Il diaframma toracico, revisione sistemica.

Una visione ampia ed analitica delle funzioni fini alla Osteopatia, ed alla riabilitazione funzionale e neuro-cognitiva .

Dott. Francesco Barbato D.O.

Il diaframma toracico ha, da sempre, avuto una fondamemtale incidenza nella valutazione e nella gestione del paziente avente le più disparate affezioni. Il suo stato di salute, e la sua funzionalità hanno riverberi multisistemici essendo questo tessuto uno “snodo” importante sia anatomico che fisiologico. Le sue funzioni non asseriscono unicamente alla sua anatomia, ma influenzano l’intero sistema corpo. Sono definite le ingerenze di tale struttura in riferimento, ad esempio, a:

• Mobilità e stabilità della colonna vertebrale
• Coordinazione motoria
• Disordini cervicali ed appendicolari
• Mobilità e funzionalità dei visceri
• Ritenzione idrica ed edema
• Ritirno linfo-venoso
• Postura
• Funzionalità vestibolare
• Funzionalità duramerica

Grazie “all’apripista” relativa agli studi di autori come Bierner, Bordoni, Richman Parabita, e Yeung, in relazione alle ingerenze, meno conosciute, del diaframma toracico sull’intera funzionalità dell’organismo, risulta possibile stabilire ulteriori relazioni, e relativi trattamenti in merito a questa fondamentale struttura.

Il ritmo respiratorio

Direttamente e indirettamente, influenza il sistema nervoso centrale (SNC). Proveremo ora a descrivere tali influenze, in particolar modo:

• La respirazione induce movimento alla massa celebrale e determina i modelli di oscillazione neurale
• Il diaframma influenza l’espressione motoria e relativo engramma posturale.

È cosa nota che il diaframma ha molteplici ingerenze nel migliorare il quadro sintomatologico dei pazienti con malattie croniche.

Aspetti analitici del diaframma toracico

È il motore della respirazione, cosa che può essere involontaria, forzata, o controllata. Il diaframma presenta molteplici funzioni, sia in via indiretta che diretta, funzioni che vanno oltre la respirazione. Promuove, infatti anche:

• espettorazione
• vomito
• defecazione
• minzione
• deglutizione
• fonazione.

Il diaframma influenza l’equilibrio metabolico del corpo e stimola il ritorno venoso e linfatico, mantiene, tra l’altro, il corretto rapporto tra stomaco ed esofago (es. per prevenire il reflusso gastroesofageo), tra le vie arterio-venose e linfatiche dei compaeti toracico ed addominale. È essenziale per la corretta postura e locomozione, così come per il movimento degli arti superiori.

Questo muscolo influenza, inoltre, le sfere emotive e psicologiche. L’apnea inspiratoria è in grado di aumentare la soglia del dolore somatico, diminuendo la percezione dolorosa

Le funzioni del diaframma non si fermano localmente nella sua area topografica, ma influenzano l’intero organismo. La sua azione può essere integrata all’interno di un quadro fisiologico che potremmo definire “respiro sistemico”. L’innervazione principale è rappresentata dai nervi frenico e vago. Il nervo frenico riceve impulsi dai gruppi di neuroni midollari del complesso pre-Bötzinger e dai neuroni del complesso parafacciale retrotrapezoidale, che, a loro volta, ricevono ordini superiori dal nucleo retroambiziale del bulbo.

Il nervo frenico (C3-C5) è un nervo misto, in grado di inviare efferenze e ricevere afferenze sensibili. Invia informazioni motorie al diaframma e rileva informazioni dalla vena cava, dal pericardio, dalla pleura, dalla capsula di Glisson e dalla zona peritoneale subdiaframmatica .

Il nervo frenico destro è più verticale, meno lungo, e possiede una conduzione elettrica più veloce. Nel suo percorso contrae diverse anastomosi, anche se in variabili percentuali, a seconda della della presenza, o meno, dei nervi accessori:

• nervo vago
• nervo subclavio
• ansa Cervicalis
• ganglio stellato
• nervi cranici XII e XI
• nervo sopraclavicolare
• nervo sterno-ioideo

Nella porzione subdiaframmatica, il nervo frenico continua il suo corso. Sulla destra, forma diversi gangli (gangli frenici), collegati al ganglio celiaco ed alla ghiandola surrenale, in alcune persone, anche con il ganglio mesenterico simpatico superiore. A sinistra, forma il ganglio frenico, che potrebbe connettersi, anch’esso, ai gangli simpatici e alla ghiandola surrenale, secondo la soggettività anatomica. In questi gangli frenici, troviamo corpi neuronali che sono “simpatizzanti”, ed è dimostrato che un sistema retrogrado di informazioni dai gangli simpatici viaggi indietro al nervo frenico, influenzando il comportamento diaframmatico.

Il nervo vago (X nervo craniale) è il più lungo dei nervi cranici. È un nervo misto, con capacità motorie (20% di fibre efferenti) e sensibili (80% di fibre afferenti). Il vago proviene dal nucleo ambiguo, dal nucleo solitario e dal nucleo motore dorsale del tronco encefalico, immediatamente caudale al glossofaringeo, il nucleo dorsale (o nucleo cardiopneumoenterico) che si trova sotto il quarto ventricolo dà origine a fibre pregangliari parasimpatiche del vago che esce dal tronco encefalico.

Queste fibre raggiungono i gangli parasimpatici dei diversi visceri presenti nel mediastino e nell’addome. Il nervo che esce dal suo nucleo si muove orizzontalmente in avanti e obliquo, per raggiungere il forame giugulare, a questo livello, attraversa il canale osseo, formando due gangli. Il primo ganglio nel forame giugulare del vago è il nodoso o superiore con compiti sensoriali, mentre il secondo, chiamato giugulare o inferiore, ha rilevanza somatica per la sensibilità della pelle del padiglione auricolare.

Il vago esegue diverse anastomosi, tra cui il sistema simpatico a livello cervicale e addominale e il nervo frenico, il nervo vago stesso (anastomosi di galeno), il nervo XI (anastomosi di Lobstein), nervo IX, e l’ansa Cervicalis. Nel meccanismo di respirazione, un terzo nervo viene eccitato, l’Ipoglosso (XII), in particolare nella fase preinspiratoria. Questo nervo è essenziale per la conformità delle vie respiratorie (es. durante l’inspirazione quando la lingua è retrusa). Il ritmo respiratorio, direttamente e indirettamente, stimola il sistema nervoso centrale (SNC).

L’intento di questa disquisizione è quello di ricordare che il diaframma può avere molta utilità per migliorare il quadro sintomatico delle diverse malattie croniche, ove spesso si osserva un calo dell’attività cognitiva in concomitanza con un’alterazione della funzione respiratoria, come nella malattia polmonare ostruttiva cronica (BPCO), apnea ostruttiva del sonno (OSA), fibromialgia, insufficienza cardiaca cronica (CHF), lombalgia cronica (CLPB). Affronteremo anche un tema importante, ovvero la capacità del respiro di muovere la massa cerebrale e determinare i modelli di oscillazione neurale.

Respiro e movimento di massa cerebrale evidenziano forze in grado di muovere craniocaudalmente la massa cerebrale e influenzare la sintesi del fluido cefalorachidiano (CRF).

Osservazioni fatte attraverso esami di risonanza magnetica hanno evidenziato che durante la inspirazione, o contrazione diaframmatica , la massa cerebrale e il midollo allungato si muovono caudalmente e medialmente (23 mm circa), mentre in concomitanza con la espirazione, o decontrazione, c’è un ritorno craniale. L’intervento del diaframma respiratorio è in grado di muovere la massa cerebrale e influenzare il movimento del CRF, oltre ad aumentare la sua produzione, in particolare con respirazioni forzate. Movimenti analoghi si osservano anche durante le fasi sistoliche e diastoliche del cuore. La differenza tra il cuore e il diaframma è che il miocardio muove il CRF più velocemente mentre il diaframma muove una maggiore quantità di fluido. Durante l’inspirazione, la pressione toracica si riduce, condizione che agisce sullo spazio subaracnoideo attraverso il plesso venoso che circonda la colonna vertebrale toracica e all’interno del canale spinale, la diminuzione della pressione toracica influenza la pressione idrostatica che aiuta la bassa resistenza venosa e paravenosa e quindi il drenaggio di CRF. Il CRF protegge le funzioni del sistema nervoso centrale (SNC), portando nutrienti, raccogliendo rifiuti cellulari metabolici, e regolando la pressione cerebrale. Questo ciclo si rinnova da tre a cinque volte al giorno.

Ci sono indicazioni che suggeriscono una riduzione della quantità di CRF in movimento, se c’è una resistenza nel tratto respiratorio, con una diminuzione nello spazio subaracnoideo. Un’ipotesi formulata è che c’è una relazione tra un declino nella funzione diaframmatica cronica e la funzione cognitiva, a disturbare la funzione e la mobilità del CRF.

Inoltre l’atto di respiratorio potrebbe essere correlato alla generazione di tensioni meccaniche sulle strutture nervose, nervi centrali (craniali) e nervi periferici. Le strutture nervose, periferica e centrale, sono sottoposte ad uno stress meccanico quotidiano, come quando un’articolazione si muove, subisce compressione e striramento. Il carico fisiologico di sollecitazione permette al nervo di rigenerarsi, attraverso sostanze, autocrine e paracrine, che sono secrete dalla stessa struttura nervosa.

Una sostanza chimica secreta da una cellula per agire su cellule presenti nelle sue immediate vicinanze è detta paracrina. Si definisce autocrino il sistema di segnalazione cellulare in cui una sostanza (l’agente autocrino) prodotta da una cellula va a modificare il comportamento della cellula stessa. Le sostanze paracrine e autocrine raggiungono le loro cellule bersaglio per diffusione attraverso il liquido interstiziale.

Il respiro che muove la struttura nervosa centrale e periferica indurrebbe lo stress meccanico sulle stesse strutture. Lo stress porterebbe alla meccanotrasduzione, mantenendo costante la funzione e la forma del tessuto nervoso.

Nella meccanotrasduzione un segnale meccanico viene convertito in un segnale nervoso tramite meccanorecettori.

Respirazione e oscillazione della rete neurale

Il respiro modula le oscillazioni limbiche, le funzioni cognitive e motorie della corteccia. Questo processo si verifica con maggiore forza quando l’inspirazione avviene attraverso il naso, d’altra parte, l’effetto è meno vigoroso se il respiro viene eseguito oralmente. Il bulbo olfattivo e la corteccia piramidale oscillano durante il respiro, coordinando la rete neurale corticale legata all’apprendimento, alla memoria e al comportamento. Il sistema olfattivo è collegato al sistema limbico e all’ippocampo (attraverso proiezioni della corteccia entorhinale), il tipo di ritmo respiratorio crea eccitazioni neurali specifiche (profondità di respiro, numero di respiri, velocità di respiro), i quali generano ritmi oscillatori speculari che si propagano in diverse aree cerebrali.

Le oscillazioni sono: Delta (bassa frequenza), Theta (4-12 Hz), beta (30 Hz), e gamma (40-150 Hz)

Lo stesso ritmo respiratorio viene registrato diversamente dalle aree cerebrali specifiche, da cui partono le oscillazioni neurali, che consentono la comunicazione tra di loro. Maggiore è la coordinazione delle oscillazioni, maggiore è la funzione espressa dalle diverse aree cerebrali coinvolte. Il diaframma può essere considerato l’acme del sistema neurale. La respirazione, in particolare, influenza le onde gamma, che coinvolgono la neocorteccia (frontale, parietale, e area temporale, queste aree sono attivate per la funzione cognitiva:

• memoria
• attenzione
• percezione sensoriale
• risoluzione dei problemi
• processi linguistici.

Le oscillazioni organizzano i neuroni nel tempo (connessioni sinaptiche più precise e durevoli), implementando la loro capacità di funzionare e comunicare con diverse aree cerebrali. Le onde gamma influenzano anche le aree limbiche e motorie della corteccia. Lo stesso muscolo diaframma potrebbe influenzare direttamente le oscillazioni neurali (in particolare, le onde Delta e Theta), attraverso le informazioni propriocettive e interocettive che il suo movimento trasmette, attivando la corteccia somatosensoriale e insulare, attraversando le vie spinali. La stimolazione diretta del diaframma, in particolare quando le onde theta sono attivate, stimola l’attività cognitiva.

Il diaframma stimola la ritmica limbica che coinvolge un gran numero di cellule depolarizzate in modo sincrono, partendo dalle vie midollari sensoriali (propriocezione e interocezione). Con questo meccanismo, possiamo più facilmente memorizzare gesti semplici, ma anche engrammi motori più coplessi (grazie al rapporto con l’ippocampo) e la memoria emotiva. La stimolazione ritmica inizia con la stimolazione della struttura muscolare del diaframma.

Un’altra struttura che contribuisce alla creazione di modelli eccitatori neurali collegati al respiro è il complesso cellulare pre-Bötzinger. Quest’ultima è la porzione ventrale del midollo ollungato, una regione importante per il ritmo respiratorio, in particolare per la fase inspiratoria. Circa il 10%-20% delle cellule neurali che compongono questo complesso inviano potenziali di azione autonoma (pacemaker neurale).

Il complesso pre-Bötzinger (pre-BötC), è una proiezione del complesso Botzinger, svolge un ruolo importante nella regolazione della respirazione. È uno dei quattro gruppi cellulari del Ventral Respiratory Group (VRG). Si ipotizza che il complesso pre-Bötzinger sia la sede principale del circuito di generazione del pattern ritmico coinvolto nella respirazione. La ritmogenesi è modulata dalle proprietà della membrana e dalle interazioni sinaptiche che si verificano negli interneuroni, nei neuroni pacemaker intrinsecamente esplosivi e nei neuroni seguaci all’interno del complesso pre-Bötzinger. Insieme, questi neuroni costituiscono una rete intrinseca che è in grado di essere regolata da una vasta gamma di neurotrasmettitori , amminoacidi e segnali chimici, come adenosina ,GABA e glicina .

Il nucleo retrotrapezoidale e il gruppo parafacciale respiratorio posizionati vicino al gruppo pre-Bötzinger oscillano durante la fase espiratoria attiva. Il gruppo pre-Bötzinger è legato all’ipotalamo, all’amigdala, al talamo, alla corteccia e alla sostanza grigia periacqueduttale. Si potrebbe ipotizzare che un altro mezzo oscillatorio e sincronizzato di comunicazione di respirazione può anche iniziare da queste aree del midollo allungato influenzando gli aspetti cognitivi ed emotivi.

Gli studi di coordinazione motoria e diaframma su un modello umano hanno dimostrato che il respiro produce un’attivazione bilaterale della corteccia, in particolare la corteccia motoria primaria (M1), la corteccia premotoria e le aree motorie supplementari. Le attivazioni corticali inviano afferenti alle zone respiratorie midollari (vie corticospinali) in modo che i movimenti prodotti dalla muscolatura respiratoria abbiano una quantità sufficiente di ossigeno. C’è una relazione bi-univocale tra la respirazione e l’attivazione della muscolatura scheletrica. La contrazione del diaframma eccita le aree respiratorie della corteccia, in cui sono presenti aree di attivazione della muscolatura degli arti. Questo rapporto permette ai muscoli degli arti di essere attivati con maggiore enfasi, cosa che ha ripercussione sulle prestazioni motorie (coordinazione e forza).

Un respiro profondo è in grado di migliorare forza coordinazione motoria della muscolatura della mano maggiore (circa il 10% in più), rispetto ad un respiro non profondo o forzato.

Alcune malattie croniche che influenzano negativamente il diaframma presentano una coordinazione motoria alterata (es. nei pazienti con BPCO), come accade in alcune malattie neurologiche (es. Parkinsons e distonia).

Potenziali di azione, volume del sangue, e respiro, il muscolo diaframma ha grandi impatti sul sangue, arterioso, e venoso, nonché sul circolo linfatico e dunque sulla fascia (componente liquida), influenzando anche la pressione intracranica. È stato dimostrato su un modello umano che una variazione del flusso sanguigno cerebrale è in grado di produrre potenziali di azione, che possono essere registrati con EEG. Queste risposte elettriche non sono attribuibili esclusivamente all’attività delle cellule gliali o dei neuroni corticali, ma alle variazioni della pressione intracranica. Una spiegazione potrebbe essere correlata alla sensibilità degli strati epiteliali intracranici o endoteliali, in particolare nelle aree della barriera ematoencefalica. Questi strati di epitelio hanno un potenziale elettrico transmurale, che potrebbe essere stimolato dai cambiamenti di pressione, creando risposte elettriche regolabili, probabilmente meccanismi passivi di trasferimento ionico, come sodio e potassio, tra le membrane cellulari. I cambiamenti della pressione sanguigna possono stimolare direttamente una risposta elettrica dei neuroni cerebrali, con piccole variazioni in microvolt (0,5 Hz). Durante i compiti cognitivi, è possibile che la respirazione possa influenzare le pressioni intracraniche e creare risposte elettriche a bassa tensione.

Conclusioni

Il diaframma toracico ha riflessi funzionali sistemici che non sono solo correlati ai cambiamenti di O2 tissutale, riverberi di carattere sistemico si osservano, dunque, anche in merito a:

• oscillazioni neurali
• movimento della massa cerebrale
• influenze sulle attività motorie
• risposte elettriche del cervello a bassa tensione (attraverso variazioni delle pressioni intracraniche del sangue)
• cognitivitá

il respiro, nella sua espressione globale, segue dunque dei modelli tensegrici e funzionali ben chiari. Sappiamo che gli schemi generano comportamenti (modello biopsicosociale), ergo il respiro genera comportamenti, i comportamenti definiscono una persona nel suo insieme.

Francesco Barbato