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IL SURFATTANTE
Alla tendenza degli alveoli a collassare si oppongono due fattori,che contribuiscono a mantenere
la stabilità alveolare e a ridurre il lavoro respiratorio: il surfattante polmonare e l'interdipendenza
alveolare.
Il surfattante polmonare (o tensioattivo) è una miscela complessa di lipidi e proteine secreta dalle
cellule alveolari di tipo II. Il surfattante polmonare si trova disperso tra le molecole d'acqua nel
liquido che tappezza gli alveoli e abbassa la tensione superficiale alveolare perchè la forza di
coaesione tra una molecola d'acuqa e una molecola adiacente di surfattante polmonare è molto
piccola. Esso procura due importanti benefici:
-aumenta la compliance polmonare,riducendo il lavoro che si deve compiere per espandere i
polmoni
- riduce la tendenza dei polmoni al ritorno elastico,impendendo a loro di collassare facilmente.
La divisione del polmone in una miriade di alveoli offre il vantaggio di un enorme aumento
dell'area della superficie deputata agli scambi di ossigeno e anidride carbonica,ma presenta
anche il problema del mantenimento della stabilità di tutti questi alveoli.
La pressione generata dalla tensione superficiale infatti è orientata verso l'interno,premendo
sul'aria presente negli alveoli stessi. Se assimiliamo gli alveoli a bolle sferiche,secondo la Legge
di Laplace,la pressione orientata verso l'interno,tendente a far collassare la bolla,è direttamente
proporzionale alla tensione superdiciale e inversamente proporzionale al raggio della bolla:
P=2T/r
dove P= pressione di collasso orientata verso l'interno
T= tensione superficiale
r= raggio dell'alveolo
Minore è il raggio,maggiore è la sua tendenza a collassare. Quindi se due alveoli soggetti alla
stessa tensione superficiale,sono connessi dalla stessa via aerea terminale,l'alveolo di raggio
minore tende a collassare e riversa l'aria che contiene nell'alveolo di raggio
maggiore.Solitamente però gli alveoli piccoli non cllassano e non espandono gli alveoli più
grandi,perchè il surfattante polmonare riduce la tensione superficiale degli alveoli piccoli più di
quanto riduca quella degli alveoli grandi. ( ciò perchè negli alveoli piccoli le molecole di
surfattante sono più vicine tra loro)
Il surfattante quindi aiuta a stabilizzare le dimensioni degli alveoli e contribuisce a mantenerli
aperti e disponibili a partecipare agli scambi gassosi.
Interdipendenza alveolare. Ogni alveolo è circondato da altri alveoli ed è interconnesso con essi
da tessuto connettivo. Se un alveolo comincia a collassare,gli alveoli circostanti si dilatano,poichè
le loro pareti vengono stirate nella direzione dell'alveolo collassante. Questi alveoli però resistono
alla distensione a causa del loro ritorno elastico,di conseguenza esercitano forze di espansione
sull'alveolo collassante,aiutandolo a rimanere dilatato.
Sindrome da distress respiratorio del neonato: i polmoni del feto in via di sviluppo sono incapaci
di sintetizzare surfattante
In condizioni fisiologiche normali e in assenza di sforzo,i polmoni sono altamente ocmplianti e la
resistenza delle vie aeree è bassa,quindi soltanto circa il 3% dell'energia totale spesa
dall'organismo viene utilizzata per la respirazione.Il lavoro respiratorio può aumentare in quattro
differenti situazioni:
- quando diminuisce la compliance polmonare (fibrosi polmonare) e quindi si compie uno sforzo
maggiore per espandere i polmoni
- quando aumenta la resistenza delle vie aeree,si deve compiere piu lavoro per generare i
gradienti di p necessari per vincere la maggiore resistenza affichè si produca un adeguato flusso
aereo
-quando diminuisce il ritorno elastico,l'espirazione è inadeguata per espellere il volume di aria
inspirato.
-quando si rende ncessario aumentare la ventilazione,come ad esempio l'attività fisica.
Negli adulti giovani sani.il volume max di aria che i polmoni sono capaci di contenere è pari a
circa 5,7 L nei maschi e 4.2 L nelle femmine. I fattori che influenzano la capacità polmonare totale
sono la costituzione anatomica,l'età,la distensibilità e la presenza/assenza di malattie
respiratorie. Durante la respirazione normale i polmoni non sono espansi al loro volume massimo
nè contratti al loro volume minimo.QUindi essi rimangono moderatamente espansi durante il ciclo
respiratorio. Al termine di un'espirazione normale,i polmoni contengono ancora circa 2200 mL di
aria. Durante ogni atto respiratorio normale vengono inspirati circa 500 mL di aria e viene espirato
lo stesso volume di aria. Quindi durante la respirazione normale,il volume polmonare varia tra
2200 mL a 2700mL. Durante l'espirazione forzata,il vol polmonare upò diminuire a 1200mL nei
maschi e 1000mL nelle femmine,ma i polmoni non sono mai completamente svuotati perchè le
piccole vie aeree collassano durante le spirazioni forzate a bassi volumi polmonari,bloccando un
ulteriore deflusso di aria. Durante sforzi espiratori massimi, possono continuare scambi gassosi
tra il sangue che fluisce attraverso i polmoni e la restante aria alveolare.
Se i polmoni si riempissero o svuotassero completamente ad ogni atto respiratori,la quantità di
ossigeno assunta e la quanttà di anidride carbonica eliminata dal sangue fluttuerebbero
ampiamente. Un altro vantaggio del fatto che i polmoni non si svuotano completamente è la
riduzione del lavoro respiratorio: serve meno sgozo per espandere un alveolo già parzialmente
espanso che per espandere un alveolo totalmente collassato. Le variazioni del vol polmonare si
possono misurare con uno spirometro (strumento per determinare volume ecapacità polmonari).
Lo spirometro
costituito da una campana mobile a tenuta d'acqua che scorre dentro un cilindro pieno
d'acqua.Mentre il soggetto espira e inspira aria attraverso un tubo che collega la bocca a un
cilindro pieno d'acuqa,una campana mobile sale e scende nel cilindro. Gli spostamenti verticali
della campana vengono registrati mediante una penna ad essa collegata,cu un foglio di carta
mobile a velocità cost. Il tracciato è detto spirogramma.
Tramite lo spirogramma si possono determinare i seguenti volumi e capacità polmonari:
- volume corrente (VC) = volume di aria inspirata o espirata durante l'atto respiratorio. Valore
medio in condizioni di riposo 500mL.
-volume di riserva inspiratorio (VRI)= volume di aria che pu essere introdotto mediante
un'inspirazione massima. Richiede la massima contrazione del diaframma,degli intercostali
esterni e dei muscoli inspiratori accessori. Valore medio 3000mL
-capacità inspiratoria (CI)= volume massimo di aria che può essere inspirato nei polmoni dopo
un'espirazione normale. somma tra volume di riserva inspiratorio e volume corrente. Valore
medio 3500mL
-volume di riversa espiratorio (VRE)= volume massimo di aria che pu essere espirato
forzatamente mediante la contrazione massima dei muscoli espiratori al termine di una tipica
ondata respiratoria a riposo. Valore medio 1000mL
-volume residuo (VR) = volume minimo di aria che rimane nei polmoni anche dopo un'espirazione
massima. Valore medio 1200mL
-capacità funzionale residua (CFR)= volume di ria che resta nei polmoni al termine di una
espirazione passiva normale. CFR= VRE+VR. Valore medio 2200mL.
-capacità vitale (CV)= volume massimo di aria che pu essere espirato dai polmoni durante un
singolo atto respiratorio a seguito di un'enspirazione massima. Rappresenta la variazione di
volume massima possibile nei polmoni. Valore medio 4500mL
-capacità polmonare totale (CPT)= volume massimo 'aria che i polmoni sono in grado di
contenere. Valore medio 5700mL
-volume espiratorio forzato al secondo (FEV): volume di aria che può essere espirato drante il
primo secondodi espirazione.
Disfunzioni respiratorie:
-PNEUMOPATIA OSTRUTTIVA: l'individuo incontra più difficoltà a svuotare i polmoni che a
riempirli. La capacità funzionale residua e il volume residuo sono elevati a causa dell'aria
addizionale che rimane intrappolata nei polmoni sopo l'espirazione. La capacità vitale diminuisce.
-PNEUMOPATIA RESTRITTIVA: la compliance polmonare è minore del normale. La capacità
polmonmare tot,la capacità inspiratoria e la capacità vitale sono ridotte perchè i polmoni non sono
capaci di espandersi normalmente.
La ventilazione alveolare
volume di aria inspirata o espirata in un minuto. L'altro fattore importante è la frequenza
respiratoria (FR),ossia il numero di atti respiratori al minuto,il cui valore p di 12atti/min circa.
Ventilazione polmonare = voume corrente x frequenza respiratoria.
Valore medio circaq 6L. Per aumentare la ventilazione polmonate,aumentano sia il volume
corrente sia la frequenza respiratoria,ma la profondità respiratoria aumenta più della frequenza
respiratoria. E' generalmente più vantaggioso che l'aumento del volume corrente sia maggiore
dell'aumento della frequenza respiratoria,a causa dello spazio morto anatomico.
spazio morto anatomico: non tutta l'aria inspirata arriva nella sede degli scambi gassosi negli
alveoli,ma una parte rimane nelle vie aeree di conduzione dove non è disponibile per gli scambi
gassosi. Il volume delle vie aeree di conduzione in un adulto è pari in media a 150mL. Questo
volume è detto spazio morto anatomico,perchè l'aria contenuta nelle vie di conduzione appunto
non viene usata per gli scambi gassosi. Esso influenza notevolmente l'efficienza della
ventilazione polmonare. Infatti anche se 500mL di aria vengono ispirati ed espirati in ogni atto
respiratorio,soltanto 350 mL vengono in realtà scambiati con l'atmosfera e gli alveoli,a causa dei
150mL che occupano lo spazio morto anatomico.
ventilazione alveolare: quantità di aria scambiata tra alveoli e atmosfera in 1 min,è più importante
della ventilazione polmonare.
ventilazione alveolare=( volume corrente - volume dello spazio morto anatomico) x frequenza
respiratoria = circa 4200 mL/min
Se un individuo respira deliberatamente in modo profondo e lentamente,la ventilazione polmnare
è pari a 6L/min,uguale a quella che si registra durante la respirazione tranquilla a riposo,ma la
ventilazione alveolare aumenta a 5.2L/min rispetto al valore a riposo di 4,2L/min. Per contro,se
una persona respira in maniera poco profonda e rapidamente,òa ventilazione polmonare sarebbe
sempre &L7min,ma la ventilazione alveolare sarebbe pari a 0 L/min- In effetti l'individuo
inspirerebbe ed espirerebbe soltanto dallo spazio morto anatomico,senza scambiare aria
atmosferica con gli alveoli,dove essa potrebbe essere utile. E' più conveniente aumentare la
profondità respiratoria che la frequenza.