STRUTTURA E FUNZIONE DELL'APPARATO RESPIRATORIO

MECCANICA RESPIRATORIA

REGOLAZIONE DEL RESPIRO

TRASPORTO dei GAS

SCAMBI RESPIRATORI

COMPOSIZIONE DELL'ARIA

La bolla va continuamente rinnovata, con l'aggiunta di aria atmosferica. E' compito della meccanica respiratoria rinnovare la bolla.

La composizione dell'aria atmosferica non è adatta per la vita delle cellule

Sono necessari scambi respiratori fra il sangue ed una bolla d'aria contenuta nell'apparato respiratorioLa composizione della bolla continua a cambiare per aggiunta di anidride carbonica (CO2) e sottrazione di ossigeno (O2)

La meccanica respiratoria è prevalentemente a carico di muscoli scheletrici (volontari), il cui funzionamento ciclico è regolato da meccanismi nervosi.

La circolazione polmonare assicura gli scambi gassosi, che avvengono attraverso la parete dei capillari polmonari e l'epitelio alveolareL'epitelio alveolare è caratterizzato da particolare sottigliezzaIl sangue contiene "macchine chimiche" che aumentano la quantità dei gas trasportati

FUNZIONI ACCESSORIE

chiusura dei bronchioli in espirazione (ruolo della cartilagine)

condizionamento dell’ariafunzioni di difesa: l’apparato mucocigliarefonazionedeglutizione

movimenti respiratori anomali: tosse e sternuto accelerazione dell’aria: effetto meccanico

VOLUMI E CAPACI TA’ POLMONARI

litri volumi capacitàpolmonare

totale(CPT)

capacitàfunzionale

residua(CFR)

capacitàvitale (CV)

capacitàespiratoria

(CE)

capacitàinspiratoria

(CI)

1.8 residuo(VR)

* *

1.2 riservaespiratoria

(VRE)

* * * *

0.5 corrente(VC)

* * * *

2.5 riservainspiratoria

VRI)

* * *

litri 6 3 4.2 1.7 3

00.5

11.5

22.5

33.5

44.5

55.5

6

litri

Volume corrente = 0.5 lVolume di riserva inspiratoria = 3.5 lVolume di riserva espiratoria = 1.2 l

Volume residuo = 1. l

00.5

11.5

22.5

33.5

44.5

55.5

6

litri

Capacità funzionale residua = 2.2 lCapacità inspiratoria = 4.0 lCapacità espiratoria = 1.7 lCapacità vitale = 5.2 lCapacità polmonare totale = 6.2 l

ventilazione alveolare = (volume corrente - spazio morto) * frequenza respiratoria (500 - 150) * 12 = 4.5 l/min

corrente * frequenza respiratoria ventilazione polmonare = volume

0.5 + 12 = 6 l/min

v. ris. inspiratoria

v. ris. espiratoria

VOLUMI E CAPACITA' POLMONARI

00.5

11.5

22.5

33.5

44.5

55.5

6

litri v. corrente (tidal volume - TV)

v. residuo (RV)

capacità polmonare totale (TLC)

capacità inspiratoria

capacità espiratoria

capacità vitale (VC)

capacità funzionale residua (FRC) = volume di equilibrio del sistema respiratorio

Quando la gabbia toracica non è soggetta a forze esterne, rimane ad un volume di equilibrio (CFR);

per aumentare o diminuire tale volume intervengono normalmente i muscoli respiratori (principali ed accessori):MUSCOLI INSPIRATORI: intercostali esterni, diaframma; scaleni, sternocleidomastoidei.

MUSCOLI ESPIRATORI: intercostali interni; muscoli addominali

Intercostali esterni: inspirazione

Intercostali interni: espirazione

Analisi della meccanica dei muscoli respiratori.

Durante la respirazione tranquilla sono attivi solo muscoli inspiratori, mentre l'espirazione è un processo passivo, dovuto al rilasciamento di tali muscoli e provocato dal ritorno elastico del parenchima polmonare.

pressione endopleurica (si può misurare nel tratto toracico dell'esofago): negativa (=-5 cm H2O) a CFR, diventa più negativa durante l'inspirazione e può diventare positiva nell'espirazione forzata.

PRESSIONI IMPLICATE NELLA MECCANICA RESPIRATORIA:

pressione atmosferica = 0 (in tutte le vie aeree e negli alveoli quando non vi sono movimenti di aria con le vie aperte)pressione endoalveolare: negativa durante l'inspirazione e positiva durante l'espirazione

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

palv ppl vol

inspirazione espirazione

Pressione pleurica

Pressione alveolare

tendenza della gabbia toracica ad espandersi (strutture elastiche muscolo-tendinee consentono ai polmoni di "tirare in dentro" la gabbia toracica, che li contiene).

ORIGINE DELLA NEGATIVITA'PLEURICA A CFR

Essendo questo un volume di equilibrio, bisogna determinare i termini dell'equilibriotendenza dei polmoni a ritrarsi (se esposti alla pressione atmosferica collassano al di sotto di VR, senza svuotarsi completamente se il polmone ha respirato aria almeno una volta)

palloncino(polmoni)

acqua(liquido pleurico)

tubo(vie aeree)

Modello del sistema respiratorio

bottiglia(gabbia toracica)

Modello del sistema respiratorio

-4 -4

-4-4

Pressione intrapleurica

Pressione intrapolmonare

Tendenza dei polmoni a ritrarsi

Tensione elastica: fibre elastiche parenchimatose, in costante stato di tensione

Tensione superficiale: poiché gli alveoli, pieni di aria, sono bagnati da un sottile strato di acqua, si forma un'interfaccia aria-liquido, che tende a ridurre la sua superficie

La tensione superficiale è ridotta dalla presenza di una sostanza tensioattiva (surfactante), la cui funzione è di ridurre la tensione superficiale.

RIDUZIONE DELLA TENSIONE SUPERFICIALE

La tensione è inversamente proporzionale al raggio e il raggio degli alveoli è molto piccoloPolmoni riempiti di acqua si espandono molto più facilmente (aumenta la compliance)

Il surfactante Ha anche un'importante azione stabilizzatrice sugli alveoli, impedendo che quelli più piccoli collassino e quelli più grandi si espandano ulteriormente.

Il surfactante, prodotto da cellule del parenchima polmonare, è composto di dipalmitoillecitina

Nella malattia genetica nota come mucoviscidosi, il surfactante è insufficiente

La tendenza della gabbia toracica ad espandersi si verifica già alla CFR ed aumenta per volumi minori (espirazione forzata), fino ad impedire ulteriori riduzioni di volume (VR); al di sopra di un certo volume, corrispondente circa a CE, la gabbia viene "tirata in fuori" dai muscoli inspiratori (inspirazione forzata) e tende ad una retrazione elastica nella stessa direzione di quella dei polmoni.

AZIONE STABILIZZATRICE DEL SURFACTANT

all’aumentare della superficie si riduce la concentrazione e diminuisce l’effetto sulla tensione superficiale

La compliance é massima e costante intorno al VC: per volumi maggiori o minori dimunuisce, rappresentando rispettivamente il limite alla capacità inspiratoria (determina CV) e a quella espiratoria (determina VR).

RELAZIONE PRESSIONE/VOLUME (COMPLIANCE)

-6 -6

2.2

-4 -4

2.2

FRC

5.8

-10 -10

VC

-2 -2

1

RV

-6 -6

2.7

FRC+TV

pressionepolmoni

pressionetorace

pressionesistema

0-40-35-30

1

2

3

4

5

6

-25-20-15-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40

litri

mmHg

0

1

2

3

4

5

6

-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40

litri

mmHg

CFR

RV

CURVE DI COMPLIANCE DEL SISTEMA RESPIRATORIO, DELLA GABBIA TORACICA E DEI POLMONI in rilasciamento

Lavoro della respirazione

Si calcola dalla curva pressione/volumeE’ normalmente piccolo (5% del consumo di O2 totale)

Aumenta nella respirazione forzata, quando il volume viene portato a valori per i quali la compliance si riduce.

RESISTENZE DELLE VIE AEREE

Curve di compliance statica e dinamica

Principali siti di resistenza

Ruolo della muscolatura liscia bronchiale

Collassamento delle piccole vie aeree

Resistenza viscosa del tessuto

-4 -4

2.2

FRC

-6 -6

2.7

FRC+TVCOMPLIANCE POLMONAREA VIE AEREE APERTE

COMPLIANCE STATICA

COMPLIANCE DINAMICA

22.2

2.45

2.7

2.5 3 3.5 4

volu

me

pressione

area = LAVORO (DELLA RESPIRAZIONE)

RESISTENZA (vie aeree, parenchima)

spazio morto fisiologico: comprende eventuali alveoli ventilati ma non perfusi dal sangue (Rapporto ventilazione/perfusione > 1)

VENTILAZIONE POLMONARE (0.5*12=6 l/m) = VC * frequenza respiratoriaVENTILAZIONE ALVEOLARE: (0.35*12=4.2 l/m): non comprende il volume dello spazio morto (150 ml).

spazio morto anatomico: il volume di aria che riempie le vie aeree, ma non arriva alla membrana alveolo-capillare

DISTRIBUZIONE DEL VOLUME CORRENTELa ventilazione alveolare non si distribuisce uniformemente, in posizione eretta:gli alveoli apicali sono più distesi (contengono più aria), ma ...… sono meno ventilati, a causa della minore compliance (vengono raggiunti da una frazione minore del volume corrente).Questo è dovuto all'effetto della gravità che sposta virtualmente verso il basso il liquido pleurico, accentuando la negatività pleurica agli apici. Le differenze si attenuano nella respirazione forzata.

-6

-6

-6

H2O

-4

-4

-4

Il sistema respiratorio è servito da muscoli volontari, ma il loro funzionamento è controllato automaticamente dal sistema nervoso centrale

Il sistema nervoso centrale controlla sia il ritmo del respiro sia la ventilazione polmonare:

Come si respira:centri bulbari

Quanto si respira:chemocettori

centrali e periferici

Ponte

Bulbo

Mid. spinale

Mesencefalo

Centro pneumotassico

Centro apneustico

C. inspiratorio

ed espiratorio

I E

-

-

Respiro “stertoroso”

Centro respiratorio

bulbare

P

A

I E +

+-

n. vaghi

-

Rifl. di Hering e Breuer

ai m. respiratori

Regolazione chimica del respiro

>pCO2 >> profondità e frequenza respiratorie; <pO2 non stimola il respiro

I glomi aortici e carotidei sentono le alterazioni della PO2

Il pavimento del IV° ventricolo ha proprietà chemocettive: