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La misura della CV (capacità vitale) -espirazione massima e forzata dopo inspirazione
massimale- si chiede al soggetto di inspirare al massimo dopo un'espirazione tranquilla. A
questo punto il soggetto avrà nel polmone un volume corrispondente alla massima capacità
totale. Si chiede allora di espirare con la massima forza e velocità possibile incitandolo ad
espirare il più a lungo possibile.
Si avrà:
– capacità vitale (CV o FEV, forced expiratory volume)
– FEV 0,5 s (volume d'aria espulsa dopo mezzo secondo)
– FEV 1 s (volume d'aria espulso dopo 1s)
La pendenza della curva è minore, l'espirazione richiede un tempo maggiore e i valori di
FEV 0,5/1 s si riducono quando esiste un restringimento delle vie aeree (asma, bronchite,
muscoli respiratori deboli).
Nel soggetto sano la quantità espulsa in FEV 0,5 s è il 60% e FEV 1 s è 80% della capacità
vitale e l'espirazione forzata si conclude in 2/2,5 s.
12.4.3. Spazio morto, ventilazione polmonare e ventilazione alveolare
Dalla trachea ai bronchioli respiratori le vie aeree non presentano alveoli perciò non
scambi con il sangue →
avvengono spazio morto = 150 ml
Sottraendo questo valore alla CFR (capacità funzionale residua) si ottiene il volume
alveolare (VA) che rappresenta l'aria soggetta agli scambi gassosi. Al termine
dell'inspirazione, dei 0,5 l di volume corrente, 150 ml di aria rimangono nello spazio morto
così come quando l'aria esce durante l'espirazione.
Alla ventilazione polmonare (Vp) -frequenza respiratoria * volume corrente- deve essere
sottratto lo spazio morto per ottenere la ventilazione alveolare (Va)
Ventilazione polmonare = 6 l/min
Ventilazione alveolare = 4 l/min
12.5. MECCANICA RESPIRATORIA
Ciclo respiratorio = 4 s (inspirazione 1,8 s; espirazione 2,2 s)
Volume inspirato 500 ml (l'espirazione ne restituisce un po' di meno)
L'inspirazione è attiva quindi serve energia e richiede dispendio energetico e contrazione
muscolare; mentre l'espirazione è passiva.
Il ciclico succedersi della respirazione avviene grazie a due strutture: il polmone e la parete
toracica.
Tra le due strutture troviamo lo spazio pleurico a pressione negativa (subatmosferica), il cui
ruolo è fondamentale. In fisiologia respiratoria la pressione banometrica (o atmosferica, a
livello del mare, è pari a 760 mmHg) corrispondente alla pressione dell'aria che grava sulla
parete toracica è riferita pressione 0.
12.5.1. Parete toracica
– Gabbia toracica
– Diaframma
– Parte addominale
Muscoli inspiratori:
Sono il diaframma, intercostali esterni e i muscoli accessori della respirazione.
Il diaframma è il muscolo principale della respirazione a riposo (70% dell'aria inspirata
deriva dal movimento del diaframma) → superficie 250 m2.
Divide la cavità toracica dalla cavità addominale. È innervato dal nervo frenico che origina
da C3, C4, C5. I nervi frenici provocano l'abbassamento del diaframma di 1-2 cm a riposo
fino a 10 cm nell'ispirazione massima.
I muscoli intercostali si inseriscono sulle coste e provocano la loro rotazione verso l'alto e in
avanti con conseguente aumento della cavità toracica. Innervati dai nervi intercostali da T1
a T11.
I muscoli accessori (sternocleidomastoideo, scaleni) intervengono solo durante
l'inspirazione forzata o durante esercizio fisico intenso.
Muscoli espiratori:
A riposo non sono attivati nella fase espiratoria essendo questa del tutto passiva. Sono
attivati nella fase espiratoria della capacità vitale, della tosse, dello starnuto, nella fonazione
e nel canto, nello sforzo isometrico per bloccare il torace e nell'esercizio fisico.
Gli intercostali interni determinano la rotazione delle coste verso il basso riducendo il
volume.
I muscoli addominali (retto, obliquo int./ext, trasverso) contraendosi fanno aumentare la
pressione endoaddominale e spingono i visceri contro il diaframma spostandolo verso la
gabbia toracica riducendone il volume.
Il peso della massa addominale è un ostacolo nell'inspirazione in posizione sdraiata infatti
viene evitata in alcune condizioni patologiche.
12.5.3. Accoppiamento torace-polmone
In vivo in qualsiasi situazione il polmone è mantenuto espanso in quanto la superficie
esterna del polmone (pleura polmonare) e la superficie interna della parete toracica (pleura
parietale) sono tra loro unite. Lo spazio tra le due pleure = spazio pleurico (20 micron).
Lo spazio pleurico è riempito dal liquido pleurico che favorisce lo scivolamento tra le due
pleure. La pressione è subatmosferica (-3 mmHg).
Lo spazio può aumentare e quindi il polmone ridursi di volume solamente se aumenta il
liquido pleurico o l'aria. Esempio in condizioni patologiche: polmonite con versamento
pleurico, trauma della parete pleurica. Quando l'aria entra nello spazio pleurico la pressione
va a 0 e il polmone collassa (non quello controlaterale).
12.6. RESISTENZE RESPIRATORIE
A ogni inspirazione i muscoli devono vincere una serie di resistenze.
Inspirazione meccanismo attivo; espirazione è la restituzione dell'energia elastica
accumulata durante l'inspirazione.
Il dispendio energetico di un ciclo respiratorio è minimo.
Durante iperventilazione e lavoro muscolare i muscoli respiratori devono creare le
condizioni pressorie intra-alveolari per vincere gli attriti che l'aria incontra nelle vie aeree e
gli attriti dovuti allo scorrimento e alla deformazione dei tessuti tra di loro.
– resistenze elastiche
– resistenze dovute al flusso di aria nelle vie aeree
12.6.1. Resistenze elastiche del sistema toraco-polmonare
La relazione pressione-volume (P/V) rappresenta le caratteristiche elastiche del sistema in
questione → compliance (distensibilità) indica la facilità della struttura ad essere distesa.
– resistenze elastiche del polmone: la pressione è rappresentata da P/V del polmone;
divisa in:
→ Tissutale: dipende dal contenuto elastico e collagene del polmone
→ Tensione superficiale: componente che tende a opporsi alla distensione dell'avelolo.
– resistenze elastiche della parete toracica: relazione P/V della parete toracica.
Divisa in:
→ struttura osteo-artro-muscolare della parete
→ parete addominale: peso dei visceri contenuti nella cavità addominale.
Tensione superficiale:
si manifesta sulla parete degli alveoli tendendo a ridurre il volume, quindi globalmente a
retrarre il polmone. È contrastata dal surfattante (prodotto dal feto dopo il 7° mese); questo
rende il polmone distendibile e la forza di retrazione dipende dall'elasticità dei tessuti. Se il
feto non produce surfattante il bambino non riuscirà a respirare perchè i muscoli respiratori
non riusciranno a vincere la tensione superficiale che si oppone all'estensione dell'alveolo.
12.6.2. Resistenza al passaggio dell'aria nelle vie aeree
Le resistenze al flusso dipendono dagli attriti che il flusso incontra. Il flusso d'aria è dovuto
alla differenza di pressione che si stabilisce tra alveolo e ambiente (inspirazione=negativa
nell'alveolo; espirazione=positiva nell'alveolo).
Il flusso può essere:
– laminare
– di transizione
– turbolento
Flusso laminare
L'aria si dispone a cilindri che scorrono a velocità diverse; massima al centro e minima alle
pareti a causa degli attriti.
Importante è il raggio dei condotti: se il raggio diminuisce della metà la resistenza aumenta
di 16 volte. Questo flusso si trova nei bronchioli più piccoli dove le velocità sono basse.
Flusso di transizione
In corrispondenza delle biforcazioni delle vie aeree. I vortici scompaiono una volta superata
la biforcazione.
Flusso turbolento
Completo disordine dei filetti d'aria i quali si muovono in tutte le direzioni creando vortici.
Il flusso passa da laminare a turbolento quando aumenta la densità e il numero di 2000
(Reynolds).
La turbolenza si verifica quando la velocità è elevata e il raggio del condotto è grande.
Danno meno turbolenza gas che hanno bassa intensità come l'elio e la respirazione di aria
rarefatta come in alta quota.
Il gradiente pressorio è molto più alto rispetto al flusso laminare implicando un maggior
lavoro della respirazione.
A riposo si manifesta anche in trachea e nei bronchi più grossi. Durante l'esercizio si sposta
verso i bronchi di minori dimensioni.
12.6.3. Localizzazione delle resistenze nel sistema respiratorio
Le resistenze sono massime nei bronchi di dimensioni intermedie (3-5 generazione) e
minime nei bronchioli terminali.
Le resistenze sono distribuite:
– 50% nelle cavità nasali dove il flusso è turbolento
– 30% nei bronchi di media taglia
– 20% vie aeree di diametro inferiore a 2 mm
Il volume dei sistema toraco-polmonare influisce sulle resistenze perchè comprime i bronchi
più piccoli i quali risentono fortemente della trazione esercitata sulle loro pareti perchè non
hanno come i bronchi più grandi una struttura cartilaginea che impedisce le variazioni di
calibro.
La muscolatura liscia è controllata dal sistema nervoso autonomo. La stimolazione
parasimpatica (vagale) provoca contrazione della muscolatura liscia; l'attivazione
ortosimpatica provoca un rilasciamento della muscolatura liscia con broncodilatazione.
12.8.2. Composizione dell'aria
Aria inspirata
O2 = 20,95% → 159 mmHg
N2 = 79,01% → 596 mmHg
CO2 = 0,04% → 0,3 mmHg
La pressione esercitata da questa miscela è detta pressione atmosferica o barometrica (se la
(STPD → standard temperature
temperatura è 0°C e non è presente umidità = 760 mmHg
and pressure dry).
L'aria che respiriamo ha temperature diversa da 0°C e può contenere una certa quantità di
vapore acque perciò la pressione barometrica può essere diversa da 760 mmHg (ATPS →
ambient temperature and pressure saturated).
Aria alveolare
Negli alveoli temperatura = 37°C
La pressione totale della miscela di gas è uguale a quella atmosferica e l'aria è satura di
vapore acqueo (BTPS → body temperature and pressure saturated with water vapor).
Il vapore acqueo ha un pressione parziale a temperatura 37°C di 47 mmHg perciò dalla
pressione atmosferica (760 mmHg) bisogna sottrarre 47 mmHg per ottenere la reale
–
pressione parziale della miscela di gas nell'alveolo. (760 47 = 713)
Per i continui scambi con il sangue che cede CO2 per ottenere O2 le pressioni parziali dei
vari gas variano:
O2 = 13,8% d
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