Fisiologia respiratoria

TRACCIATO SPIROMETRICO (SPIROGRAMMA)

Asse Unità Note

Ascisse (x) Tempo (s) Ogni “onda” dura ~4–5 s

Ordinate (y) Volume polmonare (% della Normalizzazione per

CPT) confronti tra soggetti

Vengono utilizzate le % e non i litri (CPT) per rendere comparabili

soggetti diversi (es. adulto vs bambino) → normalizzazione.

Es. 10% della CPT = volume corrente (tidal volume) in eupnea (~500

mL)

Fasi tipiche della spirometria → piccole onde = eupnea (uso ~10% CPT)

1. Respirazione normale

→ raggiunge 100% CPT (visualizzo VRI)

2. Inspirazione forzata

→ arrivo a VR (visualizzo VRE)

3. Espirazione forzata

Dati ricavati dal grafico:

volume residuo: 25% CPT

● volume corrente: 10% CPT (compreso tra le linee all’altezza del 40% e del 50% corrispondenti alla

● fine dell’espirazione e alla fine dell’inspirazione)

Spirometri a flusso: metodi moderni

Misurano flusso d’aria (volume/tempo)

● Eseguono integrazione elettronica (operazione aritmetica) per calcolare i volumi

● Utilizzati in medicina sportiva o per diagnosi (es. asma)

●

PLETISMOGRAFIA OPTOELETTRONICA E ANALISI CLINICA

Pletismografo optoelettronico

E’ una tecnica avanzata usata in ambito clinico e di ricerca (sport, pneumologia) che permette di ottenere

tracciati spirometrici separati per i vari compartimenti dell’apparato respiratorio. Si valutano gli

spostamenti, i cambiamenti di volume del torace alto, dell’addome e della zona toraco-addominale.

Funzionamento:

Il soggetto indossa marcatori riflettenti (tipo diodi) che riflettono la luce

● Sensori ottici rilevano spostamenti di volume tramite variazioni di luce riflessa

●

Il tracciato che si ottiene è simile allo spirogramma classico ma consente di:

Identificare la zona prevalente di ventilazione (addominale vs costale)

● Analizzare la ventilazione durante attività fisica

●

La spirometria come strumento diagnostico è utile per fare una distinzione tra:

↑ VR, CFR, CPT, ↓ VR

Malattie ostruttive:

● ↓ volumi polmonari

Malattie restrittive:

●

Manovra della capacità vitale forzata (CVF)

Come si esegue:

1. Inspirazione massimale (fino a capacità polmonare totale)

2. Espirazione forzata rapida fino al volume residuo

Parametri misurati:

Parametro Sigla Descrizione

Volume espiratorio max al 1° VEMS o Volume espirato nel primo secondo della

sec FEV1 CVF

Capacità vitale forzata CVF Volume totale espirato nella manovra

Indice di Tiffeneau FEV1/CVF Indice diagnostico (valore normale

>70%)

Fisiologia normale: → ~1 ogni 4-6 s

Atti respiratori eupnoici: 12-15/minuto

● Inspirazione: ~2 s; espirazione (passiva): ~3 s

● Espirazione forzata:

● 70% dell’aria espirata nel primo secondo

○ 30% restante nei successivi 2-3 s

○

VEMS > 70% della CVF → valore normale

●

Utilizzo clinico

Diagnosi:

BPCO (broncopneumopatia cronica ostruttiva)

● Asma bronchiale:

● VEMS iniziale: 60%

○ Dopo broncodilatatore: VEMS sale a 75% → diagnosi di asma

○

La spirometria è uno strumento diagnostico essenziale per il pneumologo, infatti la Società

Italiana di Pneumologia organizza regolarmente corsi di aggiornamento.

VENTILAZIONI

Volumi e capacità: riferiti al singolo atto respiratorio

● Ventilazioni: esprimono flussi = volumi/unità di tempo

● non secondo → scelta

Unità di tempo utilizzata: minuto (min), fisiologica

●

Flussi I flussi (ventilazioni) sono indicati con °o V’ (derivata prima del volume nel tempo)

̇

● Espressi in L/min, mL/min, hL/min ecc.

●

Tipi di ventilazione:

1. Ventilazione polmonare totale (̇ E)

Volume totale d’aria che entra o esce dall’apparato respiratorio in 1 minuto

Formula:

→ E = VC × frequenza respiratoria

̇

→ Es. standard: 500 mL × 12 atti/min = 6 L/min → parte non utile per l’ematosi

Limite: comprende anche lo spazio morto anatomico

2. Ventilazione alveolare (̇

A)

Volume d’aria che raggiunge gli alveoli ed è utile per gli scambi gassosi

Formula:

→ A = frequenza × volume alveolare = frequenza × (VC – spazio morto)

̇

→ Es. standard: 12 × (500 – 150) = 4,2 L/min

È il parametro funzionalmente più rilevante, quando si parla di “ventilazione” senza aggettivi, si intende

quella alveolare

Iperventilazione

Fisiologicamente in caso di iperventilazione (es. corsa) → aumenta la ventilazione alveolare→ aumenta sia

frequenza sia volume corrente

Quindi:

Aumentare solo la frequenza o solo il volume può ridurre la ventilazione alveolare

→ Serve un bilanciamento per massimizzare A

→ ̇

→ L’individuo per aumentare il volume corrente usa una quota della sua riserva inspiratoria e una quota della

sua riserva espiratoria

→ Se aumenta solo la frequenza si parla di polipnea

Esempio: termoregolazione nel cane

Il cane che termoregola deve lasciare invariata la ventilazione alveolare (a meno che non stia correndo, non

deve diminuire la CO2) ma aumentare quella polmonare, il riscaldamento dell’aria avviene delle vie aeree di

conduzione. Consiste quindi in atti + frequenti e + superficiali → favorisce ricambio aria nello spazio

morto (viene modificato anche il volume corrente che diminuisce).

Esercizi su ventilazione polmonare e ventilazione alveolare

Dati iniziali (condizione standard):

Frequenza respiratoria (f) = 12 atti/min

● Volume corrente (VC) = 500 cc

● Spazio morto (VD) = 150 cc

●

Calcoli:

Ventilazione polmonare (̇ P) = VC × f = 500 × 12 = 6 L/min

● Ventilazione alveolare (̇

A) = (VC – VD) × f = (500 – 150) × 12 = 4,2 L/min

●

Caso 1: f raddoppiata (24 atti/min), VC dimezzato (250 cc)

P = 250 × 24 = 6 L/min

̇

● A = (250 – 150) × 24 = 2,4 L/min

̇

●

Caso 2: f dimezzata (6 atti/min), VC raddoppiato (1000 cc)

P = 1000 × 6 = 6 L/min

̇

● A = (1000 – 150) × 6 = 5,1 L/min

̇

●

Conclusione:

La ventilazione polmonare resta costante nei tre casi (6 L/min)

● La ventilazione alveolare varia perché VD è fisso

● P e A possono variare indipendentemente

̇ ̇

●

In sintesi

Tipo di Formula Valore standard

ventilazione (riposo)

Polmonare totale VC × frequenza respiratoria 6 L/min

Alveolare frequenza × (VC – spazio morto) 4,2 L/min

RELAZIONE TRA VENTILAZIONE ALVEOLARE E PRESSIONE PARZIALE DI CO₂ (PACO₂)

La pressione parziale di un gas ≈

● concentrazione di quel gas in quella

miscela

PaCO₂ = PACO₂ (pressione parziale della CO₂ nel

● sangue arterioso = negli alveoli)

La CO₂ atmosferica è trascurabile (≈ 0,03%),

● quindi:

NON viene inspirata in quantità significativa

○ Tutta la CO₂ presente nel sangue/alveoli è di

○ origine metabolica

Origine e destino della CO₂

Fase Descrizione

Produzione Deriva dal metabolismo cellulare

Trasporto Passa dai tessuti → →

sangue venoso polmoni

Eliminazione Espulsa tramite ventilazione alveolare

ventilazione alveolare ↔ PaCO₂

Relazione di proporzionalità inversa:

la CO₂ si accumula → ↑ PaCO₂

A ventilazione costante,

● più CO₂ viene eliminata → ↓ PaCO₂

A ventilazione aumentata,

●

Curva a ramo di iperbole equilatera: →

Se la ventilazione raddoppia PaCO₂ si dimezza

● →

Se la ventilazione dimezza PaCO₂ raddoppia

●

Relazione matematica

Equazione fondamentale: Ventilazione alveolare × PaCO₂ = k

Dove k dipende dalla produzione di CO₂/minuto

● → → serve

Se il metabolismo aumenta k aumenta maggiore ventilazione per mantenere

● costante PaCO₂

Due curve diverse nel grafico:

Una per il metabolismo a riposo (es. 250 mL/min di CO₂)

● Una per esercizio (es. 500–2000 mL/min di CO₂)

●

Esempi di produzione di CO₂ (valori indicativi):

Stato Produzione CO₂

fisiologico (mL/min)

Riposo 200–250

Camminata 400

Corsa lenta 800

Corsa veloce 2000 mantenere PaCO₂ ≈ 40 mmHg

La ventilazione deve aumentare proporzionalmente per

Importanza fisiologica

La respirazione è regolata più sulla CO₂ che sull’O₂

● Scopo primario della ventilazione è mantenere stabile la PaCO₂

● (CO₂ ↔ equilibrio acido-base)

Fondamentale per il controllo del pH ematico

●

MECCANICA RESPIRATORIA

Strutture coinvolte:

Muscoli respiratori: generano variazioni di volume→compressione e depressione

● Vie aeree: conducono aria

● Polmoni: scambio gassoso

● Cavo pleurico: accoppiamento torace-polmone

●

Accoppiamento meccanico:

Cavo pleurico (tra la pleura parietale e viscerale) sottovuoto→parenchima polmonare e parete toracica

● sono saldate meccanicamente→polmone segue movimento toracico

Pressione intrapleurica a riposo -5 mmHg (considerando la pressione

≈

● atmosferica pari a zero→760 mmHg)

Come un contenitore sottovuoto: se entra aria → pneumotorace → collasso polmonare

Elementi che creano depressione nel cavo pleurico:

Vasi linfatici→aspirazione continua del liquido pleurico (trasudato dei capillari sanguigni)

● Pressione di detrazione di parete toracica e polmonare dirette in direzione opposta→risucchio che

● mantiene la depressione

RESISTENZE

I muscoli generano delle forze (per modificare il volume e quindi creare dei gradienti pressori) per

vincere le resistenze delle strutture dell’apparato respiratorio che tenderebbero a restare ferme.

Esistono tre principali tipi di resistenze che si oppongono al movimento delle strutture elastiche

durante la respirazione.

1. Resistenze elastiche: legate all’allungamento che si vuole imporre a una struttura elastica.

Quando questa viene deformata, tende a tornare alla sua lunghezza di equilibrio, cioè quella

che assumerebbe spontaneamente in assenza di forze esterne. Questa tendenza è dovuta a una

forza di retrazione elastica, che i muscoli respiratori devono vincere per permettere

l’espansione. Le resistenze elastiche si misurano in condizioni statiche e rappresentano la

retrazione elastica del sistema.

2. Resistenze viscose: entrano in gioco quando il movimento avviene nel tempo, e quindi

dipendono dalla velocità con cui la struttura viene deformata. Tirando rapidamente un

elastico serve una forza maggiore rispetto a quando lo si allunga lentamente. Si oppongono al

movimento le forz