ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΙΣ ΚΛΙΝΙΚΕΣ- ΚΛΙΝΙΚΟΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΕΙΔΙΚΟΤΗΤΕΣ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΥΓΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΙΑΤΡΙΚΗΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΙΣ ΚΛΙΝΙΚΕΣ- ΚΛΙΝΙΚΟΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΕΙΔΙΚΟΤΗΤΕΣ ΠΑΘΟΛΟΓΙΚΗ ΚΛΙΝΙΚΗ ΓΑΣΤΡΕΝΤΕΡΟΛΟΓΙΚΟ ΤΜΗΜΑ ΔIEYΘΥΝΤΡΙΑ: ΒΑΣΙΛΙΚΗ ΝΙΚΟΛΟΠΟΥΛΟΥ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΑΝΑΠΝΕΥΣΤΙΚΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΜΕ ΕΡΓΟΣΠΙΡΟΜΕΤΡΙΑ ΣΕ ΑΣΘΕΝΕΙΣ ΜΕ ΓΑΣΤΡΟΟΙΣΟΦΑΓΙΚΗ ΠΑΛΙΝΔΡΟΜΙΚΗ ΝΟΣΟ ΧΡΗΣΤΟΣ ΓΙΑΝΝΙΚΟΥΛΗΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΠΑΤΡΑ

2 2

3 ΤΡΙΜΕΛΗΣ ΣΥΜΒΟΥΛΕΥΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΒΑΣΙΛΙΚΗ ΝΙΚΟΛΟΠΟΥΛΟΥ Επιβλέπουσα Καθηγήτρια ( Καθηγήτρια Γαστρεντερολογίας) ΚΩΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΣΠΥΡΟΠΟΥΛΟΣ Μέλος Τριμελούς Συμβουλευτικής Επιτροπής (Καθηγητής Πνευμονολογίας) ΜΑΡΚΟΣ ΜΑΡΑΓΚΟΣ Μέλος Τριμελούς Συμβουλευτικής Επιτροπής (Αναπληρωτής Καθηγητής Παθολογίας ) ΕΠΤΑΜΕΛΗΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΒΑΣΙΛΙΚΗ ΝΙΚΟΛΟΠΟΥΛΟΥ Επιβλέπουσα Καθηγήτρια ( Καθηγήτρια Γαστρεντερολογίας) ΚΩΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΣΠΥΡΟΠΟΥΛΟΣ Μέλος Επταμελούς Εξεταστικής Επιτροπής (Καθηγητής Πνευμονολογίας) ΜΑΡΚΟΣ ΜΑΡΑΓΚΟΣ Μέλος Επταμελούς Εξεταστικής Επιτροπής (Αναπληρωτής Καθηγητής Παθολογίας Λοιμώξεων) ΙΩΑΝΝΗΣ ΣΤΑΡΑΚΗΣ Μέλος Επταμελούς Εξεταστικής Επιτροπής ( Αναπληρωτής Καθήγητής Παθολογίας) ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΘΩΜΟΠΟΥΛΟΣ Μέλος Επταμελούς Εξεταστικής Επιτροπής ( Επίκουρος Καθήγητής Γαστρεντερολογίας) ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΠΑΝΟΣ Μέλος Επταμελούς Εξεταστικής Επιτροπής (Επίκουρος Καθηγητής Παθολογίας Λοιμώξεων) ΚΥΡΙΑΚΟΣ ΚΑΡΚΟΥΛΙΑΣ Μέλος Επταμελούς Εξεταστικής Επιτροπής ( Λέκτορας Πνευμονολογίας) 3

4 4

5 Στην μνήμη του πατέρα μου Στην συζυγό μου Νάντια Στις κόρες μου Σίσσυ, Ζέτα 5

6 6

7 ΠΡΟΛΟΓΟΣ H παρούσα διατριβή εκπονήθηκε στο Γαστρεντερολογικό Τμήμα της Παθολογικής Κλινικής του Πανεπιστημιακού Νοσοκομείου Πατρών από 1/10/2006 έως 28/12/2008. Σκοπός της ήταν να μπορέσει να διασαφηνίσει όσο το δυνατόν μια πτυχή της σχέσης μεταξύ της γαστροοισοφαγικής παλινδρομικής νόσου και του αναπνευστικού συστήματος. Δεδομένου ότι η γαστροοισοφαγική παλινδρομική νόσος συχνά συνοδεύεται από αναπνευστικά συμπτώματα θέλαμε να διερευνήσουμε κατά πόσο ταυτόχρονα συνοδεύεται και από διαταραχή της αναπνευστικής λειτουργίας. Πρόκειται για ένα θέμα το οποίο έως τώρα δεν έχει μελετηθεί επαρκώς. Ο έλεγχος της αναπνευστικής λειτουργίας πραγματοποιήθηκε με καρδιοαναπνευστική δοκιμασία κόπωσης (εργομετρία) σε συνεργασία με το Πνευμονολογικό Τμήμα της Παθολογικής Κλινικής του Πανεπιστημιακού Νοσοκομείου Πατρών. Επιθυμώ να ευχαριστήσω θερμά την Επιβλέπουσα Καθηγήτρια Γαστρεντερολογίας κα Βασιλική Νικολοπούλου για την υποστήριξη και την καθοδήγηση που μου πρόσφερε κατά την εκπόνηση της διατριβής καθώς και τους καθηγητές Κώστα Σπυρόπουλο (Καθηγητή Πνευμονολογίας) και Μάρκο Μαραγκό (Αναπληρωτή Καθηγητή Παθολογίας Λοιμώξεων) για την συμβολή τους στην εκπόνηση της διατριβής ως μέλη της Τριμελούς Συμβουλευτικής Επιτροπής. Επίσης ιδιαίτερα ευχαριστώ τον Επίκουρο Καθηγητή Γαστρεντερολογίας Κώστα Θωμόπουλο για την βοήθεια που μου πρόσφερε καθώς και τον Λέκτορα Πνευμονολογίας Κυριάκο Καρκούλια για την γόνιμη συνεργασία και την διενέργεια των καρδιοαναπνευστικών δοκιμασιών τις οποίες αυτός διεξήγαγε. Χωρίς την βοήθεια τους η εκπόνηση της παρούσας διατριβής θα ήταν αδύνατη. Τέλος επιθυμώ να ευχαριστήσω το ιατρικό και παραϊατρικό προσωπικό των ενδοσκοπικών τμημάτων του Γαστρεντερολογικού και της Πνευμονολογικού Τμήματος για την συνεργασία και την βοήθεια τους. 7

8 8

9 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΠΡΟΛΟΓΟΣ σελ. 7 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ σελ. 9 ΓΕΝΙΚΟ ΜΕΡΟΣ σελ. 11 Ανατομία οισοφάγου σελ. 11 Φυσιολογία οισοφάγου σελ. 13 Ανατομία κατωτέρου αναπνευστικού σελ. 17 Φυσιολογία κατωτέρου αναπνευστικού σελ. 19 Φυσιολογία της άσκησης σελ. 23 Αρχές εργοσπιρομετρίας σελ. 31 Γαστροοισοφαγική παλινδρομική νόσος σελ. 40 ΕΙΔΙΚΟ ΜΕΡΟΣ σελ. 53 Σκοπός της μελέτης σελ. 53 Υλικό-μέθοδος σελ. 54 Αποτελέσματα σελ. 58 Συζήτηση σελ. 67 Πίνακες σελ. 83 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΠΕΡΙΛΗΨΗ σελ.103 ΑΓΓΛΙΚΗ ΠΕΡΙΛΗΨΗ σελ.105 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ σελ.107 9

10 10

11 Α. ΓΕΝΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΑΝΑΤΟΜΙΑ ΟΙΣΟΦΑΓΟΥ Ο οισοφάγος είναι εκείνο το κοίλο όργανο που χρησιμεύει ως αγωγός για την μεταφορά της τροφής από την στοματική κοιλότητα στον στόμαχο (σχήμα 1). Για να φέρει σε πέρας αυτή την λειτουργία ασφαλώς και αποτελεσματικά, αποτελείται από έναν μακρύ κοίλο μυϊκό σωλήνα μήκους εκ με ένα εσωτερικό στρώμα από πολύστοιβο πλακώδες επιθήλιο. Ο οισοφάγος άρχεται από τον αυχένα, στο ύψος του κρικοειδούς χόνδρου περίπου 18 εκ από τον φραγμό των οδόντων. Το οισοφαγικό σώμα κείτεται μέσα στο οπίσθιο μεσοθωράκιο πίσω από την τραχεία και τους αριστερούς κύριους βρόγχους και στρέφεται αριστερά για να περάσει πίσω από την καρδιά και μπροστά από την αορτή (1).Στο ύψος του Θ10 θωρακικού σπονδύλου το σώμα του οισοφάγου εγκαταλείπει το θώρακα δια ενός τρήματος που εντοπίζεται στο δεξιό σκέλος του διαφράγματος και ενώνεται με τον στόμαχο, κάτω από αυτό (1). Κατά την ενδοσκόπηση, ο οισοφαγικός βλεννογόνος εμφανίζεται λείος και ροδαλός. Επιπρόσθετα η γαστροοισοφαγική συμβολή αναγνωρίζεται από την παρουσία ακανόνιστης λευκής Ζ-γραμμής, μεταξύ του υπερκείμενου οισοφαγικού βλεννογόνου και του υποκείμενου γαστρικού βλεννογόνου ο οποίος χαρακτηρίζεται από εντονότερο ερυθρό χρώμα σε σχέση με τον προηγούμενο. Ο μυϊκός χιτώνας του οισοφάγου είναι υπεύθυνος για την κινητικότητα του. Το εγγύς 5-33% του οισοφάγου αποτελείται αποκλειστικά από γραμμωτούς μύες ενώ το άπω 33% αποκλειστικά από λείους σπλαχνικούς μύες. Ενδιάμεσα επικρατεί ένα μίγμα και των δύο τύπων(2). Εγγύς ο οισοφάγος άρχεται από το σημείο όπου ο άνω οισοφαγικός σφιγκτήρας ενώνεται με τον κρικοφαρυγγικό, μια περιοχή σκελετικού μυός γνωστή ως ο άνω οισοφαγικός σφιγκτήρας (ΑΟΣ). Ο ΑΟΣ συσπάται κατά την ηρεμία ώστε να εμποδίσει τον εισπνεόμενο αέρα να εισέλθει στον οισοφάγο. Κάτω από τον ΑΟΣ το οισοφαγικό τοίχωμα αποτελείται από έσω κυκλοτερείς και έξω 11

12 επιμήκεις στοιβάδες μυός. Εντός του διαφραγματικού τρήματος το σώμα του οισοφάγου καταλήγει σε έναν ασύμμετρα παχυσμένο λείο μυ μήκους 2-4 εκ, γνωστό ως ο κάτω οισοφαγικός σφιγκτήρας(κοσ)(3). Ο φρενοοισοφαγικός σύνδεσμος ο οποίος ξεκινά από την εγκάρσια περιτονία του διαφράγματος και καταλήγει στον κατώτερο οισοφάγο συμβάλει στην σταθεροποίηση του ΚΟΣ εντός του διαφραγματικού τρήματος. Αυτή η θέση είναι ευνοϊκή γιατί επιτρέπει στις συσπάσεις του διαφράγματος να ενισχύσουν τον ΚΟΣ ώστε να διατηρεί μια ζώνη υψηλής πίεσης κατά την άσκηση. Ο ΚΟΣ συσπάται κατά την ηρεμία δημιουργώντας μια ζώνη υψηλής πίεσης η οποία εμποδίζει το γαστρικό περιεχόμενο να εισέλθει στον οισοφάγο. Κατά την κατάποση ο ΚΟΣ χαλαρώνει για να επιτρέψει στον βλωμό να περάσει με την περίσταλση από τον οισοφάγο στον στόμαχο (4). Σχήμα 1 12

13 ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΟΙΣΟΦΑΓΟΥ Λειτουργικά ο οισοφάγος διαιρείται σε τρεις ζώνες: τον ΑΟΣ, το οισοφαγικό σώμα και τον ΚΟΣ. Η λειτουργία των οισοφαγικών σφιγκτήρων συντονίζεται τόσο από την δραστηριότητα του οισοφαγικού σώματος, όσο και από την δραστηριότητα του στοματοφάρυγγα και του στομάχου οι οποίοι συνδέονται με τον ΑΟΣ και τον ΚΟΣ αντιστοίχως (4). Λειτουργία άνω οισοφαγικού σφιγκτήρα (ΑΟΣ). Κατά την ηρεμία ο ΑΟΣ κλείνει τονικά ως αποτέλεσμα συνεχούς νευρικής διέγερσης (5) αν και εν μέρει o τόνος υφίσταται παθητικά. Η νευρική διέγερση παύει με την κατάποση, κατά την διάρκεια του ύπνου και μετά την χορήγηση γενικής αναισθησίας οπότε η πίεση του ΑΟΣ μειώνεται περίπου στα 10mmHg (6). Επίσης ο ΑΟΣ αντανακλαστικά χαλαρώνει κατά τον έμετο, τις ερυγές και την οξεία οισοφαγική διάταση προκειμένου να αποβληθεί το οισοφαγικό περιεχόμενο και να αποσυμπιεσθεί ο οισοφάγος (7). Αντίθετα η νευρική διέγερση εντείνεται και η πίεση του ΑΟΣ αυξάνει με κάθε εισπνοή ή με το βήχα (8). Επίσης η πίεση του ΑΟΣ αυξάνει κατά το χειρισμό Valsava, τον πνιγμό και την δευτερογενή περίσταλση (9). Περί τα δευτερόλεπτα μετά την έναρξη της κατάποσης ο ΑΟΣ χαλαρώνει για περίπου 1 δευτερόλεπτο γεγονός το οποίο, σε συνδυασμό με την σύσπαση των μυών του στοματοφάρυγγα επιτρέπει την δίοδο του βλωμού προς τον οισοφάγο, ενώ ο λάρυγγας ταυτόχρονα κινείται προς τα άνω και εμπρός προστατεύοντας την είσοδο των αεροφόρων οδών (10). Συντονισμός οισοφαγικής κινητικής δραστηριότητας. Το κλασικό κινητικό πρότυπο του οισοφάγου το οποίο πυροδοτείται από την ενέργεια της κατάποσης καλείται πρωτογενής περίσταλση. Κατά την έναρξη της ο φάρυγγας συσπάται και ωθεί τον βλωμό δια του χαλαρωμένου ΑΟΣ στον οισοφάγο. Καθώς ο ΑΟΣ κλείνει, μια προοδευτική κυκλική σύσπαση ξεκινά στον ΑΟΣ και μεταδίδεται κατά μήκος του οισοφαγικού σώματος ώστε να ωθήσει το βλωμό δια του ΚΟΣ ο οποίος έχει ήδη υποστεί χάλαση. Ακολούθως ο ΚΟΣ κλείνει με παρατεταμένη σύσπαση. Με τον όρο 13

14 δευτερογενή περίσταλση εννοούμε μια προοδευτική σύσπαση στο οισοφαγικό σώμα η οποία δεν επάγεται από την κατάποση αλλά μάλλον από διέγερση των αισθητικών υποδοχέων στο σώμα του οισοφάγου. Συνήθως προκαλείται λόγω διάτασης από βλωμό που δεν προωθήθηκε επαρκώς από την πρωτογενή περίσταλση ή από γαστρικό περιεχόμενο που παλινδρόμησε. Εντοπίζεται στο ίδιο ύψος ή αμέσως χαμηλότερα από το επίπεδο που δέχθηκε το ερέθισμα και κατά τα άλλα θυμίζει την πρωτογενή περίσταλση. Σε απουσία σύνδεσης με το κέντρο κατάποσης, αναλαμβάνει ένας τοπικός ενδοτοιχωματικός μηχανισμός ώστε να παραχθεί περίσταλση η οποία καλείται τριτογενής περίσταλση (11) και ο όρος δεν πρέπει να συγχέεται με τις τριτογενείς συσπάσεις οι οποίες είναι μη περισταλτικές ή ταυτόχρονες συσπάσεις στο οισοφαγικό σώμα (12). Ακολουθεί εκτενέστερη αναφορά στην λειτουργία του ΚΟΣ λόγω του ρόλου του στην παθοφυσιολογία της γαστροοισοφαγικής παλινδρομικής νόσου. Λειτουργία Κάτω Οισοφαγικού Σφιγκτήρα. H γαστροοισοφαγική συμβολή λειτουργεί ως αντιπαλινδρομικός φραγμός ο οποίος οφείλεται τόσο στον ενδογενή μυϊκό σφιγκτήρα του ΚΟΣ όσο και στον εξωγενή δίκην σφιγκτήρα μηχανισμό του διαφράγματος (3). Ο ΚΟΣ διατηρεί τόνο κατά την ανάπαυση που αντιστοιχεί σε πίεση περίπου 20 mmhg. Κατά την κατάποση η πίεση του ΚΟΣ μειώνεται εντός δευτερολέπτων και παραμένει χαμηλή για 6-8 καθώς το περισταλτικό κύμα διασχίζει το οισοφαγικό σώμα. Ο ΚΟΣ χαλαρώνει σχεδόν στο 100% των καταπόσεων, γεγονός το οποίο προκαλείται τόσο από την ενεργό αναστολή του σφιγκτήρα από του μη αδρενεργικούς, μη χολινεργικούς ανασταλτικούς νευρώνες (Non Adrenergic, Non Cholinergic:NANC) οι οποίοι απελευθερώνουν ΝΟ ως νευροδιαβιβαστή, όσο και από τη παύση της τονικής νευρικής διέγερσης στο σφιγκτήρα (13,14). Στον έλεγχο του σφιγκτήρα συμμετέχουν το ΚΝΣ αλλά και ενδοτοιχωματικές οδοί (15,16). Υπάρχουν ενδείξεις ότι προσαγωγές παρασυμπαθητικές ίνες οι οποίες εισέρχονται στον οισοφάγο σε κάποιο σημείο πριν τον ΚΟΣ διενεργούν τόσο τη διέγερση όσο και την αναστολή του σφιγκτήρα (17). Η πίεση ηρεμίας του σφιγκτήρα προέρχεται από συνδυασμό ενδογενών ως προς το μυ ιδιοτήτων (ενδογενής 14

15 μυϊκός τόνος) και εξωγενούς νευρικής διέγερσης η οποία εν μέρει προκαλείται από τη απελευθέρωση ακετυλοχολίνης από τους διεγερτικούς νευρώνες (18,19). Ο ενδογενής μυϊκός τόνος διατηρείται από την ενδοκυττάρια ροή ασβεστίου μέσω των L διαύλων (20-21). Η περιφερική απελευθέρωση ΝΟ είναι υπεύθυνη εκτός από την χαλάρωση του ΚΟΣ κατά την κατάποση και για τις Παροδικές Χαλάσεις του Κάτω Οισοφαγικού Σφιγκτήρα (ΠΧΚΟΣ). Οι ΠΧΚΟΣ συμβαίνουν ανεξάρτητα της κατάποσης και συχνά σχετίζονται με γαστροοισοφαγική παλινδρόμηση σε φυσιολογικά άτομα και σε άτομα με οισοφαγίτιδα (22,23). Οι ΠΧΚΟΣ προκαλούνται από ένα πνευμονογαστρικό αντανακλαστικό που εκλύεται από ενδογαστρικά ή από ενδοοισοφαγικά ερεθίσματα (24,25) δεν συνοδεύονται από οισοφαγική περίσταλση και διαρκούν περισσότερο ( >10sec) από τις επαγόμενες από την κατάποση χαλάσεις του ΚΟΣ (26). Το διάφραγμα αναστέλλεται ταυτόχρονα από ένα κεντρικό αντανακλαστικό(26). Το κύριο ερέθισμα για να προκληθούν οι παροδικές ΠΧΚΟΣ είναι η διάταση του εγγύς στομάχου από τροφή ή αέρα (27,28). Εκτός από την κεντρική ρύθμιση των ΠΧΚΟΣ, μπορούν να επιδράσουν και περιφερικά ερεθίσματα σε αυτές όπως η χολοκυστοκινίνη(cck) η οποία αυξάνει τις ΠΧΚΟΣ δια των CCKA υποδοχέων της στα προσαγωγά νεύρα(26,29), η φλεγμονή η οποία αυξάνει τις ΠΧΚΟΣ και μειώνει την πίεση ηρεμίας του ΚΟΣ μέσω ενεργοποίησης της τοπικής ΝΟ συνθετάσης(30,31), και η υπεργλυκαιμία η οποία επίσης αυξάνει τις ΠΧΚΟΣ, πιθανώς μέσω επίδρασης στις απαγωγές πνευμονογαστρικές ίνες(32). Αντιθέτως, το αντιπαλινδρομικό χειρουργείο μειώνει την συχνότητα των ΠΧΚΟΣ, πιθανώς μέσω επίδρασης στις απαγωγές πνευμονογαστρικές ίνες(27,28). Επίσης, η ατροπίνη αν και μειώνει την πίεση ηρεμίας του ΚΟΣ, ωστόσο μειώνει και τις ΠΧΚΟΣ, με αποτέλεσμα συνολικά να μειώνει αντί να αυξάνει την παλινδρόμηση οξέος (33,34). Είναι ασαφές αν αυτή η επίδραση της ατροπίνης εκδηλώνεται μέσω αναστολής του πνευμονογαστρικού δια του ΚΝΣ ή μέσω περιφερικής αναστολής των Μ1 υποδοχέων ή και των δυο. Η πίεση του ΚΟΣ επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες. Στη νηστεία, κάθε λεπτά η πίεση του ΚΟΣ παρουσιάζει διακυμάνσεις με τις υψηλότερες πιέσεις να εμφανίζονται κατά την έντονη κινητική δραστηριότητα του στομάχου(35), στην φάση ΙΙΙ του μεταναστευτικού κινητικού 15

16 συμπλέγματος. Η πίεση του ΚΟΣ αυξάνει επίσης μετά το γεύμα ως αποτέλεσμα νευρικών και χημικών επιδράσεων καθώς και αυξημένης ενδοκοιλιακής πίεσης(36). Επιπρόσθετα ο τόνος του ΚΟΣ μειώνεται από φάρμακα όπως οι αναστολείς της φωσσφοδιεστεράσης τύπου 5 (πχ σιλδεναφίλη) οι οποίοι αυξάνουν την απελευθέρωση ΝΟ(37), οι αναστολείς των διαύλων ασβεστίου (π.χ νιφεδιπίνη) (38) και οι αναστολείς απελευθέρωσης ακετυλοχολίνης (βοτουλινική τοξίνη) (39) ενώ αυξάνεται με την χορήγηση χολινεργικών αγωνιστών (40). 16

17 ΑΝΑΤΟΜΙΑ ΚΑΤΩΤΕΡΟΥ ΑΝΑΠΝΕΥΣΤΙΚΟΥ Τραχεία Η τραχεία είναι σωλήνας μήκους 13cm ο οποίος αρχίζει στον τράχηλο κάτω από τον κρικοειδή χόνδρο στο ύψος του σώματος του 6ου αυχενικού σπονδύλου και τελειώνει μέσα στην θωρακική κοιλότητα στο ύψος της στερνικής γωνίας (4 ος θωρακικός σπόνδυλος) όπου αποσχίζεται σε δεξιό και αριστερό κύριο βρόγχο (41). Βρόγχοι. Κάθε κύριος βρόγχος διακλαδίζεται διχοτομούμενος 9-12 φορές. Έτσι κάθε κλάδος γίνεται σταδιακά μικρότερος έως ότου η διάμετρος του φθάσει τα 5 mm περίπου (42). Βρογχιόλια Tα βρογχιόλια είναι ενδολόβιες αεροφόρες οδοί με διάμετρο 5 mm ή και λιγότερο. Κάθε τελικό βρογχιόλιο υποδιαιρείται σε δύο ή περισσότερα αναπνευστικά βρογχιόλια τα οποία χρησιμεύουν ως περιοχή μετάβασης μεταξύ της μεταφορικής και αναπνευστικής μοίρας του αναπνευστικού συστήματος. Ο αναπνευστικός βλεννογόνος των βρογχιολίων είναι δομικά όμοιος με αυτόν των τελικών βρογχιολίων εκτός του ότι το τοίχωμα του διακόπτεται από πολυάριθμες σακοειδείς κυψελίδες, όπου γίνεται ανταλλαγή των αερίων (42). Πνεύμονες. Οι πνεύμονες βρίσκονται δεξιά και αριστερά από το μεσοπνευμόνιο. Χωρίζονται ο ένας από τον άλλο με την καρδιά, τα μεγάλα αγγεία και άλλα όργανα του μεσοπνευμονίου. Καθένας από τους δύο πνεύμονες έχει σχήμα κωνικό και καλύπτεται από περισπλάχνιο υπεζωκότα. Προσφύεται στο μεσοθωράκιο με την ρίζα του και έτσι κρέμεται μέσα στην σύστοιχη κοιλότητα του υπεζωκότα (41). 17

18 Ο δεξιός πνεύμονας είναι ελαφρώς μεγαλύτερος από τον αριστερό και με την λοξή και την οριζόντια σχισμή υποδιαιρείται σε τρεις λοβούς, τον άνω, τον μέσο και τον κάτω λοβό. Ο αριστερός πνεύμονας, με παρόμοια λοξή (μεσολόβια) σχισμή υποδιαιρείται σε δύο λοβούς, τον άνω και τον κάτω λοβό. Βρογχοπνευμονικά τμήματα Κάθε λοβαίος βρόγχος χορηγεί κλάδους που ονομάζονται τμηματικοί βρόγχοι, κάθε ένας από τους οποίους φέρεται σε ένα ανατομικώς και λειτουργικά ανεξάρτητο τμήμα του λοβού που ονομάζεται βρογχοπνευμονικό τμήμα (41). Πύλη του πνεύμονα Η πύλη του πνεύμονα σχηματίζεται από στοιχεία τα οποία εισέρχονται ή εξέρχονται από τον πνεύμονα. Αποτελείται από τον κύριο βρόγχο, την πνευμονική αρτηρία, τις πνευμονικές φλέβες, λεμφαγγεία, βρογχικά αγγεία και νεύρα (41). Κυψελίδες Καθώς τα αναπνευστικά βρογχιόλια απομακρύνονται, ο αριθμός των κυψελιδικών ανοιγμάτων προς τα τοιχώματα των βρογχιολίων γίνεται όλο και μεγαλύτερος, μέχρι που το τοίχωμα αποτελείται τώρα μόνο από αυτά και ο αυλός τώρα ονομάζεται κυψελιδικός πόρος. Οι κυψελιδικοί πόροι εκβάλουν σε κολποειδείς χώρους που επικοινωνούν με τους κυψελιδικούς σάκους (42). Οι κυψελίδες είναι σακοειδείς εγκολπώσεις, με διάμετρο περίπου 200μm, των αναπνευστικών βρογχιολίων, των κυψελιδικών πόρων και των κυψελιδικών σάκων. Οι κυψελίδες αποτελούν την τελική μοίρα του βρογχικού δένδρου και είναι υπεύθυνες για την σπογγώδη δομή των πνευμόνων. Δομικά οι κυψελίδες μοιάζουν με μικρούς θυλάκους ανοικτούς στη μια πλευρά. Μέσα σε αυτές τις κυπελοειδείς δομές το Ο2 του αέρα ανταλλάσσεται με το CΟ2 του αίματος (42). 18

19 ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΚΑΤΩΤΕΡΟΥ ΑΝΑΠΝΕΥΣΤΙΚΟΥ Μηχανική της αναπνοής: Η αναπνοή περιλαμβάνει δύο φάσεις, την εισπνοή και την εκπνοή, οι οποίες επιτυγχάνονται με την διαδοχική αύξηση και ελάττωση της χωρητικότητας της θωρακικής κοιλότητας. Ο ρυθμός της αναπνοής είναι περίπου αναπνοές κατά λεπτό, φυσιολογικά, σε κατάσταση ηρεμίας. Οι πνεύμονες μπορούν να εκπτύσσονται και να συμπτύσσονται με δύο τρόπους: α)με κίνηση του διαφράγματος προς τα κάτω και προς τα άνω, που μεγαλώνει ή μικραίνει αντιστοίχως, την κάθετη διάμετρο της θωρακικής κοιλότητας, και β) με ανύψωση και κατάσπαση των πλευρών που αυξάνει και μειώνει αντιστοίχως την προσθιοπίσθια διάμετρο της θωρακικής κοιλότητας. Η φυσιολογική ήρεμη αναπνοή γίνεται σχεδόν αποκλειστικά με την βοήθεια του διαφράγματος ενώ κατά την έντονη αναπνοή, η ταχεία εκπνοή επιτυγχάνεται και με την συστολή των κοιλιακών μυών (43). Μια απλή μέθοδος μελέτης του πνευμονικού αερισμού είναι η καταγραφή του όγκου αέρα ο οποίος εισέρχεται και εξέρχεται από τους πνεύμονες, διαδικασία που ονομάζεται σπιρομετρία. Για να διευκολυνθεί η περιγραφή των διαφόρων φάσεων του πνευμονικού αερισμού, ο αέρας των πνευμόνων έχει υποδιαιρεθεί σε τέσσερις διαφορετικούς όγκους και τέσσερις διαφορετικές χωρητικότητες ως εξής (43) : Αναπνεόμενος όγκος είναι ο όγκος αέρα που εισπνέεται ή εκπνέεται με κάθε φυσιολογική αναπνοή και η ποσότητα του είναι περίπου 500ml. Εφεδρικός εισπνεόμενος όγκος ή συμπληρωματικός όγκος είναι ο επιπλέον όγκος ο οποίος μπορεί να εισπνευσθεί, πέραν του αναπνεόμενου, και συνήθως είναι ίσος με 3000ml περίπου. Εφεδρικός εκπνεόμενος όγκος είναι ο όγκος αέρα ο οποίος μπορεί να εκπνευσθεί επιπλέον, με έντονη εκπνοή, μετά το τέλος της εκπνοής του αναπνεόμενου όγκου αέρα. Φυσιολογικά ο όγκος αυτός είναι 1100 ml. 19

20 Υπολειπόμενος όγκος είναι ο όγκος αέρα ο οποίος εξακολουθεί να μένει μέσα στους πνεύμονες μετά την εντονότερη δυνατή εκπνοή. Κατά μέσον όρο είναι 1.200ml. Εισπνευστική χωρητικότητα ονομάζεται το άθροισμα του αναπνεόμενου και του εφεδρικού εισπνεόμενου όγκου. Ουσιαστικά πρόκειται για την ποσότητα αέρα (~3.500ml) την οποία μπορεί να εισπνεύσει ένα άτομο αρχίζοντας από το επίπεδο της φυσιολογικής εκπνοής και εκπτύσσοντας τους πνεύμονες όσο το δυνατόν περισσότερο. Λειτουργική υπολειπόμενη χωρητικότητα ονομάζεται (Functional Residual Capacity: FRC) το άθροισμα εφεδρικού εκπνεόμενου και υπολειπόμενου όγκου. Πρόκειται για την ποσότητα αέρα η οποία μένει στους πνεύμονες (περίπου 2300ml) μετά το τέλος της φυσιολογικής εκπνοής. Ζωτική χωρητικότητα καλείται το άθροισμα του εφεδρικού εισπνεόμενου, του αναπνεόμενου και του εφεδρικού εκπνεόμενου όγκου. Αντιπροσωπεύει την μέγιστη ποσότητα αέρα την οποία είναι σε θέση να εκπνεύσει ένα άτομο αφού πρώτα εισπνεύσει στο μέγιστο δυνατό βαθμό. Εκτιμάται περίπου στα 4.500ml. Η ολική πνευμονική χωρητικότητα είναι ο μέγιστος όγκος ως τον οποίο οι πνεύμονες μπορούν να εκπτυχθούν με την μέγιστη δυνατή εισπνευστική προσπάθεια. (περίπου ml). Ουσιαστικά είναι το άθροισμα όλων των προαναφερόμενων όγκων. Οι ανωτέρω πνευμονικοί όγκοι και χωρητικότητες στην γυναίκα είναι περίπου 20-25% μικρότεροι σε σχέση με τον άνδρα. Επίσης είναι μεγαλύτεροι σε μεγαλόσωμα και αθλούμενα άτομα (43). Επιπρόσθετα μεγέθη τα οποία αξιολογούνται κατά την μελέτη της αναπνευστικής λειτουργίας είναι: o Ο κατά λεπτό αναπνεόμενος όγκος αέρα είναι η συνολική ποσότητα νεοεισερχόμενου αέρα που αναπνέεται ανά λεπτό 20

21 και ισούται με το γινόμενο του αναπνεόμενου όγκου επί την συχνότητα της αναπνοής (περίπου 6 λίτρα ανά λεπτό). o Μέγιστη εκπνευστική ροή ονομάζεται η μέγιστη ροή του βιαίως εκπνεόμενου,από το εξεταζόμενο, αέρα (περίπου 400 λίτρα ανά λεπτό). o Αέρας νεκρού χώρου ονομάζεται η ποσότητα του αέρα η οποία γεμίζει τις αεροφόρες οδούς με κάθε αναπνοή (περίπου 150ml). o Κυψελιδικός αερισμός ανά λεπτό είναι ο συνολικός όγκος καινούργιου αέρα ο οποίος εισέρχεται στις κυψελίδες ανά λεπτό και ισούται με το γινόμενο της συχνότητας της αναπνοής επί την διαφορά αναπνεόμενου όγκου και όγκου νεκρού χώρου (περίπου 4.200ml ανά λεπτό). Βασικές αρχές ανταλλαγής αερίων: Δεύτερο στάδιο της αναπνευστικής λειτουργίας μετά την πλήρωση των κυψελίδων με καινούργιο αέρα, είναι η διάχυση του οξυγόνου από της κυψελίδες στο αίμα της πνευμονικής κυκλοφορίας και του διοξειδίου του άνθρακα κατά την αντίθετη κατεύθυνση. Η διάχυση γίνεται παθητικά και προκαλείται από την διαφορά της μερικής πίεσης των αερίων στον αέρα και στο αίμα, εκατέρωθεν της μεμβράνης. Ο ρυθμός της διάχυσης (D) ενός αερίου σε υγρό επηρεάζεται εκτός από την διαφορά πίεσης (ΔP) και από τους εξής παράγοντες: α) την διαλυτότητα (S) του αερίου στο υγρό, β) την εγκάρσια επιφάνεια (A) δια της οποίας γίνεται η διάχυση, γ)την απόσταση (d) στην οποία πρέπει να διαχυθεί το αέριο δ) το μοριακό βάρος (MW) του αερίου και ε) την θερμοκρασία του υγρού. Οι παραπάνω παράγοντες εκφράζονται με τον τύπο: D= ΔP x A x S/ d x MW. (η θερμοκρασία δεν υπεισέρχεται διότι στις συνθήκες του ανθρώπινου οργανισμού διατηρείται σχετικά σταθερή). Ο συντελεστής διάχυσης δηλαδή ο ρυθμός διάχυσης σε συγκεκριμένη περιοχή και συγκεκριμένη απόσταση και διαφορά πιέσεων για ένα συγκεκριμένο αέριο είναι ανάλογος της σχέσης S/ MW. Αν ο συντελεστής διάχυσης του οξυγόνου θεωρηθεί 1, οι συντελεστές 21

22 σχετικής διάχυσης των αερίων της αναπνοής στα υγρά του οργανισμού είναι : O2 1.0 CO N Η ανταλλαγή των αερίων μέσω διάχυσης συντελείται στις κυψελίδες δια της αναπνευστικής μεμβράνης η οποία αποτελείται από τις εξής στιβάδες (43): α) μία στιβάδα υγρού η οποία επαλείφει την κυψελίδα και περιέχει τον επιφανειοδραστικό παράγοντα, ο οποίος μειώνει την επιφανειακή τάση του κυψελιδικού υγρού, β) το κυψελιδικό επιθήλιο, γ) την βασική μεμβράνη των επιθηλίων, δ) το διάμεσο χώρο μεταξύ του κυψελιδικού επιθηλίου και της τριχοειδικής μεμβράνης, ε)την βασική μεμβράνη των τριχοειδών, στ) το ενδοθήλιο των τριχοειδών. 22

23 ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΑ ΤΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ Γενικά. Κατά τη διάρκεια της άσκησης υπάρχει αυξημένη ανάγκη μεταφοράς οξυγόνου από την ατμόσφαιρα στα μυϊκά κύτταρα και παράλληλα απομάκρυνσης του παραγόμενου διοξειδίου του άνθρακα από τα μυϊκά κύτταρα προς την ατμόσφαιρα (43). Η ικανότητα επαρκούς ανταπόκρισης του καρδιοκυκλοφορικού και αναπνευστικού συστήματος στις μεταβολικές ανάγκες του μυϊκού ιστού μπορεί να εκτιμηθεί από εργοσπιρομετρικές μετρήσεις ανταλλαγής αερίων που καθορίζουν την ποσότητα κατανάλωσης οξυγόνου και παραγωγής διοξειδίου του άνθρακα σε σχέση με το παραγόμενο έργο (44). Προκειμένου ο εξεταζόμενος να υποβληθεί σε άσκηση, είναι αναγκαία η παραγωγή μυϊκού έργου, η οποία προϋποθέτει την κατανάλωση ενέργειας η οποία παράγεται στα μιτοχόνδρια του μυϊκού ιστού (44,45). Αυτή η παραγωγή ενέργειας επιτυγχάνεται με την οξειδωτική φωσφορυλίωση η οποία προϋποθέτει την αυξημένη, σε σχέση με την ηρεμία, παροχή οξυγόνου στα οξειδωτικά ένζυμα των μιτοχονδρίων. Η φυσιολογική ανταλλαγή αερίων μεταξύ μυϊκών κυττάρων και ατμόσφαιρας προϋποθέτει τα παρακάτω (44,45): 1. Επαρκή ανταπόκριση του αναπνευστικού συστήματος έτσι ώστε να εξασφαλίζεται τόσο ο αδιάλειπτος εμπλουτισμός των κυψελίδων με φρέσκο ατμοσφαιρικό αέρα πλούσιο σε Ο2 όσο και η αποβολή του παραγόμενου CO2. 2.Αποτελεσματική αύξηση της ροής του αίματος στην πνευμονική κυκλοφορία ώστε να βελτιστοποιηθεί η σχέση αερισμού/αιμάτωσης και να ευοδωθεί η διάχυση του Ο2 και του CO2 προς και από το αίμα της πνευμονικής κυκλοφορίας μέσω της κυψελιδοτριχοειδικής μεμβράνης. 3. Φυσιολογική αιμοσφαιρίνη. 4.Φυσιολογική καρδιακή λειτουργία ώστε να αποστέλλεται η απαιτούμενη ποσότητα οξυγονωμένου αίματος στην περιφέρεια και άριστη κατανομή της καρδιακής παροχής στους ασκούμενους γραμμωτούς μύες. 23

24 5.Ικανοποιητική ανταπόκριση των μυϊκών τριχοειδών αγγείων ώστε να εξασφαλίζεται η ιδανική κατανομή οξυγονωμένου αίματος στους εργαζόμενους μύες. 6.Φυσιολογική ενδοκυτταρική δομή και συγκέντρωση οξειδωτικών ενζύμων στην εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων των μυϊκών ινών. Η επαρκής ανταπόκριση όλων των παραπάνω διεργασιών κάτω από συνθήκες αυξημένων απαιτήσεων σωματικού έργου συνθέτουν την λειτουργική προσαρμοστικότητα ενός οργανισμού και σταθμίζονται με τη αξιολόγηση της αερόβιας ικανότητας ενός ατόμου. Ο ανώτατος όγκος οξυγόνου που μπορούν να καταναλώσουν οι ιστοί ενός ατόμου κατά την άσκηση στην μονάδα του χρόνου ονομάζεται μέγιστη πρόσληψη οξυγόνου ( VO2 max) και εκφράζει την αερόβιο ικανότητα ενός ατόμου (46,47). Όσο πιο μεγάλη είναι η αερόβια ικανότητα τόσο μεγαλύτερη είναι η λειτουργική ικανότητα ενός ατόμου. Η σπουδαιότητα της μέγιστης πρόσληψης οξυγόνου βρίσκεται στο γεγονός ότι είναι η συνισταμένη πολλών βιολογικών προσαρμογών, όπως αναπνευστικών, καρδιαγγειακών, μυϊκών και μεταβολικών οι οποίες είναι αναγκαίες για την μεταφορά και κατανάλωση οξυγόνου (46, 48). Η βέλτιστη οξυγόνωση του αίματος επιτυγχάνεται με την αύξηση του ολικού πνευμονικού αερισμού ( άρα και του κυψελιδικού αερισμού) έτσι ώστε να αυξηθεί η κυψελιδική τάση του οξυγόνου και με την αύξηση της ροής αίματος στην πνευμονική κυκλοφορία να ευοδωθεί η διάχυση του οξυγόνου στο τριχοειδικό αίμα, βελτιώνοντας έτσι την σχέση αερισμού/ αιμάτωσης (46). Η αύξηση του πνευμονικού αερισμού επιτυγχάνεται με την αύξηση του αναπνεόμενου όγκου αέρα και της αναπνευστικής συχνότητας, ενώ η αύξηση της πνευμονικής αιμάτωσης γίνεται με την διάταση των πνευμονικών τριχοειδών και την επιστράτευση νέων, προηγουμένως κλειστών, τριχοειδών, μηχανισμός που αποτρέπει και την εμφάνιση πνευμονικής υπέρτασης στην διάρκεια της άσκησης (46). Οι αυξημένες απαιτήσεις της περιφέρειας καλύπτονται με αύξηση της καρδιακής παροχής, μέσω αύξησης του όγκου παλμού και της καρδιακής συχνότητας, και με ταυτόχρονη αύξηση της συστολικής αρτηριακής πίεσης. Η βέλτιστη κατανομή της καρδιακής παροχής στους ασκούμενους μύες 24

25 επιτυγχάνεται με την τοπική αγγειοδιαστολή, το όξινο περιβάλλον των μυών και την ελάττωση των περιφερικών αγγειακών αντιστάσεων έτσι ώστε να ευοδωθεί η διάχυση του οξυγόνου προς τα μιτοχόνδρια των σκελετικών μυών (46, 49). Στο σημείο αυτό η μέγιστη χρήση οξυγόνου καθορίζεται επίσης από το ποσοστό όγκου των μιτοχονδρίων, την αναλογία τριχοειδών αγγείων προς τις μυϊκές ίνες, το ποσοστό μυϊκών ινών βραδείας συστολής καθώς και από τον αριθμό και την οξειδωτική ικανότητα της εσωτερικής μεμβράνης των μιτοχονδρίων (49). Αντίστροφα, το παραγόμενο στα μιτοχόνδρια διοξείδιο του άνθρακα ακολουθεί αντίστροφη πορεία με το οξυγόνο και τελικά αποβάλλεται με τον εκπνεόμενο αέρα. Κατά την διάρκεια της άσκησης καθώς η προσπάθεια αυξάνει, οι ενεργειακές απαιτήσεις αδυνατούν να καλυφθούν αποκλειστικά αερόβια και καθίσταται αναγκαία η συμμετοχή του αναερόβιου μηχανισμού με αποτέλεσμα την παραγωγή γαλακτικού οξέος (49,50). Η ανώτατη ποσότητα οξυγόνου που μπορεί να καταναλώσει ο οργανισμός κατά την άσκηση πριν αρχίσει η συστηματική συγκέντρωση γαλακτικού οξέος στο αίμα ονομάζεται αναερόβια ουδός ή αναερόβιο κατώφλι (51,52). Ο αναερόβιος μεταβολισμός μειώνει τα αποθέματα μυϊκού γλυκογόνου και αυξάνει τα επίπεδα γαλακτικού οξέος με αποτέλεσμα μεταβολική οξέωση η οποία περιορίζει την ικανότητα για περαιτέρω άσκηση. Συνεπώς η αναερόβια ουδός έχει προγνωστική αξία για την αερόβια αντοχή ενός ατόμου και χρησιμοποιείται σαν δείκτης της επάρκειας των προσαρμογών του συστήματος μεταφοράς και κατανάλωσης οξυγόνου (51-55). Ο τελικός στόχος των ανωτέρω διεργασιών είναι η εξασφαλισθεί η απρόσκοπτη πορείας της άσκησης. Η συστηματική προπόνηση βελτιώνει την λειτουργικότητα του συστήματος μεταφοράς και κατανάλωσης οξυγόνου (45,56,57). Παρατηρείται αύξηση της μέγιστης πρόσληψης οξυγόνου (VO2 max) σαν αποτέλεσμα της αύξησης της καρδιακής παροχής και κύρια του όγκου παλμού, ενώ η μέγιστη καρδιακή συχνότητα παραμένει αμετάβλητη (56,57). Επίσης προκαλείται αύξηση του όγκου αίματος και της αιμοσφαιρίνης. Στο επίπεδο του μυϊκού ιστού παρατηρείται αύξηση της μυοσφαιρίνης, του όγκου των τριχοειδών, των μιτοχονδριακών ενζύμων, της πυκνότητας των τριχοειδών αγγείων, των αποθεμάτων γλυκογόνου, της κατανάλωσης λιπαρών οξέων και της 25

26 αρτηριοφλεβικής διαφοράς οξυγόνου. Συνεπώς αυξάνεται η ικανότητα για άσκηση και ο αναερόβιος ουδός (51,52). Ανταπόκριση του φυσιολογικού αναπνευστικού συστήματος στην άσκηση. Γενικά. Η διατήρηση κατά την άσκηση σταθερής περιεκτικότητας οξυγόνου και po2 είναι δύσκολη αφενός διότι στο φλεβικό αίμα που επιστρέφει στον πνεύμονα το CO2 αυξάνεται και η περιεκτικότητα σε οξυγόνο μειώνεται ανάλογα με την ένταση της άσκησης, αφετέρου διότι ο διαθέσιμος χρόνος για την ανταλλαγή αερίων μειώνεται καθώς η πνευμονική αιματική ροή αυξάνεται λόγω της μεγάλης καρδιακής παροχής. Παρά ταύτα το φυσιολογικό αναπνευστικό σύστημα αντεπεξέρχεται στην κόπωση με σχεδόν πλήρη επάρκεια (58,59). Ο κυψελιδικός αερισμός αυξάνεται σε αναλογία με την αύξηση της παραγωγής CO2, έτσι ώστε τα κυψελιδικά po2 και pco2 διατηρούνται σε σχεδόν φυσιολογικά επίπεδα. Η σχέση μεταξύ των κυψελιδικών αερίων, του κυψελιδικού αερισμού και του μεταβολισμού ( VO2,VCO2 ) περιγράφεται από την εξίσωση του κυψελιδικού αέρος: PACO2=VCO2/VA x K και PAO2=PIO2- VO2/VA x K (όπου Κ=σταθερά) (58,59). Υπάρχει ένα πολλαπλό νευροχημικό σύστημα ελέγχου για την ρύθμιση του κυψελιδικού αερισμού. Αποτελείται από δύο κύρια συστήματα ώσεων τα οποία φθάνουν στα αναπνευστικά κέντρα του προμήκους, ένα ανερχόμενο από τους σκελετικούς μύες (ascending neural) και ένα κατερχόμενο από τον κινητικό φλοιό (descending neurogenic) σε συνδυασμό με ακριβείς ρυθμιστικές ώσεις (error detectors) από τους κεντρικούς και περιφερικούς χημειουποδοχείς και τασεουποδοχείς του θωρακικού τοιχώματος και του παρεγχύματος (60,61). Σε υψηλά επίπεδα άσκησης ( >65% VO2 max) ο κυψελιδικός αερισμός αυξάνεται εκθετικά σε σχέση με το VCO2, συνεπώς το κυψελιδικό και αρτηριακό pco2 μειώνεται και το po2 αυξάνεται με σκοπό την αντιρρόπηση της μεταβολικής οξέωσης και την παρεμπόδιση της υποξαιμίας. Ο βαθμός αυτής της υπερανταπόκρισης είναι ανεξάρτητος του βαθμού εκγύμνασης και ποικίλει μεταξύ των φυσιολογικών ατόμων. Η ικανότητα της 26

27 αναπνευστικής απάντησης είναι μεγάλη κατά την διάρκεια της άσκησης, διότι ο λόγος Vd/Vt (αερισμός νεκρού χώρου/ολικό αερισμό) μειώνεται κατά 1/3 λόγω αύξησης του αναπνεόμενου όγκου με την πρόοδο της άσκησης (58,59, 62). Ο αερισμός επιτυγχάνεται με την αύξηση της συχνότητας και του αναπνεόμενου όγκου. Σε χαμηλότερα επίπεδα αύξησης αυξάνεται ο αναπνεόμενος όγκος και σε υψηλότερα η συχνότητα. Ο Vt αυξάνεται με την διείσδυση τόσο στον εισπνευστικό εφεδρικό όσο και στον εκπνευστικό εφεδρικό πνευμονικό όγκο. Ο τελοεκπνευστικός πνευμονικός όγκος μειώνεται κάτω από την FRC ηρεμίας, γεγονός το οποίο επιτρέπει στον Vt να κινείται στο επίπεδο πιο αποδοτικό τμήμα της καμπύλης πίεσης- όγκου (58,59). Επιπλέον η αύξηση της ενδοκοιλιακής πίεσης λόγω της σύσπασης των κοιλιακών μυών επιμηκύνει το διάφραγμα ώστε να έχει καλύτερη σχέση τάσεως-μήκους, ενώ η απελευθέρωση της ελαστικής ενέργειας του θωρακικού τοιχώματος κατά την διάρκεια της ενεργητικής εκπνοής δίνει μια παθητική ώθηση ώστε να εκπτύσσετε ο θώρακας στην FRC ηρεμίας κατά την επόμενη εισπνοή (62). Μολονότι η αναπνευστική συχνότητα αυξάνεται και ο εκπνευστικός χρόνος είναι μικρότερος κατά την διάρκεια της άσκηση, ο τελοεκπνευστικός όγκος είναι κάτω από την παθητική FRC διότι συμβαίνουν οι εξής μεταβολές (58,59,62,63): οι κοιλιακοί και μεσοπλεύριοι εκπνευστικοί μύες συσπώνται ακόμη και με την ελαφριά άσκηση. η ανταγωνιστική σύσπαση των εισπνευστικών μυών κατά την εκπνοή παύει η διάμετρος των αεραγωγών κατά την εκπνοή μεγιστοποιείται. Ειδικότερα στους αεραγωγούς κατά την άσκηση αλλάζουν τα εξής: α) συμπαθητική αγγειοσύσπαση στα αγγεία του ρινοφάρυγγα, β) σύσπαση των μυών των ανωτέρω αεραγωγών με αποτέλεσμα την βελτίωση της διαμέτρου του αυλού των αεραγωγών, ειδικότερα δε στον λάρυγγα έχομε την απαγωγή των φωνητικών χορδών γ) την χάλαση των μυών των ενδοθωρακικών αεραγωγών με αποτέλεσμα την μέγιστη βρογχοδιαστολή. 27

28 Οι ανωτέρω μεταβολές αποτρέπουν την σημαντική αύξηση στις αντιστάσεις των αεραγωγών λόγω της αυξημένης στροβιλώδους ροής κατά την άσκηση (58,59,62). Μέγιστη εκπνευστική καμπύλη ροής όγκου. Η καμπύλη αυτή χαρακτηρίζει τα μέγιστα όρια ροής και όγκου ενός ατόμου κατά την άσκηση. Ο φυσιολογικός ενήλικας κατά την άσκηση δεν φθάνει τα μέγιστα διαθέσιμα όρια καθώς η ικανότητα των εισπνευστικών μυών να παράγουν πίεση και να αυξήσουν την ταχύτητα συστολής κατά την εισπνοή ως επίσης και η ικανότητα των ενδοθωρακικών αεραγωγών να ανθίστανται στην συμπίεση κατά την εκπνοή, υπερβαίνουν τις μέγιστες απαιτήσεις για όγκο και ροή που απαιτούνται κατά την άσκηση (58,59,62-65). Ο ρόλος των αναπνευστικών μυών. Στην άσκηση συμμετέχουν όλοι οι αναπνευστικοί μύες σε αντίθεση με την ηρεμία όπου κυρίαρχο ρόλο αναλαμβάνει το διάφραγμα. Ακόμη και κατά την έναρξη ήπιας άσκησης οι εισπνευστικοί μεσοπλεύριοι και σκαληνοί μύες ανορθώνουν τις πλευρές, ενώ το διάφραγμα συσπάται και μικραίνει με αποτέλεσμα να διευρύνεται ο θωρακικός κλωβός με την κάθοδο προς την θωρακική κοιλότητα του εδάφους του και την διαπλάτυνση των κατωτέρων πλευρών (58,59,62,65). Τονική και φασική δραστηριότητα των μεσοπλεύριων μυών ευοδώνει περαιτέρω τη δράση του διαφράγματος. Οι κοιλιακοί και εκπνευστικοί μεσοπλεύριοι συμμετέχουν, έτσι ώστε παρά την υψηλή συχνότητα και τον μικρό χρόνο εκπνοής ο όγκος πνεύμονα κατά την άσκηση να παραμένει κάτω από την FRC ηρεμίας. Σε υψηλά επίπεδα άσκησης συμμετέχουν οι επικουρικοί μύες του τραχήλου και του άνω μέρους του σώματος (62). Η ικανότητα των αναπνευστικών μυών να παράγουν πίεση είναι διπλάσια αυτής που απαιτείται για τον αερισμό στην άσκηση (64). Επίσης οι αναπνευστικοί μύες δεν υφίστανται κόπωση κατά την μέγιστη βραχείας διάρκειας άσκηση (58, 59,62,66,67). 28

29 Ανταλλαγή αερίων κατά την άσκηση. Κατά την άσκηση παρατηρείται γραμμική μείωση της περιεκτικότητας Ο2 στο μικτό φλεβικό αίμα, λόγω της εξαγωγής του Ο2 από τους ασκούμενους μύες. Ωστόσο το αρτηριακό po2 και η περιεκτικότητα του αρτηριακού αίματος δεν μεταβάλλονται σχεδόν καθόλου κατά την άσκηση. Συνεπώς και επειδή το κυψελιδικό po2 αυξάνεται δυσανάλογα μάλιστα σε σχέση με τον κυψελιδικό αερισμό κατά την κόπωση, η κυψελιδοαρτηριακή διαφορά στην μέγιστη άσκηση αυξάνεται γραμμικά φθάνοντας 2-3 φορές τα επίπεδα ηρεμίας (20-30 mmhg) (68,69). Η σχέση αερισμού- αιμάτωσης (VA/Q) διατηρείται εντός των φυσιολογικών ορίων, αν και ο αερισμός αυξάνεται σχετικά περισσότερο από την αιμάτωση. Κατά την άσκηση συμμετέχουν στην ανταλλαγή αερίων όλα τα πνευμονικά τριχοειδή με αποτέλεσμα ο όγκος αίματος αυτών να αυξάνεται από ml σε ml στην μέγιστη κόπωση. Αυτή η αύξηση υπερβαίνει τον όγκο παλμού της δεξιάς κοιλίας με αποτέλεσμα η μείωση του χρόνου παραμονής του ερυθρού στον πνεύμονα να είναι μικρότερή του αναμενόμενου με βάση την αύξηση της ροής στην πνευμονική κυκλοφορία (χρόνος παραμονής= όγκος αίματος τριχοειδών/ροή αίματος) ούτως ώστε να διατίθεται επαρκής χρόνος για την ισορροπία Ο2 κατά την βαριά άσκηση. Οι πνευμονικές αγγειακές αντιστάσεις μειώνονται κατά την άσκηση ενώ η πίεση στην πνευμονική αρτηρία διπλασιάζεται (59,68,69). Αν και η διακίνηση ύδατος στο διάμεσο χώρο αυξάνεται, δεν παρατηρείται κατακράτηση ύδατος στο διάμεσο χώρο λόγω της μεγάλης ικανότητας λεμφικής απορροής των λεμφαγγείων και της απόστασης για την διάχυση Ο2 που παραμένει μικρή. Συνεπώς η ανατομία των τελικών αναπνευστικών μονάδων και η πνευμονική κυκλοφορία είναι σε θέση να εξασφαλίσουν φυσιολογική ανταλλαγή αερίων στον πνεύμονα και να λάβουν όλη την αύξηση της καρδιακής παροχής μολονότι υπάρχει μικρότερος διαθέσιμος χρόνος και το μικτό φλεβικό Ο2 είναι μειωμένο (58,59,68,69). Συμπερασματικά το φυσιολογικό αναπνευστικό σύστημα είναι σαφώς υπερεπαρκές όσον αφορά τις μέγιστες ανάγκες για την μεταφορά οξυγόνου και την αποβολή διοξειδίου. Η μέγιστη καμπύλη ροής-όγκου είναι πολύ μεγαλύτερη από την μέγιστη ροή και τον αναπνεόμενο όγκο στην άσκηση. Επίσης η επιφάνεια ανταλλαγής των αερίων είναι τόσο επαρκής ώστε να 29

30 επιτελείται η λειτουργία της ανταλλαγής αερίων ακόμη και σε VO2 1.5 φορές μεγαλύτερες του φυσιολογικού. Οι αναπνευστικοί μύες και ιδίως το διάφραγμα είναι κατάλληλοι για την παραγωγή πίεσης και για υψηλή ταχύτητα συστολής για παρατεταμένο διάστημα. Το διάφραγμα παρουσιάζει αερόβιο ικανότητα πολλαπλάσια των σκελετικών μυών και αγγείωση που υπερβαίνει αυτή των σκελετικών μυών (58, 59,62, 66-69). Επίδραση της φυσικής κατάστασης. Σε πολύ αγύμναστα άτομα η μέγιστη οξειδωτική ικανότητα των περιφερικών σκελετικών μυών είναι μειωμένη με συνέπεια να προκαλείται περιορισμός στην επίτευξη VO2max διότι η αύξηση της προσφοράς Ο2 δεν προκαλεί αύξηση στο VO2max (62,63,69-71). Επίδραση του φύλου και της ηλικίας Ενήλικες γυναίκες όλων των ηλικιών έχουν μικρότερους πνευμονικούς όγκους, μικρότερη διάμετρο αεραγωγών και μικρότερη επιφάνεια διάχυσης διορθωμένη ως προς το ύψος σε σχέση με τους άντρες. Επίσης ο επιπολασμός υποξυγοναιμίας είναι υψηλότερος σε σχέση με τους άνδρες, οφειλόμενος σε αύξηση της κυψελιδοαρτηριακής διαφοράς και σε μειωμένη απάντηση αερισμού στη βαριά άσκηση. Η υποξυγοναιμία εμφανίζεται σε χαμηλότερα επίπεδα VO2max από τους άντρες και κυρίως σε υπομέγιστη άσκηση μέτριας έντασης. Επίσης παρατηρείται περιορισμός εκπνευστικής ροής και σε σχετικά χαμηλά επίπεδα αερισμού (59, 62, 63,69-71). Κατά την φυσιολογική διαδικασία της γήρανσης παρατηρείται μείωση της ελαστικής επαναφοράς και της ευενδοτότητας του θωρακικού τοιχώματος και των αρτηριδίων του πνεύμονα, με αποτέλεσμα τον περιορισμό της εκπνευστικής ροής και την αύξηση του έργου της αναπνοής ακόμη και σε άσκηση μέτριας έντασης. Γυμνασμένοι γέροντες έχουν επιπολασμό 20-25% σημαντικής υποξυγοναιμίας σε VO ml/Kg/min (63,72,73). 30

31 ΑΡΧΕΣ ΕΡΓΟΣΠΙΡΟΜΕΤΡΙΑΣ Γενικά Η εργοσπιρομετρία ( ή καρδιοαναπνευστική δοκιμασία άσκησης ) είναι μια ολοκληρωμένη δοκιμασία ελέγχου της λειτουργικής επάρκειας και των εφεδρειών, σε συνθήκες stress, του αναπνευστικού, του καρδιαγγειακού και του περιφερικού μυϊκού συστήματος των εξεταζόμενων (44). Οποιαδήποτε νοσηρή κατάσταση εξ αιτίας της οποίας το πάσχον σύστημα (αναπνευστικό, καρδιαγγειακό κ.λ.π) συμμετέχει αναποτελεσματικά στην ικανοποίηση των αυξημένων μεταβολικών αναγκών για αυξημένη πρόσληψη Ο2 και αυξημένη αποβολή CΟ2, εκδηλώνεται κατ αρχήν ως μειωμένη ικανότητα για άσκηση και η δοκιμασία άσκησης τερματίζεται πρόωρα είτε λόγω μεγάλης έντασης κάποιου συμπτώματος (π.χ δύσπνοια, προκάρδιο άλγος, κόπωση μυών κάτω άκρων) είτε λόγω εμφάνισης κάποιου παθολογικού ευρήματος, όπως ηλεκτροκαρδιογραφικές αλλοιώσεις, υπερβολική αύξηση αρτηριακής πίεσης, οξυαιμοσφαιρινικός αποκορεσμός κ.λ.π. (44). Η ερμηνεία των αποτελεσμάτων της εργοσπιρομετρίας αρχίζει από την εκτίμηση της ικανότητας για άσκηση και ακολουθείται από την μελέτη των αποκρίσεων των συστημάτων έτσι ώστε να καταλήξει στον εντοπισμό του πάσχοντος συστήματος. Η εργοσπιρομετρία συνήθως υποδεικνύει το πάσχον σύστημα και όχι την νόσο εκτός από ειδικές περιπτώσεις όπως το άσθμα κατά την άσκηση ή η ψυχογενής δύσπνοια (44,74). Ενδείξεις εργοσπιρομετρίας. Οι ενδείξεις εργοσπιρομετρίας συνήθως περιλαμβάνουν ένα ειδικό σύμπτωμα το οποίο εμφανίζεται κατά την διάρκεια προσπάθειας ή περιορίζει κάποιες από τις καθημερινές δραστηριότητες του ασθενούς όπως η δύσπνοια ή το θωρακικό άλγος ( 44, 75-78). Επίσης η εργοσπιρομετρία μπορεί να ζητηθεί για προεγχειρητική εκτίμηση, για να εκτιμηθούν οι συνέπειες κάποιας επαγγελματικής έκθεσης, για διάγνωση ανικανότητας για εργασία ή αναπηρίας, για διάγνωση άσθματος μετά από άσκηση ή για τον καθορισμό 31

32 της ικανότητας για άσκηση ενός ασθενούς πριν αυτός ενταχθεί σε κάποιο πρόγραμμα άσκησης (76, 79-76). Επιπρόσθετα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο ασθενών με χρόνια αποφρακτική πνευμονοπάθεια, χρόνια πνευμονική αγγειακή νόσο ή καρδιαγγειακή νόσο (79,80,87-90). Καταγραφόμενα μεγέθη Ορισμένα από τα σημαντικότερα μεγέθη που καταγράφονται κατά την εργοσπιρομετρία είναι τα εξής: VO2: όγκος Ο2 που προσλαμβάνεται από τον αναπνεόμενο αέρα σε δεδομένο χρονικό διάστημα, εκφραζόμενος σε ml ανά λεπτό ή σε lt ανά λεπτό. VCO2: όγκος CO2 που αποβάλλεται από το σώμα στη μονάδα του χρόνου, εκφραζόμενο σε ml ανά λεπτό ή σε lt ανά λεπτό. RER (respiratory exchange ratio): λόγος του CO2 που αποβάλλεται προς το Ο2 που προσλαμβάνεται στη μονάδα του χρόνου (μετρηθέντα στο στόμα). VE/VCO2 slope: ο λόγος του κατά λεπτό όγκου αερισμού προς το εκπνεόμενο CO2. PETCO2: πρόκειται για την pco2 του εκπνεόμενου αέρα στο τέλος της εκπνοής (εκφράζεται σε mmhg ή σε kilopascals). O2 pulse:ο λόγος του προσλαμβανόμενου οξυγόνου προς τον καρδιακό ρυθμό. Αντιστοιχεί στην πρόσληψη οξυγόνου ανά καρδιακό παλμό. Τιμές αναφοράς Στην πλειονότητα των περιπτώσεων το πρωτόκολλο της εργοσπιρομετρίας είναι μέγιστη, περιοριζόμενη από συμπτώματα άσκηση, βαθμιαία αυξανόμενου φορτίου έργου σε εργομετρικό ποδήλατο ή σε κυλιόμενο τάπητα (44,74). Τελευταία κερδίζει έδαφος η υπομέγιστη άσκηση σταθερού έργου η οποία βασίζεται σε γνώση των μέγιστων τιμών οι οποίες έχουν προκύψει από μέγιστη καρδιοαναπνευστική δοκιμασία άσκησης (91). Δεδομένου ότι η εργοσπιρομετρία επηρεάζεται από το μέσο της άσκησης (ποδήλατο ή κυλιόμενος τάπητας) αλλά και από το πρωτόκολλο (μέγιστη ή υπομέγιστη καρδιοαναπνευστική δοκιμασία, βαθμιαία αυξανόμενο ή σταθερό φορτίο έργου), είναι ευνόητο ότι οι τιμές αναφοράς πρέπει να αντιστοιχούν στο μέσο και στο πρωτόκολλο με τα οποία υποβλήθηκε στην δοκιμασία ο ασθενής. Οι 32

33 φυσιολογικές τιμές αναφοράς ποικίλουν ανάλογα με το εργαστήριο και προσαρμόζονται με βάση την φυλή, το φύλο, την ηλικία, το ύψος και το βάρος. Καλό είναι να συνεκτιμάται και η φυσική κατάσταση του εξεταζόμενου αν και αυτό δεν γίνεται πάντα (92-96). Εκτίμηση της προσπάθειας του εξεταζόμενου. Η προσπάθεια του ασθενούς εκτιμάται ως μέγιστη όταν κάτι από τα παρακάτω συμβαίνει (44, 74): 1. Ο ασθενής φθάνει στην προβλεπόμενη μέγιστη πρόσληψη οξυγόνου (VO2 peak) ή παρατηρείται plateau στην VO2 peak 2.Επιτυγχάνεται το μέγιστο προβλεπόμενο φορτίο έργου (WRmax) 3.Φθάνει σε επίπεδα (>90%) της μέγιστης προβλεπόμενης καρδιακής συχνότητας ( HR max). 4. Υπάρχει ένδειξη αναπνευστικού περιορισμού (μειωμένες εφεδρείες αερισμού), δηλαδή ο μέγιστος αερισμός (VEmax) προσεγγίζει (>85%) ή υπερβαίνει τον μέγιστο εκούσιο αερισμό (MVV). 5. Αναπνευστικό πηλίκο (RER)> Εξάντληση του ασθενούς- Έντονα συμπτώματα (9-10 στην κλίμακα Borg για δύσπνοια ή κόπωση κάτω άκρων) Η υποξαιμία (<55mmHg) ή ο αποκορεσμός (<88%) στην διάρκεια της δοκιμασίας δεν συνεπάγονται υποχρεωτικά μέγιστη προσπάθεια καθώς μπορεί να εμφανισθούν σε υπομέγιστα επίπεδα σε νόσους όπως η διάμεση πνευμονοπάθεια ή οι νόσοι του πνευμονικού αγγειακού δικτύου. Επίσης στην περίπτωση βαλβιδοπάθειας ή στεφανίαιας νόσου είναι δυνατό να εμφανισθούν αυξομειώσεις της καρδιακής συχνότητας και της αρτηριακής πίεσης, ΗΚΓφικές αλλοιώσεις ή θωρακικό άλγος σε υπομέγιστα επίπεδα έντασης (97-99). Αίτια διακοπής της εργοσπιρομετρίας. Αίτια διακοπής της εργοσπιρομετρίας είναι είτε συμπτώματα που αναφέρει ο εξεταζόμενος (δύσπνοια, ζάλη, κόπωση, άλγος κλπ) είτε παρατηρήσεις του εξεταστή (π.χ. εξάντληση ασθενούς, ωχρότητα, αταξία, 33

34 ΗΚΓφικά ευρήματα, σοβαρός αποκορεσμός κλπ) ( 97-99).Τα ανωτέρω καταγράφονται και συνεκτιμώνται. Φυσιολογική καρδιοπνευμονική δοκιμασία κόπωσης Μέγιστη κατανάλωση οξυγόνου (VO2max) Η VO2max εκφράζεται καλύτερα σε ml O2 ανά Kg σωματικού βάρους και εκφράζει το μέγιστο διαθέσιμο O2 για την μετακίνηση ενός kg σωματικού βάρους. Μετριέται αντικειμενικά με την σταδιακή αύξηση του εκτελούμενου έργου, εωσότου η κλίση της αύξησης του VO2 ανά μονάδα αύξησης του έργου, είτε μειώνεται, είτε εμφανίζει plateau. Όλα σχεδόν τα φυσιολογικά άτομα μπορούν να φθάσουν το VO2max αλλά ασθενείς με πνευμονικές ή καρδιακές παθήσεις σπάνια επιτυγχάνουν το επίπεδο αυτό, λόγω εμφάνισης συμπτωματολογίας που αναγκάζει σε διακοπή της δοκιμασίας κόπωσης (44,74,75, 100). Η αρχή του Fick βασικά καθορίζει τους παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η VO2max. Η αύξηση του VO2 με την αύξηση του έργου μπορεί να επιτευχθεί με την αύξηση και ανακατανομή της καρδιακής παροχής, με τη διατήρηση της περιεκτικότητας σε Ο2 του αρτηριακού αίματος και με την αύξηση της εξαγωγής του Ο2 από τους μύες (46): VO2max=Qmax x arteriovenous O2 content difference (Q=καρδιακή παροχή). Οι περιορισμοί στην επίτευξη του VO2max παρουσιάζονται λόγω κακής ρύθμισης σε ένα ή περισσότερα από τα παρακάτω σημεία μεταφοράς και χρήσης του O2 (44,57,74,75): 1.Λόγω χαμηλού po2 και χαμηλού κορεσμού της αιμοσφαιρίνης σε οξυγόνο, είτε διότι ο κυψελιδικός αερισμός δεν επαρκεί είτε διότι η κυψελιδοαρτηριακή διαφορά po2 είναι αυξημένη. Έτσι η αρτηριακή περιεκτικότητα Ο2 είναι χαμηλή και η max-avo2 difference (μέγιστη κυψελιδοαρτηριακή διαφορά Ο2) θα είναι επίσης χαμηλή. 2. Λόγω περιορισμών στην επίτευξη μέγιστης καρδιακής παροχής ή στην επάρκεια ροής αίματος στους μύες. 34

35 3.Λόγω χαμηλής εξαγωγής O2 από τους μύες η οποία πρωτίστως καθορίζεται από τη διαφορά πίεσης του O2 μεταξύ τριχοειδούς και μιτοχονδρίου και από την μεταβολική δραστηριότητα των μυών. Συνεπώς η συστηματική παροχή Ο2 είναι ο κύριος περιοριστικός παράγων. Ισχύει η σχέση: συστηματική παροχή O2 =καρδιακή παροχή (Q)x αρτηριακή περιεκτικότητα Ο2 (CaO2). Η συστηματική παροχή Ο2 καθορίζει το τριχοειδικό po2 των μυών και η ιστική διαχυτική ικανότητα καθορίζει την κίνηση του Ο2 μέσω της κλίσης του po2 από τα τριχοειδή στα μιτοχόνδρια. Η οδός διάχυσης περιλαμβάνει κατά σειρά την αποδέσμευση του Ο2 από την αιμοσφαιρίνη, τη δίοδο από τα ερυθροκύτταρα στο πλάσμα, τη δίοδο από το τριχοειδές δια του διάμεσου υγρού των ιστών στην μυοσφαιρίνη των μυών και τέλος τη μεταφορά στο μιτοχόνδριο. Συνεπώς υπάρχει σημαντική αλληλεπίδραση μεταξύ της συστηματικής παροχής Ο2 στα τριχοειδή των μυών και της διαχυτικής ικανότητας του Ο2 από τα τριχοειδή στα μιτοχόνδρια, έτσι ώστε για κάθε παροχή Ο2 στα τριχοειδή, ο ρυθμός διάχυσης από τα τριχοειδή στα μιτοχόνδρια (dto2) καθορίζει το VO2max ( 46): VO2max =dto2 x (PcapO2-Pmit O2) Η καρδιακή παροχή είναι πρωταρχικός περιοριστικός παράγων, διότι πέρα από ένα επίπεδο μέγιστου έργου το Q δεν μπορεί να αυξηθεί επαρκώς, ώστε η μεταφορά Ο2 να διατηρήσει το po2 στα τριχοειδή και να επιτυγχάνεται ικανοποιητική διάχυση Ο2 σε όλα τα μιτοχόνδρια (44, 46): Ως προς την οξειδωτική ικανότητα των μιτοχονδρίων υπάρχουν αντικρουόμενες απόψεις σχετικά με τον ρόλο της στον περιορισμό της VO2max ( 46, ): Υπέρ του περιοριστικού προτύπου είναι: Ι) η αύξηση της αερόβιας ικανότητας των μυών που συνοδεύει την αύξηση του VO2max με την συστηματική εκγύμναση. ΙΙ)Η ανεπαρκής διεύρυνση του a-vo2 content των μυών σε συνθήκες VO2max Εναντίον του περιοριστικού προτύπου είναι Ι) Η προσθήκη επιπλέον μυϊκής μάζας δεν αυξάνει το VO2max. 35

36 ΙΙ)Η αύξηση με την εξάσκηση της οξειδωτικής ικανότητας των μυών ευρίσκεται σε ασυμφωνία με την αύξηση του VO2max. III) Αυξομειώσεις της συστηματικής παροχής Ο2 δημιουργούν ανάλογες μεταβολές στην VO2max, συνεπώς οι ασκούμενοι μύες μπορούν να χρησιμοποιήσουν οποιοδήποτε ποσόν Ο2 τους παρέχεται για να αυξήσουν το VO2max. Συνεπώς τα δεδομένα συνηγορούν ότι η οξειδωτική ικανότητα των μυών είναι υπερεπαρκής όσον αφορά τις μέγιστες ενεργειακές ανάγκες. Το αναπνευστικό σύστημα είναι επίσης υπερεπαρκές όσον αφορά τις μέγιστες ανάγκες για μεταφορά οξυγόνου και συνεπώς δεν συνιστά περιοριστικό παράγοντα. Η παραπάνω διαπίστωση στηρίζεται στα εξής (46): I) Τα po2, SaO2, CaO2 διατηρούνται στην άσκηση όπως και στην ηρεμία. ΙΙ)Ο αερισμός που απαιτείται(ve) στην μέγιστη κόπωση είναι μικρότερος από τον διαθέσιμο αερισμό. ΙΙΙ)Το αρτηριακό pco2 ελαττώνεται και το κυψελιδικό po2 αυξάνεται δηλαδή υφίσταται αντιρροπιστικός αερισμός στην μέγιστη κόπωση. Πρότυπα εργοσπιρομετρίας σε διάφορες κλινικές οντότητες. Ι. Καρδιακή ανεπάρκεια. Η καρδιαγγειακή νόσος χαρακτηρίζεται από μειωμένη ικανότητα για άσκηση η οποία οφείλεται συνήθως στους εξής παράγοντες (71): Ανεπαρκής μεταφορά Ο2 στην περιφέρεια (περιφερικοί μύες) είτε λόγω συστολικής ή διαστολικής δυσλειτουργίας της καρδιάς είτε λόγω διαταραχών στην κατανομή της αιμάτωσης στην περιφερική κυκλοφορία. Διαταραγμένη λειτουργικότητα των γραμμωτών περιφερικών μυών με συνέπεια την δυσχερή χρήση του οξυγόνου. Διαταραχή αερισμού είτε λόγω στένωσης των μικρών αεραγωγών από το διάμεσο οίδημα είτε λόγω αυξημένης ελαστικότητας του πνευμονικού παρεγχύματος 36

37 Ως αποτέλεσμα των παραπάνω, εμφανίζονται οι εξής διαταραχές κατά την εργοσπιρομετρία, οι οποίες υποδηλώνουν κατεξοχήν καρδιαγγειακό περιορισμό της άσκησης ( ): o Ελάττωση μέγιστης ικανότητας για άσκηση (WRmax) και αερόβιας ικανότητας (VO2max) o Ελάττωση κλίσης ΔVO2/ΔWR o Ελαττωμένος ΑΤ (αναερόβιος ουδός) λόγω πρώιμης μεταβολικής οξέωσης. o Αύξηση της κλίσης HR-VO2 με μειωμένο όγκο παλμού (Ο2 pulse) o Παθολογική (βραδεία) αποκατάσταση της καρδιακής συχνότητας μετά το πέρας της άσκησης. o Πιθανώς διαταραχές Α.Π. και Η.Κ.Γ o Ταχεία και επιπόλαιη αναπνοή και περιορισμός της εκπνευστικής ροής με φυσιολογική ωστόσο απόκριση αερισμού και αναπνευστικών εφεδρειών. o Χωρίς ιδιαίτερες διαταραχές αερίων εκτός από πρώιμη ελάττωση της PaCO2 λόγω της πρώιμης μεταβολικής οξέωσης. ΙΙ. Νόσος της πνευμονικής κυκλοφορίας. Σε ασθενείς με πνευμονική αγγειακή νόσο (πνευμονική αρτηριακή υπέρταση, πνευμονική εμβολή, χρόνια θρομβοεμβολική νόσο, πνευμονική αγγειίτιδα κ.λ.π) τα εργοσπιρομετρικά ευρήματα είναι ενδεικτικά καρδιαγγειακού περιορισμού αλλά και διαταραχής της ανταλλαγής των αερίων. Συνοπτικά δε περιλαμβάνουν τα εξής (89, ): o Ελάττωση μέγιστης ικανότητας για άσκηση (WRmax) και αερόβιας ικανότητας (VO2max) o Ελαττωμένος ΑΤ (αναερόβιος ουδός) λόγω πρώιμης μεταβολικής οξέωσης. o Αύξηση της κλίσης HR-VO2 με μειωμένο όγκο παλμού (Ο2 pulse) 37

38 o Ταχεία και επιπόλαιη αναπνοή με φυσιολογική ωστόσο απόκριση αερισμού και αναπνευστικών εφεδρειών o Ανεπάρκεια κυψελιδικού αερισμού (αυξημένη σχέση VE/VCO2 και παθολογικά αυξημένα επίπεδα Vd/Vt ) o Υποξαιμία και παθολογική αύξηση της ΑαDO2 (αρτηριοκυψελιδική διαφορά οξυγόνου) ΙΙΙ. Χρόνια αποφρακτική πνευμονοπάθεια. Σε ασθενείς με χρόνια αποφρακτική πνευμονοπάθεια τα βασικά εργοσπιρομετρικά ευρήματα είναι ενδεικτικά αναπνευστικού περιορισμού αλλά και διαταραχής στην ανταλλαγή των αερίων ( ): o Ελάττωση μέγιστης ικανότητας για άσκηση (WRmax) και αερόβιας ικανότητας (VO2max) o Ελάττωση VEmax καθώς και ελάττωση των εφεδρειών αερισμού (αυξημένη σχέση VEmax/ MVV ) o Περιορισμός εκπνευστικής ροής-δυναμική υπερδιάταση (αύξηση τελοεκπνευστικού όγκου αέρα) o Ανεπαρκής κυψελιδικός αερισμός (αύξηση της σχέσης VE/VCO2) λόγω της αύξησης του νεκρού χώρου (παθολογική απόκριση της σχέσης Vd/Vt) o Διαταραχές ανταλλαγής αερίων (υποξαιμία ή οξυαιμοσφαιρινικός αποκορεσμός, αύξηση AaDO2, υπερκαπνία) IV Διάμεση πνευμονική νόσος Τα κύρια εργοσπιρομετρικά ευρήματα σε ασθενείς με διάμεση πνευμονοπάθεια υποδηλώνουν διαταραχή των αερίων αλλά και αναπνευστικό περιορισμό ( ): o Ελάττωση μέγιστης ικανότητας για άσκηση (WRmax) και αερόβιας ικανότητας (VO2max) o Διαταραχές ανταλλαγής αερίων (υποξαιμία ή οξυαιμοσφαιρινικός αποκορεσμός, αύξηση AaDO2 ) 38