Fisiologia umana

CARATTERISTICHE DELLA MEMBRANA ALVEOLOCAPILLARE:

È una membrana permeabile costituita da tre strati: l'epitelio alveolare, l'endotelio dei capillari e lo strato costituito dalle lamine basali fuse dei due strati precedenti.

Il passaggio per diffusione delle sostanze attraverso questa membrana è regolato dalla LEGGE DI FICK:

V = ΔP *(A/d) *D

Secondo questa legge il flusso di gas è:

• Proporzionale all'area (A) della membrana
• Inversamente proporzionale allo spessore (d) della membrana.
• Proporzionale alla differenza di pressione nei due compartimenti (ΔP)
• Proporzionale alla costante di diffusione (D) la quale è direttamente proporzionale alla solubilità e inversamente proporzionale alla radice del peso molecolare (PM).

La figura qui riportata mostra solo il processo di diffusione dei due gas.

Tuttavia, è da ricordare che la diffusione dei due gas avviene in verso opposto: l'ossigeno va dagli alveoli ai capillari.

el'anidride carbonica dai capillari agli alveoli. L'aria che entra nei nostri polmoni comunque non è solo formata da O2. L'aria è infatti una miscela gassosa costituita:

• Al 79% di azoto
• Al 20,93% di ossigeno
• Allo 0,03% di anidride carbonica
• A meno dell'1% di gas rarefatti come neon, argon, elio, metano e così via.

Tuttavia, solo CO2 e O2 sono direttamente coinvolti nei processi cellulari, O2 perché consumato e CO2 perché prodotto. Per questo motivo questi due gas sono chiamati GAS RESPIRATORI, mentre tutti gli altri sono detti GAS INERTI.

Siccome solo alcuni gas dell'intera miscela ci interessano è utile calcolarne la PRESSIONE PARZIALE. In una miscela di gas come l'atmosfera, la pressione totale è data dalla somma delle pressioni parziali esercitate da ogni singolo gas componente la miscela. La pressione parziale di un componente di una miscela di gas è la pressione che questo avrebbe qualora occupasse.

da solo, il volume a disposizione dell'intera miscela alla medesima temperatura. Questa dipende dalla frazione molare, ossia la percentuale che il gas occupa nella miscela. Sapendo che la pressione atmosferica a livello del mare equivale a 760 mmHg, potremo calcolarci le singole pressioni parziali e la somma di tutte quante dovrebbe dare proprio 760 mmHg. Il valore della pressione atmosferica ovviamente non è univoco, ma è soggetto a modificazioni legate alle condizioni metereologiche, alla latitudine e all'altitudine. Calcoliamo per i gas respiratori la PRESSIONE PARZIALE, ossia la pressione che ci interessa per il calcolo del flusso nella diffusione:

• Ossigeno: 159 mmHg
• Anidride carbonica: 0,3 mmHg

Altro dato utile nello studio della diffusione alveolare è l'AREA DI SCAMBIO = 50 - 100 m2. L'area di scambio risulta molto ampia rispetto al volume. Per calcolare entrambi i dati abbiamo bisogno delle seguenti informazioni:

• diametro alveoli = 0,3 mm

arrivarcifisicamente.VIE AEREE E AREA DI SEZIONESe come abbiamo detto l'area rappresenta una variabile fondamentale per la diffusione, osserviamo che il ragionamento fatto fin ora ha senso, non solo perché le vie di conduzione non potrebbero permettere gli scambi, data la loro conformazione anatomica ma anche perché non sarebbero fisicamente efficienti come gli alveoli: l'area delle vie di conduzione risulta esigua rispetto a quella dei tratti respiratori.

Un alveolo in sé ha una superficie assai piccola ma considerato insieme agli altri 300000000 ed insieme ai dotti alveolari e ai bronchioli respiratori restituisce una superficie molto ampia rispetto a quella delle vie di conduzione (circa 500cm2).

VENTILAZIONE ALVEOLARELa ventilazione alveolare corrisponde al flusso di aria che arriva o se ne va dalla zona alveolare in un minuto. Questo valore non è lo stesso della ventilazione totale, in quanto l'aria inspirata non arriva tutta quanta agli alveoli, ma

a 0,5 L o 500 ml. Dei 500 ml sappiamo che arrivano in zona alveolare solo 350 ml (150 rimangono in coda, nello spazio morto anatomico). I 150 ml sono per questo detti VOLUME MORTO (Vd) e sono calcolabili solo su cadavere, in autopsia. I 350 ml sono detti VOLUME ALVEOLARE.

In condizioni fisiologiche lo spazio morto fisiologico coincide con lo spazio morto anatomico. Quando però abbiamo condizioni patologiche lo spazio morto fisiologico è maggiore di quello anatomico, perché le parti potenzialmente ventilabili sono, a causa della patologia, occluse.

La VENTILAZIONE DELLO SPAZIO MORTO è calcolabile moltiplicando i 150 ml per la frequenza cardiaca.

La VENTILAZIONE ALVEOLARE invece si trova moltiplicando il volume alveolare (350 ml) per la frequenza respiratoria (15) = 5250 ml/min.

Il FLUSSO DI SANGUE NEI VASI CAPILLARI alveolari corrisponde invece a 5000 ml/min.

I due meccanismi (ventilazione alveolare e perfusione) dunque hanno un rapporto 1 a 1.

Questo in linea generale: ovviamente,

COME MISURARE I VOLUMI RESPIRATORI

In questa trattazione consideriamo solo i volumi STATICI: questi sono svincolatidalla variabile tempo a differenza di quelli dinamici.

La suddivisione dei volumi polmonari statici si ottiene dallo spirogramma, ilquale rappresenta l’andamento (nel tempo) dei volumi inspirati e espirati da unsoggetto collegato a uno spirometro a circuito chiuso. Oggi la spirometrica èelettronica e ciò consente una maggior precisione e praticità d’utilizzo, ma quiè rappresentata una meccanica.

Con la spirometria è possibile calcolare la capacità vitale ossia il massimovolume di aria che può essere espulso dai polmoni con una espirazione forzataa fronte di un’Inspirazione massimale.

Variabili in gioco:Il volume

corrente è il volume di aria che entra o esce dalle vie respiratorie ad ogni atto respiratorio e equivale a 500 ml, ma aumenta notevolmente nell'esercizio fisico e nell'iperventilazione.

Il volume residuo (1,5 L) è il volume d'aria che rimane nelle vie aeree alla fine di un'espirazione forzata massimale -> il polmone in condizioni fisiologiche non è mai completamente collassato, neppure alla fine di un'espirazione forzata.

Il volume di riserva inspiratoria (2,5 L) è il volume di aria che può essere inspirato con un'inspirazione forzata a partire dalla fine di un'inspirazione tranquilla.

Il volume di riserva espiratoria (1,5 L) è il volume massimo di aria che può essere espirato durante l'espirazione forzata a partire dalla fine di un'espirazione tranquilla.

Con capacità si intende la somma di più volumi polmonari statici:

La capacità funzionale residua (2,5 L) è la somma del volume residuo e del volume di riserva espiratoria.

- 3 L) è il volume di aria che rimane nelle vie aeree alla fine di un'espirazione passiva -> VRE + VR. Qui si ha il punto meccanico di equilibrio tra polmone e torace. Il sistema qui non richiede sforzi; lontano da questa capacità entra in gioco il lavoro dei muscoli toracici.

La capacità vitale (4,5 L) è il volume di aria espirata con l'espirazione forzata a fronte di un'inspirazione massimale -> VRI + VT + VRE

La capacità polmonare totale (6 L) è il volume totale di aria contenuto nei polmoni alla fine di un'inspirazione forzata massimale -