Apparato Respiratorio, Fisiologia degli apparati

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.