Fisiologia e biofisica - la respirazione

Fisiologia della respirazione

La legge di Poiseuille e il sistema bronchiale

La legge di Poiseuille interessa non solo il sistema circolatorio, ma anche quello bronchiale. I flussi d'aria, infatti, hanno la stessa intensità dei flussi dei liquidi. Il flusso d'aria laminare è come il flusso sanguineo che si stratifica con una configurazione a cilindri concentrici in base alla viscosità. La parte centrale è più veloce rispetto agli altri strati più in periferia. In qualunque vaso, tranne nei capillari, si stabilisce un flusso laminare.

Ora, il globulo rosso o una particella di polvere nell'aria sono corpuscoli che vengono trascinati dalla spinta. C'è la tendenza nei globuli rossi, ma diciamo in tutti i corpuscoli ematici, a convergere verso il centro perché questa è quella che ha velocità maggiore. I globuli rossi tenderanno a concentrarsi verso il centro; quindi se facciamo un prelievo di sangue, i globuli rossi tenderanno a concentrarsi verso il centro piuttosto che alla periferia.

Consideriamo le ramificazioni di un vaso e consideriamo più specificamente una ramificazione laterale. Questa "pescherà" la porzione periferica di sangue quindi in questa ramificazione arriverà del sangue un po' meno carico di globuli rossi.

Nell'utero ci sono diramazioni di arterie, arterioli. Le sue diramazioni non pescano alla periferia ma al centro. Il tubo laterale (la diramazione laterale) sporge nell'arteriola quindi prende sangue dalla parte più centrale. Questo perché, l'utero diventa più grande durante la gravidanza e le sue cellule devono far fronte a quelle richieste maggiori durante la gravidanza. In linea generale, negli altri organi questa particolarità non si osserva.

Flusso laminare e turbolento nei bronchi

Anche nei bronchi abbiamo la distribuzione del flusso di tipo laminare. Quando ci troviamo nelle condizioni di flusso turbolento? Non ci troviamo più in quel tipo di organizzazione a lamine, ma è irregolare. Per esempio, se il flusso si scontra con uno scoglio, diventa irregolare. Nel sistema circolatorio la diramazione crea condizioni di turbolenza; qualunque ostacolo, un restringimento, anche nei bronchi, crea una variazione del flusso da laminare a turbolento. Ad esempio, se si preme su un vaso o su un bronco valutiamo la trasformazione da laminare a turbolento, quindi valutiamo una alterazione di quella organizzazione.

La legge di Poiseuille applicata

La legge di Poiseuille, applicata al sangue, è definita dalla variazione di viscosità. Il concetto è lo stesso per quanto concerne il sistema bronchiale.

Q = ??Pr⁴--8l?

Ora consideriamo un tubo di lunghezza 10, raggio 2 e misuriamo la differenza di pressione tra due punti. Se cambia la lunghezza o il raggio, come cambia il ?P? Questo concetto è applicabile sia al sistema circolatorio che a quello bronchiale. Per esempio, se io dimezzo il raggio, r =1, avrò che il ?P sarà 16 volte maggiore del valore precedente. Ho ridotto il raggio alla metà e ho incrementato la pressione di 16 volte. Quindi, se il raggio si riduce, ho una variazione della pressione e del flusso.

Se invece prendo lo stesso tubo, mantengo costante il raggio, ma aumento di 4 volte la lunghezza del tubo, valuto che il ?P è aumentato anch'esso di 4 volte perché è direttamente proporzionale a l. La lunghezza di un bronco o di un vaso cambia?

Se io passo da un vaso a una diramazione, quest'ultima ha una lunghezza e un raggio più piccolo. Ci dovremmo aspettare che passando da un bronco con un raggio maggiore a un bronco con un raggio minore viene incrementata la resistenza; invece, abbiamo sì un incremento della resistenza, ma man mano diventano più corti. Questi concetti sono applicabili, lo ripeto, sia al sistema circolatorio che a quello bronchiale. Tra i due sistemi cambia solo la viscosità.

Considerazioni sulle pressioni parziali

Nel sistema circolatorio consideriamo le pressioni parziali di CO, O nei vari punti. Quando arriviamo a livello dell'alveolo l'aria che è entrata ha subito alcune modifiche. È saturata di vapore acqueo perché c'è stata l'evaporazione dell'acqua delle mucose a 37°C, però è alla stessa pressione di quella esterna perché è comunicante con l'esterno. Da notare che la pressione esterna ha tracce di vapore acqueo.

Ora se io valuto che a 37°C la pressione parziale del vapore acqueo è 47 mmHg e valuto che la pressione totale è di 760 mmHg negli alveoli e non può elevarsi oltre questo valore, significa che il vapore acqueo diluirà tutti i gas presenti nell'aria inspirata. È chiaro che per valutare questi valori dobbiamo considerare le variazioni di temperatura, le varie condizioni come la febbre, ecc.

Ora nell'aria atmosferica la pressione parziale di ossigeno è di 159 mmHg, nell'aria inspirata 149 mmHg, mentre la pressione parziale di azoto passa da...