Fisiologia Generale C. Capelli 2019-2020 · 2020. 3. 31. · RR = VCO2/VO2 8/9 = 0,9 4.4 V’ A...

Fisiologia respiratoria-

Scambi gassosi

Fisiologia Generale C. Capelli 2019-2020

Obiettivi 1.0 Il trasporto dell’O2 2.0 V’O2 e V’CO2 2.1 Rapporto di scambio respiratorio

(RR) 3.0 V’A e composizione dell’aria

alveolare-PACO2 3.1 V’A e composizione dell’aria

alveolare-PAO2 4.0 Rapporto V’A/Q’ 4.1 Rapporto V’A/Q’ - distribuzione

regionale 4.2 Rapporto V’A/Q’ e PAO2 e PACO2 4.3 Distribuzione di RR nel polmone 4.4 V’A/Q’ e RR 4.5 Curva di distribuzione -

localizzazione nel polmone 4.6 Distribuzione rapporto V’A/Q’ nel

sano e nel patologico

4.7 Maldistribuzione di V’A/Q’ e gradiente PAO2-PaO2

5.0 Cause di ipossiemia – Diffusione 5.1 Effetto Dempsey – EIAH 6.0 Cause di ipossiemia - Ipossia 7.0 Shunt veno-arterioso

1.0 Il trasporto dell’O2

• La cascata dell’O2 • La PaO2 deve rimanere

entro determinati limiti • Cause di ipossiemia •  Ipoventilazione alveolare

(disturbi del centro ventilatorio, aumento dello spazio morto, etc.etc) causa la diminuzione della PAO2 e della PaO2

•  Ipodiffusione •  Maldistribuzione del rapporto

V’/Q’ •  Shunt veno-arterioso

2.0 V’O2 e V’CO2 VO2 = VI FIO2 - VEFEO2

VCO2 = VE FECO2 - VIFICO2 = VE FECO2 - 0

VN2 = VI FIN2 - VEFEN2 = 0

VI FIN2 = VE FEN2

VI = VE

FEN2

FIN2

VO2 = VE

FEN2

FIN2

FIO2 - VE FEO2

VO2 = VE FEN2

FIN2

FIO2 - FEO2

⎛

⎝⎜⎜⎜

⎞

⎠⎟⎟⎟⎟

2.1 Rapporto di scambio respiratorio (RR)

R =

VCO2VO2

R = FECO2

FIO2FEN2

FiN2

- FEO2

R = FACO2

FIO2FAN2

FiN2

- FAO2

A: componente alveolare; si misura determinando la frazione del gas al termine di una espirazione forzata (Haldane-Priestley). Si può anche indicare con il pedice ET (end tidal) o E’ o ac

3.0 V’A e composizione dell’aria alveolare-PACO2

•  FACO2/PACO2 sono inversamente proporzionali a V’A

•  FAO2/PAO2 tendono a FIO2/PIO2 per V’A che tende all’infinito

•  Le relazioni tra FACO2, FAO2 e V’A possono essere descritte in termini quantitativi tenendo in debito conto il metabolismo (V’O2, V’CO2)

•  Equazione dell’aria alveolare per la CO2

•  PACO2 = (PB-PH2O) × V’CO2/V’ASTPD

3.1 V’A e composizione dell’aria alveolare-PAO2

•  Equazione dell’aria alveolare per la O2

•  Se V’A diminuisce, PACO2 aumenta e PAO2 diminuisce

•  L’Ipoventilazione è una causa di ipossiemia

•  PAO2 = (PB-PH2O) × FIO2 – PACO2/QR

4.0 Rapporto V’A/Q’ •  Distribuzione regionale della ventilazione

•  Ricordiamo come è distribuita la ventilazione alveolare •  L’aria inspirata non si distribuisce uniformemente nelle varie parti del

polmone; •  La ventilazione per unità di volume polmonare è maggiore nelle parti

inferiori e minore in quelle superiori.

4.0 Rapporto V’A/Q’ • Distribuzione regionale della perfusione polmonare

4.1 Rapporto V’A/Q’ - distribuzione regionale

4.2 Rapporto V’A/Q’ e PAO2 e PACO2

•  Nel polmone i valori di V’A/Q’ sono distribuiti secondo un continuum di valori

•  Abbiamo, cioè, una vera e curva di distribuzione dei valori di V‘A/Q’ tra due estremi che corrispondono ad uno spazio morto (alveolare) e ad uno shunt

•  La distribuzione del rapporto V’A/Q’ può essere disomogenea in un polmone patologico; estese zone con V’A/Q’ vicino a 0 o a infinito

BASE

V'A Q' V'A/Q' PAO2 PACO2

0,24 0,07 3,43 132 28

0,33 0,19 1,74 121 34

0,42 0,33 1,27 114 37

0,52 0,50 1,04 108 39

0,59 0,66 0,89 102 40

0,67 0,83 0,81 98 41

0,72 0,98 0,73 95 41

0,78 1,15 0,68 92 42

0,82 1,29 0,64 89 42

APEX

4.2 Rapporto V’A/Q’ e PAO2, PACO2

BASE

V'A Q' V'A/Q' PAO2 PACO2 RR0,24 0,07 3,43 132 28 2,00

0,33 0,19 1,74 121 34 1,30

0,42 0,33 1,27 114 37 1,10

0,52 0,50 1,04 108 39 0,92

0,59 0,66 0,89 102 40 0,85

0,67 0,83 0,81 98 41 0,78

0,72 0,98 0,73 95 41 0,73

0,78 1,15 0,68 92 42 0,68

0,82 1,29 0,64 89 42 0,65

APICE

4.3 Distribuzione di RR nel polmone

RR = VCO2/VO2 8/9 = 0,9

4.4 V’A/Q’ e RR Alveoli alla base (V’A/Q’ basso) Alta PACO2 e bassa PAO2: Il transfer di CO2 dal capillare all’alveolo non è molto grande, poiché il gradiente di pressione è solo di 13 mmHg (55- 42)

Alveoli agli apici (V’A/Q’ elevato) Bassa PACO2 (28 mm Hg) e alta PAO2: Il transfer di CO2 dal capillare all’alveolo è cospicuo, poiché il gradiente di pressioni di 27 mm Hg (55 - 28)

La quantità di O2 trasferita dagli alveoli è praticamente identica nei due casi. Ciò e dovuto alla non-linearità della curva di dissociazione dell’ossiemoglobina

RR = VCO2/VO2 15/10 = 1.5

4.4 V’A/Q’ e RR Alveoli alla base (V’A/Q’ basso) Alta PACO2 e bassa PAO2: Il transfer di CO2 dal capillare all’alveolo non è molto grande, poiché il gradiente di pressione è solo di 13 mmHg (55- 42)

Alveoli agli apici (V’A/Q’ elevato) Bassa PACO2 (28 mm Hg) e alta PAO2: Il transfer di CO2 dal capillare all’alveolo è cospicuo, poiché il gradiente di pressioni di 27 mm Hg (55 - 28)

La quantità di O2 trasferita dagli alveoli è praticamente identica nei due casi. Ciò e dovuto alla non-linearità della curva di dissociazione dell’ossiemoglobina

4.5 Curva di distribuzione - localizzazione nel polmone

0

10

20

30

40

50

0 20 40 60 80 100 120 140 160

PaO2 (mmHg)

PaC

O2

(mm

Hg)

4.6 Distribuzione rapporto V’A/Q’ nel sano e nel patologico


X Y

X Y TOT

V’A 4 2 6

Q’ 2 4 6

V’A/Q’ 2 0.5 1

PAO2 125 81 110***

CcO2 19.9 19.1 19.4**

PaO2 125 81 92*

PACO2 31.7 41 34.8***

PaCO2 31.7 41 38*

CCCO2 44.1 49.2 47.5** •  PAO2 = (2 * 81 + 4 * 125)/6 = 110 •  CaO2 = (2 * 19.9 + 4 * 19.1)/6 = 19.4 •  PaO2 = 92 mmHg •  PAO2 - PaO2 = 110 - 92 = 18 mm Hg

*PaO2; PaCO2 **CaO2; CaCO2 ***PETO2; PETCO2


•  La conclusione che si deve ricordare è la seguente: sebbene esista un perfetto equilibrio sia per O2 che per CO2 in ciascuna zona tra aria alveolare e sangue all’uscita dei capillari, l’aria mista alveolare espirata ha una PO2 (PAO2) più alta (e una PCO2 più bassa, PACO2) del sangue arterioso a valle del polmone (PaO2, PaCO2)

•  In questo modo si instaura il cosiddetto gradiente alveolo-capillare di PO2 •  Normalmente, in presenza di scarsa maldistribuzione del rapporto V’A/Q’ è

molto basso (2 - 3mm Hg)

•  In vari tipi di patologie (BPCO), vi può essere una marcata maldistribuzione di V’A/Q’ ed il gradiente può essere molto ampio; si instaura ipossiemia

•  La maldistribuzione del rapporto V’A/Q’ è la causa prevalente (70-80 %) di ipossiemia

5.0 Cause di ipossiemia - Diffusione

•  In questo caso, anche nel soggetti normale e durante blando esercizio moderato-lieve, PCO2 non si equilibra con PAO2

•  PAO2 e % saturazione Hb del sangue venoso misto sono basse, ipossiemia

21

5.1 Effetto Dempsey - EIAH

22

•  EIAH: Exercise-induced arterial hypoxemia: PaO2 diminuisce durante esercizio massimale.

•  E’ più frequente in atleti con elevata massima gettata cardiaca (Comax) ! Tt = CapV/COmax

•  Più evidente in ipossia

•  A: % SatO2 durante esercizio di diversa inrensità in normossia. La diminuzione è dovuta alla caduta di PaO2 e allo spostamento verso destra della curva di dissociazione dell’ossiemoglobina a causa

•  B: V’O2 e % SatO2 durante esercizio in

normossia e ipossia agli stessi carichi

5.1 Effetto Dempsey - EIAH

23

•  Atleti con elevati V’O2max - COmax (basso Tt)

6.0 Cause di ipossiemia – Ipossia

•  Ipossia (ipobarica o normobarica) •  La diminuzione del contenuto di O2 nell’aria inspirata (ambiente) (PIO2) causa

ipossia, anche se noi mettiamo in atto meccanismi acuti e cronici di compenso (adattamento)

•  Ipossia ipobarica •  La PB diminuisce con l’atitudine, ma la concentrazione (frazione) di

O2 non si modifica •  A Verona: •  Gas secco: PO2 = FIO2 × PB or PO2 = .2093 × (760-47) mm Hg = 149 mm Hg •  A La Paz (3650 m slm): •  Gas secco: PO2 = FIO2 × PB or PO2 = .2093 × (495-47) mm Hg = 94 mm Hg

6.0 Cause di ipossiemia - Ipossia

•  Ipossia (ipobarica o normobarica)

•  Ipossia Normobarica •  Possiamo manipolare la concentrazione (frazione) di O2 mantenddo la

pressione barometrica costante (camera ipobarica )

•  Condizione normobarica normossica •  Gas escco: PO2 = FIO2 × PB or PO2 = .2093 × (760-47) mm Hg= 149 mm Hg •  Condizione normobarica ipossica •  Gas secco: PO2 = FIO2 × PB or PO2 = .1318 × (760-47) mm Hg = 94 mm Hg

7.0 Shunt veno-arterioso • Shunt: si riferisce al volume di sangue che entra

nel sistema arterioso senza passare attraverso le aeree ventilate del polmone • Anche nel polmone normale un certo volume di

sangue ritorna al sangue arterioso in parte impoverito di O2 attraverso le vene bronchali • In alcuni pazienti il volume di sangue venoso misto

aggiunto non è trascurabile e si assiste ad una notevole caduta di PaO2

7.0 Shunt veno-arterioso

•  Quando lo shunt è causato dall’aggiunta di sangue venoso misto è possibile calcolare il flusso di sangue attraverso lo shunt

QT •CaO2 = QS •CvO2+ ( QT−

QS)•Cc'O2

QSQT

= Cc'O2-CaO2Cc'O2−CvO2

•  Quando lo shunt è causato dall’aggiunta di sangue che non ha la stessa concentrazione di O2 del sangue venoso misto, è possibile calcolare lo shunt come se fosse dovuto dall’aggiunta di un volume di sangue venoso misto capace di causare lo shunt osservato


•  Nello shunt, l’ipossiemia non può essere abolita nemmeno inspirando O2 puro

•  Una piccola diminuzione di CaO2 procura una notevole caduta di PaO2 a causa della non-linearità della curva di dissociazione della Hb

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