle vie aeree
condurrebbe a exitus per un arresto cardiaco.
In caso di intossicazione, a seconda della dose,
sopravvengono in successione:
 Stenosi dei bronchioli
 Flogosi polmonare acuta
 Aumento della permeabilità dei capillari
 Edema polmonare acuto
 Ostacolo alla circolazione polmonare (fenomeni
trombotici ed emolitici intravascolari)
 Necrosi dei bronchi e dei bronchioli.
Anatomia Patologica
 All’apertura del torace i polmoni appaiono aumentati
di volume e di peso, con superficie esterna che
presenta emorragie puntiformi ed un aspetto variegato
dovuto all’alternarsi di zone polmonari edematose con
zone in sato di enfisema vicario e con altre di aspetto
assolutamente normale.
 Nelle zone edematose gli alveoli appaiono
microscopicamente dilatati e ripieni di un liquido
rosso. Nelle zone enfisematose i setti sono rotti, le
cavità alveolari dilatate e i setti lacerati.
 L’interstizio è infiltrato da linfociti.
 Il cuore è aumentato di volume per dilatazione del
ventricolo destro con emorragie sottoepicardiche e
sottoendocardiche. Microscopicamente le fibre
miocardiche mostrano segni di degenerazione grassa e
rigonfiamento torpido.
 Zone di infarto sono presenti nel cuore, nei reni e nei
polmoni.
Sintomatologia
 Forme gravissime:
 Si verificano di solito per inalazione di forti
concentrazioni di gas soffocanti in ambiente chiuso.
In questo caso si ha quasi immediatamente la morte
per inibizione riflessa del centro respiratorio da blocco
vagale e per edema polmonare acutissimo.
 Forme di media gravità:
sono le più frequenti.
Si ha dapprima (fase irritativa) sensazione di
soffocamento, di bruciore alla gola, tosse spasmodica,
dolore retrosternale, qualche volta vomito.
Da questi sintomi i colpiti si riprendono quasi subito,
non appena vengono allontanati dall’ambiente
inquinato e per qualche ora ( da 3-4 fino a 12) possono
provare secchezza delle fauci, ripugnanza per il fumo,
astenia, dolore toracico a fascia nell’inspirazione (fase
intermedia)
 Un’ attenta osservazione clinica può però già mostrare
in questa fase un respiro rapido e superficiale e un
polso raro.
Trascorso questo periodo di ingannevole tregua, il
paziente rapidamente si aggrava diventando
intensamente dispnoico, cianotico, con tosse insistente
ed espettorato abbondante, schiumoso, colore succo di
prugna per la presenza di tanta ematina (fase
asfittica).
 All’auscultazione toracica si avvertono rantoli diffusi
su tutti i campi polmonari, il polso è frequente, il
paziente è angosciato.
E’ il quadro tipico dell’edema polmonare acuto.
Se i soggetto non va incontro a una morte immediata si
possono verificare alterazioni legate ad una inspissatio
sanguinis per l’abbondante trasudazione plasmatica
polmonare.
La circolazione diventa più difficile, si ha coagulazione
intravascolare e formazione di trombi per l’aumento
del tasso di emoglobina e del numero dei globuli rossi.
Altri organi vengono interessati dall’intossicazione sia
direttamente che indirettamente.
A carico dell’apparato digerente si avrà nausea, vomito
e dolore epigastrico.
A carico del rene oliguria o anuria, cilindruria e spesso
ematuria.
A carico del SNC i sintomi più frequenti sono cefalea e
stato di depressione psichica.
L’esposizione degli occhi può causare congiuntivite
grave e opacamento corneale.
Per la diagnosi è di ausilio il caratteristico odore di
fieno tagliato emanato dagli indumenti impregati dal
tossicoGli esposti riferiscono inoltre un caratteristico sintomo
soggettivo che è il sapore metallico percepito.
Gli esami ematici mostrano mielodepressione e
diminuzione della riserva alcalina.
L’Rx torace evidenzia marcata accentuazione della
trama, rinforzo del disegno ilo-parailare e fatti
bronchitici.
 La prognosi nelle forme gravi è in genere infausta e la
morte sopravviene in alcune ore per insufficenza
cardiorespiratoria.
 Nelle forme meno gravi la funzione cardiaca,
polmonare e renale tornano lentamente nella norma.
 La guarigione del tessuto polmonare colpito non è mai
completa anche a distanza di tempo ed esita in zone di
atelettasia, bronchiectasie, bolle enfisematose
polmonari. Possono comparire a distanza di anni
sovrainfezioni tubercolari e carcinomi polmonari.
Terapia
 Primo soccorso:
 Mettere la maschera anti-NBC al soggetto colpito.
 Trasportarlo tempestivamente fuori dalla zona
inquinata, evitandogli qualsiasi esercizio fisico (non
farlo camminare) anche se appare in buone condizioni
generali.
 Cambiargli gli indumenti e coprirlo per evitare
vasocostrizione periferica.
Terapia
 Terapia generale:
 Ossigenoterapia: 2/l al min per poi arrivare
gradualmente a 8-10. L’uso di strumenti a pressione
positiva può aggravare i danni alle strutture
bronchiolo-alveolari.
 Salasso: va eseguito se la pressione arteriosa è normale
e serve per ridurre la pressione venosa centrale.
 Terapia infusionale con soluzioni ipertoniche di
glucosio (20-30%) e corticosteroidi.
 Si possono associare corticosteroidi per via inalatoria e
broncodilatatori a rapida azione.
 In caso di segni clinici di complicanze settiche
instaurare terapia antibiotica ad ampio spettro.
Cloropicrina o nitroclorometano
 In genere è stata utilizzata miscelata al fosgene.
 Ha un’azione soffocante simile al fosgene ed inoltre
una spiccata azione irritante sulle congiuntive e sulla
mucosa nasale. Allo stato liquido ha un’azione
orticante sulla cute
 Agisce non soltanto sul parenchima polmonare ma
anche sulle alte e medie vie respiratorie
 Dal punto di vista anatomopatologico, oltre ai reperti
descritti precedentemente per il fosgene e il difosgene, si
può osservare il cosiddetto “cuore a fungo” dovuto ai
ventricoli che sono contratti e vuoti e agli atri che sono
contratti e pieni di coaguli.
Inoltre nel caso di intossicazione da cloropicrina sono più
accentuati i fenomeni emorragici e le manifestazioni
degenerative a carico delle cellule epatiche, renali e dei
parenchimi in genere.
La sintomatologia è analoga anche se la tosse è più
insistente e stizzosa e l’edema polmonare insorge più
precocemente.