Il sistema respiratorio

MECCANICA RESPIRATORIA

L’aria tende a muoversi da una regione ad alta pressione a una a pressione

bassa, secondo un gradiente pressorio.

L’aria entra ed esce dai polmoni durante l’atto respiratorio muovendosi

secondo gradienti di pressione che si invertono ciclicamente, stabiliti tra gli

alveoli e l’atmosfera dell’attività ciclica della muscolatura respiratoria. Tre

differenti tipi di pressione sono importanti nella ventilazione:

1. Pressione atmosferica barometrica: pressione esercitata sul peso dell’aria

nell’atmosfera su un oggetto sulla superficie terrestre.

2. La pressione alveolare: pressione all’interno degli alveoli.

3. La pressione intrapleurica: è la pressione all’interno del sacco pleurico. È

la pressione esercitata sui polmoni nella cavità toracica. La pressione

intrapleurica non si equilibra con la pressione atmosferica o con quella

alveolare in quanto il sacco pleurico è un sacco chiuso senza aperture

così l’aria può entrare o uscire.

Il gradiente di pressione transmurale normalmente distende i polmoni fino a

riempire la cavità toracica più ampia.

La cavità toracica è più ampia dei polmoni non dilatati perché la parete toracica

cresce più rapidamente dei polmoni durante lo sviluppo. Un gradiente di

pressione transmurale attraverso i polmoni mantiene i polmoni e la parete

toracica in stretta apposizione, dilatando i polmoni fino a riempire la cavità

toracica più ampia.

Gradiente di pressione transmurale la pressione alveolare, all’equilibrio con la

pressione atmosferica a 760 mmHg, è maggiore della pressione intrapleurica di

756 mmHg, così la pressione eccitata verso l’esterno attraverso la parete

polmonare è maggiore di quella esercitata verso l’interno. Questo gradiente

spinge i polmoni stirandoli o distendendoli; a causa di questo gradiente

pressorio, i polmoni sono sempre forzati a espandersi per riempire la cavità

toracica.

Come la cavità toracica si allarga, i polmoni si espandono; quindi i polmoni

seguono i movimenti della parete toracica.

In seguito all’elasticità polmonare, i polmoni tendono a muoversi verso l’interno

separandosi dalla parete toracica quando sono espansi per riempire la cavità

toracica più ampia. Il gradiente di pressione però impedisce a queste strutture

di separarsi.

La risultante di questa espansione della cavità pleurica è sufficiente a far

diminuire la pressione in questa cavità di 4 mmHg.

La relazione tra il gradiente di pressione transmurale e la pressione

intrapleurica subatmosferica.

I polmoni vengono distesi dal gradiente di pressione transmurale che esiste

attraverso le loro pareti perché la pressione intrapleurica è minore di quella 2

atmosferica. La pressione a sua volta è subatmosferica perché i polmoni distesi

tendono a discostarsi dalla parete toracica più ampia espandendo leggermente

la cavità pleurica e facendo scendere la pressione intrapleurica al di sotto della

pressione atmosferica.

Pneumotorace condizione patologica quando la parete toracica viene



perforata, l’aria fluisce rapidamente secondo il suo gradiente pressorio dalla

pressione atmosferica più elevata allo spazio pleurico.

Legge di Boyle la pressione alveolare può essere cambiata alterando il

volume dei polmoni secondo questa legge. Si afferma che a temperatura

costante la pressione esercitata di un gas in un contenitore chiuso è

inversamente proporzionale al suo volume cioè all’aumentare del volume del

gas, la pressione da esso esercitata diminuisce proporzionalmente. Viceversa,

la pressione aumenta proporzionalmente alla diminuzione del volume.

Cambiamenti del volume polmonare e quindi della pressione alveolare sono

indirettamente determinati dall’attività dei muscoli respiratori.

I muscoli respiratori non agiscono direttamente sui polmoni ma cambiano

volume della cavità toracica provocando una variazione del volume polmonare

perché la parete toracica e i polmoni sono collegati dal gradiente pressorio

transmurale.

Muscoli respiratori

INSPIRAZIONE: I principali muscoli inspiratori comprendono il diaframma e

muscoli intercostali esterni. Prima dell’inizio dell’inspirazione, tutti i muscoli

respiratori sono rilasciati.

All’inizio dell’inspirazione, i muscoli inspiratori vengono stimolati a contrarsi

allargando la cavità toracica. Il principale muscolo inspiratorio è il diaframma.

Quando rilasciato è cupoliforme e si protende verso l’alto nella cavità toracica.

Quando si contrae, il diaframma si abbassa incrementando il volume della

cavità toracica (il diaframma si abbassa di circa 1 cm durante l’inspirazione).

Tra le coste ci sono due serie di muscoli intercostali. I muscoli intercostali

esterni posti sopra quelli interni. La contrazione dei muscoli intercostali esterni,

le cui fibre decorrono verso il basso e in avanti tra coste adiacenti, allarga la

cavità toracica nelle direzioni laterolaterale e anteroposteriore

Quando gli intercostali esterno si contraggono, innalzano le coste e spostano lo

sterno verso l’alto e verso l’esterno.

Prima dell’inspirazione e al termine dell’espirazione precedente, la pressione

alveolare è uguale a quella atmosferica. Quando la cavità toracica si espande

durante l’inspirazione in seguito alla contrazione del diaframma anche i

polmoni sono forzati ad espandersi per riempire la cavità toracica più ampia e

la pressione alveolare diminuisce.

Ora la pressione alveolare è minore di quella atmosferica, l’aria entra nei

polmoni secondo un gradiente pressorio dalla regione a maggiore pressione a

minore pressione. L’aria continua ad entrare nei polmoni finché non viene

annullato il gradiente e la pressione alveolare eguaglia l’atmosferica.

Durante l’inspirazione, la pressione intrapleurica si abbassa di 754 mmHg in

conseguenza all’espansione polmonare e toracica.

Ruolo dei muscoli accessori le inspirazioni più profonde possono essere

 

effettuate contraendo più vigorosamente il diaframma e i muscoli

intercostali esterni facendo intervenire i muscoli inspiratori accessori che

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sono localizzati nel collo. Quando si contraggono, lo sterno e le prime due

coste si sollevano espandendo la porzione superiore della cavità toracica,

anche i polmoni però si espandono facendo calare ulteriormente la

pressione alveolare.

ESPIRAZIONE: Quando è rilasciato il diaframma riassume la sua posizione

cupoliforme. Quando i muscoli intercostali esterni si rilasciano, la gabbia

toracica sollevata si abbassa a causa della forza di gravità. La parete e i

polmoni espansi ritornano alle loro dimensioni preinspiatorie grazie alle loro

proprietà elastiche.

Mentre i polmoni ritornano alle dimensioni preinspiratorie, la pressione

alveolare aumenta, perché un maggior numero di molecole d’aria contenute

nel volume polmonare espanso al termine dell’inspirazione sono ora compresse

in un volume minore. La pressione alveolare incrementa di circa 1 mmHg sopra

la pressione atmosferica salendo a 761 mmHg,

l’efflusso d’aria termina quando la pressione alveolare eguaglia la pressione

atmosferica e non esiste più alcun gradiente pressorio.

Espirazione forzata durante la respirazione tranquilla, l’espirazione è

 normalmente un processo passivo perché viene effettuata dal ritorno

elastico dei polmoni. Al contrario l’inspirazione è sempre attiva in quanto

viene realizzata grazie alla contrazione dei muscoli inspiratori con

dispendio energetico.

Per produrre esposizione forzata o attiva, i muscoli espiratori devono

contrarsi per ridurre ulteriormente il volume della cavità toracica e dei

polmoni. I muscoli espiratori più importanti sono quelli della parete

addominale e quando questi si contraggono, il conseguente aumento

della pressione intraddominale esercita una forza verso l’alto sul

diaframma spingendolo nella cavità toracica al di sopra della posizione

rilasciata. Gli altri muscoli intercostali interni, la cui contrazione spinge le

coste verso il basso e l’interno, appiattendo la parete toracica e

diminuendo la dimensione della cavità toracica.

La resistenza delle vie aeree influenza il flusso d’aria

F= P / R

F: flusso d’aria

P: differenza tra pressione alveolare e pressione atmosferica (gradiente

pressorio)

R: resistenza delle vie aeree, determinata dal loro raggio.

Il fattore principale della resistenza al flusso d’aria è il raggio delle vie aeree

conduttrici. Il gradiente di pressione tra gli alveoli e l’atmosfera è di solito il

principale fattore determinante della portata del flusso d’aria.

Normalmente, il sistema nervoso autonomo può effettuare modesti

adeguamenti nella dimensione delle vie aeree per soddisfare i bisogni

dell’organismo. La stimolazione parasimpatica, che avviene in situazioni di

riposo e rilassamento quando la domanda di flusso aereo è bassa, promuove la

contrazione della muscolatura liscia bronchiolare che aumenta la resistenza del

flusso aereo portando broncocostrizione. Al contrario la stimolazione simpatica

e l’adrenalina porta a broncodilatazione e una diminuzione della resistenza

delle vie aeree promuovendo il rilascio della muscolatura liscia bronchiolare. 4

Quindi durante i periodi di stimolazione simpatica la broncodilatazione assicura

che i gradienti pressori stabiliti dall’attività della muscolatura respiratoria

permettano di ottenere la massima portata di flusso d’aria con una resistenza

minima. La resistenza diventa un impedimento al normale flusso d’aria nelle

patologie (raffreddore o BPCO)

BPCO: Broncopneumopatia ostruttiva cronica, è un gruppo di patologie

 polmonari caratterizzato dall’incremento della resistenza delle vie aeree

a causa del restringimento del lume delle basse vie aeree. Quando la

resistenza delle vie aeree aumenta, deve essere stabilito un maggior

gradiente di pressione per mantenere una portata normale di flusso

d’aria. BPCO comprende bronchite cronica, asma ed enfisema.

- Bronchite cronica condizione infiammatoria cronica delle vie aeree



inferiori indotta dalla frequente esposizione al fumo, all’aria inquinata o

allergeni. Le vie si restringono per effetto del prolungato ispessimento

della loro mucosa.

- Asma ostruzione delle vie aeree per conseguenza di ispessimento delle

vie aeree provocata da infiammazione ed edema indotto da instamina;

tamponamento delle vie aeree in seguito a eccessiva secrezione di muco