Insufficienza respiratoria: tipi, valori e trattamenti

Per sapere se un polmone sta cedendo serve un numero, e quel numero abita dentro un'arteria. Si chiama pressione parziale di ossigeno, si misura in millimetri di mercurio e, quando in aria ambiente scende sotto i 60, la medicina parla di insufficienza respiratoria.

Il respiro affannoso, il colorito e la fatica di pronunciare una frase intera dicono molto al letto del malato, ma la diagnosi passa da un prelievo di sangue arterioso e da due valori, quello dell'ossigeno e quello dell'anidride carbonica. Da lì le strade si dividono, perché la stessa etichetta copre una polmonite che precipita in pochi giorni e una broncopneumopatia cronica ostruttiva che consuma la riserva respiratoria nel corso degli anni.

Punti chiave

• Le linee guida italiane SNLG-Regioni del 2010 definiscono l'insufficienza respiratoria con una PaO2 inferiore a 55-60 mmHg in aria ambiente, con o senza PaCO2 oltre 45 mmHg, mentre altre fonti collocano a 50 mmHg la soglia dell'ipercapnia.

• Il tipo 1 è un difetto di ossigenazione con CO2 normale o bassa, il tipo 2 un difetto di ventilazione con CO2 elevata, e per distinguerli serve l'emogasanalisi arteriosa.

• La linea guida BTS del 2017 indica una saturazione di 94-98% per la maggior parte degli adulti acuti e di 88-92% per chi è a rischio di ipercapnia, e nello studio di Austin l'ossigeno titolato ha ridotto del 58% la mortalità rispetto agli alti flussi in ambulanza.

• La linea guida ERS/ATS del 2017 raccomanda con forza la ventilazione non invasiva nell'acidosi respiratoria da riacutizzazione di BPCO con pH pari o inferiore a 7,35.

• Nello studio LUNG SAFE la mortalità ospedaliera dell'ARDS è stata del 40,0% su 3022 pazienti di 459 terapie intensive in 50 paesi.

• L'ossigenoterapia a lungo termine, per almeno 15 ore al giorno, ha migliorato la sopravvivenza nella BPCO con ipossiemia grave, ma nessuno studio randomizzato ha confrontato 24 ore con 15.

Che cosa si intende per insufficienza respiratoria

Un riferimento italiano per la definizione sta nelle linee guida sull'insufficienza respiratoria del programma SNLG-Regioni, datate 12 agosto 2010 e ospitate sul portale della Regione Toscana. Il testo descrive la condizione come un'alterazione della pressione parziale dei gas nel sangue arterioso e fissa come criterio una PaO2 inferiore a 55-60 mmHg in aria ambiente, con o senza una PaCO2 superiore a 45 mmHg.

La PaO2 è la pressione esercitata dall'ossigeno nel sangue arterioso, la PaCO2 quella dell'anidride carbonica. Per la seconda il valore di riferimento è 40 mmHg, e il limite di 45 corrisponde, secondo lo stesso documento, a due deviazioni standard sopra la media.

Per l'ossigeno il documento propone un criterio che tiene conto dell'età, perché la PaO2 attesa cala con gli anni. L'insufficienza di tipo 1 si riconosce quando il valore misurato è inferiore di tre deviazioni standard a quello normale per l'età, calcolato con la formula 109 meno 0,43 per l'età in anni (Sorbini, 1968) oppure con una seconda equazione, 106,603 meno 0,2447 per l'età. A 70 anni le due formule restituiscono circa 79 e circa 89 mmHg, due stime diverse dello stesso valore atteso. Il testo introduce anche una PaO2 standard, corretta per il grado di iperventilazione, pari a 1,66 per la PaCO2 più la PaO2 meno 66,4 e da usare quando la PaCO2 è sotto i 40 mmHg.

Le fonti non coincidono su tutte le soglie. Per il tipo 2 il limite di 45 mmHg del documento italiano diventa più di 50 mmHg in un capitolo di terapia intensiva ripreso da ScienceDirect, nella scheda clinica di Medscape e in una presentazione della Società italiana di medicina d'emergenza-urgenza (SIMEU) del 2012. Le rassegne scritte in unità britanniche usano invece i kilopascal, 8,0 per l'ossigeno e 6,0 per l'anidride carbonica, che equivalgono a circa 60 e 45 mmHg.

Tipo 1 e tipo 2, due modi diversi di perdere gli scambi gassosi

Nell'insufficienza di tipo 1, detta anche ipossiemica o parziale, l'ossigeno nel sangue arterioso è basso e l'anidride carbonica resta normale o scende. Nel tipo 2, ipercapnica o globale, la CO2 sale oltre la soglia e l'ossigeno è spesso basso. La presentazione SIMEU riassume la distinzione in due righe, PaO2 inferiore a 60 mmHg o rapporto PaO2/FiO2 sotto 300 per il tipo 1, PaO2 inferiore a 60 e PaCO2 superiore a 50 per il tipo 2.

Il rapporto PaO2/FiO2 divide la pressione arteriosa di ossigeno per la frazione di ossigeno inspirata. Serve a confrontare chi respira aria con chi riceve ossigeno supplementare, situazione in cui la sola PaO2 darebbe un'immagine troppo rassicurante.

La logica del guasto è diversa nei due casi. Una rassegna pubblicata su ScienceDirect separa il fallimento del polmone, che produce ipossiemia, da quello della pompa muscolare, che produce ipoventilazione alveolare e ipercapnia. Un capitolo di manuale ripreso dallo stesso portale riassume dicendo che il tipo 1 è un'insufficienza di ossigenazione e il tipo 2 un'insufficienza di ventilazione. Per Medscape il tipo 1 è la forma più comune e si associa a quasi tutte le malattie acute del polmone, quelle in cui gli alveoli si riempiono di liquido o collassano, come l'edema polmonare cardiogeno e non cardiogeno, la polmonite e l'emorragia polmonare.

L'equazione dell'aria alveolare, riportata nel documento toscano, mostra perché i due piani si intrecciano. La pressione alveolare di ossigeno dipende dalla pressione barometrica, dal vapore acqueo e dalla frazione inspirata di ossigeno, e da questo termine si sottrae il rapporto tra PaCO2 e quoziente respiratorio. Più anidride carbonica si accumula, meno ossigeno resta disponibile nell'alveolo.

Dietro ogni pressione parziale misurata nel sangue c'è la fisica dei gas disciolti nei liquidi, un terreno che la medicina condivide con la chimica fisica.

Acuta, cronica e acuta su cronica

Il secondo asse di classificazione riguarda il tempo. Secondo AMBOSS l'insufficienza acuta si sviluppa nell'arco di minuti o ore a seguito di una malattia o di un insulto improvviso, mentre quella cronica nasce da una patologia di lunga data come la BPCO, le malattie polmonari interstiziali o la sindrome da ipoventilazione dell'obesità. Un capitolo di manuale ripreso da ScienceDirect aggiunge la terza categoria, l'insufficienza acuta su cronica, che compare quando una disfunzione respiratoria già presente peggiora all'improvviso.

Nell'ipercapnia è il pH a dire da quanto tempo la situazione dura. AMBOSS osserva che un pH normale suggerisce una ritenzione cronica di CO2, mentre un pH basso fa pensare a una forma acuta o acuta su cronica che richiede un intervento immediato. Anche la soglia dell'acidosi cambia con la fonte. Medscape indica un pH inferiore a 7,3 per l'ipercapnia acuta, mentre la rassegna di ScienceDirect e la linea guida europea e statunitense sulla ventilazione non invasiva usano 7,35.

Le forme croniche sono meno appariscenti. Medscape ricorda che l'insufficienza acuta comporta alterazioni dei gas e dell'equilibrio acido-base che mettono a rischio la vita, mentre le manifestazioni di quella cronica sono meno drammatiche e possono non risultare evidenti. Su questo sfondo un'infezione o una riacutizzazione può far precipitare il quadro, e una rassegna italiana di medicina interna indicizzata su PubMed Central segnala che i pazienti con insufficienza globale ipossiemico-ipercapnica corrono il rischio maggiore di peggiorare durante una riacutizzazione di BPCO.

Le cause più note

Le cause si dividono secondo il tipo. Per l'ipossiemia i quadri classici sono quelli già visti, polmonite, edema polmonare ed emorragia. Per la forma ipercapnica una scheda divulgativa di iDoctors elenca la BPCO nei gradi più avanzati, l'asma grave, la sindrome delle apnee notturne, le lesioni del torace, le malattie neurologiche come la miastenia grave e la sclerosi laterale amiotrofica e l'obesità grave. Accanto alle malattie del polmone compaiono dunque malattie dei muscoli, dei nervi e della gabbia toracica.

A volte la porta d'ingresso è inattesa. Un case report consultabile su PubMed Central riguarda una donna di 79 anni ricoverata con alterazione dello stato di coscienza e insufficienza respiratoria di tipo 2, che si rivelò la prima manifestazione di una sindrome miastenica di Lambert-Eaton complicata da encefalite autoimmune paraneoplastica. Gli autori lo definiscono un caso raro e ne ricavano un'indicazione pratica, considerare questa diagnosi quando un'ipercapnia acuta resta senza spiegazione.

Tra le malattie croniche che possono condurre all'insufficienza respiratoria la BPCO è quella con i numeri più documentati. L'ufficio regionale europeo dell'Organizzazione mondiale della sanità riporta che le malattie respiratorie croniche sono la sesta causa di morte nella Regione europea, con quasi 400.000 decessi l'anno, e che circa l'80% di questi dipende dalla BPCO. A livello globale la scheda dell'OMS sulla BPCO la colloca al quarto posto tra le cause di morte, con 3,5 milioni di decessi nel 2021, circa il 5% del totale mondiale, e rileva che quasi il 90% dei decessi sotto i 70 anni avviene nei paesi a basso e medio reddito. L'analisi del Global Burden of Disease Study 2021 conta invece 213,4 milioni di persone colpite e 3,7 milioni di morti, e posiziona la malattia al terzo posto.

Il Manuale MSD, nella versione per professionisti, ricorda che nei pazienti con BPCO la morte è in genere dovuta a insufficienza respiratoria acuta, polmonite, tumore del polmone, cardiopatia o embolia polmonare.

Sintomi, segni e perché non bastano per la diagnosi

Il quadro clinico varia con il tipo e con la velocità di comparsa. Il portale Mondorespiro descrive una dispnea marcata con respiro rapido e superficiale nelle forme ipossiemiche, mentre nelle forme ipercapniche scompensate il respiro può diventare lento e superficiale, perché lo stimolo respiratorio viene depresso dall'eccesso di CO2. La presentazione SIMEU cita l'encefalopatia ipercapnica, un quadro neurologico che compare nel corso dell'insufficienza respiratoria.

Nessuno di questi segni basta da solo. La stessa presentazione SIMEU riporta che sintomi e segni clinici non sono sufficienti per la diagnosi e che serve l'emogasanalisi arteriosa, un esame che misura PaO2, PaCO2 e pH sul sangue prelevato da un'arteria. Il pH, come visto, permette poi di distinguere tra forme acute, croniche e acute su croniche.

L'ossigeno come farmaco, con un bersaglio preciso

Nella fase acuta il trattamento di base è l'ossigeno, e la linea guida della British Thoracic Society del 2017 lo tratta come un farmaco da prescrivere con un obiettivo scritto. Per la maggior parte degli adulti acutamente malati il bersaglio di saturazione è 94-98%, per chi è a rischio di insufficienza ipercapnica 88-92%. Quando l'emogasanalisi mostra una CO2 normale, il bersaglio dei pazienti con BPCO può essere riportato a 94-98%, salvo eccezioni previste dal testo. La linea guida precisa anche che alcune persone sopra i 70 anni hanno saturazioni stabili tra 92 e 94% e non richiedono ossigeno finché il valore non scende sotto la loro norma, e che un calo improvviso superiore al 3% entro il bersaglio merita una rivalutazione.

Per i pazienti con BPCO l'avvio consigliato dalla stessa linea guida è una maschera Venturi al 24% con 2-4 litri al minuto, oppure al 28% con 4 litri, oppure una cannula nasale a 1-2 litri, puntando a una saturazione di 88-92% nella maggior parte dei casi. L'appendice dedicata alle ambulanze e alla fase preospedaliera limita a sei minuti l'uso dell'ossigeno per muovere un aerosol nei pazienti con BPCO nota, per contenere il rischio di ipercapnia.

Il bersaglio basso per chi trattiene CO2 poggia in buona parte su uno studio australiano pubblicato sul BMJ nel 2010 da Austin e colleghi. Lo studio era randomizzato per gruppi, con i paramedici come unità di assegnazione. In ambulanza i pazienti con sospetta riacutizzazione di BPCO ricevevano ossigeno ad alti flussi, 8-10 litri al minuto con maschera, oppure ossigeno titolato su una saturazione di 88-92%. Nei 405 pazienti arruolati la titolazione ha ridotto la mortalità del 58% e, nel sottogruppo con BPCO confermata, del 78%. La revisione Cochrane che ha raccolto il dato conta 2 decessi nel gruppo titolato contro 11 in quello ad alti flussi tra 214 partecipanti con BPCO confermata.

I limiti sono noti. Una rassegna su PubMed Central che commenta lo studio segnala scostamenti dal protocollo di titolazione, e il protocollo dello studio STOP-COPD, uscito nel 2024 sulla rivista Trials, nota che un solo trial randomizzato per gruppi aveva indagato l'ossigeno titolato in fase preospedaliera e che il risultato non è mai stato riprodotto.

Ventilazione non invasiva e ossigeno ad alti flussi

Quando l'ossigeno non basta o la CO2 continua a salire, entra in gioco il supporto meccanico. La linea guida congiunta della European Respiratory Society e dell'American Thoracic Society, pubblicata nel 2017 sull'European Respiratory Journal a firma di Rochwerg e colleghi, raccomanda con forza e con alto livello di certezza la ventilazione non invasiva a due livelli di pressione per i pazienti con acidosi respiratoria acuta o acuta su cronica, con pH pari o inferiore a 7,35, dovuta a una riacutizzazione di BPCO. La raccomandazione è forte anche per l'edema polmonare cardiogeno, con certezza moderata, mentre per l'insufficienza respiratoria de novo il documento non formula alcuna raccomandazione.

Una rassegna italiana su PubMed Central, che riprende le raccomandazioni ATS/ERS, riporta che nelle riacutizzazioni di BPCO la ventilazione a pressione positiva riduce l'acidosi respiratoria, la frequenza respiratoria, la dispnea, la necessità di intubazione, la mortalità e la durata del ricovero, con livello di evidenza A.

Per l'insufficienza ipossiemica senza ipercapnia la partita si è spostata sull'ossigeno nasale ad alti flussi. Lo studio FLORALI, pubblicato sul New England Journal of Medicine nel 2015 da Frat e colleghi, ha assegnato 310 pazienti con insufficienza ipossiemica acuta e senza ipercapnia a ossigeno ad alti flussi, ossigeno standard con maschera o ventilazione non invasiva. L'esito primario, l'intubazione entro 28 giorni, non ha mostrato differenze significative tra i gruppi. La mortalità a 90 giorni, esito secondario, è risultata del 12% con gli alti flussi, del 23% con l'ossigeno standard e del 28% con la ventilazione non invasiva.

Il dato va letto con prudenza, come ricordano le sintesi critiche di Wiki Journal Club e di Critical Care Reviews. La mortalità non era l'obiettivo primario e lo studio era dimensionato sulla differenza di intubazioni. Oltre l'80% dei pazienti aveva una polmonite, il che limita la generalizzazione ad altre cause, e nel braccio con ventilazione non invasiva i pazienti ricevevano ossigeno ad alti flussi tra una seduta e l'altra.

Quando l'ipossiemia diventa sindrome da distress respiratorio acuto

La sindrome da distress respiratorio acuto, in sigla ARDS, rientra nel tipo 1 ed è definita in modo operativo. La definizione di Berlino, pubblicata su JAMA nel 2012 dalla ARDS Definition Task Force, distingue tre livelli in base al rapporto PaO2/FiO2 misurato con una pressione positiva di fine espirazione di almeno 5 cm di acqua. Il livello è lieve se il rapporto è superiore a 200 e fino a 300 mmHg, moderato se superiore a 100 e fino a 200, grave a 100 o meno. L'abstract originale associa i tre livelli a una mortalità del 27%, del 32% e del 45%, mentre un commento pubblicato nel 2021 sulla Lancet Respiratory Medicine riporta 27%, 35% e 45% per le stesse tre fasce.

Lo studio LUNG SAFE, pubblicato su JAMA nel 2016 da Bellani e colleghi, ha misurato quanto pesi la sindrome nelle terapie intensive. Per quattro settimane consecutive dell'inverno 2014, in un campione di convenienza di 459 terapie intensive di 50 paesi, ha raccolto 29.144 ricoveri, tra i quali 3022 (10,4%) soddisfacevano i criteri di ARDS, pari al 23,4% dei pazienti ventilati. La mortalità ospedaliera è stata del 40,0%, con il 34,9% nelle forme lievi, il 40,3% nelle moderate e il 46,1% nelle gravi. Gli autori concludono che la sindrome risulta sottoriconosciuta e sottotrattata. Una lettera di commento pubblicata su PubMed Central sostiene invece che la prevalenza riportata superi di un ordine di grandezza quella attesa dall'esperienza clinica europea.

Nel 2024 un gruppo di lavoro con primo autore Michael Matthay ha proposto sull'American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine una definizione globale che estende quella di Berlino. Include l'ossigeno nasale ad alti flussi con almeno 30 litri al minuto e accetta, per l'ipossiemia, un rapporto PaO2/FiO2 pari o inferiore a 300 oppure un rapporto SpO2/FiO2 pari o inferiore a 315 quando la saturazione non supera il 97%. Ammette l'ecografia polmonare accanto alla radiografia e prevede, per i contesti con risorse limitate, una forma modificata che non richiede né PEEP né un flusso minimo di ossigeno.

Un editoriale della stessa rivista si chiede se la saturazione sia un sostituto sufficientemente validato della PaO2, e uno studio di coorte osservazionale ha discusso i limiti del rapporto SpO2/FiO2 per classificare la sindrome. La definizione, in altre parole, è ancora un cantiere aperto.

Insufficienza respiratoria cronica e ossigenoterapia a lungo termine

Quando l'ipossiemia diventa stabile, il trattamento è l'ossigenoterapia a lungo termine, in sigla OTLT, che una rassegna dell'Associazione italiana pneumologi ospedalieri (AIPO) definisce come l'ossigeno somministrato per almeno 15 ore al giorno. Per l'uso domestico esistono tre sistemi, concentratori, ossigeno liquido e gas compresso, ricorda il Manuale MSD. ISSalute, il portale dell'Istituto superiore di sanità, precisa che lo scopo è ridurre il carico cardiopolmonare, facilitare le attività quotidiane e migliorare sopravvivenza e prognosi, che l'efficacia aumenta con la durata d'uso quotidiana e che l'ossigeno non serve ad alleviare la sensazione di mancanza d'aria. Poiché è altamente infiammabile, durante la terapia non si deve fumare, perché una sigaretta accesa può provocare incendi o esplosioni.

Le prove di beneficio sulla sopravvivenza vengono ancora oggi da due studi randomizzati condotti negli anni Settanta. Il Nocturnal Oxygen Therapy Trial, pubblicato sugli Annals of Internal Medicine nel 1980, ha assegnato 203 pazienti con BPCO e ipossiemia, in sei centri, a ossigeno continuo o a dodici ore di ossigeno notturno, con un follow-up medio di 19,3 mesi. La mortalità complessiva nel gruppo notturno è risultata 1,94 volte quella del gruppo continuo. A 12 mesi era il 20,6% contro l'11,9%, a 24 mesi il 40,8% contro il 22,4%. Il gruppo assegnato all'ossigeno continuo ha ricevuto in realtà ossigeno per una media di circa 19 ore al giorno. Lo studio del Medical Research Council britannico, pubblicato nel 1981, confrontò l'ossigeno domiciliare con nessun ossigeno, e dopo cinque anni erano morti 19 pazienti su 42 trattati e 30 su 45 non trattati.

Il beneficio riguarda un gruppo selezionato. La revisione Cochrane conclude che l'ossigeno domiciliare a lungo termine ha migliorato la sopravvivenza in pazienti con BPCO e ipossiemia grave, con PaO2 inferiore a 8,0 kPa, circa 60 mmHg, e che nei pazienti con BPCO lieve o moderata e desaturazione notturna l'ossigeno notturno non ha ridotto la mortalità. Il Manuale MSD aggiunge che con livelli di ossigeno solo moderatamente bassi l'uso prolungato non riduce il rischio di morte, ma può attenuare il respiro affannoso e il carico sul cuore.

In Italia la linea guida della Regione Piemonte sull'ossigenoterapia, del 2021, indica come obbligatorio prescrivere la OTLT ai pazienti con BPCO e ipossiemia continua, e osserva che l'uso dell'ossigeno nasale ad alti flussi nell'insufficienza respiratoria cronica è ancora limitato dalla scarsità di studi. Un documento del Ministero della Salute redatto dal gruppo di lavoro GARD-Italy ricorda che rallentare comparsa ed evoluzione della forma cronica dipende dalla prevenzione primaria della malattia di base, da una diagnosi eziologica tempestiva e da una scelta corretta di terapia e tempistica.

Una nota sulla durata giornaliera chiude il quadro. Secondo gli autori di uno studio pubblicato su PLOS ONE nel 2016, le raccomandazioni per l'ossigeno 24 ore al giorno poggiano su un confronto osservazionale e non aggiustato tra i bracci di due trial randomizzati degli anni Settanta, e nessuno studio randomizzato ha mai confrontato 24 ore con 15. I quattro studi precedenti sull'effetto della OTLT sulla mortalità, osserva lo stesso lavoro, coinvolgevano in tutto 501 pazienti, non erano in cieco ed erano stati condotti tra 20 e 40 anni prima. Uno studio più recente su 228 pazienti non aveva trovato differenze di sopravvivenza tra un uso intermittente, in media 6,7 ore al giorno, e uno continuativo, in media 18,1 ore.

Domande frequenti

Che cos'è l'insufficienza respiratoria e quali valori la definiscono?

L'insufficienza respiratoria è l'incapacità dell'apparato respiratorio di garantire un'adeguata ossigenazione del sangue o di eliminare l'anidride carbonica. Le linee guida italiane SNLG-Regioni la definiscono con una PaO2 inferiore a 55-60 mmHg in aria ambiente, con o senza PaCO2 superiore a 45 mmHg. Per confermarla serve un prelievo di sangue arterioso.

Qual è la differenza tra insufficienza respiratoria di tipo 1 e di tipo 2?

Il tipo 1 è ipossiemico, con ossigeno basso e anidride carbonica normale o ridotta. Il tipo 2 è ipercapnico, con anidride carbonica elevata e, nella maggior parte dei casi, ossigeno basso. Il primo è un difetto di ossigenazione, tipico di polmonite ed edema polmonare, il secondo un difetto di ventilazione, tipico della BPCO avanzata e di alcune malattie neuromuscolari.

Come si diagnostica l'insufficienza respiratoria acuta?

La diagnosi richiede l'emogasanalisi arteriosa, un esame su sangue prelevato da un'arteria che misura PaO2, PaCO2 e pH. Sintomi come affanno, respiro rapido o alterazione dello stato di coscienza orientano il sospetto, ma secondo la presentazione SIMEU non bastano da soli. Il pH aiuta a distinguere una forma acuta da una cronica.

A quale saturazione di ossigeno si punta nell'insufficienza respiratoria da BPCO?

La linea guida della British Thoracic Society del 2017 indica un bersaglio di saturazione di 88-92% per i pazienti con BPCO o altri fattori di rischio di ipercapnia, in attesa dell'emogasanalisi. Se la CO2 risulta normale, il bersaglio può tornare a 94-98%, il valore consigliato per la maggior parte degli adulti acutamente malati.

L'insufficienza respiratoria cronica si cura con l'ossigeno a casa?

Nei pazienti con BPCO e ipossiemia grave l'ossigenoterapia a lungo termine, somministrata per almeno 15 ore al giorno, ha migliorato la sopravvivenza negli studi NOTT e MRC. Con ipossiemia lieve o moderata il Manuale MSD indica che non riduce il rischio di morte, ma può attenuare il respiro affannoso. La valutazione spetta allo specialista.

Quali malattie possono causare insufficienza respiratoria?

Per il tipo ipossiemico le cause tipiche sono polmonite, edema polmonare ed emorragia polmonare. Per il tipo ipercapnico una scheda divulgativa cita la BPCO avanzata, l'asma grave, le apnee notturne, le lesioni toraciche, la miastenia grave, la sclerosi laterale amiotrofica e l'obesità grave. Nelle forme croniche i dati più ampi riguardano la BPCO.