# Ipercapnia

L'ipercapnia (dal greco hyper: oltre, e kapnos: fumo) è l'aumento nel sangue della concentrazione di anidride carbonica (CO$_2$). L'anidride carbonica è un prodotto di scarto dei processi metabolici cellulari. Nei liquidi corporei si scioglie e forma l'acido carbonico, che durante l'espirazione viene eliminato dai polmoni sotto forma di anidride carbonica. Se questo meccanismo diviene difettoso, l'acido carbonico determina l'acidosi respiratoria accumulandosi nel sangue.
L'opposto dell'ipercapnia è l'ipocapnia.

## Clinica

L'ipercapnia è l'elevazione della pressione parziale di anidride carbonica al di sopra di 45 mmHg. L'anidride carbonica è un prodotto metabolico dei molti processi cellulari all'interno del corpo per elaborare lipidi, carboidrati e proteine. Esistono una serie di meccanismi fisiologici responsabili della moderazione dei livelli di CO$_2$. Questi includono il sistema di tamponamento del pH tra il bicarbonato e la CO$_2$. A causa di questa relazione, l'ipercapnia porta a squilibri nell'equilibrio acido-base.

### Eziologia

Alla sua base, l'ipercapnia è causata da un aumento della produzione metabolica di CO$_2$ o da un'insufficienza respiratoria. Processi metabolici che aumentano la produzione di CO$_2$ possono includere febbre, tireotossicosi, aumento del catabolismo osservato nella sepsi o nell'uso di steroidi, sovralimentazione, acidosi metabolica ed esercizio fisico. L'insufficienza respiratoria è causata dall'impossibilità nell'eliminare la CO$_2$ dal sistema polmonare, che è sinonimo di ipoventilazione secondaria a una diminuzione della frequenza respiratoria o del volume corrente. Questo è dovuto a una diminuzione del drive respiratorio del sistema nervoso centrale, difetti anatomici, risposta neuromuscolare ridotta o aumento dello spazio morto all'interno del polmone. È anche tecnicamente possibile sviluppare ipercapnia attraverso l'esposizione e l'inalazione di aria ambientale ricca di CO$_2$. A seconda dell'eziologia, l'ipercapnia può essere un processo acuto o un processo cronico, distinti attraverso la valutazione del pH. L'ipercapnia acuta avrà una PaCO$_2$ elevata al di sopra dell'intervallo di riferimento normale di 45 mmHg, e il livello di HCO$_{3-}$ sarà nei limiti normali a circa 30 mmHg con una conseguente diminuzione proporzionale del pH nella emogasanalisi del sangue al di sotto di 7,35. L'ipercapnia cronica consente una compensazione renale dei livelli elevati di CO$_2$ nel sangue. Di conseguenza, la PaCO$_2$ sarà elevata al di sopra dell'intervallo di riferimento normale di 45 mmHg e il livello di HCO$_{3-}$ sarà anch'esso proporzionalmente elevato, risultando in uno squilibrio meno grave del pH nell'intervallo basso-normale. È anche possibile che si verifichi una patologia acuta su una base cronica, che crea un quadro combinato con PaCO$_2$ elevata e HCO$_{3-}$ elevato con un pH anormale e ridotto al di sotto di 7,35.

### Epidemiologia

L'ipercapnia è una condizione clinica secondaria ad altre patologie piuttosto che una singola eziologia patologica e pertanto, l'epidemiologia esatta è legata alla specifica patologia causante.

### Fisiopatologia

Uno dei compiti del sistema polmonare è rimuovere l'anidride carbonica dall'organismo attraverso la diffusione gassosa. Ciò richiede un gradiente di diffusione dall'alta concentrazione di sangue arterioso verso l'aria ambientale a bassa concentrazione. Di conseguenza, i gradienti di CO$_2$ si sviluppano e si mantengono, dove la PaCO$_2$ nel sangue arterioso è direttamente proporzionale al tasso di produzione metabolica di CO$_2$ e inversamente correlata al tasso di eliminazione di CO$_2$ attraverso il polmone tramite un'aumentata ventilazione alveolare. La ventilazione alveolare è la rimozione dell'aria alveolare nell'ambiente, definita come il volume minuto espirato che raggiunge gli alveoli ed è determinata dalla ventilazione minuto e dal rapporto tra spazio morto e volume corrente. Il corpo umano è molto adattato e in grado di eliminare CO$_2$ in eccesso prodotta. In sostanza, a meno che non ci sia una significativa perdita di ventilazione polmonare, i processi metabolici non indurranno ipercapnia.
Matematicamente, questa relazione è determinata come:
PaCO$_2$ = 0,863 x VCO$_2$/ VA
VA = VE – VD
VE = RR x TV
TV = RR x volume dello spazio morto
Dove VCO$_2$ è la produzione metabolica di CO$_2$, VA è la ventilazione alveolare, VE è la ventilazione minuto, VD è la ventilazione dello spazio morto, RR è il ritmo respiratorio e TV è il volume corrente.
Queste relazioni indicano che il ritmo respiratorio e il volume corrente sono i due componenti della ventilazione che vengono controllati fisiologicamente o artificialmente per moderare l'eliminazione di CO$_2$. Pertanto, uno squilibrio in uno di questi campi indurrà ipercapnia. È anche importante notare che all'aumentare di PaCO$_2$, diminuisce l'ossigenazione. Questo è spiegato usando l'equazione del gas alveolare:
PaO$_2$ = FiO$_2$ (P$_{atm}$ – PH$_2$O) – PaCO$_2$ / R
Dove FiO$_2$ è la frazione di ossigeno inspirato (0,21 nell'aria ambiente), P$_{atm}$ è la pressione atmosferica, PH$_2$O (47 mm Hg), PaCO$_2$ calcolata dai gas arteriosi e R (0,8 valore standard).

### Esame obiettivo

L'anamnesi e l'esame obiettivo di un paziente con ipercapnia sono altamente variabili a seconda della fonte che ha causato l'ipercapnia stessa. I pazienti possono presentare vari segni e sintomi come cute arrossata, letargia, incapacità di concentrarsi, lievi mal di testa, disorientamento, vertigini, dispnea, dispnea da sforzo, nausea, vomito e affaticamento. Tra i più gravi sono inclusi confusione, paranoia, depressione, contrazioni muscolari anomale, palpitazioni, iperventilazione o ipoventilazione, convulsioni, ansia e sincope. Spesso, se un paziente ha una storia clinica nota di asma o broncopneumopatia cronica ostruttiva, conoscerà i sintomi dell'esacerbazione associandoli all'ipercapnia.
Le conclusioni dell'esame fisico sono tipicamente vaghe ma possono indicare una patologia sottostante e possono includere stato febbrile, obesità, tachicardia, tachipnea, dispnea, stato mentale alterato, rantoli o ronchi o crepitii all'auscultazione, diminuzione dei suoni respiratori, cassa toracica iperrisonante alla percussione, diametro antero-posteriore aumentato del torace e soffio cardiaco. Inoltre possono essere presenti segni di ipossia, epatosplenomegalia, deficit neurologico, confusione, sonnolenza, debolezza muscolare, edema periferico, asterissi, papilledema e dilatazione delle vene superficiali.

### Diagnosi

La diagnosi dell'ipercapnia deve seguire una sospetto clinico, poiché l'elenco diagnostico differenziale è lungo. Gli esami essenziali da considerare nella maggior parte dei pazienti includono:
* Emocromo completo per determinare la presenza di anemia.
* Profilo metabolico completo per valutare specificamente sodio, potassio e cloruro, poiché le variazioni in questi elettroliti sono spesso la fonte dei sintomi. L'HCO$_{3-}$ è anche importante da valutare per determinare se si sta verificando una compensazione per lo sviluppo di acidosi respiratoria.
* Ormone stimolante la tiroide per valutare la presenza di ipertiroidismo o ipotiroidismo sottostanti che potrebbero causare tireotossicosi.
* Emogasanalisi arteriosa o venosa è probabilmente il test di laboratorio più prezioso poiché consente di valutare lo stato del pH, la CO$_2$ sierica e l'HCO$_{3-}$ sierico. Inoltre, è possibile calcolare un gap anionico per aiutare a determinare se l'acidosi è di natura metabolica o respiratoria.
* La spirometria valuta il funzionamento generale del polmone. Le misurazioni del volume espiratorio forzato nel primo secondo e della capacità vitale forzata vengono utilizzate per determinare se un processo restrittivo o ostruttivo è l'eziologia dell'ipoventilazione. Se si sospetta un ristagno d'aria, ciò può indicare patologie come la broncopneumopatia cronica ostruttiva o asma.
* La radiografia del torace è essenziale in ogni valutazione delle malattie respiratorie per determinare patologie anatomiche e per escludere polmoniti o edema polmonare.
* La tomografia computerizzata del torace è una valutazione radiografica più dettagliata e viene tipicamente utilizzata come passo successivo per elucidare ulteriormente patologie sospettate sulla radiografia del torace.
* L'ecocardiografia può essere considerata se si sospetta un'anomalia cardiopolmonare. In particolare, la funzione del cuore può essere valutata analizzando la frazione di eiezione e la funzione valvolare.
* Elettrocardiogramma ed elettromiografia vengono utilizzati per valutare eventuali patologie del sistema nervoso centrale e neuromuscolari.
* La polisonnografia è essenziale per la valutazione del sospetto apnea centrale o sindrome delle apnea ostruttiva del sonno.

### Trattamento

Il trattamento dell'ipercapnia dovrebbe mirare alla patologia sottostante. Esistono interventi diretti per assistere nella rimozione della CO$_2$ attraverso il miglioramento della ventilazione polmonare. Questi includono la ventilazione a doppia pressione positiva (BiPAP), la ventilazione a pressione positiva continua (CPAP) e l'intubazione con ventilazione meccanica nei pazienti gravemente malati. Il BiPAP è tipicamente preferito in un paziente sveglio e vigile che può proteggere le proprie vie respiratorie, poiché consente uno scambio d'aria migliore tra lo spazio alveolare e l'aria atmosferica fornendo livelli alternati di supporto positivo della pressione alle vie respiratorie. Il CPAP è utilizzato nei pazienti dove è necessario il contenimento delle vie aeree. Tuttavia, questo è inferiore per lo scambio di CO$_2$ rispetto al BiPAP. Sebbene tecnicamente non invasivi, questi trattamenti sono scarsamente tollerati a causa del disagio da parte di molti pazienti e funzionano come terapia ponte per recuperare senza misure più invasive. La ventilazione meccanica è l'opzione più invasiva tra quelle elencate, ma consente al medico un migliore controllo sia del ritmo respiratorio sia del volume corrente, oltre a FiO$_2$ e supporto pressorio. Se un paziente non è sveglio, vigile o in grado di proteggere le proprie vie respiratorie, l'intubazione dovrebbe essere seriamente presa in considerazione. BiPAP, CPAP e intubazione non sono trattamenti curativi di per sé, ma sono di supporto come misure di stabilizzazione mentre l'eziologia sottostante viene corretta. Indipendentemente dal tipo di supporto utilizzato, è essenziale ottimizzare lo stato di ossigenazione mantenendo una saturazione di ossigeno del 90% o superiore.

### Diagnosi differenziale

Esistono numerose patologie che portano all'ipercapnia e devono essere considerate per una corretta diagnosi differenziale. Queste includono:
* Sindrome da distress respiratorio acuto
* Esacerbazione dell'asma
* Apnea centrale o ostruttiva del sonno
* Broncopneumopatia cronica ostruttiva cronica o esacerbazione acuta
* Sovradosaggio da farmaci
* Inalazione di CO$_2$ esogena
* Trauma al cranio o al midollo cervicale
* Miastenia grave
* Mixedema
* Sindrome da ipoventilazione nell'obesità (sindrome di Pickwick)
* Polineuropatia
* Poliomielite
* Disturbi primari dell'apparato muscolare
* Porfiria
* Ipoventilazione alveolare primaria
* Edema polmonare
* Tetano

### Prognosi

L'ipercapnia ha una prognosi variabile in base all'esatta eziologia scatenante, e in generale i pazienti più giovani hanno una prognosi migliore rispetto ai pazienti più anziani.