Fisiologia respiratoria

QUADRI CLINICI

I disturbi dell’equilibrio acido-base sono quattro: acidosi respiratoria, alcalosi respiratoria, acidosi

metabolica e alcalosi metabolica.

Di acidosi respiratoria abbiamo già parlato, quindi metto solo lo screen del recap →

L’alcalosi respiratoria avviene quando l’eliminazione dell’anidride carbonica aumenta l’anidride

→ → →

carbonica nel sangue cala quindi anche acido carbonico, bicarbonato e idrogenioni il pH sale per

compensare intervengono i reni. 35

Di acidosi metabolica abbiamo già parlato, quindi metto solo lo screen del recap

L’alcalosi metabolica può essere determinata da diverse cause:

- vomitando molto si perdono ioni idrogeno con l’acido cloridrico del contenuto gastrico

→

- può anche aumentare il bicarbonato in circolo i bicarbonati salgono, il pH aumenta e la pressione

parziale di anidride carbonica rimane costante

Seguono esempi di situazioni cliniche. 36

37

LA VENTILAZIONE POLMONARE

VENTILAZIONE ED EQUAZIONE DEI GAS ALVEOLARI →

A livello alveolare, le variazioni delle pressioni parziali dei gas respiratori sono modeste il volume

→

corrente di aria si mischia all’aria già presente nel sistema respiratorio (volume 5 volte più grande) il

→

ricambio dell’aria nei polmoni è parziale la CFR tampona e limita le oscillazioni. →

L’ossigeno nell’aria alveolare ha una pressione parziale mediamente di 100 mmHg durante l’atto

respiratorio, il valore oscilla di pochi mmHg.

Anche l’anidride carbonica varia di pochi mmHg (dai 39 ai 40), in fase invertita rispetto all’ossigeno.

Il comparto alveolare è in equilibrio tra l’afflusso e l’allontanamento dei gas respiratori.

→

Considerando i flussi di ossigeno e di anidride carbonica a riposo il consumo di ossigeno è di 250/300 ml,

→

mentre la produzione di anidride carbonica è inferiore di circa il 20% il rapporto tra queste grandezze è

detto quoziente respiratorio.

Il quoziente respiratorio metabolico è invece il rapporto tra l’anidride carbonica prodotta dal metabolismo e

→

l’ossigeno consumato la differenza tra i volumi deriva dalla natura delle reazioni metaboliche: l’ossigeno

viene usato per reazioni volte a ricavare energia da carboidrati o lipidi:

- utilizzando solo i carboidrati il quoziente respiratorio si avvicinerebbe a 1

- utilizzando i lipidi il quoziente si avvicinerebbe a 0,70

- utilizzando una combinazione dei due si ottiene un quoziente respiratorio di circa 0,80

→

Il sistema respiratorio a riposo scambia le stesse quantità di gas usate/prodotte con l’ambiente il quoziente

respiratorio può essere calcolato anche a livello polmonare e si chiama gas exchange pressure (quoziente di

→

scambio respiratorio), che di solito corrisponde al quoziente respiratorio metabolico serve per la regolazione

dell’attività respiratoria.

L’attività respiratoria è regolata per garantire uno scambio di gas equivalente al consumo e alla produzione

→

dei gas a livello metabolico se il consumo di ossigeno è superiore all’anidride carbonica eliminata

→

nell’ambiente, ci sarà discrepanza tra la ventilazione inspiratoria ed espiratoria di solito la ventilazione

inspiratoria è maggiore di quella espiratoria (solo uguali solo se il quoziente è 1).

→

Si può calcolare la ventilazione respiratoria facendo un rapporto tra i volumi si può poi calcolare la

→

ventilazione inspiratoria a partire da quella espiratoria il calcolo si può basare sulla misura della frazione

di azoto dell’aria inspirata ed espirata: l’azoto non viene scambiato, quindi la sua frazione, moltiplicata per il

volume di aria inspirata deve essere uguale a quella moltiplicata per l’aria espirata.

Cosa determina la pressione parziale dei due gas respiratori? L’equilibrio di ingresso e uscita: la pressione

parziale dell’ossigeno nell’aria inspirata è di 150 mmHg, mentre all’esterno è di 160 mmHg (ad alta quota la

pressione parziale nell’aria è di 70 mmHg e negli alveoli ovviamente sarà meno di 150). →

In fase di uscita dagli alveoli il livello di ossigeno si riduce con l’aumento dell’attività metabolica la

pressione parziale tende a ridursi nel sangue e negli alveoli e allora l’organismo aumenta la ventilazione, al

fine di mantenere entro certi limiti il valore a livello alveolare (100 mmHg).

Lo stesso vale per l’anidride carbonica: nell’aria inspirata è pressocché assente, se respiriamo una miscela

con una frazione di anidride carbonica diversa si possono avere rischi per la sopravvivenza. →

Quando aumenta l’attività metabolica l’anidride carbonica è prodotta in maggiore quantità aumenta la

→

concentrazione nel sangue e poi quella alveolare la risposta dell’organismo è un aumento della

ventilazione, per eliminarne di più e mantenere il livello alveolare a 40 mmHg.

→

Si può calcolare quanto ossigeno si trasferisce all’interno dell’organismo differenza tra quello che entra e

quello che esce con la ventilazione:

- quanto ossigeno entra si calcola facendo il prodotto tra la ventilazione inspiratoria e la frazione di

ossigeno nell’aria inspirata →

- sottraendo i prodotto tra ventilazione espiratoria e frazione di ossigeno nell’aria espirata si ottiene

la quantità di ossigeno che rimane nell’organismo

Lo stesso calcolo si può fare con l’anidride carbonica (nell’aria inspirata è pari a zero). 38

Il tutto è valido anche se si considera,

invece della ventilazione totale, la

ventilazione alveolare (frazione di

quella totale pari a circa 5 litri).

Si riesce ad ottenere una ulteriore equazione chiamata equazione dei gas alveolari.

Se in un momento il quoziente è

→

pari a 1 VCO2 è pari a VO2 e

ventilazione inspiratoria ed

espiratoria si equivalgono.

Sostituendo le formule di VCO2 e

VO2 nella formula del quoziente

→

respiratorio (R) si ottiene che

il quoziente respiratorio è

uguale al rapporto tra la frazione

alveolare di anidride carbonica e

la differenza tra la frazione

inspirata di ossigeno e la frazione

alveolare di ossigeno.

Si possono sostituire alle frazioni

dei gas le loro pressioni parziali

→ il quoziente respiratorio

diventa il rapporto tra la pressione parziale di anidride carbonica e la differenza tra la pressione parziale

di ossigeno inspirato e di ossigeno nell’alveolo. →

Rappresentando sul grafico l’equazione, si otterrebbe una famiglia di rette con pendenza -R la pendenza

cambia in funzione del quoziente respiratorio, che in condizioni normali è 0,8.

A riposo si ha R=0,8, pressione parziale di

→

anidride carbonica pari a 40 mmHg per

sapere il valore dell’ossigeno si guarda sulla

retta con pendenza 0,8 quale valore

corrisponde alla pressione di anidride

carbonica prescelta (100 mmHg). →

Se il quoziente respiratorio varia si

cambia retta sul grafico.

Tutte le rette si incontrano nel punto con

pressione parziale di ossigeno 150 mmHg e

di anidride carbonica 0 mmHg,

caratteristiche dell’aria inspirata. 39

DEFINIZIONI RELATIVE ALLA VENTILAZIONE

→ →

1. Eupnea situazione di respirazione normale e spontanea, non produce disagio risponde alla

domanda metabolica in termini di flussi

→ →

2. Ipoventilazione ventilazione non commisurata con l’attività metabolica non è sufficiente per

→

coprire la domanda di ingresso di ossigeno e uscita di anidride carbonica l’anidride carbonica si

accumula nell’organismo (all’emogasanalisi si determina elevata pressione parziale di CO2 e ridotta

pressione di O2) → →

3. Iperventilazione attività ventilatoria in eccesso rispetto alle necessità metaboliche si elimina

più anidride carbonica del necessario e si apporta più ossigeno di quello necessario per sostenere il

→

metabolismo la pressione parziale di anidride carbonica a livello ematico scende

→ →

4. Iperpnea ventilazione aumentata, in relazione all’aumento dell’attività metabolica se aumenta

→

l’attività metabolica (quindi il consumo di ossigeno e la produzione di anidride carbonica) aumenta

la ventilazione: profondità degli atti respiratori e poi della frequenza (nel complesso aumenta il

volume) → →

5. Tachipnea aumento della frequenza respiratoria, legato o meno all’attività metabolica la

→

ventilazione può cambiare o meno in base al volume corrente un paziente tachipnoico, non per

forza sta iperventilando.

→ →

6. Apnea interruzione temporanea dell’attività respiratoria, generalmente reversibile esiste un

limite oltre il quale la ventilazione riprende anche se ci si trova ancora, per esempio, sott’acqua. Nella

vita quotidiana abbiamo delle brevi apnee (durante la deglutizione)

L’INFLUENZA DEL METABOLISMO SULLE VARIAZIONI DELL’ATTIVITÀ RESPIRATORIA

C’è differenza tra variazioni dell’attività respiratoria legate

al metabolismo e variazioni indipendenti.

Nel grafico, che rappresenta un soggetto che ventila a

→

riposo sulle ascisse c’è la ventilazione (litri/minuto), le

curve rappresentano la variazione delle pressioni parziali di

→

ossigeno (giallo) e anidride carbonica (verde) vanno in

direzione opposta!

La ventilazione alveolare in condizioni normale è circa 2/3

→

della ventilazione totale 5 litri su 7,5.

→

Se il soggetto iperventila aumenta la ventilazione

→

indipendentemente dall’attività metabolica l’anidride

carbonica alveolare diminuisce e l’ossigeno sale.

Se il soggetto ipoventila l’anidride carbonica sale e

l’ossigeno scende a valori molto inferiori a 100 mmHg. 40

LA RELAZIONE TRA VENTILAZIONE ALVEOLARE E

IPOVENTILAZIONE/IPERVENTILAZIONE →

Nel grafico sulle ascisse la pressione parziale di

anidride carbonica nell’alveolo; sulle ordinate la

ventilazione alveolare in litri/minuto.

→

In una situazione normale il flusso di anidride

→

carbonica è di 0,25 litri/minuto ventilazione e

pressione parziale di anidride carbonica sono

inversamente proporzionali: →

- Se il soggetto ipoventila aumenta l’anidride

carbonica alveolare →

- Se il soggetto iperventila si riduce l’anidride

carbonica alveolare

- Se l’attività metabolica aumenta e il flusso raddoppia