Apparato respiratorio

Anatomia

Le vie aeree: di conduzione e di scambio

Trachea, bronchi principali, bronchioli (diametro 1 mm) sono dotati di struttura cartilaginea ad anello incompleto e fibre muscolari lisce. Le piccole vie aeree (meno di 1 mm), prive di strutture cartilaginee di sostegno, vengono mantenute pervie grazie a setti alveolari elastici in connessione tra loro e con i bronchioli, mantenuti in tensione dalla pressione intrapleurica

3 L

Volumi respiratori

Capacità = somma di volumi La capacità funzionale residua (VRE+VR) funge da “volume di compensazione”, minimizzando le variazioni di pressione dei gas alveolari a ogni atto respiratorio

Misura volumi polmonari

I valori della capacità vitale (espirazione massimale forzata dopo ispirazione massimale) danno indicazione della funzionalità respiratoria sia nel soggetto sano che malato. Metodo di misura: dopo inspirazione forzata a naso chiuso, si fa effettuare una espirazione forzata alla massima velocità possibile.

Metodo di misura: dopo inspirazione forzata a naso chiuso, si fa effettuare una espirazione forzata alla massima velocità possibile. Informazioni ottenibili: Capacità vitale (CV/FEV); FEV 0.5 (forced expiratory volume at 0.5 sec) pari al 60% della CV nell’individuo sano; FEV 1 (forced expiratory volume at 1.0 sec), chiamata VEMS, pari al 80% della CV nell’individuo sano (40% nell’asmatico); I valori FEV 0.5 e FEV 1 sono indici di pervietà delle vie aeree e forza dei muscoli respiratori. Aumento della capacità funzionale residua, inoltre, è indice di patologie (ENFISEMA)

Volumi polmonari dinamici

MECCANICA RESPIRATORIA

NB: Diaframmma: 70%

Accoppiamento torace-polmone

Resistenze respiratorie Comprendono: resistenze elastiche: complianza (entità della dilatazione dei polmoni in relazione allo sforzo applicato) resistenze dovute al flusso di aria nelle vie aeree: Flusso aereo = ΔP/R

Resistenze elastiche sistema toraco-polmonare:

Resistenze elastiche del polmone: tissutale e tensione superficiale Resistenze elastiche della parete toracica: struttura osteo-artro-muscolare e parete visceri NB: il sistema toraco-polmonare è costituito da due elementi (polmoni e gabbia toracica) con proprietà elastiche distinte!!!!!

Resistenze elastiche sistema toraco-polmonare

Il surfattante riduce T

• Lo strato di liquido si oppone a forze che aumentano l’area della superficie (interazione tra le molecole dell’acqua) Più grande T, minore è la complianza! • L’area della superficie liquida tende a contrarsi T tende a ridurre le dimensioni dell’alveolo, premendo sull’aria interna

Tensione superficiale: T

Resistenze elastiche sistema toraco-polmonare

Relazione pressione/volume

Resistenze respiratorie: flusso di aria

Tenendo presente che la ventilazione può variare da 7l/min a 180 l/min, il flusso d’aria può avvenire con modalità diverse. FLUSSO LAMINARE: Legge di Poiseuille Flusso = ΔP/R Dove R = (η8L)/(π x r4) FLUSSO DI TRANSIZIONE: andamento transitorio alle biforcazioni FLUSSO TURBOLENTO: insorge quando viene superato il numero di Reynolds Re = (r*v*ρ)/η (≈2000) Il gradiente pressorio per sostenere un flusso turbolento dipende da: ΔP = (Flusso)2 x RT

Resistenze delle vie aeree

R è elevata nella Bronco Pneumopatia Cronica Ostruttiva (BPCO): Bronchite cronica Asma Enfisema Lavoro respiratorio aumenta, ma l’espirazione presenta maggior difficoltà

Le vie aeree collassano durante l’espirazione forzata

Composizione dell’aria

Leggi dei Gas

Equazione di stato dei gas: PV = nRT

La ventilazione polmonare è determinata dalla profondità e frequenza della respirazione

ventilazione polmonare totale = frequenza respiratoria X volume corrente 12 500 ml 6 L/min

4,2L/min

Ciclo respiratorio a riposo

Tipo di ventilazione: effetto sulla ventilazione alveolare

Il tipo di ventilazione polmonare modifica la composizione dell’aria alveolare

Ventilazione alveolare Spazio morto anatomico = 150mL

(500 - 150) mL X 12 respiri/minuto= 4200 mL/minuto

Scambi gassosi

Scambi gassosi a livello polmonare

Flusso (gas) = Dgas x (SA/d)XΔP Dgas= coefficiente di diffusione SA= area superficie di scambio ΔP = gradiente pressorio del gas

Gli scambi gassosi sono inoltre influenzati da: Tempo di contatto sangue-superficie di scambio Volume di sangue esposto alla superficie di scambio

Fattori che influenzano l’area della superficie di scambio

NB: l’enfisema riduce il ritorno elastico del polmone, rendendo piu’ difficile l’espirazione

Coefficiente di diffusione dei gas In una miscela gassosa:

è inversamente proporzionale alla radice quadrata del peso molecolare MW Ossigeno = 32

MW Anidride carbonica = 44 O2 = 6.6

CO2 = 5.6 Nel passaggio da miscela gassosa a liquido:

è direttamente proporzionale alla solubilità del gas nel liquido

V(CO2 )/V(O2)=(0.032/0.013)/5.6/6.6 = 20.7

Fattori patologici che influenzano lo scambio gassoso

Gli scambi gassosi sono inoltre influenzati da:

Il tempo di contatto sangue-superficie di scambio è di circa 0.75 s a riposo, ma scende a 0.35 s in condizioni di intensa attività fisica. Tempo di equilibrio: circa 0.3 s Il volume di sangue nei capillari polmonari va da 60-140 ml a riposo, fino a 1000 ml in condizioni di intensa attività fisica.

Il passaggio di alcuni gas è a diffusione limitata: non si raggiunge l’equilibrio nel tempo di esposizione del gas al sangue: Ossido di carbonio (dovuto al suo forte legame all’emoglobina) Ossido di azoto (dovuto al fatto di non avere un trasportatore nel sangue)