Cinetica dei gas anestetici (assorbimento e distribuzione) by E. Feltri

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Cinetica dei gas anestetici
(assorbimento e distribuzione)
Emilio Feltri
Med Vet, Castel Nuovo Scrivia, Alessandria
Lo studio e la conoscenza dell’assorbimento e della distribuzione dei gas anestetici è indispensabile quanto la conoscenza della cinetica dei farmaci iniettabili al fine di produrre
una concentrazione utile (sufficiente a permettere un intervento chirurgico) di anestetico volatile nel distretto cerebrale, cardiaco, muscolare.
Inoltre il diffondersi in medicina veterinaria dei circuiti
di rirespirazione e l’approccio sempre più diffuso di tecniche
a basso e minimo flusso di gas fresco rende questa conoscenza obbligatoria da parte dell’anestesista.
Rivedremo concetti come “Mac”, rapporto tra frazione
alveolare (Fa) e frazione inspirata (Fi) di un gas anestetico,
compartimentazione dei gas, tessuti molto vascolarizzati e
poco vascolarizzati, solubilità dei gas, influenza della fisiopatologia cardiaca sugli scambi etc.
Rapporto tra Frazione inspirata (Fi)
e Frazione alveolare (Fa)
Il primo concetto da ricordare per capire questo rapporto
è quello della Minima concentrazione alveolare di un gas
anestetico (Mac) che ad un’atmosfera è in grado di produrre
immobilità nel 50% dei sottoposti ad uno stimolo nocicettivo sovramassimale.
Per ottenere lo stesso risultato nel 95% dei soggetti è
necessario spingersi a 1,2/ 1,4 volte la Mac.
Nel concetto ben conosciuto ai molti si nota come è
introdotto un dato di pressione (un’atmosfera), ed è proprio
alle leggi fisiche della pressione parziale dei gas che si rifà
la cinetica.
Agire e controllore l’anestesia volatile o inalatoria è
come dire di agire sulla pressione parziale del gas anestetico
nel distretto cerebrale.
L’anestetico si sposterà sempre in ragione di una pressione minore fino al raggiungimento di un equilibrio.
Dunque, dei vari passaggi, il più importante è dato dal
rapporto tra la frazione inspirata e quella alveolare del gas.
Per semplificare si potrebbe dire che usando “circuiti
paziente” semiaperti (ad alti flussi) si ha il controllo diretto della frazione inspirata; mentre si parlerà di frazione
somministrata nell’uso dei circuiti. La “Fa” di un gas determina in ultimo le pressioni parziali nei vari distretti tissutali dove le frazioni tenderanno ad eguagliarsi alla frazione
alveolare stessa.
Due sono i fattori che influenzano il rapporto Fa/Fi uno
è la stessa Fi e l’altro è la Ventilazione alveolare.
Quest’ultimo fattore agisce in modo direttamente proporzionale ecco perché se tale funzione fisiologica non è
depressa marcatamente oppure se è guidata meccanicamente si ha più velocemente la tendenza ad uno del rapporto.
A contrastare questo evento vi è l’assorbimento dell’anestetico da parte del sangue.
Quindi la Fa di un gas volatile anestetico è la risultante
dell’equilibrio tra ventilazione, Fi ed assorbimento (entrate ed
uscite per rendere facile l’apprendimento) del gas medesimo.
Il concetto è fin qui molto facile se l’assorbimento
rimuoverà la metà di gas la Fa sarà 1/2 della Fi…etc.
Assorbimento del gas anestetico
L’interazione di tre fattori determina l’assorbimento dell’anestetico.
Solubilità (λ), Gittata cardiaca (Q) e delta tra pressione
parziale alveolare e pressione venosa (Pa-Pv).
La relazione completa considera anche la pressione atmosferica:
• Assorbimento = λ x Q x (A-v)/BP
Essendo la relazione un prodotto il tendere di uno qualsiasi dei fattori a zero porta a zero tutto il rapporto dunque
l’assorbimento.
Pensiamo ad esempio ad un gas poco solubile come il
Sevoflurano (0,65) oppure ad una condizione di anestesia
molto profonda con drastica riduzione della gittata porterebbero l’assorbimento verso lo zero cosiché la Fa del gas
sarebbe determinata più che altro dalla ventilazione ed il
rapporto Fa/Fi tenderebbe rapidamnete ad uno (Equilibrio).
Analizziamo ora i tre fattori in gioco.
• Solubilità: si tratta di un coefficiente di partizione che
descrive come un gas anestetico si distribuisce tra due
fasi (gas/sangue) o tra due solventi (sangue/muscolo) una
volta raggiunto l’equilibrio. Si potrebbero ricavare tre
gruppi di gas in base alla solubilità, quelli poco solubili
come protossido, sevoflurano e desflurano (0,45, 0,65,
0,47); quelli intermedi come l’isoflurano ed alotano
(1,4, 2,4) e quelli molto solubili come il metoxiflurano
(15). Dire che la solubilità dell’isoflurano è 1,4 è come
dire che all’equilibrio (ugual pressione tra i compartimenti analizzati) la concentrazione plasmatica dell’isoflurano sarà 1,4 volte maggiore la concentrazione alveolare oppure che il contenuto dell’anestetico in un millilitro di sangue sarà maggiore di 1,4 volte il contenuto
possibile in un millilitro di gas alveolare. Per taluni gas
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molto solubili come il metoxiflurano diverrà difficile
raggiungere il cervello e dunque l’effetto anestetico sarà
tardivo ecco perché vengono somministarti in sovrapressione.
• Gittata Cardiaca: l’aumento della gittata ha come diretta conseguenza la diminuzione della Fa infatti l’alveolo
viene svuotato maggiormente se contattato da flussi
ematici più elevati. Quindi il discorso è identico a quello
fatto per la solubilità.
• Gradiente Alveolo-Venoso: questo gradiente è la diretta
conseguenza dell’assorbimento tissutale dell’anestetico.
Come per l’assorbimento ematico anche per quello tissutale i fattori in gioco sono gli stessi; solubilità tissutale,
vascolarizzazione e flusso tissutale e gradiente artero
venoso tissutale. Di nuovo la tendenza a zero di uno dei
fattori determina un assorbimento tissutale nullo. Se poi è
vero che la solubilità sangue/gas varia da 0,4 (desflurano)
a 15 (metoxiflurano) è altrettanto vero che invece la solubilita sangue / tessuto è simile per le categorie di tessuti in
esame. Anche in questo caso il coefficiente identifica il
rapporto tra le concentrazioni di anestetico. Quello che
diviene importante è la perfusione di un tessuto infatti
vengono identificati i seguenti gruppi tissutali: Molto
vascolarizzati (cervello, cuore, rene) intermedi (muscoli,
adipe) poco vascolarizzati (tendini, osso). Questa assunzione ci deve fare capire come un tessuto molto vascolarizzato capterà anestetico e raggiungerà la saturazione o
equilibrio molto più rapidamente di un tessuto povero di
vasi. Il cervello (alta perfusione per grammo di tessuto) si
equilibrerà molto rapidamente mentre un muscolo che circa è deficitario di venti volte la prefusione cerebrale
impiegherà proprio venti volte di più in termini di tempo a
raggiungere l’equilibrio con la pressione arteriosa del gas.
La banale somma algebrica dell’assorbimento dei tessuti
determina la differenza di pressione tra alveoli e distretto
venoso: Assorbimento polmonare.
Ad un certo momento tuttavia la frazione alveolare del gas
dipenderà dalla ventilazione alveolare e dall’assorbimento che
si opporrà alla precedente in modo diverso a seconda della
solubilità del gas in questione come dimostrato dalla figura 1.
Una volta raggiunto un equilibrio in realtà non rimarrà
costante infatti il rapporto tra le frazioni alveolare ed inspirata crescerà anche se molto più lentamente , questo evento
è dovuto alla saturazione dei tessuti molto vascolarizzati che
hanno compartimentato il gas e quindi non assorbono più.
L’assorbimento passerà ai tessuti muscolari ed altri molto meno perfusi che daranno quindi una lenta salita al rapporto Fa/Fi.
Influenza della ventilazione e della gittata
cardiaca sul rapporto Fa/Fi
Sintetizzando si può asserire che la genesi della frazione
alveolare di un gas anestetico volatile dipende da tutti i fattori sopraelencati ventilazione, solubilità e perfusione e che
per tutti i gas nelle fasi iniziali il rapporto Fa/Fi aumenta
rapidamente poiché non vi è gradiente ....ovvio prima bisogna compartimentare il gas.
Le conseguenze d’alterazioni fisiopatologiche di ventilazione e gittata si traducono in cambiamenti della distribuzione polmonare dei gas anestetici e modificazioni del rapporto Fa/Fi.
Per quel che riguarda la ventilazione è lecito pensare che
aumentandola il rapporto tenderà più velocemente ad uno (Fig.
2). Va tuttavia tenuto conto della solubilità dell’agente in questione; infatti, un agente poco solubile determinerà una velocità
maggiore nel portare il rapporto ad uno rispetto ad un agente più
solubile e soprattutto anche in condizione di ipoventilazione.
In sintesi, mentre la ventilazione sarà meno influente sul
cambiamento del rapporto Fa/Fi se l’agente è poco solubile,
sarà invece proporzionalmente sempre più determinante all’aumentare la solubilità dell’agente.
Da un punto di vista pratico quindi aumenti della ventilazione o passaggi della stessa da una condizione di spontaneità
ad una di controllo meccanico producono un aumento dell’effetto anestetico con conseguente notevole approfondimento.
Gli stessi anestetici influenzano la ventilazione e quindi
il proprio assorbimento; una sorta di autoregolazione a feedback negativo sulla concentrazione alveolare.
Considerare solo la ventilazione tuttavia è forviante del
fatto che anche le modificazioni della Gittata cardiaca vanno
a modificare il rapporto Fa/Fi (Fig. 3).
Un aumento della gittata aumenta l’assorbimento e dunque si oppone all’incremento del rapporto Fa/Fi.
Figura 1
Figura 2
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Figura 3
Figura 5
Anche qui la solubilità dell’agente gioca un ruolo importante, infatti, per agenti poco solubili le variazioni della gittata hanno scarso effetto sul rapporto.
Anche nei riguardi della gittata gli anestetici producono
un’autoregolazione a feed-back positivo sul raporto Fa/Fi.
Infine considerando ambedue i fattori ventilazione e gittata
come, in effetti, potrebbe accadere in fisiologia, se aumentassero entrambi si potrebbe pensare che la velocità di incremento
del rapporto Fa/Fi non varierebbe di molto.
Tuttavia, come dimostrato dalla Figura 4, all’aumentare della ventilazione e perfusione proporzionalmente la velocità dell’incremento del rapporto Fa/Fi aumenta, questo perché in
sostanza è aumentata la velocità d’equilibrio anestetico tissutale.
Infine non va scordato un fattore importante che è la concentrazione con cui viene somministrato un gas che influenza la rapidità di crescita del rapporto Fa/Fi come si nota dalla Figura 5.
Figura 4
Indirizzo per la corrispondenza:
Emilio Feltri - E-mail: [email protected]
This manuscript is reproduced in the IVIS website with the permission of the Congress Organizing Committee