Introduzione alle malattie respiratorie

Anatomia del sistema respiratorio

Entriamo ora nel tema della lezione: l’insufficienza respiratoria. Prima, è utile richiamare alcuni concetti di anatomia dell’apparato

respiratorio.

L’aria inspirata entra a livello delle cavità nasali o orali, percorre la faringe, la laringe e la trachea, fino ad arrivare ai bronchi principali,

che a loro volta si ramificano in bronchi segmentari, subsegmentari e bronchioli, terminando negli alveoli polmonari.

Le vie aeree si distinguono anatomicamente in:

Vie aeree superiori: cavità nasali, cavità orali, faringe e laringe.

Vie aeree inferiori: trachea, bronchi, bronchioli e alveoli.

Zone funzionali del sistema respiratorio

Oltre alla distinzione anatomica, esiste una classificazione funzionale più rilevante:

Zona di conduzione: include cavità nasali, trachea, bronchi e bronchioli terminali. Ha la funzione di condurre l’aria, ma non si limita a

questo. Essa umidifica, riscalda e filtra l’aria inspirata, svolgendo un ruolo protettivo contro agenti patogeni e particelle esterne. In

questa zona è presente un importante sistema linfatico che agisce come primo filtro immunitario.

Zona respiratoria: comprende bronchioli respiratori, dotti alveolari e alveoli. È la sede degli scambi gassosi tra aria e sangue.

Gli scambi avvengono a livello degli alveoli, dove l’ossigeno viene trasferito al sangue e l’anidride carbonica eliminata dall’organismo.

Zona di respirazione e zona di conduzione

Nella zona di respirazione, che è costituita dai bronchioli respiratori e dagli alveoli, avvengono in maniera precisa ed efficace gli scambi

gassosi.

Dal punto di vista strutturale, l’albero bronchiale presenta 23 diramazioni.

La zona di conduzione arriva fino alla 17ª diramazione (dalla laringe ai bronchioli terminali).

La zona respiratoria inizia a partire dai bronchioli respiratori fino ai sacchi alveolari.

È importante ricordare che fino alla 7ª diramazione bronchiale è presente un supporto cartilagineo, che conferisce stabilità alle vie

aeree. Dopo la 7ª diramazione questo supporto si perde, rendendo le vie più facilmente collassabili, specialmente durante variazioni di

pressione o manovre di inspirazione forzata.

Ventilazione e perfusione

Gli scambi gassosi avvengono negli alveoli, ma per essere efficaci è necessario che la ventilazione sia strettamente accoppiata alla

perfusione. L’ossigeno che entra negli alveoli deve infatti essere trasferito al sangue e quindi distribuito ai tessuti.

La circolazione polmonare è definita funzionale perché non ha lo scopo principale di nutrire direttamente i tessuti, ma di garantire il

trasporto e lo scambio dei gas respiratori. Tuttavia, esiste anche una circolazione bronchiale nutritizia, necessaria per l’apporto di

sangue ossigenato alle strutture bronchiali.

Questo meccanismo porta a fenomeni di shunt e mismatch ventilazione/perfusione, dovuti al fatto che non tutto il sangue che circola

nei polmoni partecipa agli scambi gassosi.

Frequenza respiratoria e volume corrente

In media, un adulto compie circa 15 atti respiratori al minuto.

Durante un atto respiratorio tranquillo (respirazione a riposo), il volume di aria mobilizzato, detto volume corrente (tidal volume), è di

circa 500ml

In condizioni particolari, come durante un'inspirazione o espirazione massimale, si può arrivare a mobilizzare fino a 5L di aria polmonare.

Distribuzione del volume corrente

Non tutto il volume corrente partecipa agli scambi gassosi:

350 ml raggiungono la zona respiratoria e partecipano effettivamente alla ventilazione alveolare.

150 ml restano invece intrappolati nella zona di conduzione (spazio morto anatomico).

Pertanto, la parte realmente utile agli scambi gassosi per ogni atto respiratorio è di 350 ml.

Calcolo della ventilazione alveolare

La ventilazione alveolare al minuto si calcola con la formula:

V = (V − V ) × f

A T D

Dove: ml è il volume corrente

V = 500

T ml è lo spazio morto anatomico

V = 150

D atti/minuto è la frequenza respiratoria.

f = 15

Applicando i valori, possiamo dire che: 5.2L

V =

A min

Quindi, la ventilazione alveolare effettiva è di circa 5L al minuto.

Introduzione alla circolazione

Passando ora al versante della circolazione, si considera il volume di sangue pompato dal cuore ad ogni contrazione ventricolare.

Questo valore, che sarà analizzato nelle prossime sezioni, è essenziale per comprendere l’accoppiamento tra ventilazione e perfusione,

ovvero tra l’aria che entra nei polmoni e il sangue che la trasporta ai tessuti.

Gittata sistolica e portata cardiaca

In media, il cuore eietta circa 70-75 ml di sangue a ogni concentrazione. Questo volume è detto gittata sistolica ( )

V ES

Per calcolare la portata cardiaca, si utilizza la formula: CO = V × F C

ES

Dove è la frequenza cardiaca

F C

Considerando quindi una frequenza cardiaca a riposo di circa 75 battiti al minuto, allora, la portata cardiaca sarà di circa 5L.

Quindi, la circolazione polmonare mette in movimento 5 litri di sangue al minuto, un valore che corrisponde grossomodo ai litri di aria

ventilata nello stesso arco di tempo.

Rapporto ventilazione/perfusione

Il rapporto ideale tra ventilazione ( ) e perfusione () è:

V V = 1

In condizioni fisiologiche questo rapporto non è esattamente pari a 1, ma leggermente inferiore, visto gli shunt fisiologici.

Shunt fisiologici e patologici

Lo shunt indica una situazione di “corto circuito” tra sangue arterioso e venoso.

Shunt fisiologico: è dovuto alla circolazione bronchiale nutritizia. Una piccola quota di sangue ossigenato viene infatti destinata a

nutrire le strutture polmonari e bronchiali, riducendo leggermente l’efficienza globale dello scambio.

Shunt patologico: si verifica quando la mescolanza tra sangue arterioso e venoso è più significativa. Le cause possono essere:

- difetti strutturali cardiaci (ad esempio persistenza del forame ovale o difetti del setto);

- condizioni funzionali che alterano il rapporto ventilazione/perfusione.

In questi casi, la quantità di sangue non ossigenato che entra in circolo è maggiore e ciò può compromettere la corretta

ossigenazione dei tessuti.

Ventilazione e trasporto di ossigeno

Il processo respiratorio prevede che l’ossigeno passi dagli alveoli al sangue, che a sua volta lo trasporta ai tessuti. Affinché questo

meccanismo sia efficace, sono indispensabili tre attori principali:

1. Ventilazione – ingresso dell’aria nei polmoni.

2. Perfusione – flusso sanguigno polmonare che raccoglie l’ossigeno.

3. Meccanica ventilatoria – il ruolo dei muscoli respiratori, che rendono possibile l’atto respiratorio.

Un ulteriore elemento cruciale è l’emoglobina, responsabile del trasporto dell’ossigeno dal sangue ai tessuti.

Meccanica ventilatoria e diaframma

Il muscolo respiratorio principale è il diaframma. Durante l’inspirazione esso si abbassa, generando una pressione negativa

intratoracica che permette all’aria di entrare nei polmoni.

L’espirazione, invece, in condizioni normali, è un fenomeno passivo, dovuto al ritorno elastico dei polmoni e alla fuoriuscita spontanea

dell’aria.

Espirazione attiva e patologia

L’espirazione diventa attiva quando è forzata o quando il paziente presenta difficoltà respiratorie. In queste condizioni entrano in gioco i

muscoli espiratori accessori, che richiedono un consumo energetico aggiuntivo.

Questo fenomeno è particolarmente evidente in patologie come la Broncopneumopatia Cronica Ostruttiva (BPCO), in cui l’espirazione

non è più un atto passivo ma diventa un processo attivo e faticoso per il paziente.

Meccanica respiratoria: inspirazione ed espirazione

In linea generale, l’inspirazione è un atto attivo, mentre l’espirazione è per lo più passiva. Durante l’inspirazione, la gabbia toracica si

espande; al contrario, nell’espirazione si contrae.

Il controllo di questi processi avviene grazie ai centri respiratori, localizzati nel tronco encefalico, in particolare nel bulbo e nel ponte,

che regolano l’attività dei muscoli respiratori.

Chemocettori e barocettori

Oltre ai centri respiratori, un ruolo cruciale è svolto dai chemiocettori (più che dai barocettori). Essi rilevano i livelli di anidride carbonica

(CO2​) e ossigeno (O2​):

La concentrazione di CO2​ viene rilevata principalmente a livello centrale, nel tronco encefalico. Questo perché il CO2​ è altamente

diffusibile e liposolubile, riuscendo ad attraversare la barriera ematoencefalica.

L’O2​

, invece, non riesce a superare questa barriera e viene quindi monitorato da chemiocettori periferici, localizzati nel glomo

aortico e nel seno carotideo.

In condizioni di ipercapnia (aumento di CO2), lo stimolo è percepito soprattutto a livello centrale. In caso di ipossiemia (riduzione di

O2), il segnale viene captato dai chemiocettori periferici.

Risposta dell'organismo a ipercapnia e ipossia

In entrambe le situazioni, la risposta dell’organismo è l’attivazione della ventilazione, che comporta la contrazione del diaframma e dei

muscoli inspiratori. Questo meccanismo è mediato anche da segnali nervosi che viaggiano attraverso il nervo vago, il glossofaringeo e

altri nervi cranici, contribuendo a regolare il ritmo respiratorio.

Centri inspiratori e espiratori

Quando il centro inspiratorio è attivo, si ha la contrazione del diaframma e dei muscoli intercostali esterni, generando la cosiddetta

inspirazione tranquilla.

Quando invece il centro inspiratorio si spegne, il diaframma si rilascia e i polmoni, grazie al ritorno elastico, permettono l’espirazione

passiva.

L’espirazione diventa attiva soltanto in condizioni particolari, come durante un’espirazione forzata o in patologie (ad esempio la BPCO),

in cui vengono coinvolti i muscoli espiratori accessori.

Trasporto dell'ossigeno: ruolo dell'emoglobina

L’ossigeno non viaggia libero nel sangue, ma legato a una proteina: l’emoglobina (Hb). Questa è formata da quattro catene (due alfa e

due beta), ognuna con la capacità di legare una molecola di ossigeno.

Quando l’ossigeno si lega, l’emoglobina subisce un cambiamento conformazionale che ne facilita il trasporto. Clinicamente, il parametro

utilizzato per valutare questo legame è la saturazione periferica dell’ossiemoglobina (SpO₂), misurata tramite pulsossimetro.

Saturazione e pulsossimetria