struttura e funzione dell'apparato respiratorio meccanica respiratoria regolazione del respiro...
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STRUTTURA E FUNZIONE DELL'APPARATO RESPIRATORIO
MECCANICA RESPIRATORIA
REGOLAZIONE DEL RESPIRO
TRASPORTO dei GAS
SCAMBI RESPIRATORI
COMPOSIZIONE DELL'ARIA
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La bolla va continuamente rinnovata, con l'aggiunta di aria atmosferica. E' compito della meccanica respiratoria rinnovare la bolla.
La composizione dell'aria atmosferica non è adatta per la vita delle cellule
Sono necessari scambi respiratori fra il sangue ed una bolla d'aria contenuta nell'apparato respiratorio
La composizione della bolla continua a cambiare per aggiunta di anidride carbonica (CO2) e sottrazione di ossigeno (O2)
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La meccanica respiratoria è prevalentemente a carico di muscoli scheletrici (volontari), il cui funzionamento ciclico è regolato da meccanismi nervosi.
La circolazione polmonare assicura gli scambi gassosi, che avvengono attraverso la parete dei capillari polmonari e l'epitelio alveolare
L'epitelio alveolare è caratterizzato da particolare sottigliezza
Il sangue contiene "macchine chimiche" che aumentano la quantità dei gas trasportati
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FUNZIONI ACCESSORIE
chiusura dei bronchioli in espirazione (ruolo della cartilagine)
condizionamento dell’aria
funzioni di difesa: l’apparato mucocigliarefonazionedeglutizione
movimenti respiratori anomali: tosse e sternuto accelerazione dell’aria: effetto meccanico
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VOLUMI E CAPACI TA’ POLMONARI
litri volumi capacitàpolmonare
totale(CPT)
capacitàfunzionale
residua(CFR)
capacitàvitale (CV)
capacitàespiratoria
(CE)
capacitàinspiratoria
(CI)
1.8 residuo(VR)
* *
1.2 riservaespiratoria
(VRE)
* * * *
0.5 corrente(VC)
* * * *
2.5 riservainspiratoria
VRI)
* * *
litri 6 3 4.2 1.7 3
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0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
litri
Volume corrente = 0.5 lVolume di riserva inspiratoria = 3.5 lVolume di riserva espiratoria = 1.2 l
Volume residuo = 1. l
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0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
litri
Capacità funzionale residua = 2.2 lCapacità inspiratoria = 4.0 lCapacità espiratoria = 1.7 lCapacità vitale = 5.2 lCapacità polmonare totale = 6.2 l
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ventilazione alveolare = (volume corrente - spazio morto) * frequenza respiratoria (500 - 150) * 12 = 4.5 l/min
corrente * frequenza respiratoria ventilazione polmonare = volume
0.5 + 12 = 6 l/min
v. ris. inspiratoria
v. ris. espiratoria
VOLUMI E CAPACITA' POLMONARI
00.5
11.5
22.5
33.5
44.5
55.5
6
litri v. corrente (tidal volume - TV)
v. residuo (RV)
capacità polmonare totale (TLC)
capacità inspiratoria
capacità espiratoria
capacità vitale (VC)
capacità funzionale residua (FRC) = volume di equilibrio del sistema respiratorio
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Quando la gabbia toracica non è soggetta a forze esterne, rimane ad un volume di equilibrio (CFR);
per aumentare o diminuire tale volume intervengono normalmente i muscoli respiratori (principali ed accessori):
MUSCOLI INSPIRATORI: intercostali esterni, diaframma; scaleni, sternocleidomastoidei.
MUSCOLI ESPIRATORI: intercostali interni; muscoli addominali
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Intercostali esterni: inspirazione
Intercostali interni: espirazione
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Analisi della meccanica dei muscoli respiratori.
Durante la respirazione tranquilla sono attivi solo muscoli inspiratori, mentre l'espirazione è un processo passivo, dovuto al rilasciamento di tali muscoli e provocato dal ritorno elastico del parenchima polmonare.
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pressione endopleurica (si può misurare nel tratto toracico dell'esofago): negativa (=-5 cm H2O) a CFR, diventa più negativa durante l'inspirazione e può diventare positiva nell'espirazione forzata.
PRESSIONI IMPLICATE NELLA MECCANICA RESPIRATORIA:
pressione atmosferica = 0 (in tutte le vie aeree e negli alveoli quando non vi sono movimenti di aria con le vie aperte)
pressione endoalveolare: negativa durante l'inspirazione e positiva durante l'espirazione
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-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
palv ppl vol
inspirazione espirazione
Pressione pleurica
Pressione alveolare
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tendenza della gabbia toracica ad espandersi (strutture elastiche muscolo-tendinee consentono ai polmoni di "tirare in dentro" la gabbia toracica, che li contiene).
ORIGINE DELLA NEGATIVITA'PLEURICA A CFR
Essendo questo un volume di equilibrio, bisogna determinare i termini dell'equilibrio
tendenza dei polmoni a ritrarsi (se esposti alla pressione atmosferica collassano al di sotto di VR, senza svuotarsi completamente se il polmone ha respirato aria almeno una volta)
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palloncino(polmoni)
acqua(liquido pleurico)
tubo(vie aeree)
Modello del sistema respiratorio
bottiglia(gabbia toracica)
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Modello del sistema respiratorio
-4 -4
-4-4
Pressione intrapleurica
Pressione intrapolmonare
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Tendenza dei polmoni a ritrarsi
Tensione elastica: fibre elastiche parenchimatose, in costante stato di tensione
Tensione superficiale: poiché gli alveoli, pieni di aria, sono bagnati da un sottile strato di acqua, si forma un'interfaccia aria-liquido, che tende a ridurre la sua superficie
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La tensione superficiale è ridotta dalla presenza di una sostanza tensioattiva (surfactante), la cui funzione è di ridurre la tensione superficiale.
RIDUZIONE DELLA TENSIONE SUPERFICIALE
La tensione è inversamente proporzionale al raggio e il raggio degli alveoli è molto piccolo
Polmoni riempiti di acqua si espandono molto più facilmente (aumenta la compliance)
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Il surfactante Ha anche un'importante azione stabilizzatrice sugli alveoli, impedendo che quelli più piccoli collassino e quelli più grandi si espandano ulteriormente.
Il surfactante, prodotto da cellule del parenchima polmonare, è composto di dipalmitoillecitina
Nella malattia genetica nota come mucoviscidosi, il surfactante è insufficiente
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La tendenza della gabbia toracica ad espandersi si verifica già alla CFR ed aumenta per volumi minori (espirazione forzata), fino ad impedire ulteriori riduzioni di volume (VR); al di sopra di un certo volume, corrispondente circa a CE, la gabbia viene "tirata in fuori" dai muscoli inspiratori (inspirazione forzata) e tende ad una retrazione elastica nella stessa direzione di quella dei polmoni.
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AZIONE STABILIZZATRICE DEL SURFACTANT
all’aumentare della superficie si riduce la concentrazione e diminuisce l’effetto sulla tensione superficiale
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La compliance é massima e costante intorno al VC: per volumi maggiori o minori dimunuisce, rappresentando rispettivamente il limite alla capacità inspiratoria (determina CV) e a quella espiratoria (determina VR).
RELAZIONE PRESSIONE/VOLUME (COMPLIANCE)
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-6 -6
2.2
-4 -4
2.2
FRC
5.8
-10 -10
VC
-2 -2
1
RV
-6 -6
2.7
FRC+TV
pressionepolmoni
pressionetorace
pressionesistema
0-40-35-30
1
2
3
4
5
6
-25-20-15-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40
litri
mmHg
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0
1
2
3
4
5
6
-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40
litri
mmHg
CFR
RV
CURVE DI COMPLIANCE DEL SISTEMA RESPIRATORIO, DELLA GABBIA TORACICA E DEI POLMONI in rilasciamento
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Lavoro della respirazione
Si calcola dalla curva pressione/volume
E’ normalmente piccolo (5% del consumo di O2 totale)
Aumenta nella respirazione forzata, quando il volume viene portato a valori per i quali la compliance si riduce.
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RESISTENZE DELLE VIE AEREE
Curve di compliance statica e dinamica
Principali siti di resistenza
Ruolo della muscolatura liscia bronchiale
Collassamento delle piccole vie aeree
Resistenza viscosa del tessuto
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-4 -4
2.2
FRC
-6 -6
2.7
FRC+TVCOMPLIANCE POLMONARE
A VIE AEREE APERTE
COMPLIANCE STATICA
COMPLIANCE DINAMICA
22.2
2.45
2.7
2.5 3 3.5 4
volu
me
pressione
area = LAVORO (DELLA RESPIRAZIONE)
RESISTENZA (vie aeree, parenchima)
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spazio morto fisiologico: comprende eventuali alveoli ventilati ma non perfusi dal sangue (Rapporto ventilazione/perfusione > 1)
VENTILAZIONE POLMONARE (0.5*12=6 l/m) = VC * frequenza respiratoria
VENTILAZIONE ALVEOLARE: (0.35*12=4.2 l/m): non comprende il volume dello spazio morto (150 ml).
spazio morto anatomico: il volume di aria che riempie le vie aeree, ma non arriva alla membrana alveolo-capillare
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DISTRIBUZIONE DEL VOLUME CORRENTELa ventilazione alveolare non si distribuisce uniformemente, in posizione eretta:
gli alveoli apicali sono più distesi (contengono più aria), ma ...
… sono meno ventilati, a causa della minore compliance (vengono raggiunti da una frazione minore del volume corrente).
Questo è dovuto all'effetto della gravità che sposta virtualmente verso il basso il liquido pleurico, accentuando la negatività pleurica agli apici. Le differenze si attenuano nella respirazione forzata.
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-6
-6
-6
H2O
-4
-4
-4