Invecchiamento dell`apparato respiratorio

CAPITOLO 14
Invecchiamento dell’apparato respiratorio
Stefano Nardini, Claudio Sanguinetti, Francesco Schiavon
Premessa
L’insieme di fenomeni fisiologici che chiamiamo invecchiamento, e che si sostanzia in
un progressivo deterioramento delle funzioni vitali, è ancora per larga parte sconosciuto sia nelle sue cause prime, sia nei suoi meccanismi, sia infine nella sua progressione che, come noto, varia da individuo a individuo.
Ogni ragionamento sull’invecchiamento dell’apparato respiratorio deve partire dall’osservazione che l’apparato respiratorio è la parte del nostro organismo che maggiormente interagisce con l’ambiente, e lo fa senza alcuna protezione che non siano i mezzi
“naturali” di difesa. I 70 metri quadrati che nella media costituiscono la superficie respiratoria di un adulto non possono che risentire, acutamente ma anche nel lungo periodo, comunque sempre in misura massiva, di tutti i mutamenti che si verificano nelle
caratteristiche biologiche, fisiche e chimiche dell’ambiente in cui l’individuo si muove.
Pertanto l’evoluzione dell’individuo che noi chiamiamo invecchiamento va intesa
come il prodotto dell’interazione di un organismo che evolve (con il passare del tempo)
con un ambiente (comprensivo anche degli stili di vita) che evolve. E come ogni individuo è diverso dall’altro per costituzione genica e per caratteristiche biologiche, così
ogni ambiente è diverso dall’altro in senso non solo geografico ma, soprattutto, in senso
storico. Si vuole con questo dire che i vecchi che noi osserviamo e studiamo oggi hanno
vissuto in una comunità molto differente dalla nostra, respirando aria differente da
quella che respiriamo noi e venendo a contatto con sostanze e microrganismi diversi da
quelli con cui noi veniamo a contatto.
Così, almeno alcune delle patologie “degenerative” che noi oggi riteniamo connaturate all’invecchiamento sono invece, probabilmente, il prodotto della prolungata interazione dell’organismo con noxae patogene caratteristiche di un certo periodo storico
e non del semplice scorrere del tempo.
Queste constatazioni, lungi dal far giudicare impredicabile l’invecchiamento dell’apparato respiratorio, devono però renderci consci che le nostre conoscenze in questo campo saranno sempre relative, viziate da quello che in epidemiologia è noto come
un “effetto coorte”.
Due sono i fattori che hanno influito nei decenni scorsi sull’invecchiamento dell’apparato respiratorio di coloro i quali oggi fanno parte della cosiddetta terza età: le
malattie infettive e l’inquinamento.
La regressione dell’importanza della patologia infettiva - pur registratasi anche per
quello respiratorio - non è stata così pronunciata come per altri apparati. La tubercolosi ha colpito duro per tutta la prima metà del secolo (e colpisce a tutt’oggi). Bronchiti e broncopolmoniti hanno costituito importanti cause di morbilità e mortalità.
S. Nardini, C. Sanguinetti, F. Schiavon
Per quel che riguarda l’inquinamento aereo, è ben noto che il secolo scorso si è qualificato come quello nel quale si è assistito a un suo aumento e a una sua diffusione
geografica. Inoltre - a differenza di quanto si osserva oggi - il livello di sostanze tossiche inalabili nell’ambiente di lavoro è stato molto elevato.
Nel ragionare sulle modifiche che si osservano nell’apparato respiratorio sui nostri vecchi occorrerà tenere conto di quanto questi due fattori possono aver agito sull’individuo.
Senectus ipsa morbus est?
Nessuno è ancora riuscito a capire con precisione come e perché si invecchia.Alcune teorie hanno enfatizzato il ruolo di ripetute “lesioni” da raggi ultravioletti, altre quello dell’accumulo di metaboliti, altre infine il ruolo della genetica. Tutti questi fattori possono giocare un ruolo ma, come accennato, l’invecchiamento è un processo complesso
in cui differenti elementi (l’ereditarietà, l’ambiente, la dieta, l’esercizio fisico, le malattie passate, le influenze culturali) interagiscono in modo non prevedibile. In questo l’invecchiamento si differenzia dai cambiamenti osservati, per esempio, nell’adolescenza,
che possono essere previsti con buona approssimazione. Alcuni apparati iniziano a
invecchiare relativamente presto nel corso della vita, altri (come il sistema nervoso centrale) relativamente tardi. La senescenza dell’apparato respiratorio inizia a trent’anni circa.
Tuttavia, nonostante questo precoce inizio dell’involuzione senile, in campo respiratorio il detto che la vecchiaia è di per sé una malattia non è vero.
Per quel che riguarda la funzione respiratoria, intesa come ossigenazione del sangue
e depurazione dello stesso dall’anidride carbonica, infatti, in linea di massima si sa che
un organismo che invecchia in modo “sano” e armonico (che abbia cioè avuto una favorevole interazione con l’ambiente) non presenta problemi di insufficienza funzionale.
Il grafico di Figura 1 evidenzia questo fenomeno.
VEMS (% in rapporto alla VEMS all’età di 25 anni)
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Non fumatore o non sensibile al fumo
Fumatore regolare
e sensibile al fumo
Ha smesso a 45
Disabilità
Ha smesso a 65
Morte
Età (anni)
Fig. 1. Volume espiratorio massimo al primo secondo (VEMS) in differenti età
Capitolo 14 · Invecchiamento dell’apparato respiratorio
Come si osserverà, la funzionalità respiratoria, espressa nel grafico come VEMS
(volume espiratorio massimo al primo secondo) decresce con l’età.
Nel soggetto che abbia “male interagito” con l’ambiente (nel caso del grafico, un soggetto fumatore) questo decremento può essere rapido e portare a una severa riduzione della funzione respiratoria, tale da provocare in età relativamente giovane (50-60
anni) invalidità e morte.
Per contro, nel soggetto “normale” che abbia “ben vissuto” la riduzione prestazionale incide solo sulle riserve funzionali, cioè su quella quota di respirazione che viene
reclutata in condizioni di sforzo.
Nella vecchiaia, l’apparato respiratorio, consente quindi di svolgere un’attività fisica moderata, comunque commisurata alle attitudini caratteristiche dell’età. Il respiro normale rimane adeguato e anche una persona molto vecchia è in grado, nella maggior
parte dei casi, di respirare senza sforzo. Tuttavia, in presenza di necessità aumentate di
ossigeno (per esempio durante l’esercizio fisico o in alta montagna) l’apparato respiratorio invecchiato può non essere in grado di soddisfare la richiesta.
Struttura e funzioni dell’apparato respiratorio
L’apparato respiratorio è molto complesso sia nella struttura che nella funzione. Essenzialmente è costituito da un organo di scambio di gas tra due fluidi, l’aria e il sangue, e dalle
vie di conduzione che veicolano aria e sangue alle singole unità ove lo scambio avviene.
I due fluidi vengono mobilizzati da due “pompe”: il sangue dal cuore (che è un semplice muscolo), l’aria dal sistema toracopolmonare, che è una struttura complessa. I
movimenti della gabbia toracica sono in grado di generare le pressioni che mobilizzano l’aria nelle vie aeree, in ragione dell’elasticità del polmone, ma la gabbia toracica si
muove in dipendenza dell’integrità dell’apparato osteo-articolare e della capacità dei
muscoli di generare tensione.
La funzionalità del sistema è assicurata da un esatto accoppiamento tra sangue e aria,
cioè dal fatto che giunga aria a unità scambiatrici nelle quali si trovi anche il sangue.
Per assicurare l’omeostasi di questo organo di scambio, l’apparato respiratorio dispone di meccanismi biologici, per lo più localizzati sul versante ventilatorio, in quanto come detto più esposto agli agenti esterni.
Riconosciamo quindi un sistema di “condizionamento” dell’aria e uno di protezione dell’apparato respiratorio, quest’ultimo è esteso dalle prime vie aeree fino agli alveoli e articolato in difese meccaniche e biologiche, con funzioni sia di prevenzione sia di
riparazione dei danni.
La mortalità elevata per cause infettive (per esempio per broncopolmonite), caratteristica delle classi di età più avanzate, è testimonianza di una minore efficienza dei meccanismi di protezione citati associata a una minore efficacia di quelli riparativi.
Lo scopo principale dell’apparato respiratorio (ve ne sono anche altri, secondari) è
quello di assicurare la necessaria fornitura di ossigeno.Contestualmente,con l’apparato renale, mantiene costante l’equilibrio metabolico. Per raggiungere questo obiettivo, aria “fresca”
deve essere introdotta regolarmente e continuativamente nelle singole unità funzionali:
gli alveoli. È noto da decenni che con l’invecchiamento si riduce - fisiologicamente - la
quantità di aria che può essere mobilizzata. Il grafico di Figura 1, basato sugli studi di Fletcher e Peto, rende visibile questo dato illustrando contemporaneamente l’effetto di “invec-
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chiamento precoce” che può avere l’abitudine al fumo (fattore ambientale legato allo stile
di vita) quando interagisce con una particolare costellazione genica individuale.
L’insieme delle alterazioni accennate configura il quadro del “polmone senile”: un organo reso meno efficiente e più fragile dal passare degli anni rispetto al corrispettivo
adulto (Tabella 1).
Come queste alterazioni possano raffigurarsi attraverso immagini radiologiche viene
analizzato nel capitolo relativo di questo trattato (v. Capitoli 18-22). Qui si cercherà di
analizzare il mutamento progressivo di ciascuna delle componenti dell’apparato respiratorio per spiegare la genesi di quanto osservato nell’anziano.
Tabella 1. Differenti componenti dell’invecchiamento dell’apparato respiratorio
Funzione
Struttura
Proprietà
Trasporto
dell’aria
Vie aeree
superiori
Pervietà,
temperatura,
umidità
Vie aeree
Pervietà
Circolazione
del sangue
Protezione
delle vie aeree
Possibile alterazione
con l’invecchiamento
Ridotta (*)
Polmone
Elasticità
Ridotta elasticità
Gabbia toracica
ossa
Volumetria
e simmetria
Ridotta volumetria,
alterazione della forma
Gabbia toracica
articolazioni
Mobilità
Ridotta mobilità
Muscolatura
respiratoria
Forza
e resistenza
Ridotta forza
e resistenza
Vasi sanguigni
Pervietà
Ridotti scambi dei gas
Cuore
Forza
Ridotta forza e resistenza
Apparato
mucociliare
Efficacia
dinamica
Minore capacità
di pulizia
Difese
immunitarie
Efficacia
Minore resistenza
alle infezioni
Sistemi
enzimatici
Efficienza
Minore capacità
riparativa
Note: (*) pervietà ridotta delle piccole vie aeree per ridotta elasticità polmonare
Effetto/i
sulla funzione
Riduzione
progressiva
e omogenea
dei volumi
ventilatori
mobilizzabili
Riduzione della
perfusione
Riduzione
delle capacità
di difesa e di
riparazione
dei danni
Capitolo 14 · Invecchiamento dell’apparato respiratorio
Effetti noti dell’invecchiamento sulla struttura e la funzione respiratorie
È ancora una volta necessario sottolineare che le evidenze che si hanno a disposizione
non consentono a oggi di avere una conoscenza completa sia delle conseguenze “fisiologiche” dell’invecchiamento, sia delle basi dei cambiamenti che vengono osservati.
Peraltro, le nostre conoscenze, seppur parziali, ci consentono di tracciare un quadro
sommario dell’involuzione dell’organismo anziano che verrà fornito di seguito in modo
analitico in relazione ai singoli componenti dell’apparato respiratorio.
Sistema muscolo scheletrico. La gabbia toracica
La massa ossea (ovvero la densità) si riduce con l’età, per perdita di calcio e altri minerali, specialmente nel sesso femminile. A carico della colonna vertebrale, oltre a queste
alterazioni che possono portare a una riduzione delle dimensioni del corpo vertebrale, si osservano degenerazioni dei dischi intervertebrali, che perdono parte della sostanza liquida e diventano più sottili. La colonna vertebrale si accorcia e la gabbia toracica
cambia forma e dimensioni.
In generale le articolazioni diventano più rigide e meno flessibili. Le cartilagini articolari possono andare incontro a lenti e progressivi fenomeni di calcificazione.
Con il passare degli anni viene perduta anche massa muscolare: questa perdita sembra essere uno dei pochi fattori determinati geneticamente dall’invecchiamento e inizia dopo i 20 anni nei maschi e dopo i 40 nelle femmine. Nei muscoli si deposita lipofuscina che si interpone tra le fibre. La riparazione del tessuto muscolare diviene più lenta
e, almeno in parte, il tessuto viene sostituito da sostanza inerte. Ciò determina una riduzione del tono e della contrattilità, indipendentemente dal grado di allenamento fisico.
Gli effetti dei cambiamenti descritti a carico del sistema muscolo-scheletrico dell’anziano si concretizzano in un aumento del diametro sagittale del torace. La colonna
vertebrale può incurvarsi in maniera più o meno spiccata contribuendo ad alterare,
oltre al volume, anche la forma della gabbia toracica, in particolare per una riduzione
del diametro laterale, e conseguentemente la sua motilità. I muscoli respiratori - in particolare il diaframma, nel quale si verifica un aumento del tessuto connettivo, ma anche
gli intercostali - perdono parte della loro efficienza e conseguentemente si riduce la
forza massima che può essere generata nell’inspirazione o nell’espirazione.
Complessivamente, il torace diviene con l’età più rigido. La gabbia toracica cambia
forma. L’apparato respiratorio è meno potente. Di recente in Italia è stato messo in evidenza che anche altri fattori si associano all’età nell’influenzare la funzione respiratoria, segnatamente il rapporto tra massa magra e peso totale, che risulta correlato positivamente con la capacità vitale. In pratica, nel valutare la funzione respiratoria dell’anziano si deve tenere d’occhio anche la corporatura e non solo la statura.
Le vie aeree superiori
Con l’invecchiamento si osserva un rimodellamento delle strutture osteo-cartilaginee
che deriva dalle modificazioni della matrice extracellulare del connettivo e dalla demi-
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S. Nardini, C. Sanguinetti, F. Schiavon
neralizzazione ossea; questo rimodellamento, associato a ipotrofia della mucosa, limita l’efficienza dei poteri di “condizionamento” dell’aria inspirata.
Per effetto dell’invecchiamento, la trachea perde elasticità e può presentare (fisiologicamente) calcificazioni e ossificazioni delle cartilagini.
Come accennato, si osserva un progressivo scadimento dell’efficienza dei meccanismi di barriera e di clearance che riguarda tutto il tratto respiratorio.
La tosse riduce la sua efficienza nel “tenere pulite” le vie respiratorie, in parte per le
degenerazioni descritte a carico della laringe e della trachea, in parte per quelle del
sistema muscolo scheletrico.
Cuore e vasi sanguigni
Come per la funzione ventilatoria anche quella cardiaca si riduce lentamente ma progressivamente con l’età: a 20 anni il cuore è in grado di aumentare la gittata di circa 10
volte. Dopo i 30 anni viene perso in media l’1% all’anno.
Ciò avviene per degenerazione delle cellule muscolari cardiache con depositi di lipofuscina. Anche le valvole diventano rigide, aumentando lo spessore. Non è infrequente
che un cuore invecchiato fisiologicamente sia lievemente aumentato di dimensioni.
Questo fatto, dimostrato nelle donne giapponesi, si accompagna alla già citata riduzione del diametro toracico e, per conseguenza, determina un aumento del rapporto
cardio-toracico che potrebbe erroneamente essere interpretato come patologico.
I vasi sanguigni del circolo polmonare presentano un’involuzione sia della struttura
sia della funzione.Vi è una progressiva fibrosi intimale. Anche se su quest’ultimo punto
non vi sono evidenze concordi, sembra che parallelamente al ridursi del numero degli
alveoli (v. sotto) si assista a una riduzione del numero dei capillari polmonari, la cui pervietà è influenzata dalle modificazioni del tessuto connettivo polmonare (v. oltre). L’effetto di questi cambiamenti porta a un aumento delle resistenze vascolari che è stato
osservato e che peraltro si rende di solito evidente solo durante lo sforzo fisico.
Per inciso, la riduzione del contenuto di liquidi dell’organismo che si verifica con
l’età porta a una riduzione del contenuto fluido del sangue con riduzione del volume plasmatico totale. È anche comune una riduzione della componente cellulare del sangue che
però non giunge alla vera e propria anemia.
I polmoni
Soprattutto in passato, e soprattutto da specialisti radiologi, è stato spesso utilizzato il
termine “enfisema senile” a designare, nell’anziano, un quadro radiologico toracico
caratterizzato da aumento della trasparenza aerea polmonare e da un mutamento della
forma del torace, con morfologia “a botte”.
I Colleghi radiologi sono stati spesso criticati per l’uso di questo termine, tuttavia, anche
se quel che si osserva non è un vero enfisema (nel senso che mancano le alterazioni distruttive caratteristiche di quest’ultimo), i cambiamenti funzionali e strutturali del polmone
senile sono qualitativamente simili a quelli che si osservano nella patologia polmonare,
in particolare nell’enfisema propriamente detto. La sfida, quindi, per il radiologo come
per lo pneumologo, è quella di distinguere i cambiamenti fisiologici da quelli patologici.
Capitolo 14 · Invecchiamento dell’apparato respiratorio
I fenomeni che si verificano con l’età nel sistema respiratorio e le cui cause verranno analizzate nel dettaglio più oltre sono sostanzialmente:
1. perdita di ritorno elastico polmonare. Questa alterazione riconosce come cause alterazioni sia nelle componenti dell’interstizio (elastina, collagene, proteoglicani), sia
nella loro disposizione, sia infine nel loro rapporto proporzionale reciproco. Le fibre
elastiche si riducono di numero e spessore, soprattutto a livello delle vie aeree e dei
vasi. Il tessuto connettivo si modifica, divenendo progressivamente più rigido e
determinando a sua volta rigidità, oltre che del polmone, anche dei vasi e delle vie
aeree in esso contenuti. Come accennato, il collagene non si modifica nelle sue caratteristiche intrinseche, quanto piuttosto nei suoi rapporti quantitativi in rapporto
con le altre componenti, segnatamente l’elastina.
Alcune ipotesi correlano la riduzione della elasticità non solo e non tanto ai fenomeni
appena descritti, quanto a modifiche dell’orientamento spaziale delle fibre.
Comunque determinata, la perdita del ritorno elastico ha conseguenze sia sulle funzioni di pompa respiratoria - perché cambia il rapporto pressione (generata dalla
pompa muscolo-scheletrica della gabbia toracica) volume (polmonare) - sia sulla
pervietà delle vie aeree distali (che nell’espirio forzato tendono a chiudersi più facilmente). Un altro fenomeno caratteristico dell’età che può contribuire alla ridotta
pervietà delle vie aeree distali è la riduzione dello spessore della componente muscolare della parete bronchiale che determina anche minore efficienza della tosse.
A differenza di quanto si osserva nell’enfisematoso, nella persona anziana la riduzione
del ritorno elastico polmonare è in genere compensata dalla riduzione della compliance della gabbia toracica (nel sistema muscolo-scheletrico). Queste trasformazioni
dell’insieme toraco-polmonare sono all’origine delle variazioni di volume e forma che
si verificano con l’età.
2. Aumento della superficie delle vie aeree di conduzione distali (bronchioli respiratori e
dotti alveolari) che determina aumento della distanza che intercorre tra le pareti alveolari. L’effetto più eclatante è una maggiore tendenza al collasso bronchiale parziale nell’espirio, particolarmente nelle parti più declivi (le basi polmonari nella stazione eretta) dove sono maggiori gli effetti del gradiente gravitazionale. Inoltre, il descritto aumento di superficie a carico dei bronchioli respiratori e dei dotti alveolari, unito alla riduzione del numero degli alveoli, porta a mutamenti nella compartimentazione dei volumi polmonari statici e dinamici, dato che il volume di aria esposto agli scambi respiratori alveolari - espresso come percentuale del totale dell’aria ventilabile - diminuisce.
È già stato menzionato il fatto che numerosi fenomeni caratteristici della vecchiaia
possono concorrere a creare l’immagine dell’enfisema “senile”. Oltre alle alterazioni
del parenchima polmonare, si possono menzionare la riduzione della densità ossea
(che riduce il contrasto della struttura rigida della gabbia toracica), la riduzione della
massa muscolare (che può avere lo stesso effetto) e la riduzione del volume plasmatico totale (che può ridurre la componente radio-opaca del polmone).
Inoltre, le alterazioni del diametro bronchiale hanno conseguenze sul piano dell’imaging: il rapporto bronco-arterioso, definito come il rapporto tra il diametro del lume
bronchiale e il diametro della arteria satellite, aumenta con l’età fino a superare l’unità nei
soggetti ultrasessantacinquenni, simulando la presenza di bronchiectasie patologiche.
Le alterazioni citate a carico del parenchima e del circolo polmonare sono riflesse
anche nella valutazione indiretta della loro funzionalità, che viene fatta dalle scinti-
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S. Nardini, C. Sanguinetti, F. Schiavon
grafia perfusoria e inalatoria: tali alterazioni funzionali imitano il quadro dell’embolia
polmonare e possono renderne difficile la diagnosi nell’anziano.
Alcuni dei fattori alla base dell’aumentata trasparenza polmonare (involuzione
muscolare con perdita di forza, riduzione dell’elasticità polmonare, alterazioni ossee
con modificazioni della gabbia - v. Tabella 1) possono spiegare anche il cambiamento
di forma e volume del torace, e quindi, dell’imaging polmonare dell’anziano. Se si confrontano con tomografia computerizzata ad alta risoluzione le alterazioni rilevabili in
seguito all’invecchiamento con quelle rilevate in seguito al fumo, si vede che l’età aumenta le anormalità degli spazi aerei prevalentemente a carico delle porzioni inferiori, mentre il fumo le aumenta prevalentemente a carico dei lobi superiori.
Le difese dell’apparato respiratorio
Con l’avanzare dell’età, anche i meccanismi di difesa del sistema respiratorio subiscono un’involuzione. Si tratta di cambiamenti che investono soprattutto la componente cellulare e biochimica, per cui sono di relativo interesse per lo specialista radiologo. Per questo motivo, in questa sede se ne fornirà solo una visione generale, per sottolineare la relativa aumentata fragilità dell’apparato respiratorio nell’anziano.
Già si è fatto cenno al fatto che con l’età si modificano le prime vie aeree, con una riduzione della loro capacità di “pulizia” meccanica. Sul versante della difesa cellulare non
si osservano sostanziali diminuzioni del numero dei macrofagi alveolari, che sono la
prima linea di difesa, né della loro funzionalità. Invece, l’aumento del numero di neutrofili osservato negli alveoli può essere ricondotto in parte alle turbe della loro funzione,
presenti anche nei neutrofili circolanti. Con l’età si osservano alterazioni dei rapporti
tra le differenti linee dei linfociti T; quelli presenti nel polmone sembrano avere una
ridotta capacità di attivazione e replicazione.
È noto che la persona anziana tende a ricordare meglio gli eventi passati rispetto ai
fatti recenti: analogamente, si osserva una ridotta risposta antigenica. Ciò è espresso
da una ridotta concentrazione di IgM, in presenza di livelli sostanzialmente stabili. IgG
e IgA sostanzialmente rimangono relativamente stabili.
Conclusioni
In conclusione, l’invecchiamento dell’apparato respiratorio provoca numerose variazioni della fisiologia sia della “pompa” (la gabbia toracica), sia dell’organo scambiatore
(il polmone). Queste variazioni - che sono ben lungi dall’essere completamente conosciutedeterminano alterazioni che si concretizzano, sul piano funzionale, in una riduzione
della quantità di aria mobilizzabile e in una minore riserva funzionale. Sul piano anatomico, le variazioni si concretizzano in cambiamenti di forma e di composizione del
torace e delle strutture in esso contenute. Data la capacità dell’invecchiamento di simulare alcuni quadri caratteristici di diverse malattie respiratorie, la sfida per il radiologo
come per il clinico è quella di saper distinguere il fisiologico dal patologico, l’anziano sano
da quello malato, ai fini di poter fornire a ciascuno il trattamento più appropriato.
In altre parole, i medici che si occupano di assistenza a soggetti anziani devono considerare che la variabilità nel normale è molto maggiore nell’anziano e che tutte le procedure diagnostiche dovrebbero essere considerate nel contesto della sintomatologia.
Capitolo 14 · Invecchiamento dell’apparato respiratorio
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