Fisiologia respiratoria

MISURAZIONE DEI VOLUMI NON MOBILIZZABILI

Limiti della spirometria

La spirometria classica misura solo i volumi mobilizzabili:

● Es: volume corrente, capacità vitale, volume inspiratorio/espiratorio di riserva.

○

Non consente di misurare:

● Volume residuo (VR)

○ Spazio morto anatomico

○ Perché non è possibile distinguere, nel volume corrente, quanta aria arriva agli alveoli e

○ quanta rimane nelle vie di conduzione.

TECNICA DELLA DILUIZIONE (CON ELIO)

Principio

Si usa un tracciante (sostanza volatile e inerte) di quantità nota (Q)

● Lo si lascia diffondere nell’aria contenuta nei polmoni (incluso VR)

● Una volta raggiunto l’equilibrio, si misura la concentrazione finale (C)

● Applicando la formula:

● C=QV V=Q/C

⇒

si calcola il volume totale in cui si è distribuito il tracciante (es. VR)

si calcola il volume residuo da cui si ricavano CPT e CFR

Traccianti usati:

Gas non assorbiti dall’organismo (es. elio, azoto, ossido di azoto)

● Devono mescolarsi rapidamente ma non attraversare la barriera alveolo-capillare

● Eliminato rapidamente con poche respirazioni.

● Alterando la densità dell’aria, può cambiare la voce (effetto elio).

●

Procedura:

Spirometro a campana con quantità nota di Elio (C₁ × V₁)

● Il paziente respira tramite boccaglio

● Dopo alcuni atti respiratori, si misura la nuova concentrazione C₂ (elio diluito uniformemente tra

● spirometro e apparato respiratorio)

Formula: C₁ × V₁ = C₂ × (V₁ + V₂) → si ricava V₂ (volume sconosciuto)

● Il volume misurato dipende dalla fase del ciclo respiratorio in cui si trova il soggetto al momento

● dell’attacco al boccaglio (non dal momento in cui si misura la concentrazione!):

Se ha appena fatto un’espirazione forzata massima → si misura il volume residuo (VR)

○ Se ha appena fatto un’inspirazione forzata massima → si misura la capacità polmonare totale

○ (CPT)

Boccaglio attaccato dopo espirazione eupnoica → misuro CFR (capacità funzionale residua).

○

Esempio pratico:

C₁ = 6%, V₁ = 10 L, C₂ = 5%

● 0,06 × 10 = 0,05 × (10 + V₂) → V₂ = 2 L

●

Metodo indiretto e preciso per volumi non misurabili con spirometria classica

Richiede gas inerte, condizioni stabili e istruzioni chiare

TECNICA DELLA PLETISMOGRAFIA

Permette di misurare i volumi non mobilizzabili, come:

● Volume residuo (VR)

○ Capacità funzionale residua (CFR)

○ Capacità polmonare totale (CPT)

○

È un metodo alternativo e più complesso rispetto alla diluizione con elio.

●

Si utilizza un pletismografo, ovvero:

Una cabina sigillata ermeticamente

● Il soggetto è chiuso all’interno ma respira tramite un boccaglio collegato all’esterno

●

Misurazioni:

Pressione interna alla cabina

● Pressione all’interno dell’apparato respiratorio

●

I dati sono rilevati da trasduttori di pressione:

Sulla parete della cabina

● Sul boccaglio del paziente

●

Si basa sulla Legge di Boyle-Mariotte:

(valida per gas ideali a temperatura costante)

P⋅V=costante

Procedura

1. Il soggetto compie un’espirazione forzata contro resistenza:

Il boccaglio è chiuso, quindi l’aria non esce.

○ Il soggetto comprime il torace, ma l’aria interna si comprime leggermente → si ha una ΔV

○ negativa nell’apparato respiratorio.

2. Poiché la cabina è chiusa, questa diminuzione di volume nel torace genera un ΔV positivo

all’interno della cabina:

L’aria della cabina si espande leggermente, causando una variazione di pressione.

○ Si ottiene quindi una variazione speculare tra:

○ ΔV toracico (−)

■ ΔV cabina (+)

■

3. Applicando la legge di Boyle-Mariotte in due ambienti distinti:

Cabina: P =P +ΔV)

○ ⋅V ⋅(V

c0 c0 c1 c0

Apparato respiratorio: P =P

○ ⋅V ⋅(V −ΔV)

r0 r0 r1 r0

4. Si ottiene un sistema di 2 equazioni con 2 incognite:

Le incognite sono i volumi toracici prima e dopo l’espirazione.

○ Con un passaggio algebrico, si sostituiscono le variabili e si risolve il sistema.

○

Leggi spiegazione lezione 7 anno scorso

Vantaggi

Misura diretta e precisa del volume residuo, senza necessità di gas traccianti.

● Indipendente da fenomeni di diffusione o mescolamento del gas (come nella diluizione).

●

Criticità

Strumentazione complessa e costosa

● Richiede collaborazione del paziente (manovra contro resistenza)

● Il volume misurato dipende dalla fase respiratoria in cui si blocca il boccaglio:

● Se il boccaglio è chiuso dopo espirazione eupnoica → si misura la CFR

○ Se è chiuso dopo espirazione forzata → si misura il VR

○ Se è chiuso dopo inspirazione forzata → si misura la CPT

○

MISURAZIONE DEL VOLUME DELLO SPAZIO MORTO

Contesto generale

Lo spazio morto anatomico è mobilizzabile (cioè fa parte del volume corrente), ma non è

● quantificabile con la spirometria.

È però fondamentale per calcolare correttamente la ventilazione alveolare:

● V˙ )×frequenza respiratoria

=(VC−V

A SM

Esistono due approcci:

● Stima → valore approssimato:

○ V (in ml)≈peso (kg)×2

SM

Es.: soggetto di 70 kg → 140 ml di spazio morto

Misurazione → più precisa, con metodi specifici

○

1. Metodo di fowler (singolo respiro di o₂)

Misura solo lo spazio morto anatomico

● Si basa sul confronto tra:

● Aria inspirata contenente solo ossigeno

○ Aria espirata che si arricchisce di azoto man mano che proviene dagli alveoli

○

Procedura

1. Il soggetto inspira un volume noto di solo ossigeno (O₂) da una bombola.

2. L’aria riempie prima gli alveoli, mescolandosi con quella già presente (contenente 80% di N₂), poi

lo spazio morto, che resta pieno solo di O₂.

3. Durante l’espirazione:

I primi 150 cc circa provengono dallo spazio morto, quindi non contengono azoto (N₂).

○ Poi inizia ad uscire l’aria dagli alveoli, ricca di azoto.

○ Grafico teorico

In ascissa: volume espirato

● In ordinata: % di azoto (N₂)

● Aspettativa teorica: onda quadra

● Prima parte piatta a 0% di N₂

○ Improvvisa salita a 80% di N₂

○ Punto di passaggio → volume dello spazio morto

○

Grafico reale

In realtà il passaggio è graduale, per:

● Turbulenze

○ Mescolamento dell’aria

○

La curva non è più un’onda quadra ma dolcemente ascendente

●

Misurazione del V

SM

Si individua un punto sull’asse delle ascisse in cui l’area del triangolo blu

(azoto espirato prima del previsto) è uguale all’area del triangolo rosso

(azoto non ancora espirato quando invece ci si aspetta l’80%)

Il punto di equilibrio tra queste due aree → Volume dello spazio morto

anatomico

Il metodo misura solo lo spazio morto anatomico, perché:

Non rileva eventuali alveoli non perfusi (cioè spazio morto

● alveolare)

L’ossigeno introdotto si mescola negli alveoli con l’aria residua → non distinguibile

●

2. Equazione di bohr

Misurare lo spazio morto fisiologico totale:

● Include sia quello anatomico (vie aeree di conduzione) sia quello alveolare (aree ventilate ma non

perfuse → patologico).

Tracciante utilizzato: CO₂, prodotta fisiologicamente e assente nell’aria inspirata.

●

Principio di base:

Aria inspirata: 0% di CO₂ (concentrazione atmosferica trascurabile).

≈

● Aria alveolare: alta concentrazione di CO₂, perché è prodotta dal metabolismo.

● Durante l’espirazione:

● I primi 150 mL provengono dallo spazio morto, quindi senza CO₂.

○ Il resto dell’aria espirata proviene dagli alveoli, quindi ricca di CO₂.

○

La CO₂ dell’aria espirata rappresenta una media ponderata tra:

● 0% nello spazio morto

○ CO₂ alveolare ≈ PaCO₂ ≈ 40 mmHg

○

Formula dell’Equazione di Bohr −

2 2

=

2

Dove: VSM = volume spazio morto

● VC = volume corrente

● = pressione parziale arteriosa di CO₂ (≈ pressione alveolare)

PaCO₂

● PeCO₂ = pressione parziale della CO₂ nell’aria espirata (media)

● La “a” minuscola indica pressione arteriosa, la “A” maiuscola indica aria alveolare.

Esempio numerico standard

PaCO₂ = 40 mmHg

● PeCO₂ = 27 mmHg

● 27 13 1

(40 − ) = =

40 40 3

→ Spazio morto 1/3 del volume corrente

≈

Verifico anche che, in una respirazione eupnoica, il rapporto tra lo spazio morto (150 cc) e il volume

corrente (500 cc), è circa ⅓. 150 27

(40 − )

=

500 40

Effetti di modifiche del volume corrente

Aumenta VC (es. durante esercizio): VSM rimane simile (150–160 mL) → rapporto ↓

● Diminuisce VC (es. ventilazione tipo cane ansimante): VSM costante → rapporto ↑

●

Situazioni limite (teoriche)

1. Ventilazione solo dello spazio morto

PaCO₂ = 40 mmHg

○ PeCO₂ = 0 mmHg

○ 150 40 0

− 1

= =

150 40

→ Tutto lo scambio avviene nello spazio morto (iperventilazione inefficace), il volume

corrente si è ridotto allo spazio morto

2. Eliminazione dello spazio morto (es. tracheostomia diretta negli alveoli)

PaCO₂ = PeCO₂ = 40 mmHg

○

0 0 0

= =

500 40

→ Tutta l’aria partecipa allo scambio (teorico)

Differenze tra Fowler e Bohr

Caratteristica Metodo di Fowler Equazione di Bohr

Tipo di spazio morto misurato Anatomico (vie di conduzione) Totale (anatomico + alveolare)

Gas tracciante Ossigeno (O₂) Anidride carbonica (CO₂)

Misura aree patologiche No Sì (es. spazio morto alveolare)

Metodo basato su Onda di azoto nel respiro Concentrazione media CO₂

singolo espirata

nb: se c’è uno spazio morto alveolare, non c’è anidride carbonica e riesco a misurarlo con l’equazione di

Bohr. Si riesce a misurare perché si usa un tracciante presente negli alveoli

GAS NELL’APPARATO RESPIRATORIO

Obiettivo finale della ventilazione:

Garantire: → consumo di O₂ (es. 250–300 mL/min a riposo)

Ossigenazione

● → produzione di CO₂ (es. 200–250 mL/min a riposo)

Eliminazione di CO₂

●

Condizioni i