APPARATO RESPIRATORIO  

CENNI DI FISIOPATOLOGIA

La vascolarizzazione e la ventilazione polmonare seguono la divisione dell'albero bronchiale, che determina la formazione di 10 segmenti nel polmone destro e 8 segmenti in quello sinistro. I segmenti bronco-polmonari non sono del tutto funzionalmente indipendenti. Quelli contigui usufruiscono di un comune drenaggio linfatico e venoso e, in caso di necessità, l'aria passa attraverso i limiti segmentali.

Perfusione:

Il circolo polmonare è un sistema a bassa resistenza e alta capacità.
Nell'adulto ci sono circa 280 milioni di arteriole polmonari; nel neonato ce ne sono significativamente meno. Il numero aumenta rapidamente nel primo anno di vita e più gradualmente fino all'età di 8 anni.
In ogni regione polmonare, l'entità del flusso sanguigno è determinata dalle pressioni alveolare, arteriosa polmonare, venosa polmonare e interstiziale. La forza di gravità determina gradienti pressori tra apice e base.
Nelle parti superiori del polmone, la pressione alveolare supera quella arteriosa polmonare, causando il collasso dei capillari e il passaggio di sangue solo durante i picchi sistolici; al contrario, nelle regioni basali, la pressione arteriosa prevale su quella alveolare e il flusso è continuo.
Ne risulta che, in ortostatismo, la perfusione aumenta di 3-5 volte dall'apice alla base.

Ventilazione:

Nel polmone ci sono 250-300 milioni di alveoli, raggruppati in lobuli e separati tra loro dai setti alveolari, riccamente vascolarizzati. Anche la ventilazione presenta un gradiente pressorio e aumenta di 1.5-2 volte dall'apice alla base.
In caso di ostruzione ventilatoria, l'atelettasia è prevenuta dalla presenza dei Pori di Kohn (tra alveoli contigui) e dai Canali di Lambert (tra bronchioli respiratori e tra dotti alveolari contigui), che permettono all'aria di raggiungere le regioni a valle dell'ostruzione. Tale meccanismo, però, non corregge l'ipossia alveolare.

Rapporto Ventilazione/Perfusione (V/P):

E' un fattore molto importante nel determinare l'entità degli scambi gassosi a livello alveolo-capillare.
Nel soggetto normale, il rapporto V/P diminuisce dal valore di 2-3 all'apice a quello di 0.6 alla base, a causa del differente andamento dei gradienti ventilatorio e perfusorio.
Esistono alcuni meccanismi omeostatici atti a mantenere adeguato il rapporto V/P:
In caso di riduzione della ventilazione di una regione polmonare, come in presenza di broncospasmo o bronchite cronica, la perfusione si riduce al fine di evitare l'ipoossigenazione del sangue. Nelle situazioni acute interviene il meccanismo di vasocostrizione arteriolare noto come riflesso alveolo-capillare di Von Euler e Liljestrand; nelle situazioni cronicizzate il sangue viene deviato verso il circolo sistemico attraverso l'apertura di anastomosi con le arterie bronchiali.
Molto meno efficace e solo transitoria risulta invece la broncocostrizione riflessa nei territori ipoperfusi.




  SCINTIGRAFIA POLMONARE PERFUSORIA  

Cos'è?

Come si fa?

Che informazioni fornisce?

Fa male?

99mTc-MAA:
Dosi di radiazioni assorbite da un paziente del peso di 70 kg
Organo mGy/MBq rad/mCi
Polmoni 0.040 0.15
Midollo osseo 0.003 0.01
Gonadi 0.003 0.01
Corpo intero 0.003 0.01

A cosa serve?

  • Valutazione di sospetta embolia polmonare.
  • Verifica dell'efficacia della terapia trombolitica-anticoagulante.
  • Studio delle alterazioni della perfusione, secondarie a patologie polmonari come enfisema, bronchite cronica, asma, malattie infiammatorie e neoplasie.
  • Studio delle alterazioni della perfusione polmonare secondarie a cardiopatie.
  • Predittività alla tolleranza emodinamica di interventi di asportazione polmonare .
  • Studio dello shunt dx-sn (primitivo o secondario ad epatopatie).


  SCINTIGRAFIA POLMONARE VENTILATORIA  

Cos'è?

  • E' un'indagine non invasiva che permette, attraverso l'inalazione di gas inerti o di areosol, la valutazione della ventilazione nei vari distretti polmonari.
  • Quando l'indicazione è l'embolia polmonare, è associata allo studio perfusorio.

Come si fa?

A cosa serve?

Fa male?


133Xenon:
dosi di radiazioni assorbite da un paziente del peso di 70 kg
Organo mGy/MBq rad/mCi
Polmoni 0.0018 0.007
Midollo osseo 0.0002 0.001
Gonadi 0.0002 0.001
Corpo intero 0.0002 0.001


  PRINCIPALI RADIOFARMACI PER IMAGING POLMONARE  

Studi perfusori

Macroaggregati di albumina (MAA)

  • Preparati per denaturazione al calore di albumina umana e coniugati con 99mTc.
  • Dimensioni: il 90% tra 5-90 µm, la maggior parte tra 10-40 µm.
  • Emivita biologica da 2 a 9 ore a seconda delle dimensioni; dopo essere state degradate e ridotte di dimensioni superano il filtro polmonare e giungono alla circolazione sistemica da dove vengono rimosse per mezzo del sistema reticolo-endoteliale di milza e fegato.

Microsfere di albumina umana (HAM)

  • L'agitazione di siero di albumina umana in olio vegetale caldo, produce particelle di forma sferica, che vengono successivamente filtrate attraverso i fori di una membrana per determinarne le dimensioni. Per questo presentano minori variazioni nel diametro rispetto alle MAA. Anch'esse vengono coniugate con 99mTc.
  • Dimensioni: tra 10-45 µm.
  • Rispetto alle MAA, presentano però alcuni svantaggi, come emivita biologica mediamente più lunga (7 ore), minore stabilità del legame con il 99mTc e un numero maggiore, benchè ugualmente molto esiguo, di reazioni allergiche segnalate.

Studi ventilatori

I radiofarmaci utilizzabili per studi ventilatori si possono dividere in tre gruppi: gas, pseudogas e aerosol

1) Gas nobili

Vengono inalati, diffondono all'interno delle vie aeree e vengono eliminati con l'espirazione

133Xenon

  • Emivita: 5.3 giorni.
  • Emette radiazioni gamma con energia di 80 keV e radiazioni ß- con energia di 346 keV.
  • Permette lo studio della ventilazione polmonare attraverso l'analisi sequenziale delle fasi di:  
    • Wash-in: profonda inspirazione e trattenimento del respiro per circa 15 secondi.
    • Equilibrio: respirazione normale con Xe in circuito chiuso.
    • Wash-out: respirazione normale di aria ambientale con esalazione dello Xe in sistema chiuso.
    Tale metodica permette sia di misurare la distribuzione della ventilazione nelle differenti regioni polmonari, sia di ricavare curve di accumulo e di eliminazione utili nello studio delle broncopneumopatie ostruttive. In caso di sospetta embolia polmonare, lo Xe-133 presenta lo svantaggio di dover essere usato prima dello studio perfusorio.
    A causa della sua accentuata lipofilicità, lo Xe supera la barriera alveolo-capillare e giunge in misura significativa al circolo sistemico, accumulandosi nel tessuto adiposo.

127Xenon

  • Emivita: 36.4 giorni
  • Emette solo radiazioni gamma, con energia di 202, 172 e 375 keV
  • Più costoso e di più difficile approvvigionamento rispetto allo 133Xe
  • Permette, oltre a quanto descritto per lo 133Xe, l'acquisizione delle immagini di ventilazione dopo quelle di perfusione, nelle proiezioni più idonee a mostrare i difetti di perfusione.

81mKripton

  • Emivita:13 secondi
  • Emette solo radiazioni gamma, con energia di 190 keV.
  • Costoso e di difficile stoccaggio, deve essere prodotto dal generatore Rubidio-Kripton (4,7 h di emivita).
  • Il picco di energia, favorevole all'acquisizione di immagini con gamma camera e sufficientemente distante da quello del 99mTc (140 keV), permette l'acquisizione simultanea di immagini di perfusione e di ventilazione in varie proiezioni.
  • L'emivita molto breve, tale che le regioni poco o non ventilate mostrano una attività diminuita o assente perchè il Kr-81m decade prima di raggiungerle, permette l'acquisizione delle sole immagini all'equilibrio.

2) Aerosol

Particelle nebulizzate che possono essere marcate con 99mTecnezio, 111Indio, 113mIndio o altro. Presentano dimensioni ampiamente variabili (0.5-5 µm) e si depositano lungo le vie aeree in rapporto alle loro dimensioni e alla velocità dell'aria inspirata.
Le particelle di più grosse dimensioni (2 -5 µm) si depositano centralmente sulla laringe posteriore e la trachea; solo quelle più piccole e uniformi (submicroniche o più piccole di 2 µm), giungono distalmente fino agli alveoli.
Presentano il vantaggio rispetto ai gas, della maggiore disponibilità e della più facile utilizzazione.

99mTc-DTPA (acido dietilene-triamino-pentacetico)

  • Aerosol di particelle submicroniche uniformi, in genere di dimensioni minori di 2 µm
  • Abbandona i polmoni per trasporto alveolo-capillare
  • L'emivita biologica nel soggetto normale è attorno a 50 minuti e risulta ridotta in soggetti affetti da patologie che compromettono l'interstizio polmonare
  • Viene rimosso dal circolo sistemico principalmente per filtrazione glomerulare.

99mTc-solfuro colloidale

  • Molte sostanze colloidali diverse sono state impiegate in passato per indagini di ventilazione polmonare
  • Le dimensioni delle particelle sono tipicamente tra 2 µm e 5 µm
  • Vengono eliminate per mezzo del sistema mucociliare
  • Possono essere utilizzate per indagini di funzionalità mucociliare.

3) Pseudogas

Sono aerosol ultrafini che si distribuiscono nelle vie aeree in maniera simile ai traccianti gassosi, raggiungendo gli spazi alveolari. Si depositano sulla mucosa per sedimentazione.
Essendo marcati con 99mTc, il loro impiego sta diffondendosi grazie alla facile reperibilità, basso costo e ottime caratteristiche fisiche per l'imaging con gamma camera.

Technegas

  • Aerosol di particelle di carbonio ultrafini (4-50 nm di diametro) marcate con 99mTc.
  • Presenta una lenta clearance dal polmone (emivita biologica nell'ambito di ore o giorni) che permette di eseguire indagini tomografiche
  • L'eliminazione avviene prevalentemente attraverso l'apparato mucociliare e il sistema linfatico.

Pertechnegas

  • Aerosol di particelle ultrafini di pertenectato in dispersione (25 nm di diametro)
  • Presenta emivita biologica attorno ai 10 minuti e viene eliminato per trasporto alveolo-capillare
  • Le curve attività-tempo ottenibili sono indicative della compromissione dell'interstizio polmonare e risultano alterate nei fumatori o nei pazienti affetti da infezioni polmonari opportunistiche.


  La Scintigrafia nella valutazione dei pazienti con sospetta embolia polmonare  

Entità del problema

  • L'embolia polmonare rappresenta una delle principali cause dirette o indirette di mortalità risultando letale nel 30% ca. dei pazienti non trattati e nell'8% ca. di quelli sottoposti a terapia anticoagulante. Quest'ultima presenta un'incidenza di complicanze emorragiche nel 15% ca. ed è una delle cause più frequenti di decesso iatrogeno.

Fisiopatologia

  • In corso di ostruzione arteriosa acuta, la ventilazione del territorio coinvolto è ancora conservata.
  • Si osserva quindi discordanza ("mismatch") tra il reperto di ipoperfusione di una o più regioni polmonari e quello di normale ventilazione delle stesse. Invece, nel caso delle patologie ostruttive, le aree ipoperfuse risultano anche ipoventilate ("match") per effetto della vasocostrizione riflessa provocata dalla ridotta pressione di ossigeno dell'aria alveolare.

Strumenti diagnostici

In caso di sospetta embolia polmonare:
  • Anamnesi, esame obiettivo e indagini di laboratorio hanno spesso scarso valore, essendo i segni e i sintomi per lo più aspecifici o tardivi.
  • L'RX del torace da solo non ha valore predittivo (predittività positiva e negativa rispettivamente del 15-20% e 70-75%); nei pazienti affetti da embolia polmonare esso risulta normale in una percentuale non trascurabile dei casi; l'opacizzazione dei seni costofrenici è un reperto presente solo nel 35% dei casi. Inoltre, i segni radiologici più frequentemente osservati, quali atelettasie e opacità polmonari, sono spesso presenti in pazienti non affetti da embolia (sensibilità del 30-40% e specificità del 55-65%). L'RX, associato ai reperti clinici e scintigrafici, è, comunque, un'indagine essenziale per la diagnosi di embolia polmonare.
  • La scintigrafia polmonare perfusoria, accoppiata con la ventilatoria, è la metodica non invasiva più attendibile per valutare la probabilità di embolia polmonare.
  • L'angiografia polmonare è il test diagnostico definitivo, altamente sensibile e specifico, ma è una indagine invasiva, presenta un rischio di complicanze maggiori, stimabile attorno all'1-2% ed è costosa. Per questi motivi il suo impiego va limitato a casi selezionati.

Interpretazione

  • Una scintigrafia perfusoria presenta una predittività negativa molto alta e se risulta normale la diagnosi di embolia può essere virtualmente esclusa.
  • Una scintigrafia perfusoria patologica può, al contrario, essere dovuta a tutte le situazioni che provocano la riduzione della perfusione polmonare. Ciò rende la scintigrafia polmonare perfusoria molto sensibile ma, da sola, poco specifica. Per una corretta interpretazione, il reperto perfusorio va correlato con l'RX del torace ed, eventualmente, con la scintigrafia ventilatoria.
  • Nel caso di embolia polmonare c'è discordanza ("mismatch") tra il quadro perfusorio e il quadro ventilatorio: si osservano una o più aree subsegmentali, segmentali o lobari di ipoperfusione che risultano ventilate.
ESEMPIO DI
MISMATCH
  • Nel caso di patologia ostruttiva c'è concordanza ("match") tra il quadro perfusorio e il quadro ventilatorio: le aree ipoperfuse risultano ipoventilate.
  • La diagnosi di EP sulla base dell'RX del torace e della scintigrafia può essere posta solo in termini di probabilità. La strategia diagnostica tende a stratificare i pazienti sulla base dell'effettiva probabilità della presenza di embolia, con lo scopo di poter decidere se intraprendere subito una terapia, eseguire una angiografia o attendere l'evoluzione clinica.
  • Sono stati proposti vari criteri di interpretazione del quadro scintigrafico basati sul numero e sulle dimensioni dei difetti alla scintigrafia, in rapporto al reperto radiografico del torace, con lo scopo di fornire un valore di probabilità eliminando quanto più possibile la variabilità soggettiva nella interpretazione. Riportiamo di seguito i "PIOPED criteria" (Prospective Investigation Of Pulmonary Embolism Diagnosis) recentemente aggiornati:
    • - Alta probabilità
    • Almeno 2 difetti di perfusione estesi (>75% di un segmento) e "mismatched" , senza corrispondenti anormalità all'RX del torace.
    • 1 difetto di perfusione esteso e almeno 2 moderati (25-75% di un segmento), senza corrispondenti difetti di ventlazione o anormalità all'RX del torace.
    • Almeno 4 difetti di perfusione moderati e "mismatched", senza corrispondenti anormalità all'RX del torace.

    - Probabilità intermedia
    • 1 difetto di perfusione esteso e/o 1 moderato senza corrispondenti difetti di ventilazione o anormalità all'RX.
    • Corrispondenza in regione basale di difetto "matched" di ventilazione e perfusione e opacità parenchimale all'RX.
    • 1 difetto moderato "matched" di perfusione e ventilazione, senza corrispondenti anormalità all'RX del torace
    • Difetti di perfusione e ventilazione in corrispondenza di piccolo versamento pleurico.
    • Reperto di difficile classificazione nelle altre categorie.

    - Probabilità bassa
    • Difetti multipli "matched" di perfusione e ventilazione, indipendentemente dalle dimensioni, senza anormalità all'RX.
    • Corrispondenza in regione media o superiore di difetti di ventilazione e perfusione e opacità polmonare all'RX.
    • Difetti di perfusione e di ventilazione in corrispondenza di un esteso versamento pleurico.
    • Ogni difetto di perfusione corrispondente a grossolane anormalità all'RX.
    • Difetti circondati da aree normalmente perfuse (segno della stria o "stripe sign").
    • Più di 3 piccoli (<25% di un segmento) difetti di perfusione con normale RX.
    • Difetti di perfusione non segmentali (ad es. cardiomegalia, impronta aortica, allargamento ilare).

    - Probabilità molto bassa
    • Fino a 3 piccoli difetti di perfusione con normale RX.

    - Normale
    • Assenza di difetti di perfusione.

  • E', comunque, importante il grado di sospetto clinico di embolia prima dell'esecuzione della scintigrafia. Il quadro clinico, considerato insieme al risultato scintigrafico, permette di stimare l'effettivo livello di probabilità che il paziente sia affetto da embolia.
  • In linea di massima, i pazienti valutati ad alta probabilità di embolia vanno sottoposti a specifico trattamento, mentre in quelli stimati a probabilità intermedia può essere necessaria una valutazione angiografica. Nella maggior parte dei pazienti con bassa probabilità di embolia è preferibile attendere l'evoluzione clinica o riconsiderare il sospetto diagnostico.
Ultimo aggiornamento:  18 settembre 2019
A cura di:   Prof. Franco Bui,  Prof. Diego Cecchin  -  Dip. di Medicina DIMED  -  MEDICINA NUCLEARE
Via Giustiniani 2 - 35128 PADOVA    Tel.: 049821.3020 - email: diego.cecchin@unipd.it
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