Principi Generali di Fisiologia Respiratoria
Lo studio delle malattie polmonari ci mostra come alcune di esse
prediligono specifiche zone del polmone.
Alcuni esempi sono rappresentati da:
• infezioni tubercolari o silicosi: le regioni dorsali dei lobi superiori;
• asbestosi: la periferia dei lobi inferiori.
La domanda del "perchè" nasce spontanea in quanto il polmone
appare omogeneo ad una osservazione superficiale.
Metodo Analitico Anatomico
Il metodo analitico anatomico si fonda sull’assunto che vi sia
corrispondenza diretta tra ciò che si può osservare in un campione di
tessuto e ciò che vediamo alla radiografia: questo assunto non è
sempre valido.
Inoltre, l’approccio anatomico non è in grado di spiegare perché
alcune malattie prediligono regioni del polmone differenti.
Azione della forza di gravità
L’azione della forza di gravità crea un’enorme differenza fra le
regioni polmonari sia in termini di flusso sanguigno che di
ventilazione, flusso linfatico e clearance, ambiente chimico,
pressioni e tensioni.
Posizione Eretta
Le differenze gravitazionali nel polmone dipendono dalla postura.
Modelli animali sono stati spesso usati per simulare le malattie
dell’uomo.
Medlar, negli anni ’50 fece un interessante esperimento per studiare la
distribuzione delle infezioni tubercolari (TBC) nel coniglio. I conigli
furono divisi in due gruppi:
uno venne infettato con micobatteri e lasciato nella posizione naturale a
quattro zampe;
un altro, venne infettato con micobatteri e mantenuto in posizione
eretta.
Il risultato fu che in entrambi i gruppi, la infezione TBC coinvolse in
maniera più grave la regione non declive, cioè quella dorso-caudale
nel gruppo di conigli tenuti in posizione a quattro zampe e quella
craniale nei conigli mantenuti in posizione eretta.
Gli effetti della forza di gravità sono importanti anche in altre posture.
Per esempio, nella posizione orizzontale esiste un gradiente
gravitazionale tra la zona anteriore e posteriore del polmone.
Warrell e collaboratori osservarono che la distribuzione della silicosi
nei polmoni dei tagliapietre nigeriani differiva dalla usuale
distribuzione alle zone superiori che si osserva in altri lavoratori
esposti.
Infatti, su 49 tagliatori, 33 avevano una distribuzione uniforme della
silicosi dall’apice alla base, 11 un interessamento basale e solo 5 di essi
presentavano la malattia ai lobi superiori.
La spiegazione di questa particolare distribuzione risiede nelle
abitudini di questi lavoratori.
I meccanismi fisiologici di clearance della polvere non sono diversi in
questi pazienti e l’unica diversità risiede nelle differenze gravitazionali
regionali all’interno del polmone.
Flusso Sanguigno
Anche se la legge della gravità è stata formulata da Newton oltre 200
anni orsono, solo negli ultimi 30 anni i fisiologi ne hanno scoperto
l’importanza ai fini della distribuzione del flusso ematico polmonare.
Il sangue nel polmone forma una colonna ininterrotta connessa con una
pompa (cuore), situata circa nei due terzi inferiori.
Il sangue ha un peso ed esiste un gradiente pressorio idrostatico dovuto
alla gravità (1mmHg/cm), che aumenta dagli apici alle basi del polmone
nel soggetto eretto.
La differenza di flusso sanguigno causata dalla gravità è grande e di
quasi 18 volte nel polmone in posizione eretta.
Di norma, il flusso sanguigno è determinato dalle differenze tra la
pressione arteriosa in ingresso e la pressione venosa in uscita.
Caratteristica unica del polmone è che nell’attraversamento del letto
capillare si aggiunge la pressione alveolare,che ulteriormente
influisce sul flusso sanguigno polmonare.
West e coll, usando una preparazione di polmone isolato elaborarono
un modello a 3 zone per la perfusione ematica polmonare in relazione
ai rapporti tra le pressioni arteriosa, alveolare e venosa.
Ventilazione
Il grado di distensione del polmone è, come il flusso sanguigno,
distribuito in maniera non uniforme.
Tuttavia, la differenza di ventilazione fra apice e base del polmone in
posizione eretta è solamente di tre volte, che è molto meno rispetto
alla differenza di perfusione sanguigna.
Qual’ è la causa di questa disuniformità?
Il polmone è sorretto dalla gabbia toracica e dal diaframma, essendo
collegato a queste strutture tramite lo spazio pleurico.
A causa del peso del polmone, vi è un gradiente di pressione pleurica
dall’apice alla base per cui la pressione alla base è superiore a quella
dell’apice.
L’importanza di un gradiente di pressione intrapleurica ai fini della
ventilazione polmonare può essere apprezzata esaminando la curva
pressione-volume del polmone.
Rapporto Ventilazione-Perfusione
La funzione primaria del polmone è lo scambio gassoso; cioè, il
sangue scarsamente ossigenato deve essere portato a contatto
dell’ossigeno.
A causa delle esistenti differenze regionali sia nella ventilazione che
nella perfusione, l’efficacia dello scambio gassoso dipende dal grado
di contatto fra aria e sangue.
Sebbene, nella posizione eretta, sia la ventilazione che la perfusione
aumentino procedendo verso la parte bassa del polmone, ciò avviene
in maniera differente.
In conseguenza di ciò, anche il rapporto ventilazione-perfusione
(V/Q) cambia procedendo verso il basso.
Dato che il flusso sanguigno aumenta più rapidamente della
ventilazione, il rapporto ventilazione-perfusione sarà, nella posizione
eretta, aumentato all’apice e diminuito alla base del polmone.
Questo rapporto è importante, non solo nel determinare l’efficacia
dello scambio gassoso, ma anche nel determinare la concentrazione
intralveolare finale del gas inalato.
Negli individui in posizione eretta la concentrazione di gas all’apice
del polmone sarà quasi uguale a quella del gas inspirato, mentre alle
basi sarà diminuita rispetto alla concentrazione inspiratoria.
Flusso Linfatico
I linfatici assolvono a 2 funzioni:
• rimozione delle sostanze particolate;
• mantenimento del bilancio idrico.
La linfa si forma secondo l’equazione di Starling cioè il bilanciamento
delle pressioni idrostatiche intravascolare e interstiziale e delle
pressioni oncotiche intravascolari ed interstiziali.
Nel polmone esistono anche differenza regionali per quanto riguarda la
funzione del sistema linfatico. Mentre le pressioni oncotiche sono le
stesse nelle varie regioni del polmone, la pressione arteriosa polmonare
varia in funzione della forza di gravità.
In conseguenza di ciò, la pressione che spinge alla formazione della linfa
sarà, nella posizione eretta, minore all’apice che alla base del polmone.
La formazione della linfa non è stata direttamente studiata nell’uomo a
causa dell’inaccessibilità dei linfatici polmonari, ma è stata studiata nella
pecora, nel cui polmone il flusso linfatico è quattro volte maggiore nella
parte inferiore rispetto alla parte superiore.
La clearance linfatica è agevolata, nei linfatici periferici, da fattori
esterni, quali la contrazione dei muscoli circostanti durante le escursioni
respiratorie, più ampi nelle regioni della base e della periferia del
polmone che in quelle centrali e dell’apice.
Differenze regionali nella clearance linfatica influiscono sulla
distribuzione dei processi patologici.
In particolare, le malattie granulomatose, le pneumoconiosi e le alveoliti
allergiche croniche costituiscono le tre principali categorie di malattie la
cui distribuzione è condizionata dalle differenze regionali della clearance
linfatica.
Effetti Metabolici
Le concentrazioni di O2 e CO2 sono diverse regionalmente a causa delle
differenze nel rapporto V/Q.
Nelle regioni superiori del polmone la concentrazione di CO2 è più
bassa; il conseguente eccesso di basi rende queste regioni relativamente
alcalosiche.
Anche le differenze di concentrazione regionale di O2 e pH possono
influenzare la distribuzione regionale delle malattie.