STRUTTURA E FUNZIONE
DELL'APPARATO RESPIRATORIO
MECCANICA RESPIRATORIA
COMPOSIZIONE DELL'ARIA
SCAMBI RESPIRATORI
TRASPORTO dei GAS
REGOLAZIONE DEL RESPIRO
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)
La bolla va continuamente rinnovata, con l'aggiunta di
aria atmosferica. E' compito della meccanica
respiratoria rinnovare la bolla.
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
La meccanica respiratoria è prevalentemente a
carico di muscoli scheletrici (volontari), il cui
funzionamento ciclico è regolato da meccanismi
nervosi.
FUNZIONI ACCESSORIE
condizionamento dell’aria
funzioni di difesa: l’apparato mucocigliare
fonazione
deglutizione
 movimenti respiratori anomali: tosse e
sternuto
 accelerazione dell’aria: effetto meccanico
chiusura dei bronchioli in espirazione (ruolo
della cartilagine)
VOLUMI E CAPACITA’ POLMONARI
litri
1.8
volumi
residuo
(VR)
1.2
riserva
espiratoria
(VRE)
0.5 corrente
(VC)
2.5
riserva
inspiratoria
VRI)
litri
capacità
capacità
capacità
capacità
capacità
polmonare funzionale vitale (CV) espiratoria inspiratoria
totale
residua
(CE)
(CI)
(CPT)
(CFR)
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
6
*
3
4.2
*
*
1.7
3
6
5.5
5
4.5
4
3.5
3
litri
2.5
2
1.5
1
0.5
Volume residuo = 1. l
0
Volume di
corrente
riserva=espiratoria
inspiratoria
0.5 l
==1.2
3.5l l
6
5.5
5
4.5
4
3.5
3
litri
2.5
2
1.5
1
0.5
0
Capacità
Capacitàpolmonare
vitale
funzionale
inspiratoria
espiratoria
= 5.2totale
=
residua
l=1.7
4.0=
l l 6.2
= 2.2
l l
VOLUMI E CAPACITA' POLMONARI
litri
6
5.5
5
4.5
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
v. ris. inspiratoria
v. corrente (tidal volume - TV)
v. ris. espiratoria
v. residuo (RV)
capacità polmonare totale (TLC)
capacità espiratoria
capacità vitale (VC)
capacità inspiratoria
capacità funzionale residua (FRC) = volume di equilibrio del sistema respiratorio
ventilazione polmonare = volume
corrente * frequenza respiratoria
0.5 + 12 = 6 l/min
ventilazione alveolare = (volume
corrente - spazio morto) * frequenza
respiratoria
(500 - 150) * 12 = 4.5 l/min
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
diaframma; scaleni, sternocleidomastoidei.
esterni,
MUSCOLI ESPIRATORI: intercostali interni; muscoli
addominali
Intercostali esterni: inspirazione
Intercostali interni: espirazione
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.
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
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.
palv
ppl
vol
8
6
4
Pressione
alveolare
2
0
-2
Pressione pleurica
-4
-6
-8
inspirazione
espirazione
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)
tendenza della gabbia toracica ad espandersi
(strutture elastiche muscolo-tendinee consentono ai
polmoni di "tirare in dentro" la gabbia toracica, che li
contiene).
tubo
(vie aeree)
bottiglia
(gabbia toracica)
palloncino
(polmoni)
acqua
(liquido pleurico)
Modello del sistema respiratorio
-4
-4
Pressione
intrapolmonare
Pressione
intrapleurica
-4
-4
Modello del sistema respiratorio
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
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)
La tensione superficiale è ridotta dalla
presenza di una sostanza tensioattiva
(surfactante), la cui funzione è di ridurre la
tensione superficiale.
Il surfactante, prodotto da cellule del
parenchima polmonare, è composto di
dipalmitoillecitina
Il surfactante Ha anche un'importante azione
stabilizzatrice sugli alveoli, impedendo che
quelli più piccoli collassino e quelli più grandi si
espandano ulteriormente.
Nella malattia genetica nota come
mucoviscidosi, il surfactante è insufficiente
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.
AZIONE STABILIZZATRICE DEL SURFACTANT
all’aumentare della superficie si riduce la concentrazione e
diminuisce l’effetto sulla tensione superficiale
RELAZIONE PRESSIONE/VOLUME
(COMPLIANCE)
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).
FRC
FRC+TV
2.2
-4
2.2
-4
-6
VC
2.7
-6
-6
1
5.8
-2
-6
-10
pressione
sistema
RV
-10
6
5
pressione
polmoni
pressione
torace
4
3
litri
2
1
0
-40-35-30-25-20-15-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40
mmHg
-2
CURVE DI COMPLIANCE DEL SISTEMA RESPIRATORIO, DELLA GABBIA
TORACICA E DEI POLMONI in rilasciamento
6
5
4
3
litri
2
CFR
1
RV
0
-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10
-5
0
5
mmHg
10
15
20
25
30
35
40
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.
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
FRC
FRC+TV
2.7
2.2
-4
COMPLIANCE POLMONARE
A VIE AEREE APERTE
-6
-4
-6
COMPLIANCE STATICA
COMPLIANCE DINAMICA
2.7
area = LAVORO (DELLA RESPIRAZIONE)
2.45
RESISTENZA (vie aeree, parenchima)
2.2
2
2.5
3
3.5
pressione
4
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
spazio morto fisiologico: comprende eventuali
alveoli ventilati ma non perfusi dal sangue
(Rapporto ventilazione/perfusione > 1)
DISTRIBUZIONE DEL VOLUME CORRENTE
La 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.
-6
-4
-6
-4
-6
-4
H2O
Il sistema respiratorio è servito da muscoli volontari,
ma il loro funzionamento è controllato automaticamente
dal sistema nervoso centrale
Il sistema nervoso centrale controlla sia il ritmo del
respiro sia la ventilazione polmonare:
Come si respira:
centri bulbari
Quanto si respira:
chemocettori
centrali e periferici
Mesencefalo
Centro pneumotassico
Ponte
Centro apneustico
C. inspiratorio
Bulbo
ed espiratorio
Mid. spinale
Centro
respiratorio
bulbare
E
I
Respiro
“stertoroso”
-
-
P
A
+
n. vaghi
Rifl. di Hering e
Breuer
I E
ai m. respiratori
+
Regolazione chimica del respiro
Il pavimento del IV° ventricolo ha
proprietà chemocettive:
>pCO2 >> profondità e frequenza
respiratorie; <pO2 non stimola il
respiro
I glomi aortici e carotidei sentono
le alterazioni della PO2