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Fisiologia dell'apparato respiratorio

Appunti di fisiologia umana; lezioni frontali con integrazioni da studio autonomo su libri consigliati (Conti; Guyton)

Ottimo per: preparare l'esame; ripassare per le materie precliniche.

Utile per: ripassare per l'esame di abilitazione ed il concorso per le scuole di specializzazione.

Esame di Fisiologia umana docente Prof. F. Keller

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FISIOLOGIA DELL’APPARATO RESPIRATORIO

Perché respiriamo? Perché è fondamentale l'ossigeno? Perché dobbiamo garantire l'ossigenazione cellulare, dato che l'ossigeno è un

substrato fondamentale della catena respiratoria. Le necessità energetiche della cellula richiedono la presenza dell'ossigeno per il

ciclo di Krebs e la catena respiratoria. In questo modo noi riusciamo a convertire l'ADP in ATP. Questo processo energetico culmina

nella produzione della CO2. In dosi eccessive la CO2 può essere velenosa. Un concetto fondamentale è il concetto di diffusione. È lo

spostamento passivo di molecole da un compartimento a concentrazione maggiore a un compartimento a concentrazione minor.

Affinché questo processo avvenga in maniera corretta, è necessaria l'acqua. Questa lega l'ossigeno e l'anidride carbonica perché

entrambi non possono essere presenti nell'organismo in forma gassosa. L'uomo, non potendo scambiare direttamente l'ossigeno

tramite la parete cellulare, hanno sviluppato un apparato apposito.

Le strutture più semplici sono:

• branchie: caratteristiche dei pesci e sono degli organi finalizzati ad ottimizzare il sangue e l'ossigeno. Rispetto ai polmoni

hanno la capacità di interagire con l'acqua. L'acqua ha un'affinità all'ossigeno minore, quindi il sistema deve massimizzare

la superficie di scambio. I pesci hanno u flusso ematico controcorrente che va contro quello dell'aria.

• Trachee: sono intese in senso diverso dalla trachea umana. La trachea è un canale aereo che veicola l'aria dall'esterno

direttamente nelle cellule.

• Polmoni: in realtà vanno intesi in senso lato. Inizialmente i polmoni erano delle sacche interne che via via si sono

sviluppate. L'anfibio ha sviluppato una camera interna che insieme alla pelle permette lo scambio di gas. Gli uccelli hanno

un sistema simile; i loro polmoni servono sia a garantire la ventilazione, sia ad alleggerire la loro struttura. I mammiferi

hanno dimensioni tali da richiedere un vero e proprio apparato respiratorio più efficace e complesso. Il trasporto d'aria no

avviene per diffusione, ma segue un sistema complesso che porta alla respirazione come la consideriamo noi: inspirazione

ed espirazione.

IL SISTEMA RESPIRATORIO NELL'UOMO.

Si possono individuare tre suddivisioni delle vie aeree:

• trachea

• vie aeree prossimali: diametro superiore ai 2mm.

• Vie aeree distali: presentano un diametro inferiore ai 2mm.

Questa suddivisione serve a mettere in risalto la sezione trasversa. Questo ci fa capire perché noi scambiamo tanto bene l'ossigeno

nel corpo. L'efficacia dell'assunzione di ossigeno è sorprendente.

La trachea e o grossi bronchi sono forniti da cartilagine.

VIEE AEREEE PROSSIMALI VIE AEREE DISTALI

Diametro > 2MM < 2MM

Piccola area di sezione trasversa. Grande area di sezione trasversa.

80-90% di resistenza 10-20%

Flusso turbolento Flusso laminare

Assenza di scambi gassosi Contributi agli scambi gassosi.

VENTILAZIONE.

Lo spostamento di aria nell'uomo è dovuto alla ventilazione. Dobbiamo considerare tutto il sistema respiratorio: diaframma, gabbia

toracica, muscoli. La contrazione del diaframma è fondamentale. Una colonna vertebrale scoliotica può interferire con la dinamica

respiratoria. [MUSCOLI RESPIRATORI]. Gli alveoli sono responsabili degli scambi gassosi.

CONTROLLO DELLA RESPIRAZIONE.

Il respiro è un processo involontario. Possiamo decidere se aumentare o diminuire il respiro. Il controllo avviene presso il ponte e il

midollo allungato. A questo livello avvengono dei meccanismi di controllo. La concentrazione di ossigeno è in grado di aumentare o

diminuire il ritmo respiratorio. Il bulbo invia dei segnali nervosi ai muscoli respiratori che aumentano o diminuiscono la frequenza

respiratoria.

VOLUMI POLMONARI.

Come si definiscono? Bisogna fare una premessa. Dobbiamo sapere di cosa stiamo parlando. Quando parliamo di polmoni parliamo

di concetti che implicano volumi. Rappresentiamo su un grafico l'andamento del volume polmonare durante la respirazione nel

tempo. Il paziente viene collegato ad una macchina e gli viene chiesto di respirare. Quello che misuriamo corrisponde a:

• volume corrente: volume di aria inspirato in ogni inspirazione tranquilla.

• Capacità vitale: inspirazione forzata + espirazione forzata.

• Volume di riserva inspiratoria: che il paziente riesce a mobilizzare a partire dal volume corrente fino ad arrivare alla

capacità polmonare totale.

• Volume di riserva espiratoria: che il paziente emette in una espirazione forzata.

• Volume residuo: volume che resta anche dopo una espirazione forzata. Si misura tramite lo spirometro ad elio.

• Capacita funzionale residua: volume che resta alla fine degli atti respiratori normali. È uguale al volume residuo + il

volume di riserva respiratorio.

NOMENCLATURA.

Anglosassone Italiana

VC CV Capacità vitale.

TEST DI FUNZIONE RESPIRATORIA.

Pratiche cliniche che ci permettono di misurare la capacità respiratoria di un paziente. Sono test molto utili se fatti bene.

Valutano la ventilazione di per sé:

• prove di funzionalità ventilatoria

• test di performance dei muscoli respiratori

scambi gassosi:

Prove di funzionalità respiratoria.

Servono per fare diagnosi. Ma dopo dobbiamo vedere la progressione della malattia. Qualunque intervento si deve fare, la

valutazione preliminare della funzionalità respiratoria diminuisce il rischio dell'intervento stesso.

Controindicazioni:

• emottisi

• PNX

• recente intervento addominale

• trauma cranico

• recente intervento agli occhi.

SPIROMETRI.

Strumenti che misurano il respiro

• A campana: è un sistema che permette una misurazione diretta del volume polmonare.

• A flusso: lo pneumotacografo è dotato di una turbina che misura la velocità dell'arie che viene espirata. Il volume

polmonare si ricava poi per via indiretta a partire dal calibro dello pneumotacografo.

Abbiamo poi apparecchiature in grado di misurare i volumi polmonari statici. Come misuriamo il volume residuo? Tramite

spirometro ad elio Prendiamo un paziente e lo colleghiamo alla campana che abbiamo precedentemente riempito con un volume

noto. Il paziente respira e l'elio diffonde riempiendo tutto lo spazio disponibile.

Pletismografia corporea.

Si avvale di un ambiente chiuso di cui si conosce pressione e volume ed è a pressione costante. Il paziente respira normalmente e la

variazione di pressione all'interno dell'ambiente ci dice il volume polmonare.

CURVA FLUSSO-VOLUME.

È il test fondamentale. Il paziente respira al boccaglio e poi inspira al massimo ed espira al massimo. I valori importanti sono il CVF

e il VEMS.

Lo stesso fenomeno viene rappresentato da una curva flusso volume. In ogni momento la curva rappresenta il flusso nelle vie aeree.

La morfologia della curva varia dalla fase inspiratoria alla fase espiratoria. Questo perché quello che devono fare i polmoni durante

l'inspirazione è diverso da quello che devono fare durante l'espirazione. In un paziente sano in inspirazione la velocità aumenta fino

ad un valore massimo e poi diminuisce regolarmente. La prima parte della curva di espirazione è dipendente dallo sforzo e quella che

possiamo gestire, poi la velocità decresce in maniera indipendente dallo sforzo a causa della compressione dinamica delle vie aeree.

Il paziente ha inspirato al massimo. La pressione nell'alveolo durante l'inspirazione aumenta quasi del doppio rispetto alla pressione

intrapleurica. Fintanto che la pressione alveolare si mantiene superiore a quella intrapleurica il paziente può intervenire per accelerare

la fuoriuscita di aria, ma poi lo sforzo diventa inutile.

Affinché una curva respiratoria sia interpretabile deve essere accurata e precisa. La curva deve rispecchiare i valori reali e deve

essere affidabile. I criteri di accuratezza sono:

• inizio esplosivo: lo verifichiamo con il volume estrapolato <5% dell'CVF o di 150ml

• inferiore dei 6 secondi

• deve concludersi: la porzione finale della curva deve registrale un plateau di almeno un secondo.

• Deve essere priva di artefatti.

• Deve essere riproducibile: la ripetiamo più volte verificando che la differenza tra le prove successive non sia superiore al

5%.

deficit restrittivo.

Tutti i volumi polmonari si riducono. Di conseguenza si ha un rapporto normale o aumentato.

Volumi polmonari statici. Insufficienza respiratoria di tipo Insufficienza respiratoria di tipo

Indici funzionali restrittivo ostruttivo.

VR (RV) volume residuo Diminuito Aumentato

CPT (TLC) capacità polmonare

totale.

La definizione di un'ostruzione o di una restrizione no ci definisce la patologia.

Ostruzione.

È dovuta a: -

• asma

• BPCO:

1. enfisema

2. bronchite cronica

• bronchiectasie

Restrizione.

È dovuta a:

• patologia della gabbia toracica

• patologie neuromuscolari

• lesioni occupanti spazio

• fibrosi polmonare

• patologia pleurica

L'asma bronchiale può presentarsi con un quadro respiratorio normale, soprattutto nei giovani.

È importante tener presente che cosa significa VENTILAZIONE DEI POLMONI. La ventilazione consiste nell'inspirazione e

nell'espirazione. Vuol dire mobilizzare aria. Come fa il sistema respiratorio a farlo? Consideriamo la gabbia toracica come una sorta

di cono tronco dove la base è rappresentata dal muscolo diaframma, la punta tronca, invece, è rappresentata dalla cinta scapolare.

Possiamo ricavare due diametri: uno anteroposteriore e uno longitudinale. Il principio è che il sistema respiratorio movimenta aria

facendo variare questi diametri. Il diametro longitudinale cambia per il movimento a pistone del diaframma: quando il diaframma si

contrae la sua cupola si abbassa. Questo appiattimento del diaframma fa aumentare il diametro longitudinale. Successivamente si

rilassa e il diametro longitudinale diminuisce. L'altro meccanismo fondamentale è il movimento a manico di secchio delle coste,

dovuto al modo in cui le coste si articolano alla colonna vertebrale e lo sterno. Dato che le coste vanno da dietro in alto a davanti in

basso, con la contrazione dei muscoli intercostali l'angolo delle coste varia. I muscoli che alzano le coste sono inspiratori, mentre

quelli che abbassano le coste sono espiratori. Si chiama movimento a manico di secchio perché simula il movimento del manico di

un secchio. La contrazione del diaframma crea più spazio per i polmoni, in modo tale che questi possano espandersi, anche dentro i

seni costo-diaframmatici o frenocostali. Per quanto riguarda le coste possiamo distinguere i muscoli intercostali esterni, interni e

intimi. Se il punto di origine e il punto di inserzione non sono allo stesso livello, significa che c'è un diverso braccio di leva. Quanto

più breve è il braccio, tanto maggiore è il vantaggio per esercitare una forza. El caso dei muscoli intercostali esterni il braccio di leva

è favorevole all'innalzamento delle coste. Il meccanismo a pistone del diaframma è presente solo in quegli animali dove il diaframma

separa la cavità toracica da quella addominale, cioè nei mammiferi. Nei coccodrilli la funzione del diaframma è sostituita dal fegato.

I muscoli respiratori ausiliari intervengono sotto sforzo oppure in condizioni patologiche. Anche tra questi possiamo distinguere

muscoli che hanno una funzione inspiratoria ed espiratoria. Questi sono particolarmente sviluppati negli atleti. L'unità funzionale è

l'alveolo. Nell'alveolo avvengono due eventi che entrambi partecipano agli scambi gassosi. Avviene la ventilazione e la perfusione.

Non basta che vi sia una ventilazione alveolare e una perfusione alveolare, ma queste devono essere in equilibrio. Nei polmoni

sangue ed aria vengono a scorrere molto vicini l'uno all'altra, separati solo dalla membrana alveolo capillare (MAC), che è grande

qualche micron. Sangue ed aria non possono venire in contato direttamente. I polmoni possono essere concettualizzati come degli

scambiatori di gas dove aria e sangue scorrono in stretto contatto in modo da facilitare gli scambi.

Consideriamo prima la ventilazione, poi la perfusione e poi il rapporto ventilazione /perfusione.

VENTILAZIONE.

Nei mammiferi ogni alveolo si autoventila, ovvero il suo diametro varia durante le fari respiratorie: il suo diametro è massimo in

inspirazione e minimo in inspirazione. Gli uccelli non hanno degli alveoli, ma solo dei condotti. Nei mammiferi l'aria entra ed esce

dallo stesso punto. L'alveolo si può considerare secondo il modello della concertina. La concertina è una di quelle fisarmoniche senza

tasti. Un altro aspetto quantitativo che ci chiediamo è: che vantaggio ha il fatto di avere gli alveoli all'interno dei polmoni, rispetto ad

avere un'unica sacca? A parità di volume aumentiamo notevolmente la superficie di scambio, che equivale all'incirca come un campo

da tennis, circa 80 mq. La parola alveolo deriva da alveulus, ovvero il diminutivo di alveus, cioè cella. Infatti ricorda la celletta delle

api.

Quali grandezze fisiche sono importanti? Il volume [l], i flussi [l/s], le pressioni [mmHg; cmH2O; Bar]. Ora ci concentriamo sulla

misurazione dei volumi polmonari. La spirometria ci permette di ricavare i volumi polmonari.

Spirometro ad acqua.

Permette di misurare volumi a pressione costante, come la pressione atmosferica. Se vogliamo misurare i volumi dobbiamo lavorare

a pressione costante e in particolare a pressione atmosferica.

VOLUMI POLMONARI.

CV: volume corrente (500ml).

VRI: volume di aria che è possibile introdurre nei polmoni a seguito di una normale inspirazione (3000ml).

VRE: volume di riserva espiratoria: volume di aria che è possibile espirare in seguito ad una espirazione forzata (1100ml).

VR: volume residuo: volume di aria che rimane sempre nei polmoni e che no viene espulsa neanche con una espirazione massimale

(1200ml).

La somma di due p più volumi prende il nome di CAPACITA'.

CV: capacità vitale: somma di VC, VRI e VRE (4600ml).

CVF: capacità vitale forzata.

CFR: capacità funzionale residua: volume di aria che rimane nei polmoni in seguito ad una espirazione normale. È la somma di VRE

e VR (2300ml).

CI: capacità inspiratoria: somma di VC e VRI (3500ml).

CPT: capacità polmonare totale: somma di tutti i volumi (5800ml).


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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in medicina e chirurgia
SSD:
A.A.: 2011-2012

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Gabriel_strife di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Fisiologia umana e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Campus biomedico - Unicampus o del prof Keller Flavio.

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