I polmoni e il cuore sono irrevocabilmente legati nelle loro funzioni di trasporto di ossigeno e CO2. La compromissione funzionale dei polmoni spesso influisce sulla funzione cardiaca, e la compromissione funzionale del cuore spesso influisce sulla funzione polmonare. Nei pazienti con insufficienza cardiaca congestizia cronica (CHF), la dispnea da sforzo è un sintomo comune, e lo sforzo ventilatorio è aumentato ad un dato carico di lavoro da esercizio nonostante i gas arteriosi normali. In questo numero di Circulation, l’aumento della ventilazione da sforzo nell’insufficienza cardiaca è segnalato per contenere informazioni prognostiche che si estendono oltre quelle fornite dall’assorbimento massimo di ossigeno (V̇o2max), dalla frazione di eiezione ventricolare sinistra o dalla classificazione funzionale NYHA.1 I loro dati indicano che la ripidità con cui la ventilazione aumenta rispetto alla produzione di CO2 durante l’esercizio incrementale, da sola o in combinazione con V̇o2max, frazione di eiezione ventricolare sinistra e classificazione NYHA, può essere uno strumento sensibile per prevedere la sopravvivenza senza eventi dei pazienti con CHF. Un tale strumento può essere importante per valutare la necessità di un trapianto di cuore o per seguire l’efficacia delle misure terapeutiche; può essere valutato a carichi di lavoro submassimali ed è più facile da misurare rispetto a V̇o2max.

L’alta ventilazione (V̇e) rispetto alla produzione di CO2 (V̇co2) nell’insufficienza cardiaca non è una nuova osservazione,23456 ma la sua potenziale utilità come strumento prognostico per valutare la gravità dell’insufficienza è relativamente nuova. Forse ancora più importante, tuttavia, è ciò che gli studi di Kleber et al,1 che utilizzano questo strumento, ci dicono sull’alterazione dello scambio di gas nell’insufficienza cardiaca e la sua relazione con l’alterazione dello scambio di gas nella malattia polmonare.

Perché l’alto livello di spinta ventilatoria nell’insufficienza cardiaca può predire la sopravvivenza, deve contenere informazioni importanti su come la disfunzione ventricolare sinistra influisce sul polmone o sul controllo ventilatorio. La prima cosa che dobbiamo esaminare, quindi, è quali informazioni di base sono contenute nella pendenza della relazione tra ventilazione (V̇e) e produzione di CO2 (V̇co2). L’equazione alveolare modificata7 descrive concisamente i determinanti della ripidità con cui V̇e sale rispetto a V̇co2:

La relazione tra V̇e e V̇co2 dall’equazione 1 è lineare in un ampio intervallo, e la sua pendenza è determinata solo da 2 fattori: (1) il comportamento della tensione arteriosa di CO2 durante l’esercizio e (2) il rapporto Vd/Vt. Se la Paco2 è spinta verso il basso da un’elevata spinta ventilatoria dai chemorecettori periferici o dagli ergorecettori nel muscolo scheletrico, la pendenza del rapporto V̇e/V̇co2 aumenterà, o se Vd/Vt è alta, la pendenza V̇e/V̇co2 aumenterà. L’aumento del guadagno dei chemorecettori si osserva spesso nell’insufficienza cardiaca grave8 , per esempio nei pazienti con respirazione di Cheyne-Stokes, ma l’aumento del guadagno dei chemorecettori da solo non farà scendere la Paco2 a meno che il set point intorno al quale la Paco2 è controllata sia depresso o a meno che la spinta ipossica o la spinta degli ergorecettori sia elevata. La maggior parte degli studi suggerisce che i gas ematici sono normali nei pazienti con CHF4 e che la Paco2 rimane la stessa o diminuisce modestamente dal riposo al picco di esercizio, non diversamente dai controlli normali. Ci sono 2 potenziali fonti per un elevato rapporto Vd/Vt: (1) un basso volume corrente (Vt) rispetto a uno spazio morto anatomico normale o (2) uno spazio morto fisiologico anormalmente alto. I pazienti con CHF hanno spesso un volume corrente ridotto durante l’esercizio pesante, il che aumenterebbe il rapporto Vd/Vt; tuttavia, è stato stimato che solo il ≈33% dell’aumento della ventilazione dello spazio morto nell’CHF può essere spiegato da un basso Vt.25

Le informazioni attuali suggeriscono che la fonte principale di una pendenza V̇e/V̇co2 anormalmente ripida nell’insufficienza cardiaca è l’aumento della non uniformità dei rapporti ventilazione-perfusione (V̇/Q̇), che causa uno scambio di gas inefficiente. Tuttavia, una parola di cautela è ancora necessaria. La conclusione di cui sopra si basa su prove indirette. Non sono stati fatti confronti diretti della Paco2 e della ventilazione dello spazio morto in pazienti con e senza CHF con un’alta pendenza V̇e/V̇co2 durante l’esercizio. Tali confronti sono necessari.

Quale potrebbe essere la fonte di una maggiore non uniformità dei rapporti V̇/Q̇ polmonari nell’insufficienza cardiaca e perché fornirebbe informazioni prognostiche non fornite dalla V̇o2max? I volumi polmonari e la funzione ventilatoria nei pazienti con CHF studiati da Kleber et al1 erano relativamente normali, e la saturazione di ossigeno nel sangue arterioso al picco di esercizio era normale, come è generalmente il caso in CHF in assenza di malattia polmonare coesistente. Questo modello di un alto rapporto Vd/Vt con gas sanguigni arteriosi normali suggerisce che la non uniformità dei rapporti V̇/Q̇ nel polmone è più probabilmente causata da una maggiore non uniformità della perfusione che della ventilazione. Quando la capacità ventilatoria rimane normale, lo scambio inefficiente di gas causato da una distribuzione anormale della perfusione di solito può essere ben compensato durante l’esercizio aumentando la ventilazione abbastanza da mantenere una normale Paco2 e una normale saturazione arteriosa di O2. Questo non è vero nella grave malattia polmonare cronica ostruttiva, in cui non solo la ventilazione e la perfusione sono mal assortite, ma anche gli aumenti compensatori della ventilazione sono limitati dall’elevata resistenza al flusso d’aria; durante l’esercizio, la Paco2 aumenta e la saturazione arteriosa di O2 scende. Nei pazienti con CHF studiati da Kleber et al1 con alte pendenze V̇e/V̇co2, la capacità polmonare totale media (TLC), la capacità vitale (VC) e la capacità di diffusione polmonare (Dlco) erano significativamente più basse rispetto ai pazienti con una pendenza V̇e/V̇co2 normale, ma la saturazione arteriosa di O2 è rimasta normale al picco dell’esercizio. Dlco è di solito ridotto in grave CHF9101112 e correla significativamente con V̇o2max. Una modesta riduzione di Dlco può riflettere una riduzione più grave della vera capacità di diffusione di membrana (Dmco), perché il basso Dmco in CHF può essere controbilanciato da un elevato volume di sangue capillare polmonare (Vc). Nei pazienti con CHF grave (NYHA classe III) studiati da Puri et al,9 Dmco era il 35% del controllo, mentre Dlco è stato ridotto solo al 55% del controllo a causa di un elevato Vc (144% del controllo). La bassa Dmco implica che la capacità di diffusione dell’ossigeno (Dlo2) è ridotta in modo corrispondente, che a sua volta ridurrà il tasso di ossigenazione del sangue che perfonde i polmoni e, se la portata cardiaca è abbastanza alta, causerà una diminuzione della saturazione di ossigeno del sangue che lascia il polmone durante l’esercizio. Alcuni di questi cambiamenti nella capacità di diffusione e nella ventilazione dello spazio morto sono reversibili con gli ACE-inibitori e i diuretici, riflettendo l’edema polmonare interstiziale subclinico.513 Tuttavia, la persistenza di un basso Dlco dopo il trapianto di cuore14 implica ulteriori cambiamenti strutturali nella microvasculatura, che è confermato da studi morfologici. Le arterie e le arteriole muscolari mostrano ipertrofia mediale e fibrosi intimale e avventizia con restringimento dei lumi vascolari.15 Le proteine della matrice sono aumentate nelle pareti alveolari e le membrane basali capillari sono ispessite1617 ; questi cambiamenti probabilmente iniziano molto presto in risposta a un aumento cronico della pressione sanguigna capillare polmonare da qualsiasi causa.18

A fronte di un rapporto Vd/Vt anormalmente elevato e di una significativa riduzione della Dlo2 nei pazienti con CHF grave, perché il trasporto massimale di ossigeno non è parzialmente limitato da un alterato scambio gassoso associato a un aumento della Paco2 e a una caduta della saturazione arteriosa di O2 durante l’esercizio, come avviene di solito nelle malattie polmonari con anomalie simili? Ci sono 2 ragioni: (1) La capacità ventilatoria massima è ben mantenuta nell’insufficienza cardiaca e può compensare l’elevata Vd/Vt, portando la Paco2 a livelli normali al picco dell’esercizio e mantenendo una tensione di ossigeno alveolare normale o elevata. (2) La gittata cardiaca massima (Q̇max) nell’insufficienza cardiaca è ridotta più di quanto lo sia la Dlo2; quindi, il rapporto Dlo2/Q̇ non scende mai abbastanza in basso durante l’esercizio per causare una caduta della saturazione di O2 del sangue che lascia il polmone.7

Sono la bassa gittata cardiaca massima e l’alterata estrazione periferica di O2 che compromettono principalmente il trasporto di ossigeno nell’insufficienza cardiaca,419 non lo scambio di gas polmonari; i gas del sangue arterioso rimangono normali. Tuttavia, la ridotta efficienza dello scambio gassoso nell’insufficienza cardiaca riflessa dalla ripida relazione tra V̇e e V̇co2 è probabilmente una fonte importante della dispnea da sforzo con gas sanguigni arteriosi normali.

Quindi, l’insufficienza cardiaca ventricolare sinistra ha effetti importanti sulla funzione polmonare, proprio come la malattia polmonare ha effetti importanti sulla funzione cardiovascolare. L’applicazione di una misurazione che quantifica l’efficienza degli scambi gassosi durante l’esercizio come indice della gravità dell’insufficienza cardiaca e dell’aspettativa di vita nell’insufficienza cardiaca sottolinea l’importante collegamento funzionale tra il cuore e i polmoni. La misurazione utilizzata è semplice e può essere applicata anche a bassi livelli di esercizio. Va sottolineato, tuttavia, che la misurazione, vale a dire la pendenza della relazione tra V̇e e V̇co2 durante l’esercizio, non è specifica ed è frequentemente anormalmente ripida nella malattia polmonare primaria così come nell’insufficienza cardiaca, anche se di solito associata a gas arteriosi anormali nella malattia polmonare. Quindi, la misurazione utilizzata da Kleber et al1 deve essere interpretata nel contesto. Per sottolineare questo, un confronto tra i determinanti primari della compromissione dello scambio gassoso nell’insufficienza cardiaca, nella malattia polmonare ostruttiva cronica e nella malattia polmonare interstiziale con blocco capillare alveolare20 sono mostrati nella tabella.

Nella tabella, le frecce, che puntano in alto o in basso, indicano il cambiamento di direzione dei determinanti chiave in ogni fase del trasporto di ossigeno per ogni condizione. La tabella è eccessivamente semplificata, ma è concettualmente utile. Nell’insufficienza cardiaca, il danno primario del trasporto di ossigeno è imposto da una ridotta portata cardiaca massima (Q̇max), indicata da una freccia in grassetto che punta verso il basso. Nei pazienti con malattia polmonare ostruttiva cronica, il danno primario del trasporto di ossigeno è imposto da una ridotta ventilazione massima (V̇emax) con scambio di gas inefficiente, e nei pazienti con malattia polmonare interstiziale con blocco capillare alveolare, il danno primario è imposto da una ridotta Dlo2. In tutti questi disturbi, l’ineguale corrispondenza V̇/Q̇ aumenta il rapporto Vd/Vt e compromette l’efficienza dell’escrezione di CO2 dal polmone; se la ventilazione può essere aumentata abbastanza durante l’esercizio crescente per impedire l’aumento della Paco2, la pendenza V̇e/V̇co2 sarà più ripida del normale nelle malattie polmonari così come nell’insufficienza cardiaca, come indicato dal termine tra parentesi nell’equazione 1. Nella grave malattia polmonare cronica ostruttiva, la Paco2 aumenterà con l’aumento del carico di esercizio e la pendenza V̇e/V̇co2 può diventare bassa anche se Vd/Vt è alta.19 La malattia polmonare coesistente può alterare significativamente il modello previsto di scambio di gas nell’insufficienza cardiaca. Quindi, bisogna mettere in guardia che se un paziente con CHF ha una significativa malattia polmonare coesistente, l’applicazione della pendenza V̇e/V̇co2 per prevedere la sopravvivenza, come proposto da Kleber et al,1 diventa non valida.

In sintesi, i dati disponibili suggeriscono che l’CHF cronico induce cambiamenti strutturali e l’edema polmonare interstiziale nei polmoni, che compromettono l’efficienza dello scambio di gas; la portata di questi cambiamenti riflette la gravità dell’CHF e probabilmente la sua durata. Fisiologicamente, questi cambiamenti strutturali si manifestano con un aumento del rapporto tra spazio morto e volume corrente (Vd/Vt), che causa una ventilazione anormalmente elevata durante l’esercizio. Di solito si manifestano anche con una riduzione della capacità di diffusione del polmone (Dlco), che varia con la gravità della CHF. Anche se l’entità di questi cambiamenti fisiologici nella funzione polmonare può riflettere la gravità dell’insufficienza cardiaca ed essere un importante fattore predittivo della sopravvivenza, l’inefficienza degli scambi gassosi non è la causa principale della ridotta capacità di esercizio. Il ridotto trasporto massimale di ossigeno nell’insufficienza cardiaca è causato da una bassa portata cardiaca massimale e forse da un’alterata estrazione periferica di ossigeno; la Paco2 arteriosa e la saturazione arteriosa di O2 al picco di esercizio rimangono normali. Anche se i gas sanguigni arteriosi rimangono normali, lo scambio inefficiente di gas può essere una fonte importante di iperpnea e dispnea da sforzo. Il modello di scambio anormale di gas durante l’esercizio in CHF differisce chiaramente da quello nella malattia polmonare primaria; i problemi di interpretazione sorgono quando CHF e malattia polmonare primaria coesistono.

Le opinioni espresse in questo editoriale non sono necessariamente quelle dei redattori o dell’American Heart Association.

Note