Funzione e struttura dell’apparato respiratorio

U.O. MEDICINA INTERNA OSPEDALE UMBERTO I ENNA

AMBULATORIO DI PNEUMOLOGIA DOTT. G. IRACI

Conoscere la normale forma anatomica e la funzionalità respiratoria û Conoscere e riconoscere le principali patologie

OBIETTIVI

Il polmone è l'organo essenziale per la respirazione. La sua principale funzione è di trasportare l’ossigeno al sangue e di cedere anidride carbonica all’esterno.

L’aria, cioè l’ossigeno, raggiunge i polmoni attraverso la trachea e i bronchi; questi sono condotti che diventano via via più piccoli sino a terminare in piccolissime sacche chiamate alveoli. E’ proprio a questo livello che l’ossigeno passa nel torrente circolatorio entrando in contatto con la superficie dei globuli rossi. Queste cellule rappresentano il veicolo per trasportare il prezioso gas a tutti gli organi fornendo un’ importante fonte di nutrimento.

Per Ventilazione s’intende il movimento dell’aria dall’ambiente esterno (atmosfera) verso il sistema tracheo-bronchiale e la distribuzione dell’aria all’interno di questo sistema verso le unità polmonari preposte agli scambi gassosi (O2 e CO2).

Ventilazione

Il polmone segue la gabbia toracica durante i movimenti respiratori, e ciò consente il rinnovarsi dell’aria negli alveoli. I movimenti respiratori sono INSPIRAZIONE ed ESPIRAZIONE.

MOVIMENTI RESPIRATORI

POLMONI

CHE COSA FA ESPANDERE E CONTRARRE I POLMONI

I polmoni si affidano ai muscoli circostanti per espandersi e contrarsi. I muscoli intercostali muovono la gabbia toracica, facendo dilatare il petto mentre entra aria, o rilassando per costringere i polmoni a farla uscire, mentre la gabbia toracica scende e rientra. Intanto il diaframma (muscolo tondeggiante sotto i polmoni) si contrae per far entrare l'aria nelle vie respiratorie, o si rilassa e si solleva per farla uscire.

INSPIRAZIONE – ARIA ENTRA

COME FUNZIONA LA RESPIRAZIONE

L'ara ispirata entra dalle narici e dalle labbra La trachea trasporta l'aria inspirata nei polmoni. I muscoli si contraggono per sollevare e spostare in avanti la gabbia toracica. I polmoni si espandono, aspirando aria. Il diaframma si contrae e si sposta verso il basso.

POLMONI

POLMONI

•  L'aria espirata è spinta verso l'alto dalla trachea e dalla gola •  I muscoli si rilassano e la gabbia toracica rientra, spostandosi verso il basso •  I polmoni si rimpiccioliscono per spingere fuori l'aria •  Il diaframma si rilassa e scatta verso l'alto.

ESPIRAZIONE – ARIA ESCE

L’inspirazione determina un aumento di volume della gabbia toracica e del polmone, con conseguente diminuzione della pressione all’interno delle vie aeree

La gabbia toracica aumenta il proprio volume ad opera deiMUSCOLI INSPIRATORI

INSPIRAZIONE

DIAFRAMMA, INTERCOSTALI ESTERNI, SCALENI e STERNOCLEIDOMASTOIDEI.

Il DIAFRAMMA si inserisce sulle coste più basse, sullo sterno e sulla colonna vertebrale.Data la sua forma a “ cupola ”, quando si contrae si appiattisce e si abbassa, e va ad aumentare il diametro verticale della gabbia toracica.

I MUSCOLI INTERCOSTALI ESTERNI sono inseriti tra coste adiacenti, e vanno dall’alto in basso e da dietro in avanti.La costa si comporta come una leva di III° tipo, che ha il fulcro da un lato, sulla colonna vertebrale.Se la potenza è applicata in un punto vicino al fulcro, la resistenza è grande.Quando il muscolo si contrae, la costa si innalza, perchè il punto in cui è applicata la potenza nella costa inferiore è più lontano dal fulcro, e quindi la costa inferiore oppone una minore resistenza.I muscoli intercostali esterni aumentano il diametro anteroposteriore e il diametro laterale o trasverso. della gabbia toracica.

In eupnea l’espirazione è un fenomeno passivo, dovuto al rilassamento dei muscoli inspiratori.L’aria esce dai polmoni perchè si instaura un gradiente di pressione contrario a quello che si ha all’inizio dell’inspirazione.

ESPIRAZIONE

L’espirazione può diventare attiva per vari motivi ( tosse, soffio, ecc. ). Intervengono allora i MUSCOLI ESPIRATORI INTERCOSTALI INTERNI e ADDOMINALI ( Retto dell’addome, obliquo interno ed esterno, trasverso dell’addome).I MUSCOLI INTERCOSTALI INTERNI sono esattamente l’opposto di quelli interni, sia come inserzione sia quindi in relazione al ruolo.I MUSCOLI ADDOMINALI favoriscono l’espirazione provocando la spremitura delle masse intestinali, che fa innalzare il diaframma, con conseguente diminuzione del diametro verticale e delvolume della gabbia toracica.

La respirazione è sostenuta dall’attività dei muscoli respiratori: a riposo l’espirazione è un atto passivo

Fisiologia della respirazione

aumento di volume all’interno dei polmoni

Per Ventilazione s’intende il movimento dell’aria dall’ambiente esterno (atmosfera) verso il sistema tracheo-bronchiale e la distribuzione dell’aria all’interno di questo sistema verso le unità polmonari preposte agli scambi gassosi (O2 e CO2): gli alveoli.

FENOMENI RESPIRATORIDurante l'inspirazione, per intervento attivo della muscolature inspiratoria, si ha un aumento del volume toraco - polmonare In seguito all'aumento di volume toraco-polmonare, in accordo con la legge di Boyle ( PV=K ), diminuisce la pressione all'interno del sistema alveolare, e di conseguenza si crea un gradiente pressorio per cui la pressione alveolare è minore di quella atmosferica.

A causa di tale gradiente si crea un flusso di aria che proviene dall'ambiente esterno e, attraverso le vie respiratorie, raggiunge gli alveoli.L'aria non giunge istantaneamente agli alveoli, perché deve vincere resistenze opposte. Vinte queste resistenze il flusso di aria incrementa sempre di più, fino ad annullare il gradiente pressorio,e cioè la pressione alveolare diviene uguale a quella atmosferica. A questo punto, annullandosi il gradiente, si annulla il flusso di aria.

L'aria, come tutti i fluidi, si muove da zone di alta a zone di bassa pressione. Pertanto, per far si che entri ed esca dai polmoni, si deve stabilire un gradiente pressorio tra l'atmosfera e gli alveoli: senza un gradiente pressorio non ci sarà flusso. In condizioni normali, l'inspirazione è resa possibile da una pressione alveolare inferiore a quella atmosferica.

L'aria esce dai polmoni quando la pressione alveolare è sufficientemente elevata rispetto alla pressione atmosferica da vincere la resistenza al flusso delle vie aeree di conduzione.

Questo gradiente pressorio è la pressione transpolmonare

Fisiologia della respirazione

La pressione pleurica diventi ancora più negativa (sino a valori di - 10 cmH2O a fine inspirazione)

aumento di volume all’interno dei polmoni

viene a crearsi, pertanto, un gradiente tra la pressione a livello della bocca che è atmosferica, e la pressione pleurica che è sub-atmosferica.

si crea, quindi, un gradiente pressorio tra alveoli (Pressione sopra-atmosferica) e bocca (Pressione atmosferica) ed inizia il flusso espiratorio (in senso caudo-craniale).

Durante la fase espiratoria, cessando la contrazione dei muscoli inspiratori, la pressione pleurica ritorna gradualmente ai valori normali (comunque resta sub-atmosferica) e la pressione alveolare diventa positiva (sopra-atmosferica):

L’inspirazione è una fase attiva nella quale il muscolo diaframma si abbassa, aumenta il volume del torace, espande i polmoni e consente all’aria di raggiungere gli alveoli polmonari. L’espirazione è, invece, una fase passiva nella quale il semplice rilassamento dei muscoli respiratori consente l’espulsione dell’aria.

Per entrambe le fasi è possibile aumentare i volumi d’aria spostati impiegando forzatamente tutta la muscolatura respiratoria.

LA RESPIRAZIONE La respirazione è costituita da due fasi: inspirazione ed espirazione.

Meccanica respiratoria

ESPIRAZIONE

fase passiva, determinata dall’elasticità della parete toracica e dei polmoni che

tornano alle dimensioni iniziali

INSPIRAZIONE

momento attivo della respirazione determinato da un doppio meccanismo

contrazione muscoli inspiratori le coste si innalzano e la gabbia

toracica si amplia in senso sagittale e frontale

diaframma

allungamento cavità toracica e suo aumento di volume

Gli atti respiratori, in condizioni di riposo, sono automatici ed involontari: permettono di introdurre dai 7 agli 8 litri d’aria al minuto. l’attività dei muscoli respiratori modifica il volume della cavità toracica, mentre il movimento dei polmoni è passivo

aumentare il diametro verticale della gabbia toracica.

Il fine ultimo

Gli organi principali dell'apparato respiratorio sono i polmoni che si espandono e si contraggono; la loro rete di vie respiratorie porta a minuscole sacche, gli alveoli, dove l'ossigeno entra nel sangue e l'anidride carbonica viene espulsa: avviene lo SCAMBIO DI GAS

  I bronchioli sboccano in minuscole sacche simili ad acini d'uva chiamate alveoli. Ogni alveolo è circondato da una rete di capillari sanguigni ed è rivestito all'interno da uno strato umido di cellule epiteliali. Solo circa 0,2µm separano l'aria contenuta negli alveoli dal sangue dei capillari. E' qui che avviene lo scambio gassoso tra l'aria contenuta negli alveoli e il sangue dei capillari.

Il controllo della respirazione

Il centro del respiro nel cervello regola la nostra respirazione, persino quando dormiamo, con l'aiuto di recettori situati in alcune delle grandi arterie. Essi monitorano il livello dell'anidride carbonica nel sangue, che si alza quando siamo attivi, e comunichiamo al cervello se abbiamo bisogno di respirare più velocemente per liberarci di essa.

ETA' FREQUENZA RESPIRATORIA BRADIPNEA TACHIPNEA

NORMALE LATTANTE

30 - 40

< 30

> 40

BAMBINO (1 – 5 ANNI )

25 - 30

< 25

> 30

BAMBINO ( 6 – 14 ANNI )

20 - 25

< 20

> 25

ADULTO 15 - 20

< 16

> 20

Frequenza respiratoria – atti respiratori al minuto

PARAMETRI RESPIRATORI

L’aria non entra direttamente negli alveoli ma fluisce lungo l’albero respiratorio

Per garantire queste funzioni è indispensabile l’apporto dell’intera struttura toracica, la cui dinamica permette l’efficace distensione polmonare e quindi l’ideale riempimento alveolare di ossigeno per un perfetto scambio gassoso.

COSA SUCCEDE QUANDO RESPIRIAMO? E’ stato calcolato che, ad ogni inspirazione, immettiamo in torace circa mezzo litro di aria e normalmente in un minuto, compiamo dai 12 ai 16 atti respiratori.

Durante la respirazione tranquilla il volume di aria inspirata, detto VOLUME CORRENTE, è normalmente di 500 ml.

LA VENTILAZIONE POLMONARE

I VOLUMI POLMONARI

Se si compie una inspirazione forzata massima, la quota di aria aggiuntiva inspirata rispetto al volume corrente è detta VOLUME DI RISERVA INSPIRATORIA, ed è la quota di aria che si riesce ad introdurre massimamente oltre al volume di una normale inspirazione, circa 2500 ml.

Se si compie una espirazione forzata massima, la quota di aria aggiuntiva espirata, rispetto al volume corrente espirato in eupnea, è detta VOLUME DI RISERVA ESPIRATORIA, ed è la quota di aria che si riesce ad espellere massimamente oltre al volume di una normale espirazione circa 1000 ml.

La quota di aria che rimane nei polmoni al termine di una espirazione forzata è detta VOLUME RESIDUO, ed è la quota di aria che non si riesce ad espellere dai polmoni (circa 1200 ml).

La quota di aria che rimane nei polmoni al termine di una espirazione forzata è detta CAPACITÀ FUNZIONALE RESIDUA (CFR): è il volume di gas che rimane nei polmoni alla fine di una normale espirazione (circa 2500-3500 ml).

SPIROMETROE' uno degli strumenti usati per determinare capacità vitale e volumi respiratori, eccetto il volume residuo.

Da quando John Hutchinson nel 1846 mise a punto il primo apparecchio per l'esecuzione della spirometria; questo test di valutazione della funzionalità respiratoria si è rapidamente diffuso per la sua facilità di esecuzione da parte dei soggetti collaboranti e la sua estrema utilità pratica nella corretta valutazione e gestione del paziente con problemi respiratori.

Hutchinson coniò il termine di “Capacità vitale” (VC) , cioè la capacità per la vita, perché egli capì che la compromissione di questa cruciale misura era predittiva di mortalità prematura.

Definizione di spirometria

La spirometria è un test fisiologico che misura come un individuo inspira ed espira volumi di aria in funzione del tempo

Il segnale principale misurato nella spirometria può essere sia il volume sia il flusso

La spirometria è oggi un test altamente standardizzato e facilmente eseguibile anche in ambulatorio. Il paziente stesso può addirittura effettuare a domicilio il proprio monitoraggio spirometrico con l'ausilio di piccoli spirometri portatili di semplice utilizzo e di facile lettura.

La spirometria è la misura disponibile più riproducibile e obiettiva della limitazione del flusso aereo, ed è necessaria per fare diagnosi di certezza di broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO). La spirometria permette anche di effettuare una classificazione di gravità della limitazione del flusso aereo.

La spirometria, questa sconosciuta ovvero dopo 150 anni dalla nascita questo esame deve entrare nella routine del medico