Continuiamo in questo capitolo ad analizzare la fisiopatologia dei sistemi vascolari, in questo caso soffermandoci soprattutto sulle caratteristiche intrinseche alla piccola circolazione, al suo comportamento fisiologico e fisiopatologico ed alle possibilità di misurazione che si hanno in vivo (in particolare il catetere di Swann-Ganz) e quali sono i vantaggi ed i limiti di tali misurazioni. Gli argomenti trattati sono non sempre di facile comprensione nei primi istanti, e si consiglia soprattutto di rivalutare tali comportamenti alla luce dell’esperienza clinica sul campo, in modo da poter applicare più facilmente tali concetti al quadro fisiopatologico che si ha di fronte.
ANATOMIA DEI CAPILLARI POLMONARI
I capillari polmonari sono vasi unici in tutto l’organismo perché sono virtualmente circondati da gas, a parte un sottile strato di epitelio che li separa dagli alveoli; pertanto possono facilmente collassare o distendersi in maniera dipendente dalle pressioni che si hanno attorno ad essi o dentro di essi. Questo elemento non é di secondaria importanza come poi vedremo quando inizieremo a parlare della fisiologia delle resistenze vascolari. La pressione da cui sono circondati si chiama Pressione Alveolare, mentre la pressione che si trova giusto prima e dopo risente soprattutto della PAPs e della PAPO. La differenza che c’è fra la pressione alveolare e la pressione capillare si chiama Pressione Transmurale ed é uno dei due determinanti principali sull’apertura o chiusura del capillare vascolare.
Si deve ricordare che prima e dopo il capillare vascolare, le strutture non hanno un collasso come lo stesso capillare, perché le strutture connettive sono più spesse e sono legate alla rete polmonare, pertanto durante l’attività respiratoria i vasi sono tirati secondo delle pressioni radiali che continuano a mantenere aperto il vaso per trazione radiale (che quindi genera un abbassamento di pressione all’interno del vaso polmonare).
Il comportamento fra il capillare e le strutture circostanti é talmente differente che praticamente si parla di vasi intra/extra-alveolari per indicare la differenza di attitudine durante la respirazione ed i differenti determinanti che si hanno durante le fasi del ciclo respiratorio. Riassumendo, i vasi intra-alveolari sono esposti alla pressione alveolare ed il loro calibro é determinato dal rapporto che esiste fra la pressione alveolare e la pressione al loro interno (pressione trans-murale); i vasi extra-alveolari includono le arterie e le vene che ci sono nel parenchima polmonare ed il loro calibro é determinato principalmente dalla trazione radiale che il parenchima polmonare esercita sui vasi stessi. Solamente i grossi vasi presenti nell’ilo polmonare sono da considerare funzionalmente esterni al polmone e sottoposti solamente alla pressione intra-pleurica.
RESISTENZE VASCOLARI POLMONARI
Il calcolo delle resistenze vascolari polmonari deriva dalla legge di Poiseuille (R = dP/Q) che aveva sviluppato un sistema per mostrare che la pressione non si riduce fra le grandi e le piccole arterie fino a quando non si ha un limite della cannula di 2 mm, concludendo che il sito di maggiore controllo delle resistenze vascolari polmonari si ha solamente dove i vasi sono piccoli. Essendo impossibilitato a penetrare e misurare questi vasi, aveva sviluppato un piccolo tubo di vetro per poter meglio studiare le resistenze e da qua aveva sviluppato l’altra legge tale per cui: R = 8 * l * η/π * r4 dove é da notare che il raggio svolge un ruolo fondamentale nel determinismo delle resistenze con una potenza elevata alla quarta.
Il trasporto della legge di Poiseuille alla circolazione polmonare rimane non del tutto valida, perché in tale legge si pretende che il sangue si comporti come un fluido Newtoniano (che sarebbe tale se la viscosità non fosse legata alla velocità del flusso) e soprattutto perché i vasi polmonari non sono rigidi e costanti, ma si modificano con gli atti del respiro e con l’applicazione della pressione alveolare a livello capillare. Pertanto, la misurazione delle PVR é da prendere in considerazione in linea teorica come il modello matematico presentato da Poiseulle, mentre in linea pratica si deve porre in interazione con le pressioni intratoraciche (quindi con il ventilatore ed i suoi parametri) e con le caratteristiche reologiche del sangue stesso.
Sappiamo che nella grande circolazione la pressione totale può calare anche di 100 mmHg fra l’inizio del circuito (PAs) e la fine del circuito (PVC), mentre nel sistema vascolare polmonare il calo pressorio é di circa 10 mmHg, mentre il flusso totale rimane identico (5-6 l/min). Pertanto le resistenze vascolari polmonari (RVP) sono decisamente minori rispetto alle resistenze vascolari sistemiche (RVS), dato che le RVS sono controllate soprattutto dalle arteriole che si trovano a livello muscolare mentre la circolazione polmonare ha una bassa resistenza compatibile con la distribuzione del sangue in un sistema che attorno ai vasi presenta uno strato sottile di connettivo ed un’ampia superficie.
RELAZIONE PRESSIONE-FLUSSO
Se prendiamo il modello matematico per il calcolo delle RVP, abbiamo già visto come questo dipenda dalle differenze di pressione a cavallo del circuito (la PAPs e la pressione atriale che viene meglio stimata in vivo tramite la misurazione della PAPO) e dalla gittata del cuore destro. Pertanto RVP = (PAPs - PAPO)/Q.
Le resistenze vascolari polmonari sono quindi sensibili alla gittata del cuore destro, pertanto possiamo iniziare ad analizzare cosa succede alla relazione PAPs/Q se aumentiamo progressivamente la PAPs (si veda l’immagine sottostante). Data l’equazione per il calcolo delle RVP, la relazione PAPs/Q é generalmente di tipo lineare, con l’angolo che cambia in funzione delle RVP. A parità di RVP e di PAPO, l’aumento del flusso é determinato dall’aumento della PAPs e viceversa; pertanto non stupisce che tale relazione trovi il punto 0 (cioé il flusso pari a 0), quando i valori di PAPs scendono allo stesso livello dei valori di PAPO, cioé quando la differenza PAPs-PAPO é pari a 0. Fino a qua tutto appare chiaro e lineare: esiste una correlazione diretta fra l’aumento della PAPs (che genera una differenza pressoria importante) e l’aumento del flusso, ed in misura dipendente dalle RVP (che a sua volta dipende dall’ipossia, dall’ipercapnia, dall’acidosi, dalla temperatura, dalle pressioni alveolari, ecc…) si ha una modifica di tale relazione.
Il punto che bisogna tenere in considerazione, e che é un punto estremamente importante, é che tale relazione é versa se a livello polmonare la PAPO appare superiore alla pressione alveolare, perché altrimenti, all’aumentare della pressione alveolare, quello che si vede nel diagramma (PAPs-PAPO)/Q é che la relazione rimane sempre la stessa, ma il punto di intercetta a 0 é decisamente spostato, perché a questo punto il flusso non é più gestito dalla differenza di pressione fra PAPs e PAPO, ma dalla differenza di pressione fra PAPs e Pressione Alveolare. Questo sistema prende il nome di «resistore di Starling»: se la pressione di uscita (PAPO) é maggiore della pressione della camera (in questo caso la Pressione Alveolare) si hanno alcune conseguenze: a) il flusso inizia quando la pressione di entrata (PAPs) é maggiore della PAPO ed aumenta linearmente con l’aumentare della differenza PAPs-PAPO; b) il rapporto che guida la relazione (PAPs-PAPO/Q ha l’intercetta a 0, cioé passa per l’origine degli assi; c) PVR presenta una relazione costante, per cui al suo modificarsi si modifica la pendenza della curva in maniera lineare.
Quando invece si ha una situazione dove la pressione Alveolare é maggiore della pressione di uscita (PAPO), le conseguenze sono: a) il flusso inizia quando la pressione di entrata (PAPs) é maggiore della pressione Alveolare, indipendentemente dall’abbassamento dei valori di PAPO, quindi la relazione lineare é fra PAPs e Pressione Alveolare; b) la Pressione Alveolare prende il nome di "closing pressure" perché quando la pressione vascolare scende al di sotto della Pressione Alveolare il vaso collana ed il flusso cessa di esserci; c) la correlazione fra le RVP ed il rapporto pressione/flusso non é più lineare, ma logaritmico per cui all’aumentare del flusso di sangue si ha una caduta delle resistenze secondo quanto indicato in figura.
Per cercare di spiegare questa relazione logaritmica, si deve tenere conto che il sistema vascolare polmonare presenta anche dei vasi che sono distendibili per cui all’aumentare delle pressioni alveolari (generalmente tramite applicazione di pressioni di ventilazione positive), si ha un aumento dello stiramento vascolare, con riduzione del diametro dei piccoli vasi e conseguente aumento delle RVP, secondo quanto indicato in figura. Si veda come tale rapporto é di tipo U-shaped, dato che anche pressioni alveolari troppo basse possono portare ad un ripiegamento delle strutture vascolari, con eccessivo kinking e conseguente aumento delle RVP. Se si guarda pertanto al sistema in maniera integrata, si può pensare come a basse pressioni di ventilazione molti vasi polmonari sono chiusi per il loro tono intrinseco e la pressione alveolare é maggiore di questi ed i pochi vasi aperti sono comunque schiacciati. Con l’aumento delle pressioni intratoraciche, i vasi progressivamente chiusi si aprono (reclutamento) ed i vasi schiacciati si dilatato (distensione), spiegando una caduta importante delle resistenze vascolari, così importante da avere un comportamento logaritmico come disegnato in figura.
Il gruppo di Permutt ha parlato di un modello a cascata, dove dalle zone di West apicali fino alle zone di West basali si ha un gradiente nel rapporto fra la Pressione Alveolare (maggiore all’apice e che si riduce alla base) e la PAPO (maggiore alla base e che si riduce all’apice), generando pertanto delle zone dove i capillari sono completamente chiusi (apice) quando PAlv é maggiore della PAPO e dei capillari sempre aperti quando la PAPO supera la PAlv. Vedremo poi come questo é importante anche nelle misurazioni con catetere polmonare e come le zone di West possano modificarsi in funzione dello stato volemico e della posizione del paziente.
Un altro evento da prendere in considerazione é dato dalla figura seguente, dove all’aumentare delle pressioni del circuito, sia arteriose che venose, si ha una importante riduzione delle resistenze vascolari polmonari (soprattutto con l’aumento della PAPs). Sono due i meccanismi principalmente coinvolti in tale sistema. Il primo meccanismo si chiama reclutamento (meccanismo principale e chiave nell’abbattimento delle resistenze polmonari) e prevede che in condizioni normali alcuni capillari sono chiusi ed altri aperti ma senza flusso (anche per questioni legati alla pressione trans-murale); l’aumento di PAPs determina una diminuzione della pressione trans-murale, con reclutamento di nuovi vasi polmonari e caduta delle resistenze. L’altro meccanismo si chiama distensione per cui ad alte pressioni vascolari si ha l’allargamento dei vasi capillari che, intricati nella rete polmonare, portano ad una trazione delle strutture parenchimatose, con aumento della trazione radiale sulle strutture circostanti (similmente a quanto abbiamo visto in precedenza). I due meccanismi generalmente agiscono assieme.
Tutto questo permette di comprendere come il sistema delle RVP sia più complesso di quello che si pensava inizialmente e che la semplice misurazione di RVP non sia indicativo dello stato vascolare del paziente (RVP che si riduce non vuole per forza dire che il paziente é vasodilatato. Per poter meglio dire qualche cosa, bisogna necessariamente partire dalle variabili originali (PAPs, PAPO e gittata) e calcolare le prime RVP (nella figura rappresentato dal punto C). In funzione poi della modifica fra la differenza PAPs-PAPO e della gittata si può presupporre una vasodilatazione e/o una vasocostrizione. Si noti come, anche in questo caso, esistono delle situazioni dove la risposta delle RVP é tale da lasciare un dubbio sulle modifiche reali del comportamento del tono vascolare polmonare. Si comprende pertanto come venga meglio descritto il comportamento del tono vascolare polmonare se si misurano le variabili originali e si vede la modifica in rapporto alle modifiche della gittata oppure della PAPs.
DISTRIBUZIONE DEL FLUSSO
Fino ad ora abbiamo considerato il sistema vascolare polmonare come omogeneo, anche se con il modello a cascata abbiamo iniziato a comprendere come in realtà non sia così ed esiste una distribuzione della perfusione che é inomogenea fra le diverse aree polmonari. Studi eseguiti con Xenon marcato hanno dimostrato come esiste una gradiente di perfusione vascolare apico-basale dipendente dalla forza di gravità e dal peso specifico del sangue, per cui alle basi il sangue é maggiormente rappresentato rispetto agli apici. Tale situazione cambia in funzione dell’esercizio, con possibilità di aumentare il flusso di sangue anche a livello apicale, e con la postura.
Se assumiamo come le pressioni alveolari siano quasi identiche su tutto il polmone (in realtà si ha un leggero aumento in sede basale rispetto alla sede apicale) possiamo individuare tre zone in relazione al rapporto esistente fra la pressione alveolare (PA) e la pressione arteriosa e venosa. Nella zona 1 (apicale) le pressioni alveolari sono maggiori di quelle vascolari (con la pressione arteriosa che é sempre maggiore di quella venosa), per cui si ha la chiusura del capillare ed il suo dereclutamento a livello vascolare. Tale situazione é teorica perché in vivo non accade e si può manifestare quando il paziente é ipovolemico oppure quando si inizia una ventilazione con alte pressioni alveolari; il rischio é quello di aumentare troppo la pressione transmurale del capillare, aumentando lo spazio morto e peggiorando l’ossigenazione. Nella zona 2 le pressioni arteriose aumentano fino a superare quelle alveolari, con la pressione alveolare che si trova fra il versante arterioso e quello venoso; é qui che si verifica l’evento per cui il determinante del flusso vascolare é determinato dalla differenza di pressione fra la PAPs e la pressione alveolare e la PAPO non ha alcuna influenza. Ancora, é qui che l’aumento della PAPs attiva i meccanismi di reclutamento e distensione per poter abbassare ulteriormente le RVP. Nella zona 3 anche la pressione venosa supera quella alveolare, per cui il flusso é determinato dalla differenza fra la PAPs e la PAPO ed un aumento della PAPs non ha alcuna azione sul reclutamento (tutti i vasi nella zona 3 sono reclutati), ma ha qualche effetto sulla distensione.
Oltre a quello che abbiamo appena visto, che in fondo sono caratteristiche passive del sistema vascolare polmonare, esistono anche una serie di sistemi attivi nel polmone che determinano il flusso vascolare polmonare. Questo sistema prende il nome di vasocostrizione ipossia polmonare e consiste nella contrazione della muscolatura liscia delle pareti delle arteriole nelle regioni ipossiche. Il meccanismo preciso non é noto, ma si sviluppa anche nel polmone isolato e non dipende dalle connessioni nervose; quello che é noto é che segmenti recisi dell’arteria polmonare si costringono se nell’ambiente attorno si sviluppa ipossia, pertanto deve esserci un’azione locale dell’ipossia sull’arteria stessa. Quindi la pO2 del gas alveolare, non il sangue dell’arteria, é il determinante principale di tale risposta; la risposta avviene se il cambio di pO2 é vicino all’arteria, e difatti bisogna ricordarsi che le arterie polmonari sono immerse nel parenchima polmonare per cui la pO2 alveolare influenza tali arterie. Il rapporto stimolo-risposta non é lineare (si veda in figura) e per cambiamenti oltre 100 mHg di pO2, il calibro dell’arteria si modifica di poco, mentre quando la pO2 si riduce sotto i 70 mmHg si ha una importante vasocostrizione e a basse concentrazioni di pO2 il flusso locale é quasi del tutto abolito. Oltre a questo meccanismo (probabilmente legato a canali voltadge-gated) si ha inoltre il rilascio di sostanze vasoattive come l’ossido nitrico (NO) che viene rilasciato dall’endotelio ed agisce sulla muscolatura liscia a basse concentrazioni (20 ppm), dato che a concentrazioni maggiori diviene tossico. Parimenti, altre sostanze come l’endotelina-1 ed il trombossano A2 sono stati dimostrati essere in gioco nel determinare il controllo del tono vascolare polmonare.
Il motivo che guida la vasocostrizione ipossia é quello di migliorare l’accoppiamento fra ventilazione e perfusione, cercando di minimizzare la perfusione là dove la ventilazione appare insufficiente, al fine di ridurre l’entità dell’effetto shunt.
(continua…)
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