Fisiologia dell'apparato respiratorio

Fisiologia dell'apparato respiratorio

Perché respiriamo?

Perché è fondamentale l'ossigeno? 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.

Concetto di diffusione

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 minore. 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, ha sviluppato un apparato apposito.

Strutture semplici dell'apparato respiratorio

• Branchie: Caratteristiche dei pesci e sono 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 un flusso ematico controcorrente che va contro quello dell'aria.
• Trachee: Intese in senso diverso dalla trachea umana. La trachea è un canale aereo che veicola l'aria dall'esterno direttamente nelle cellule.
• Polmoni: Inizialmente i polmoni erano delle sacche interne che 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 non 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 i grossi bronchi sono forniti di cartilagine.

Vie aeree prossimali e distali

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 segnali nervosi ai muscoli respiratori che aumentano o diminuiscono la frequenza respiratoria.

Volumi polmonari

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 a 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: Volume che il paziente riesce a mobilizzare a partire dal volume corrente fino ad arrivare alla capacità polmonare totale.
• Volume di riserva espiratoria: Volume 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.
• Capacità funzionale residua: Volume che resta alla fine degli atti respiratori normali. È uguale al volume residuo + il volume di riserva respiratorio.

Nomenclatura

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'aria 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 a 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% del CVF o di 150ml
• Inferiore ai 6 secondi
• Deve concludersi: La porzione finale della curva deve registrare 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

Indici funzionali:

• Restrittivo: VR (RV) volume residuo diminuito, CPT (TLC) capacità polmonare totale diminuita.
• Ostruttivo: VR (RV) volume residuo aumentato, CPT (TLC) capacità polmonare totale aumentata.

La definizione di un'ostruzione o di una restrizione non ci definisce la patologia.

Ostruzione

È dovuta a:

• Asma
• BPCO: Enfisema, 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 è invece 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. Nel 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).