Apparato respiratorio

Il sistema respiratorio e i diversi tipi di pressione

L'aria tende a muoversi da una regione ad alta pressione a una regione a bassa pressione, secondo un gradiente pressorio. Esistono tre differenti tipi di pressione:

• Pressione atmosferica
• Pressione alveolare
• Pressione intra-pleurica

Il gradiente di Pressione Transmurale mantiene espansi i polmoni nella cavità toracica ed è pari a -4 mmHg (756 mmHg) nel caso di pneumotorace, una condizione patologica in cui entra aria nella cavità pleurica con collasso del polmone.

La meccanica respiratoria prevede che durante l'inspirazione la pressione alveolare debba essere inferiore a quella atmosferica affinché l'aria possa entrare nei polmoni, mentre durante l'espirazione la pressione alveolare deve essere maggiore di quella atmosferica. La pressione alveolare cambia in funzione del volume, secondo la legge di Boyle dei gas.

I muscoli respiratori permettono la ventilazione attraverso un cambiamento del volume della cavità toracica e quindi indirettamente modificando il volume polmonare.

vie aereeFattori che influenzano la resistenza delle vie aeree sono: diametro delle vie aeree, elasticità dei polmoni e viscosità dell'aria. Durante l'inspirazione, i muscoli inspiratori si contraggono, aumentando il volume toracico e riducendo la pressione alveolare. Questo crea un gradiente di pressione che favorisce l'entrata di aria nei polmoni. Durante l'espirazione, i muscoli inspiratori si rilassano e la pressione alveolare aumenta, permettendo all'aria di fuoriuscire. Le resistenze delle vie aeree influenzano il flusso d'aria diretto ai polmoni e dipendono da diversi fattori.vie aeree, determinata dal loro raggio

Nel sistema respiratorio di un individuo sano, il raggio del sistema conduttivo è abbastanza grande da rendere la resistenza estremamente bassa e quindi trascurabile. Basta un gradiente pressorio di soli 1-2 mmHg per garantire un'adeguata portata del flusso tra esterno e polmoni. Il SNA può favorire la broncocostrizione o la broncodilatazione.

Aumento delle resistenze
Broncopneumopatia ostruttiva cronica (BPCO)
Gruppo di patologie polmonari caratterizzato dall'incremento della resistenza a causa del restringimento del lume delle basse vie aeree
- Bronchite cronica
- Asma
- Enfisema

Difficoltà nell'espirazione
Compliance polmonare
Il termine indica il lavoro necessario ad espandere i polmoni. Un polmone altamente compliante si distende più facilmente di uno meno compliante. In questo caso il gradiente transmurale deve aumentare attraverso una inspirazione profonda (con utilizzo della muscolatura)

inspiratoria accessoria). si fa più fatica come nellafibrosi polmonare.Il termine Ritorno Elastico indica quanto più facilmente i polmoni si rilasciano dopo essere stati distesi. Dipende da due fattori:

1. Elasticità del tessuto connettivo
2. Tensione superficiale

FISIOLOGIA - Infermieristica I anno - Grassini - UnimiLa tensione superficiale alveolare è una forza (esercitata dalle molecole d’acqua) che agisce a livello dell’interfaccia aria – liquido tendendo a ridurre la dimensione dell’alveolo stesso. Maggiore è la tensione superficiale, minore è la compliance polmonare e quindi maggiore il lavoro.Il Surfattante polmonare è una miscela di lipidi e proteine secreta dalle cellule alveolari di tipo II che si disperde tra le molecole d’acqua che tappezzano gli alveoli abbassando la tensione superficiale, migliorando la compliance (meno lavoro) ed impedendo il collasso polmonare.

Volumi polmonari

Volume corrente (VC):

1. Volume aria che entra o esce dai polmoni durante un singolo atto respiratorio: circa 500 ml
2. Volume di riserva inspiratorio (VRI): volume max di aria che può essere inspirato a riposo oltre il VC. Valore medio: circa 3000 ml
3. Capacità inspiratoria (CI): massimo volume di aria che può essere inspirato al termine di una normale espirazione (CI = VRI + VC). Valore medio: circa 3500 ml
4. Volume di riserva espiratorio (VRE): volume massimo di aria che può essere espirato oltre il VC a riposo. Valore medio: circa 1000 ml
5. Volume residuo (VR): volume minimo di aria che rimane nei polmoni dopo una espirazione massima. Valore medio: circa 1200 ml
6. Capacità funzionale residua (CFR): volume di aria nei polmoni dopo una espirazione passiva (CFR = VRE + VR)
7. Capacità vitale (CV): massimo volume di aria che può passare nei polmoni per singolo atto respiratorio (VRI + VC + VRE). Valore medio: circa 4500 ml
8. Capacità polmonare totale (CPT): volume massimo d'aria che i polmoni possono contenere. Valore medio: circa 5700 ml

VENTILAZIONE POLMONARE
Volume di aria inspirato ed espirato in 1 minuto
Volume corrente x frequenza respiratoria: 6000 ml
La frequenza respiratoria a riposo è pari a circa 12 atti al minuto.
La frequenza può salire volontariamente fino a circa 25 atti ossia 150 l/min

Spazio Morto Anatomico
Volume delle vie aeree che non partecipa allo scambio gassoso a livello alveolare.
Nell'adulto è pari a circa 150 ml.
Se il volume corrente è pari a 500 ml solo 350 ml vengono scambiati tra atmosfera e gli alveoli.

FISIOLOGIA - Infermieristica I anno - Grassini - Unimi

VENTILAZIONE ALVEOLARE
(volume corrente - volume spazio morto) x frequenza respiratoria
(500 ml - 150ml) x 12 atti/min = 4200 ml/min
A riposo quindi la ventilazione polmonare è pari a 6000 ml/min e quella alveolare a 4200 ml/min

Scambio dei gas
Lo scopo della respirazione è di provvedere ad un continuo apporto di O2 al sangue e di rimuovere costantemente la CO2 rilasciata dal sangue. Gliscambi gassosi a livello dei capillari polmonari e sistemici implicano una diffusione passiva secondo gradienti di pressione parziale.

• Pressione parziale O2 atmosfera = 160 mmHg
• Pressione parziale CO2 atmosfera = 0.23 mmHg

Il gradiente di pressione parziale è la differenza di pressione tra il sangue capillare e i tessuti circostanti. Un gas diffonde sempre secondo il suo gradiente di pressione parziale, da un'area a pressione parziale maggiore ad una a pressione minore. La PO2 alveolare è pari a 100 mmHg e la PCO2 alveolare è pari a 40 mmHg. Oltre al gradiente di pressione parziale, la velocità di diffusione dell'O2 e della CO2 tra gli alveoli e i capillari, così come tra le cellule tissutali e i capillari, è influenzata anche da altri fattori come l'area della superficie e lo spessore della membrana (legge di Fick). Trasporto di gas: L'ossigeno captato dal sangue a livello polmonare deve essere trasportato ai tessuti per l'utilizzo cellulare e laanidride carbonica prodotta a livello cellulare trasportata ai polmoni per essere eliminata. Pochissimo O2 si dissolve fisicamente nel plasma. La quantità disciolta è direttamente proporzionale alla PO2 ematica. Per una PO2 di 100 mmHg solo 3 ml di O2 sono disciolti per litro di sangue. Parliamo quindi nel complesso di circa 15 ml. Le cellule a riposo hanno bisogno di circa 250 ml di O2 al minuto. E' evidente che deve esserci un meccanismo addizionale di trasporto: EMOGLOBINA (Hb) L'emoglobina, molecola proteica contenente ferro presente nei globuli rossi, può combinarsi reversibilmente con O2. Quando non è legata all'O2 la Hb è detta ridotta (deossiemoglobina) quando è combinata con O2 è detta ossidata (ossiemoglobina) Hb + O2 ----- HbO2 2 Deossiemoglobina ossiemoglobina Ogni atomo di ferro presente nella porzione eme della molecola globinica può legare una molecola di O2. quindi la saturazione completa della Hb comporta la

Presenza di 4 molecole di O2. La percentuale di saturazione dipende dalla pressione parziale di O2 (PO2 ematica) che è correlata alla concentrazione di ossigeno disciolto fisicamente nel sangue. La saturazione segue la legge d'azione di massa. Quando la PO2 ematica aumenta, come nei capillari polmonari la reazione si sposta verso destra, aumentando la formazione di HbO2. Quando la PO2 diminuisce come nei capillari sistemici la reazione si sposta verso sinistra. Hb + O2 → HbO2

La relazione tra la PO ematica e la % di saturazione della Hb, non è lineare. La relazione segue una curva ad S detta curva di dissociazione dell'emoglobina. A livello alveolare la % di saturazione è pari al 97.5%, a livello tissutale al 75% quindi viene ceduto circa il 25% di ossigeno. Questo O2 rilasciato può diffondere liberamente secondo gradiente dal globulo rosso al plasma, al liquido interstiziale e quindi alle

cellule.L'Hb nel sangue venoso che ritorna ai polmoni rimane normalmente saturata per il 75%. Se la PO diminuisce ulteriormente, ad esempio se i tessuti richiedono più ossigeno, la percentuale di HbO scende in modo considerevole. (tratto ripido della curva). Oltre alla PO ematica, altri fattori influenzano la % di saturazione della Hb e di conseguenza possono spostare la curva di dissociazione O – Hb: CO2, Acidità, Temperatura, 2,3-difosfoglicerato. L'affinità dell'Hb per il monossido di carbonio (CO) è circa 240 volte quella per l'O2. La combinazione del CO con l'Hb è nota come carbossiemoglobina (HbCO). Ricordiamo che il CO è un gas (inodore, insapore, incolore) prodotto durante la combustione incompleta di derivati del carbonio (carburante, legna, tabacco). La CO che dai tessuti arriva al plasma diffonde secondo il proprio gradiente di pressione parziale. La CO è trasportata nel sangue

In due modi: 1) fisicamente disciolta dipende dalla PCO2 circa 10% 2) legata alla Hb (carbaminoemoglobina HbCO) circa 30% 3) come bicarbonato (HCO3-) circa 60% CO2 + H2O → H2CO3 → H+ + HCO3- Questa reazione avviene lentamente nel plasma, ma procede velocemente nei globuli rossi per la presenza dell'enzima eritrocitario anidrasi carbonica. L'Hb si lega con la maggior parte degli H+ formati all'interno dei globuli rossi. L'Hb lega quindi a livello tissutale CO2 e ioni H+ man mano che il sangue scorre verso il cuore. Le reazioni si invertono una volta raggiunti gli alveoli polmonari. Anomalie della PO2 arteriosa • Ipossia ipossica • Ipossia anemica