Anatomia umana - l'apparato respiratorio

FISIOPATOLOGIA RESPIRATORIA

L'organo deputato all'ossigenazione del sangue venoso e all'eliminazione della CO2 è il polmone e la struttura centrale in questo meccanismo di scambio di gas è la membrana alveolo-capillare. Il trasporto di ossigeno dall'aria contenuta nell'alveolo polmonare al sangue e quello dell'anidride carbonica in direzione opposta avvengono per semplice diffusione, secondo gradiente di concentrazione. Sebbene questo continuo scambio comporti il continuo rilascio di CO2 dal sangue venoso verso il lume alveolare e la continua sottrazione di ossigeno dal lume alveolare verso il capillare polmonare, questo gradiente viene costantemente mantenuto dal continuo ricambio di aria negli alveoli (ventilazione) e dal continuo apporto di sangue venoso ai capillari polmonari (perfusione).

Negli alveoli, ad ogni atto respiratorio, giungono 350ml di aria. In realtà in totale entrano 500 ml di aria ma questo valore va sottratto.

L'aria dello spazio morto respiratorio, costituito dalle strutture prive di membrana alveolare quali trachea, bronchi e bronchioli. La ventilazione è adattata alle varie situazioni fisiologiche e patologiche e ciò è reso possibile dalla presenza di strutture di controllo, centri respiratori, localizzati nel SNC in corrispondenza del ponte e del midollo allungato. Essi, a loro volta, ricevono affluenze dalle varie strutture recettoriali deputate alla percezione dei livelli ematici dei gas respiratori. Tra queste ricordiamo l'area chemio-sensitiva centrale che è posta nel bulbo dell'encefalo e che è stimolata dalla concentrazione di CO2 ma soprattutto dalla concentrazione di H+. Questi ioni, al contrario della CO2, diffondono relativamente male attraverso la barriera ematoencefalica. Si ritiene dunque che gli ioni H+ in grado di stimolare questa area siano quelli che si formano direttamente all'interno del SNC attraverso la seguente

reazione:
Stimolano poi i centri respiratori i chemocettori periferici dei glomi aortico e carotidei quando la pressione parziale di ossigeno scende al di sotto dei 60mmHg, contro un valore normale di circa 100mmHg. Si possono dunque avere alterazioni della ventilazione polmonare.

L'iperventilazione, che può essere la conseguenza di un atto volontario o involontario, consiste in un aumento di scambi tra aria atmosferica ed aria alveolare e può dipendere da un aumento della frequenza e/o degli atti respiratori. La più importante conseguenza dell'iperventilazione è a livello dei gas alveolari un aumento della pressione parziale di ossigeno, che si avvicina a quella atmosferica, e un calo della pressione parziale di CO2. Le conseguenze più importanti riguardano l'anidride carbonica la quale, avendo una diffusibilità attraverso la membrana alveolo-capillare circa 20 volte superiore rispetto a quella dell'ossigeno, necessita di un

gradiente di concentrazione assai piccolo per attraversare la membrana stessa (5-6 mmHg). L'abbassamento della pressione della CO2 nell'alveolo conseguente all'iperventilazione determina un drastico aumento del gradiente pressorio di CO2 e quindi un aumento della sua velocità di eliminazione. Ne consegue la riduzione della PCO2 del sangue arterioso e quindi un aumento del PH sanguigno per lo spostamento verso l'alcalinità del tampone bicarbonato-acido carbonico contenuto nel sangue.

L'ipoventilazione, invece, indica la riduzione degli scambi gassosi tra atmosfera ed aria alveolare, per un impedimento dei movimenti della gabbia toracica o delle strutture ossee impegnate nella respirazione (es. fratture costali multiple) o per ostruzione al flusso d'aria attraverso le vie respiratorie. Essa comunque comporta l'aumento della pressione parziale di CO2 e la riduzione della pressione parziale di O2 con una conseguente riduzione dei

rispettivi gradienti di diffusione attraverso la membrana alveolare e degli scambi gassosi nell'alveolo. Le conseguenze consistono in un abbassamento della tensione di ossigeno nel sangue arterioso (ipossiemia) e nell'aumento della PCO2 (ipercapnia). Quest'ultima sposta la seguente reazione a destra per cui comporta abbassamento del PH arterioso e quindi acidosi respiratoria. La velocità di diffusione dei gas attraverso la membrana alveolo-capillare è funzione del suo spessore. Visto che la diffusibilità dell'ossigeno attraverso questa membrana è circa 20 volte inferiore rispetto a quella della CO2, alterazioni dello spessore si ripercuotono principalmente sulla PO2. Un ispessimento delle membrana alveolo-capillare, che si verifica ad esempio per accumulo di liquido nel suo spessore (edema polmonare), aumenta il tempo di saturazione dell'emoglobina. Mentre in condizioni normali, l'Hb viene saturata di ossigeno solo dopo unterzo del suo percorso nel capillare, in conseguenza dell'ispessimento della membrana la saturazione completa dell'Hb viene raggiunta più tardi. A volte è necessario l'intero percorso nel capillare per la saturazione. Questo fa sì che quando c'è un aumento della richiesta di ossigeno che si accompagna ad accelerazione del flusso sanguigno, per l'accorciamento del tempo di permanenza del sangue nel capillare, si verifica un ulteriore calo della P02 arteriosa (un calo già c'è per la maggiore estrazione periferica di O2). Si ha dunque ipossiemia alla quale consegue iperventilazione. Questa, per quanto spiegato, comporta un aumento dell'eliminazione della CO2. Si hanno dunque ipocapnia ed alcalosi respiratoria. N.B. La circolazione venosa polmonare, oltre a veicolare sangue arterioso proveniente dagli alveoli all'atrio sinistro, raccoglie anche una piccola quota di sangue venoso proveniente dalla circolazione.bronchiale che invece appartiene alla circolazione generale. La commissione tra sangue arterioso e sangue venoso, oltre a far sì che il volume sistolico del ventricolo sinistro sia leggermente maggiore di quello del ventricolo destro, è la causa della minore saturazione di ossigeno del sangue delle arterie polmonari rispetto al sangue in uscita dai capillari alveolari. Oltre ai difetti della ventilazione alveolare e della membrana alveolo-capillare, può essere causa di riduzione dello scambio di gas tra tessuti e l'aria alveolare anche l'alterazione dei meccanismi di trasporto ematici dei gas respiratori. Mentre la CO2 viene trasportata soprattutto sotto forma di ione bicarbonato e di carbaminati con le proteine del sangue tra cui l'Hb, l'ossigeno viene trasportato in pratica solo dall'Hb contenuta nei eritrociti per cui il suo trasporto è vincolato al contenuto di emoglobina nel sangue. Si evince dunque che la capacità del

Il sangue ha una capacità inferiore nel trasportare l'ossigeno dal polmone ai tessuti rispetto alla sua massima capacità di trasportare CO2 dai tessuti al polmone. I deficit nel trasporto di ossigeno possono essere causati da:

• Alterazioni della perfusione polmonare. In condizioni normali, l'emoglobina si satura completamente di ossigeno in 0,25 secondi, quando è stato percorso solo un terzo della lunghezza del capillare alveolare. Quando la velocità della circolazione sanguigna nei capillari aumenta eccessivamente, si può verificare un difetto di ossigenazione del sangue. Nelle insufficienze circolatorie, la gittata cardiaca diminuisce e di conseguenza diminuisce anche la perfusione polmonare e la quantità di ossigeno che il sangue può assumere e trasportare ai tessuti.
• Alterazioni ematologiche. Nelle anemie si ha una riduzione del contenuto di emoglobina nel sangue, che comporta una diminuzione della capacità di trasporto dell'ossigeno.

emoglobina del sangueche comporta una proporzionale diminuzione della capacità di trasporto dell’ossigeno per unità divolume di sangue. Nelle anemie gravi di solito si assiste ad un’accelerazione della frequenza cardiaca equindi ad un aumento della velocità della circolazione sanguigna. Questo fatto se da un lato aumental’apporto di sangue ai tessuti, dall’altro riduce il tempo di permanenza del sangue nei capillari alveolaricompromettendo il raggiungimento della completa saturazione dell’emoglobina.

Nelle emoglobinopatie poi possono formarsi emoglobine con struttura primaria anomala. Questepossono presentare un’aumentata affinità per l’ossigeno (HbC o HbF nel caso in cui questa persistanella vita extrauterina) che quindi viene rilasciato meno ai tessuti. Nel caso della metaemoglobina,invece, si osserva un difetto di trasporto dell’ossigeno per l’ossidazione dello ione Fe2+ appartenente algruppo eme a Fe3+.

non in grado di legare l'ossigeno. Va sottolineato che la metaHb si trova nel torrente circolatorio anche in condizioni normali ma la sua concentrazione non supera in questo caso l'1% in virtù dell'azione della metaHb reduttasi che utilizza il potere riducente fornito dal NADPH.

L'emoglobina risulta incapace di trasportare l'ossigeno poi quando lega la CO formando la carbossiemoglobina. La CO, infatti, ha un'affinità per l'Hb circa 250 volte superiore a quella dell'O2. La quantità di CO contenuta nel fumo di sigaretta è sufficiente a causare nel fumatore la formazione di HbCO pari al 7-8% dell'Hb totale, causando un difetto nel trasporto dell'ossigeno cui si aggiungono gli effetti della bronchite cronica ostruttiva che normalmente affligge i fumatori.

INSUFFICIENZA RESPIRATORIA: l'organismo è in grado di tollerare abbastanza bene riduzioni della PO2 ma quando questo valore scende al di sotto dei

50-60 mmHg si manifestano gli effetti sistemici dell'ipossiemia e si parla di insufficienza respiratoria, che può essere acuta e cronica. Mentre l'ipossiemia è un componente essenziale dell'insufficienza respiratoria, l'ipercapnia non è costantemente presente e si ritrova solo nel caso in cui l'insufficienza respiratoria sia da riduzione della ventilazione. Questo perché i meccanismi di scambio e di trasporto della CO2 così come la diffusibilità di questo gas sono diversi da quelli dell'ossigeno e dunque alterazioni della membrana alveolo-capillare non sono sufficienti a ridurre in modo apprezzabile la diffusione di CO2, riduzione che si ha solo quando si ha ipoventilazione. Possiamo dunque distinguere due tipi di insufficienza:

1. L'insufficienza respiratoria ipossica che è dovuta ad alterazioni della membrana alveolo capillare. Il suo spessore è aumentato o la superficie è diminuita o

si ha una riduzione del microcircolo. L'iperventilazione compensatoria non consente un efficace controllo dell'ipossiemia ma, provocando un abbassamento della PCO2 alveolare, accelera l'eliminazione della CO2. Questo il motivo per