Fisiologia apparato respiratorio

L’albero respiratorio è costituito da 23 ramificazioni di cui: 7 respiratorie (bronchioli respiratori ed alveoli associati) e 16 spazio morto, cioè che non partecipante allo scambio gassoso (vie aeree).
In alcune patologie anche parte degli alveoli diventano spazio morto.

Lo spazio morto (o vie aeree) è rappresentato da:

- naso (cavità nasali e paranasali)
- faringe (in comune con l’apparato digerente)
- laringe
- trachea
- bronchi
- bronchioli (una parte costituisce le vie aeree, ma a partire dai bronchioli respiratori iniziano le vie respiratorie)

Funzione:

- conduzione dell’aria
- riscaldamento
- umidificazione (si satura di vapore acqueo a 37°C perché l’epitelio che lo riveste ha un velo di liquido)
- protezione dalle sostanze estranee

Nelle vie aeree superiori si trova la maggior parte della RESISTENZA al flusso dell’aria.
2,5 cm2 è la sezione totale della trachea e 11.800 quella degli alveoli: man mano che dalla trachea si giunge agli alveoli polmonari, il flusso diminuisce e gli scambi gassosi avvengono solo per differenza di concentrazione (diffusione passiva).

VD (SPAZIO MORTO) = 150 ml

Ci sono due tipi di spazio morto:
- anatomico (dal naso ai bronchioli respiratori)
- fisiologico (spazio morto anatomico + spazio alveolare non perfuso)

Polmone

Il polmone è costituito da 3 tipi di fibre:
- ASSIALI: dall’ilo fino ai dotti alveolari (direzione centrifuga)
- PERIFERICHE: dalla pleura verso il centro (direzione centripeta)
- SETTALI ALVEOLARI: una via di mezzo

Ci sono 4 volumi polmonari:

VT = VOLUME TIDAL o CORRENTE
IRV = VOLUME DI RISERVA INSPIRATORIA
ERV = VOLUME DI RISERVA ESPIRATORIA
VR = VOLUME RESIDUO

VT = volume corrente, cioè volume che viene normalmente espirato e inspirato (500 ml). Nelle respirazioni rapide diminuisce, con la conseguenza che la ventilazione si riduce. Nelle respirazioni lente e profonde accade l'inverso.

IRV = volume di riserva inspiratoria, cioè volume in inspirazione forzata (3 litri).

ERV = volume di riserva espiratoria, cioè volume in espirazione forzata.

VR = volume residuo, vale a dire il volume che rimane nel polmone dopo un’espirazione forzata.

Per calcolarli ci sono due modi:

- spirometro
- metodo diluimetrico (Fowler)

Ci sono anche 4 capacità (C) polmonari:

C totale = VRI + VRE + VT + VR
C vitale= VRI + VRE + VT
C inspiratoria = VT + VRI
C funzionale residua = VRE + VR

Pressioni (P) principali:

- intrapleurica: negativa; varia col volume respiratorio e con la forza dei muscoli respiratori, quindi con la compliance e il volume polmonare.
- alveolare: se le vie aeree sono aperte e senza flusso, è uguale a P atmosferica.
- Pressione at body surface: come P atmosferica.
- Pressione transmurale:

- transpolmonare = P alveolare – P intrapleurica

- trasnstoracica = P intrapleurica – P atmosferica

- transrespiratoria = P transtoracica + P intrapleurica

Per ogni variazione di volume polmonare, c’è una variazione di pressione corrispondente, e viceversa.
Si supponga di tracciare un grafico con i volumi polmonari in ordinata e le pressioni polmonari in ascissa: più aumenta il volume polmonare, maggiore è la pressione a cui è sottoposto.
Unendo tutti i punti sul grafico che hanno come coordinata in ascissa le pressioni raggiunte a determinati volumi, si ottiene una curva. La compliance è la tangente alla curva pressione/volume (P/V), sia in salita e in discesa, e raggiunge pertanto il valore massimo a metà curva.
In pratica, se avessimo una molla, corrisponderebbe alla sua cedevolezza (lunghezza / Forza ); in questo caso, dato che il polmone non è una molla ma è più simile a un palloncino con un certo volume, la compliance è data da V / P. L’opposto è l’elastanza.

COMPLIANCE = 0,2 L / cmH2O
COMPLIANCE/ VOLUME = compliance specifica

1/ C sistema respiratorio = 1/ C polmone +è 1/ C gabbia toracica = 1/0,2 + 1/0,2 = 10

C = compliance

Forza che opera all’interfaccia tra un liquido e l’aria (altrimenti: forza che agisce attraverso una linea immaginaria di 1 cm sulla superficie del liquido, e incide sulla compliance).
L’aria alveolare polmonare è satura di acqua, per questo è presente un’interfaccia fra l’aria e il liquido, quindi anche una tensione superficiale. La presenza di questa tensione è ciò che vieta al polmone di espandersi troppo durante un’inspirazione massimale forzata, ed è responsabile del rimpicciolimento degli alveoli in insufflazione.

T = L/ dS (aumento superficie libera)

La Place studiò questo processo nelle bolle di sapone: quando la bolla viene insufflata, per via della tensione superficiale dopo un po’ di tempo scoppia (il raggio prima diminuisce e poi aumenta fino a scoppiare: P = 4T/r ).
Gli alveoli sono come bolle in parallelo, per questo, secondo questa legge, anche loro dovrebbero scoppiare, perché anche loro hanno una tensione superficiale.
Invece non scoppiano sia perché sono ricchi di tessuto connettivo ma soprattutto per la presenza di SURFACTANTE, prodotto dagli pneumociti di tipo II.

Il surfactante è fatto da fosfolipidi e serve a:
1) ridurre il lavoro per avere elastanza (che, come già detto, è l’opposto della compliance)
2) aumentare l’insufflazione (gli alveoli più piccoli, avendo raggio più piccolo, dovrebbero avere pressioni maggiori, stando a quanto dice La Place. Invece possiedono meno surfactante, per compensare le loro dimensioni).

Isteresi = fenomeno per cui il polmone è più cedevole in espirazione che in inspirazione.

Il movimento dell’insufflazione fa passare il surfactante dalle cellule all’interfaccia aria-polmone, dove riduce la tensione superficiale. Durante l’espirazione il surfactante è già sull’interfaccia, e quindi la compliance aumenta.

LEGGE DI HENRY

Volume di gas aereo = α(coefficiente di solubilità ) x Volume gas in un liquido x Pressione gas

L’ossigeno viene trasportato in due diversi modi:

1) disciolto in soluzione

Coefficiente α di ossigeno sciolto nel sangue = 0,03 ml O2 / litri (che a una pressione parziale di 100 mmHg è uguale a 3 ml O2/ litro)

2) legato all’emoglobina (che ha 4 subunità per legarlo, e la sua curva di dissociazione è un sigmoide)

Nel sangue ci sono 147 grammi di emoglobina per litro. L’ossigeno che si lega all’emoglobina corrisponde a 1,34 ml per grammo di emoglobina.

147 x 1,34 = 197 ml O2 / litri (totale di ossigeno che lega l’emoglobina)

P atmosferica = 760 mmHg (l’aria è composta da azoto, ossigeno, anidride carbonica, vapore acqueo e gas inerti come argon e neon, che hanno tutti una pressione parziale: la pressione parziale è quella che il gas avrebbe se fosse il solo costituente della miscela; la somma delle pressioni parziali è la pressione atmosferica totale)

L’aria che entra nelle vie aeree viene saturata di vapore acqueo, quindi la pressione atmosferica totale è uguale alla somma di pressione dell’aria secca + pressione aria umida:

760 = 47 ( umida ) + 713 ( secca )

pO2=150 mmHg (21% della pressione atmosferica)
pCO2= quasi niente
pN2= 563 mmHg

O2 = ossigeno
CO2 = anidride carbonica
N2 = azoto

La ventilazione serve a mantenere costante la composizione del gas alveolare attraverso l'eliminazione di anidride carbonica con l’espirazione e l’assunzione di ossigeno in inspirazione, mentre nel sangue è l’ossigeno che viene estratto dal polmone mentre quest’ultimo viene caricato di anidride carbonica man mano che riossigena il sangue (anche se il sangue prende più ossigeno dell’anidride che torna al polmone attraverso le arterie polmonari, quindi il volume inspirato è maggiore di quello espirato ). Pertanto, la composizione del gas alveolare deriva dall’equilibrio tra ventilazione e perfusione.

pO2 alveolare = 100 mmHg
pO2 sangue = 40 mmHg

pCO2 alveolare = 40 mmHg
pCO2 sangue = 45 mmHg

FISIOLOGIA DELL'APPARATO RESPIRATORIO

Compliance

Tensione superficiale

Trasporto di ossigeno

Scambi gassosi

Muscoli della respirazione