fisiologia sistema respiratorio - triptofuntriptofun.altervista.org/_private/fisiologia...

powered by www.TripToFun.tk author: M. Chiarlo

FISIOLOGIA

Sistema respiratorio

Michela Chiarlo

1

http://www.TripToFun.tk/


INDICE

I volumi polmonari pag. 3

- Spirometria pag. 5

- Lavaggio azoto – diluiz elio - pletismografo pag. 6

Meccanica respiratoria pag. 8

- Compliance polmonare e surfactante pag. 9

- Caratteristiche elastiche pag. 11

- Resistenza delle vie aeree e test per calcolarla pag. 14

- Patologie ostruttive e restrittive pag. 17

- Lavoro della respirazione pag. 19

Ventilazione pag. 22

- Metodi per calcolare lo spazio morto pag. 26

Diffusione pag. 28

- Rapporto ventilazione perfusione pag. 33

- Emogasanalisi pag. 34

Controllo della concentrazione di idrogenioni nel liquido extracellulare pag. 37

- Titolazione del sangue con acido fisso pag. 42

- Eccesso di basi pag. 45

Controllo della ventilazione pag. 45

2



4/04/08 (prof. Montarolo)Il sistema respiratorio è costituito da una pompa e uno scambiatore di calore, l pompa muove l’aria per mantenere costante la pressione del gas nello scambiatore che scambia col sangue attraverso una grande superficie.Avviene per scambio diffusivo (legge di Fick)

La respirazione esterna arriva fino all’esterno della cellula, poi si ha respirazione interna. Alla esterna partecipano il sistema respiratorio e cardiovascolare.POLMONE scambiatore di gas, è un grosso volume (grande rispetto alla quota immessa o tolta) è detto VOLUME ALVEOLARE, nel cadavere il volume polmonare corrisponde alla fine dell’espirazione tranquilla (capacità funzionale residua) sono in genere 3 litri.È fatto da milioni di alveoli.

Il volume alveolare è connesso all’esterno con un tubo vie aeree di conduzione. Lo spessore della membrana alveolare è di mezzo micron. È lo spessore che entra nella formula di Fick.

Aria secca aria umida gas alveolari sangue arterioso

N2 80% ; 600mmHg 563,5 569 573

O2 21% 159 149,2 104 100

H2O 0 47 47 47

CO2 0,3 0,3 40 40

3



TOT 760 mmHg 760 760 760

Quando l’aria entra nel sistema respiratorio obbligatoriamente si modifica perché c’è la tensione del vapore fissa che vale 47 mmHg. La tensione di vapore dipende dalla temperatura, che pressione ha a 37°C il vapore acqueo? 47mmHg.Introducendo questo gas deve variare la pressione degli altri. Si va a mescolare con l’aria alveolare e compare più CO2. il sangue arterioso ha una pressione dei gas simile, non contenuto, pressione!La pressione dei gas la possiamo variare artificialmete o cambiando ambiente.Se mantengo costante la pressione il volume aumenta al variare della temperatura (legge di Boyle)

Ripassare le leggi dei gas.Legge di Henry il volume percentuale di un gas presente in un liquido dipende dalla pressione del gas.Nel sangue troviamo N2, O2 e CO2 disciolti.Il polmone oltre alla respirazione ha le seguenti funzioni:

- serve per parlare- produce ACE- protegge dalle infezioni

per il fisiologo il sistema respiratorio è costituito da polmone, vie aeree e parete toracica, composta di gabbia toracica e diaframma.

Il polmone non è adeso alla parete, c’è la pleura che garantisce adesione e favorisce scivolamento come due vetrini da microscopio tenuti insieme da una goccia d’acqua.Pressione pleurica nel cadavere è subatmosferica -5 cmH2O, meno di 755 mmHg.La pressione negli alveoli è atmosferica, non si sgonfiano perché c’è un gradiente di pressione transmurale da 0 a -5 cmH20, si chiama pressione TRANSPOLMONARE e vale 5 cmH2O.La pressione transpolmonare è la differnza tra pressione alveolare e pressione pleurica.PRESSIONE TRANSTORACICA nel dadavere il torace è compresso : -5 – 0 = - 5.Gli alveoli compaiono attorno alla 17° ramificazione dei bronchi, volume contenuto nelle vie aeree 150 ml. L’asma è un aumento della resistenza delle vie aeree.

4



Chi ha l’asma può avere un punto di massima resistenza diverso da questo. Broncospasmo è dove la muscolatura bronchiale è più sviluppata, intorno a 10-11° ramificazione.La resistenza varia a seconda del volume polmonare. Se il volume è piccolo ha maggiore resistenza al flusso.Superficie alveolare = 70mqA riposo il volume di aria che inspiriamo o espiriamo è mezzo litro VOLUME CORRENTE (TIDAL VOLUME volume di marea)Vc x F = 7500 ml volume/minuto di ventilazione totale. È un flusso.Vc: volume correnteF: frequenza degli atti respiratori 15/minIl volume corrente che a riposo vale 0.5 litri deve attraversare il sistema di conduzione, parte dell’aria sta nelle vie aeree (150 ml).Se facciamo 150 x 15 = 2250 aria che va su e giù per le vie aeree senza scambiare.Il resto va a rinfrescare il gas alveolare

Va: ventilazione alveolare = 5 litri5 litri d’aria si scambiano con 5 litri di sangue a riposo.

SPIROMETRIASpirometro di Beneditt, in genere è sostituito da uno più piccolo. Test di funzionalità.Il tracciato si chiama spirogramma.Normalmente si usa lo pneumotacografo indirettamente misura il flusso di aria che entra e che esce. Il boccaglio ha uno slargo con una resistenza fissa

Si sa il gradiente di pressione, la resistenza, l’integrale del flusso è il valore.Il volume inspirato ed espirato sono leggermente diversi perché l’ossigeno entrato non corrrisponde all’anidride carbonica che esce. Perché? I due volumi sarebbero uguali se si metabolizzasse solo glucosio, il quoziente respiratorio (rapporto tra anidride carbonica prodotta e ossigeno consumato) è 1solo per il glc, per altre sostanze è diverso.CV = capacità vitale, si fa inspirare il soggetto al massimo e poi espirare al massimoVR = volume respiratorio VR + CV = CPT : capacità polmonare totale

5



Capacità funzionale residua: normalmente si respira sopra.CFR è quella del cadavere ch più riposo di così…TV = volume correnteVRE = volume di riserva espiratorioVRI = volume di riserva inspiratorio

La capacità vitale è la quota di aria massima ventilabile. Il volume residuo non è misurabile. Si usa un trucco: tramite il pletismografo (o lavaggio d’azoto) o con il principio di diluizione (elio)TECNICA DI LAVAGGIO DELL’AZOTOAlla fine della espirazione tranquilla nel polmone è contenutao un quantitativo di azoto. È in equilibrio col sangue, quindi lo considero costante.QN2 = CN2 x VCFR Concentrazione di azoto nel volume alveolare per il volume di capacità funzionale residua.C lo posso misurare facilmente (non spieghiamo come). Se conoscessi Q ricavo V.Tolgo via tutto il CFR dell’azoto. Come faccio?Faccio respirare una miscela che contiene tutto tranne azoto. Vado avanti fincheè tutto l’azoto non si è trasferito nello spirometro, ne calcolo il volume e ricavo Q.

8/4/08TECNICA DELLA DILUIZIONE DELL’ELIOHo uno spirometro di cui conosco il volume e la concentrazione dell’elio. Uso questo gas perché è inerte e ha difficoltà a passare la barriera alveolo-capillare e non è tossico.Voglio conoscere V2 (CFR) attraverso un circuito chiuso l’elio si diluisce in maniera uniforme nel sistema respiratorio del soggetto.C1 x V1 = C2 x (V1 + V2)

Dopo l’equilibraturaV1 è il volume del recipiente col gasC1 è la concentrazione inizialeC2 è la concentrazione finaleRicavo V2 cioè CFR.Questi sistemi che utilizzano gas hanno un risvolto negativo: perché la misura sia accurata l’elio deve diffondersi uniformemente, se il soggetto ha un bronco otturato l’elio non penetra e la misura è inficiata da questo errore.PLETISMOGRAFO CORPOREOBasta una singola inspiratura, non ci sono problemi di ostruzione.È una cabina in cui il soggetto si alloggia, c’è un misuratorie di volume, di pressione. Misura la variazione di volume e pressione dell’aria contenuta nel pletismografo corporeo. Il paziente respira attraverso un boccaglio. Ci serve per misurare tante cose, ad es la capacità funzionale residua. Misura anche la pressione alveolare senza cateterizzazione.

6



Il soggetto ha un boccaglio attraverso cui possiamo misurare la pressione alla bocca che quando il sistema è FERMO equivale alla pressione alveolare.Poi c’è un otturatore attraverso il quale l’operatore interrompe il flussoIl principio è la legge di Boyle e MariotPV = k

Il manometro misura la pressione dell’aria nel pletismografo corporeo.A riposo P = Patm x V è quello che devo misurare.Allora faccio fare una respirazione normale al soggetto, quando inizia a inspirare chiudo l’otturatore. Il soggetto continua a inspirare senza che entri aria.

Quando inspira la pressione scende e il volume aumenta passando da V a V + ∆VSe conosco ∆V posso ricavare V.Come misuro ∆V? si applica la stessa regola dello spirometro, ogni variazione di pressione dello spirometro misura variazioni della pressione polmonare.Quando il soggetto inspira a glottide chiusa la pressione dello spirometro aumenta e a questo ∆P corrisponde un ∆V del polmone. Deve essere a glottide chiusa se no la pressione non aumenta, fa entrare altra aria nel polmone. Anziché avere il misuratore di pressione nello spirometro posso avere un misuratore di volume che mi misura il volume inspiratorio del volume per sottrazione. Posso misurare la pressione alla bocca come pressione alveolare perché il sistema è fermo.Basta un respiro solo. Non c’è problema del bronco otturato perché si espande anche a valle del bronco otturato.Variazioni fisiologiche dei volumi polmonari

L’aumento iniziale è dato dalla crescita.CPT un po’ diminuisce, ma soprattutto VR aumenta. Cosa implica la diminuzione della capacità vitale man mano che il tempo passa? La capacità di aria introducibile durante l’esercizio fisico è ridotta. Questo processo è dovuto alla modificazione delle caratteristiche elastiche del polmone.

7



MECCANICA RESPIRATORIAC’è una grossa corrente della patologia respiratoria legata alla meccanica respiratoria. La meccanica si compone di statica, dinamica e cinematica. Il mammifero utilizza la tecnica di pressione detta PRESSIONE NEGATIVA quando inspira spontaneamente.Possiamo usare la pressione positiva quando usiamo respiratori meccanici. Attaccare per lungo tempo un paziente al respiratore meccanico comporta grossi problemi circolatori. Se ho bisogno di lungo supporto si usa il polmone d’acciaio che usa la pressione negativa.Come avviene l’atto respiratorio normale a riposo?L’inspirazione è attiva e l’espirazione passiva. Significa che i muscoli inspiratori consumano ossigeno, mentre passiva significa che l’energia accumulata per l’inspirazione mi serve anche per l’espirazione. Sono solo i muscoli inspiratori che hanno consumato ossigeno.Il diaframma è innervato dal frenico (C1-C5)Gli intercostali originano da C5-T12 e innervano i muscoli omonimi.Muscoli accessori sono: sternocleidomastoideo, scaleni.Espiratori: muscoli addominali e intercostali interni.L’inspirazione è introduzione di aria dallesterno all’interno, quando c’è flusso ci deve essere un gradiente di pressione tale per cui l’aria entra. L’atto espiratorio inverte il gradiente e l’aria esce.

Pbs: pressione barometricaPp: pressione pleuricaPm: pressione alla boccaLa pressione alveolare deve diventare minore della Pm.In mezzo ci sono le vie respiratorie che offrono resistenza (in condizioni normali è trascurabile).Dato 100 il consumo di ossigeno dei muscoli respiratori se ne usa 5 per creare il gradiente. Possono aumetare molto le resistenze al punto che gran parte dell’ossigeno ricavato dall’inspirazione è consumato per l’atto inspiratorio successivo.PRESSIONE TRANSPOLMONARE: mantiene il polmone a un certo stato di voume (Palv – Ppl)PRESSIONE TRANSTORACICA mantiene il torace a un certo volume Ptc = Ppl – PbsPRESSIONE RESPIRATORIA TRANSMURALE Prs = Palv – PbsNon si usano valori assoluti delle pressioni, ma le transmurali che sono differenziali.A livello del mare Pbs = 760 mmHg per noi è 0A liv del mare Ppl = 756 per noi – 5 cmH2ONel polmone a CFR (cadavere) la pressione alveolare è uguale a quella atmosferica = 0Qual è a CFR la transpolmonare? Palv – Ppl = 0 – (-5) = + 5 cmH2=Se la transpolmonare aumenta il polmone gonfia se diminuisce si riduce. Se non c’è transpolmonare è del tutto collassato VOLUME MINIMALE 150 – 200 mlTranstoracica – 5 – 0 = - 5 il torace è comrpessoTp = 0 – (-5) = 5 il polmone è gonfio, sviluppa una forza elastica di 5 che tende a chiudere il polmone.

8



Tt = -5 – 0 = -5 equivale a condizione elastica di estensione. A riposo il sistema sta fermo perché le due freccie sono uguali e contrarie.

Dentro al polmone ci sono 3 lirtri CFR nasce dall’equivalenza di queste due forze. Se una delle due forze molla si ristabilisce un nuovo equilibrio. I muscoli turbano l’equilibrio. Quando i muscoli smettono di contrarsi il sistema torna all’equilibrio.L’azione di queste 2 forze uguali e opposte che agiscono a cavallo di uno spazio è l’accoppiamento meccanico che esiste tra polmone e torace. Il liquido pleurico non fa altro che facilitare l’accoppiamento migliorando l’adesione delle due pleure fino ai suoi minimi recessi.0 -10 è la fine dell’inspirazione, il sistema è fermo, poi inverte il gradiente.I muscoli fanno muovere la parete e dietro gli va il polmone.

A è la pressione endoalveolare (siamo a 760)B è la pressione pleuricaC è il flusso dell’aria.Come disaccoppio il sistema polmone-torace così che anche se compio l’atto respiratorio il polmone non si muove? È come due persone che giocano al tiro alla fune, se taglio la corda ognuno va per i fatti suoi. Equivale a unire lo spazio pleurico con l’esterno.Nell’uomo i due emitoraci sono separati, ci può essere disaccoppiamento di un polmone mentre l’altro funziona.Si può avere pneumotorace anche se buco il polmone. È più frequente e più difficile da valutare della coltellata. Se può parlare il paziente riferisce dispnea (non respira) ma ci sono tante cause.Se c’è aria nel torace rimbomba di più che in condizioni normali.L’ATP bruciata nel muscolo serve a vincere le forze elastiche e la resistenza delle vie aeree.Molte patologie respiratorie implicano variazione delle caratteristiche elastiche della parete toracica o più frequentemente del polmone.Molte patologie respiratorie hanno anormale resistenza al flusso aereo.

9



La relazione è detta compliance. Nelle condizioni ottimali un centimentro d’acqua modifia il volume polmonare di 200 ml.Nei pazienti misuro la traspolmonare in relazione dei volumi che faccio assumere con lo spirometro. In condizioni statiche.Polmone isolato, cadavere. Lo gonfio con volumi noti e misuro la Tp. Da 0 (volume minimale) al massimo. Nel polmone intatto questo grafico non lo vedo mai.

Volume minimale 25 ml (non è un polmone umano)A = curva insufflatoriaB = curva essufflatoria è diversa da quella insufflatoria: questo fenomeno è detto istèresi.C’è una zona più facilmente distensibile e una meno facilmente distensibile.Ora riempio il polmone di fisiologica anziché d’aria e ottengo le curve C e D, è più distensibile e non è isterico.Alveolo: sfera rivestita da acqua. L’acqua tende a farla collassare. (tende alla goccia).Forza di tensione, si esercita se c’è differenza di interfaccia col gas. Se la riempio d’acqua non c’è.Parte dell’isteresi è dovuta alla tensione superficiale, parte dell’ossigeno consumato dai muscoli respiratori serve per vincere la tensione superficiale e parte per vincere le caratteristiche elastiche del polmone.Le forze elastiche normalmente sono modeste.Una banale osservazione ha suggerito che ci deve essere qualcosa che modifica la tensione.La legge di Laplace dice che a un’interfaccia aria-liquido si sviluppa una tensione per cui la superficie tende a ridursi. La tensione superficiale è τ , mentre T è riserveto alla tensione elastica (quella della parete dell’arteria).Ne consegue che quando la bolla acquosa è grande P vale tot e quando la bolla è più piccola P è diversa.A meno che tutti gli alveoli fossero uguali si avrebbe un unico grosso alveolo perché i più piccoli si svuoterebbero nel più grosso. τ varia in relazione al volume dell’alveolo, cos’ P rimane uguale. Seguendo questo ragionamento al variare di r deve variare τ.Esiste una sostanza tensioattiva (diminuisce τ) e lo fa in modo che τ vari in relazione alla superficie dell’interfaccia con l’aria.Esperimento.Lamina di platino, si misura con una bilancia la forza necessaria per staccare la lamina dall’acqua.

1



Serve tensione per allontanare la lamina dall’acqua. Se prendo un sapone qualsiasi (tensioattivo) e lo metto nell’acqua la tensione diminuisce. Il tensioattivo diminuisce la tensione ma non la fa variare a seconda della superficie. Per capire questo si usa la bilancia di superficie.Uso un galleggiante che misura la superficie acquosa, lo muovo sull’acqua e condenso in una superficie più piccola il detergente. Così misuro ad ogni variazione di superficie la tensione, questo resta fisso indipendentemente dalla superficie. L’estratto polmonare invece abbassa la tensione in funzione della superficie su cui si trova spalmata.

Componente principale del surfactante è la dipalmitoilfosfatidilcolina. Quando l’alveolo è più piccolo il surfactante per unità di superficie è più concentrato.Il surfactante:

- aumenta la compliance del polmone- promuove la stabilità degli alveoli- mantiene secchi gli alveoli (se collassano tendono a succhiare fluido dai capillari

polmonari).

INFANT RESPIRATORY DISEASE SYNDROME (IRDS)Il surfactante non fa il suo lavoro perchè non è buono o non è sufficiente. Il polmone è molto rigido. Il surfactante è prodotto in maniera sufficiente a partire dal settimo mese di gestazione (la tiroide del feto deve funzionare). Il neonato va intubato con una pompa respiratoria attendendo che il surfactante sia prodotto.Si può calcolare l’età gestazionale in base alla produzione di surfactante. Ci può essere un difetto genico della produzione anche se è nato allo stadio di maturità giusto.

9/4/08ANALISI DELLE CARATTERISTICHE ELASTICHEIl volume del polmone è determinato dalla pressione transmurale. Come si misura la Pt nell’uomo? In condizioni statiche la pressione alveolare è uguale alla pressione alla bocca. Durante l’atto respiratorio è diverso. Il problema è misurare la pressione pleurica, in genere si fa un sondino naso-esofageo poiché l’esofago è inserito nello spazio pleurico e risente di tale pressione a meno che non sia attraversato dall’onda peristaltica.Se la pressione pleurica vale -8 registro nel’esofago -5 ma va bene lo stesso.Faccio inspirare al paziente volumi successivi e per non complicare le cose lo faccio restare fermo con la bocca aperta mantenendo contratti i muscoli della parete toracica. La pressione alveolare in queste condizioni vale 0.Così può cominciare dal volume residuo fino al 100% della capacità totale, si ottiene questa curvaCURVA DELLA COMPLIANCE

1



Il polmone non è a riposo al volume residuo, la pressione vale 3 cmH2O, fisiologicamente non raggiungo mai pressione 0.Al 100% della capacità vitale la transpolmonare è circa 30 (la pressione pleurica vale -30) la curva ha una pendenza che varia, la componente elastica del polmone non ha elasticità linerare.Dove la compliance è maggiore per 1 cm H2O si ha una differenza di volume di 200 ml.Il polmone è sempre al di sopra del suo volume di riposo (lo raggiunge solo nello pneumotorace).La transpolmonare è sempre positiva, il polmone tende sempre a collassarsi. In stati patologici che colpiscono il parenchima polmonare si modifica la compliance.

A volte ci sono patologie che alterano la compliance del torace. Si può calcolare sempre con il sondino, ma il paziente non deve tenere i muscoli contratti. Gli si fa inspirare o espirare volume noti e poi gli si impedisce l’uscita dell’aria bloccando con una serranda il manometro del boccaglio. Così calcolo la transtoracica.

V Chest il torace a questo volume è a riposo.La compliance è uguale a quella del polmone 220 ml/cmH2OPoi c’è la compliance dell’intero sistema respiratorio, la differnza tra alveolo e la barometrica. Faccio respirare diversi volumi, ad ogni volume blocco il manometro e faccio rilasciare i muscoli. Pressione alveolare – pressione esterna.Che relazione c’è tra compliance del polmone e del torace? I due sistemi sono due resistenze in parallelo. Applico la legge delle resistenze in parallelo1/complicance tot = 1/compl polm + 1/compl toraceIl volume di riposo del torace = 65% della CPTSopra il 65% la Pressione transtoracica è positiva, il torace tende a collassareSotto il 65% la pressione transtoracica è negativa, il torace tende a espandersi

1



Curva totale del sistema respiratorio

Si fa con miorilassante perché non è facile rilassare i muscoli del torace.Quando è fermo l’intero sistema? Quando la transrespiratoria è zero, al 45% della capacità totale CFR (capacità funzionale residua).È fermo perché la transpolmonare è +5 e la transtoracica è -5. spontaneamente per ritorno elastico tende alla CFR.A RV il torace vale -20 il polmone +2, tira molto di più il torace.La CFR non è fissa per sempre nello stesso individuo, perché quando cambiano in maniera acuta o cronica le componenti elastiche il sistema trova un altro equilibrio.Con l’età aumenta il VR perché cambia l’elasticità del polmone.La capacità funzionale residua è la condizione in cui il sistema respiratorio è a riposo. Le 2 forze elastiche toraciche e polmonari sono uguali e opposte. Durante lo peumotorace si ha disaccoppiamento. La parete toracica e il polmone tornano ognuno al proprio equilibrio.Come si paragona la compliance di un neonato a quella di un adulto?Compliance specifica = compliance / CFRLa curva di compliance del polmone del ratto è uguale rapportata a quella umana.Malattie da aumento di compliance (il polmone fa fatica a tornare indietro)

- invecchiamento- enfisema

malattie da ridotta compliance (è difficile distenderlo)- fibrosi polmonare- edema (es rheumatic heart desease)

spesso fibrosi ed enfisema sono malattie professionali. Dovute ad inspirazione di polveri diverse.

La parete toracica raramente subisce modificazioni di elasticità, possono essere difetti della colonna vertebrale (cifoscoliosi)Suò diventare funzionalmente più rigida quando il contenuto addominale schiaccia, es gravidanza, ascite.In realtà la pressione pleurica non è unica per tutto lo spazio pleurico, il polmone è soggetto alla forza peso. Ci sono zone superiori e inferiori e questo dipende dalla posizione del soggetto.

1



Ilizarov, ortopedico russo ha inventato l’avvitamento delle fratture. Prima i pazienti erano costretti a letto, era difficile cambiarli di posizione e alcune aree del polmone erano ipoventilate. Qui crescono pneumococchi e altri microosrganismi che causano polmonite, perciò questi pazienti morivano quasi tutti di polmonite.Se prendiamo un soggetto in piedi la pressione pleurica misura -8 cm H2O all’apice e -3 alla base. Gli alveoli sono più grossi all’apiceIn un soggetto sdraiato alla base misura +4 e all’apice 0. alla base l’alveolo è collassato, zona di ipoventilazione.La causa della discrepanza è la forza peso. All’apice la pressione pleurica è -10 (la transpolmonare vale 10) alla base è -2,5 (la Ptp vale 2,5). L’alveolo apicale è più grande di quello basale. Ne consegue che è più ventilata la parte basale, perché mentre dove è piccolo ha spazio per allargarsi dove è già largo non può farlo più di tanto.L’apice si trova in alto nella curva della compliance del polmone mentre la base si trova in basso.

EsperimentoSi fa inspirare al soggetto Xe marcato, poi si calcola l’entità della radiazione e vedo che la radioattività è concentrata nella parte bassa del polmone e meno nella parte alta. Se il soggetto è sdraiato cambia tutto.

RESISTENZA DELLE VIE AEREE

Si misura la resistenza con fusso e differenza di pressione. Il flusso è facile da misurare con il pneumotacografo, la differenza di pressione è più complesso. Non posso usare una sonda agli alveoli per misurare la pressione perché è complicato e la presenza della sonda inficierebbe la misura. Uso il pletismografo corporeo che attraverso le variazioni di pressione dell’aria del pletismografo posso valutare la pressione endoalveolare durante l’atto respiratorio.Così calcolo la resistenza. In genere la resistenza inspiratoria è uguale a quella espiratoria anche se non sempre è vero.Si può avere turbolenza quando la respirazione è molto veloce o per ostruzioni. La maggior resistenza è a livello dei bronchioli (4° - 5° diramazione).

Non tutto è ugualmente distensibile per via delle cartilagini. La resistenza varia in funzione del volume polmonare. In profonda inspirazione la resistenza è minore in espirazione la resistenza è maggiore.Gli asmatici respirano a grando volumi polmonari. I tubi sono distensibili e sentono l’ambiente interno che è elastico.La retrazione elastica del polmone è massima a grande volume, possiamo immaginarla applicata alla superficie del bronchiolo come una forza radiale

1



La trazione radiale è funzione del volume polmonare, l’enfisema diminuisce la trazione radiale.Quando la forza aumenta il bronchiolo si allarga.Broncocostrizione fisiologica

- aumento tono delle fibre vagali- istamina

broncodilatazione- beta agonisti broncodilatazione ci sono negli spray per asmatici- anticolinergici

lo stramonio con cui si facevano le sigarette per asmatici contiene un anticolinergico.

TEST DELLA ESPIRAZIONE FORZATAUna volta si faceva spegnendo un fiammifero con la bocca aperta.Il soggetto è invitato a inspirare il 100% della capacità vitale e poi a espirare il più velocemente possibile.

Sono importanti due dati: la capacità vitale forzata e l’aria buttata fuori nel primo secondo (freccia rossa). L’indice di TIFFENAU è il rapporto tra i due (secondo/primo). in genere vale il 70-80%Una diminuzione è indice possibile di due patologie:

- ostruttive- restrittive

10/4/08CAPACITA’ VITALE FORZATAFEV1.0/FVC RATIO

1



Nellarestrittiva ho ridotta capacità ma le resistenze non sono inficiate.Il disturbo ostruttivo ha difficoltà a buttar fuori l’aria.In quello restrittivo fa fatica a tirare l’aria dentro.Misuriamo il flusso.Il metodo più semplice è sapere quanta aria è buttata fuoti in A, quanta in B, si fa la differenza e si divide per il tempo.

Forced espiratory flow (FEF) nel soggetto normale vale circa 3,5 litri/sec.In un disturbo ostruttivo è più basso, 1,4 litri/sec.Il restrittivo ha valore simile al normale.Patologie ostruttive, la perdita di alveoli ha gravi conseguenze sulle caratteristiche elastiche del parenchi,a polmonare (diminuisce l’elasticità).La compliance aumenta, è un problema perché andaimo a modificare la resistenza al flusso la forza radiale sui bronchioli diminuisce.Torace a botte. È facile a volte vedere persone anziane con questo aspetto vigoroso, balle, è tutto finto, basta fargli fare un po’ di scale per accorgersene.Alla percussione il torace a botte suona.Nella fibrosi aumenta la tensione elastica e il polmone si tira dietro il torace.Questa azione si esercita non sono sui bronchi ma anche sui vasi sanguigni.

Le patologie ostruttive hanno problema di resistenza al flusso che si manifesta più nell’espirazione che nell’inspirazione.La patologia restrittiva ha difficoltà a inspirare, fibrosi interstiziale o sarcoidosi. Prove in espirazione.

1



OSTRUTTIVO RESTRITTIVO

FEV diminuita diminuita (per motivi opposti)

FVC diminuita diminuita

FEV1.0/FVC diminuita invariata o aumentata

PEAK FLOW diminuito diminuito o invariato

RV/TLC aumentato invariato

Analisi sofisticata dell’espirazione forzata.

Dal primo grafico tiro le tangenti in vari punti e ottengo il flusso. Se le metto su in grafico in funzione del volume espirato ottengo il secondo grafico.La velocità lineare di flusso diminuise inesorabilmenteINVILUPPO IMPENETRABILE anche se faccio molto sforzo non cambio questa curva. Per questo è detto BRACCIO DELLA CURVA INDIPENDENTE.Si può fare con più volumi andando più veloce o più piano, ma non cambia.

1



Dipende dalla geometria del sistema.Il picco di flusso avviene nella respirazione forzata subito (sotto al secondo, in genere nei primi 100 o 150 msec) poi si sviluppa una relazione indipendente dallo sforzo, il flusso dipende solo dal richiamo elastico e cade mentre l’espirazione continua.Cosa capita nell’espirazione?La forza motrice dell’espirazione è la differenza di pressione.(tra bocca e alveolo?)Palv = Ppl + PelasticaLa pressione pleurica è costante, la Pel dipende da quanto è grande l’alveolo.Caduta di pressione lungo in tubo.

Espirazione forzata, la pressione pleurica è positiva (oltrepassa l’atmosfera) + 20 cmH2O ad es.Quando il polmone è espanso al massimo c’è un valore di ritorno elastico di ad es 15 mmHg.Qual è la pressione alveolare nello sforzo espiratorio a volumi elevati? 35Il tubo sente l’influenza della pressione pleurica, il gradiente di pressione lungo il tubo è maggiore della pressione pleurica per questo il tubo sta aperto (oltre che per la retrazione elastica degli alveoli a fianco) e l’aria può uscire.Passiamo a un volume più piccolo

Ppl vale sempre +20 la Palv non vale più35 perché l’alveolo è più piccolo, quindi varrà ad es 10.Lungo il tubo cosa si verifica? C’è un luogo in cui la pressione esterna è maggioere di quella interna. Il tubo è distensibile quindi si chiude, più spingiamo e più si chiude. Da cosa dipende il flusso? Non dalla differenza di pressione tra alveolo e bocca ma dalla differenza di pressione ai due lati del tubo che sta collassando.EQUAL PRESSION POINT si verifica quando la pressione interna è = alla pressione esterna.Il flusso dipende solo dallo stato elastico. Se perdo la retrazione elastica ci sono problemi espiratori.ENFISEMAPel = 10 mmHg normalePpl = 20 mmHg

1



Ppl = 20 mmHg enfisemaPel = 5 mmHg si chiude prima.È un fenomeo che puiò diventare marcato anche nella espirazione non forzata.

Come si potrebbe favorire il flusso espiratorio?- respirare a grandi volumi (aumenta la pressione generata dalla retrazione elastica)- respirare lentamente e non forzatamente- respirare a scatti per diminuire la pressione alla bocca, mettendo periodicamente

resistenze alla bocca aumenta la pressione e l’aria può uscire.

Espirazione forzata:- Ppl è positiva fuori dalle vie aeree- EPP (equal pression point) punto in cui Pairway è uguale a Ppl- I bronchi collassano è una delle spinte evolutive che ha portato alla cartilagine- Flusso proporzionale a Palv e Pepp

Un individuo sano non raggiungerebbe la pressione in cui si chiudono i bronchi. La raggiungerebbe per volumi al di sotto del volume residuo.Nelle patologie questa pressione di chiusura si raggiunge anche a volumi maggiori.

LAVORO DELLA RESPIRAZIONE

I muscoli respiratori usano la tensione per superare due resistenze:- al flusso aereo- resistenze elasticheL = F x S = P/VMisuriamo il lavoro che fa il polmone muovendosi.∆P transmurale polmonare e il volume.Prendiamo un atto respiratorio a riposo (1/2litro)

1



Se devo calcolare il lavoro devo mettere in relazione la transmurale (verde chiaro) e il volume (rosa).Devo usare il dinamico se no non c’è lavoro. Quello statico si ottiene respirando a pezzi o con un atto respiratorio estremamente lento tale che il flusso è trascurabile e la Palv è 0. eliminiamo le resistenze al flusso.Nell’atto normale le resistenze intervengono, la differenza tra la curva statica e la dinamica è il lavoro che devo fare in più per superare le resistenze al flusso.Press/vol e non vol/press come fanno tutti i libri.Ottengo questa curva:

Se usassi la pressione statica avrei solo il triangolo rosso.In genere i grafici sono girati

Con lo neumotacografo misuro il volume e con il sondino naso-esofageo la Ppl.Il loop respiratorio non c’entra niente con l’isteresi!!!!L’area ABCDA corrisponde al grafico di prima. Non parto da 0 perché la pressione pleurica non è 0.Cos’è il rettangolo rosso 0AD1? Non è lavoro? Sì è lavoro, c’è differenza tra ABCDA e 0AD1? Sì, ABCDA è un lavoro che faccio ogni volta che respiro mentre 0AD1 l’ho fatto una sola volta alla nascita nei primi 2 o 3 atti respiratori. È necessario per portare Ppl a -5. lo rifaccio quando c’è uno pneumotorace ma non lo faccio io c’è una pompa, se no schiatto.

2



Nella realtà al posto dello 0 ci dovrebbe essere -5, si mette 0 per comodità ma è concettualmente sbagliato.Lavoro per portare CFR a CFR + 1/2litro.Siccome ci sono anche resistenze non è lineare ma ho il grafico B. la pancia di B rappresenta il lavoro fatto per vincere la resistenza al flusso. Più l’atto respiratorio è lento più la pancia si riduce. Al limite infinito ho la retta di A.L’atto respiratorio giace nell’area totale, vuol dire che non ho bisogno di energia, l’abbiamo già accumulata. Se facciamo un atto respiratorio forzato sconfiniamo da triangolo rosso e questo lavoro è compiuto dai muscoli e si somma a quello elastico.

Il alvoro respiratorio può aumentare se aumentano le resistenze al flusso, se aumenta la rigidità del polmone. Cos’è la linea tratteggiata? È un pezzo della compliance, è una transmurale.

2



Se il polmone è più rigiro si sposta la curva a destra, lavoro di più e consumo più ossigeno.

VENTILAZIONEVentilazione totale o vol/min prodotto del volume corrente per la frequenza.Parte dall’aria inspirata e va a rinfrescare lo spazio morto quota dell’aria inspirata che non partecipa agli scambi respiratori. È quella in genere che occupa le vie aeree. Per distinguerlo è stato chiamato SPAZIO MORTO ANATOMICO. È possibile che anche una quota del distretto alveolare non partecipi agli scambi (ad es sono chiusi i vasi sanguigni sotto). L’insieme delle due cose è detto SPAZIO MORTO FUNZIONALE, in condizioni normali coincide con quello anatomica.Possiamo aumentare lo spazio morto anatomico?Sì, prolungandolo con un tubo ad es gli individui attaccati al respiratorie o con un boccaglio. Il boccaglio ha lunghezza fissa stabilita dai medici tedeschi della seconda guerra mondiale.Il cane ha ventilazione dello spazio morto che ha funzione solo termoregolatoria, ansima e ogni tanto interrompe con un respiro profondo.

La ventilazione totale è uguale alla vetilazione dello spazio morto più la ventilazione alveolare.Si può misurare tutti facilmente.Si raccoglie l’aria espirata in un grosso sacco (sacco di Gaist???)Come si fa a sapere l’aria che in un minuto va agli alveoli?Non si può separare, le due arie si mescolano. Uso il principio della diluizione.Vol x conc = quantitàSapendo il volume del sacco e conoscendo la quantità di CO2 so quanto CO2 c’era nella zona alveolare, posso ricavare la quota di aria che c’è negli alveoli.La quantità finale di CO2 è la quantità di CO2 negli alveoli per la frazione di CO2 nell’aria alveolare (che posso calcolare esaminando l’ultima quota dell’aria espirata, uguale a quella alveolare).

La frazione di CO2 è funzione della sua pressione parziale per una costante. Sapendo la costante calcolo la pressione di CO2. ora posso misurare la pCO2 non nell’aria alveolare ma nel sangue arterioso.C’è anche un altro modo.

2



la calcolo raccogliendo l’aria in un minuto

è più facile di dopo un minuto misuro la quantità di CO2 (è quella che produco in 1 minuto, indice metabolico)

So che questa quantotà era contenuta nello spazio alveolare secondo la relazione La produzione di CO2 in un minuto è Fa x k

PCO2 = Fa x kConsideriamo la quota di CO2 nell’ambiente esterno trascurabile.

è la produzione di CO2 al minuto (metabolico)K deriva dal fatto che il modo di misurare i volumi è differente. Il gas varia in funzione della temperatura ed è diverso se lo misuriamo a temperatura ambiente o corporea. I fisiologi non si sono messi d’accordo perché VCO2 è misurato in un modo e la ventilazione in un altro. Per far combaciare le cose esce fuori k.

Dice che il polmone è uno scambiatore di gas. La pressione alveolare di CO2 è in equilibrio tra ventilazione alveolare e produzione di CO2. la PCO2 era nel sangue. La produzione di CO2 al minuto è uguale alla quantità di CO2 che entra nello scambiatore.

PCO2 risulta dall’equilibrio tra entrata e uscita.Si aumenta l’uscita PCO2 scende, questo modello ventilatorio in cui PCO2 scende è detto IPERVENTILAZIONE non è aumento di ventilazione qualsiasi, è accompagnato da caduta ci CO2 alveolare. Durante la corsa non si iperventila perché viene prodotta più CO2. al contrario se si riduce l’uscita la PCO2 sale IPOVENTILAZIONE (basta smettere di respirare).

2



15/4/08

Aria secca aria umida gas alveolari sangue arterioso aria espirata

N2 600mmHg 563,5 569 573 566

O2 21% 159 149,2 104 100 120

H2O 0 47 47 47 47

CO2 0,3 0,3 40 40 27

TOT 760 mmHg 760 760 760 760

L’ossigeno nell’aria espirata è di più che nell’aria alveolare perché nello spazio morto non si è consumato ossigeno.CO2 diminuisce per lo stesso motivo.Imparare bene questa tabella.

LEGGE DI DALTON

VA x FACO2 = VCO2

Il volume alveolare per la frazione alveolare di CO2 è uguale al volume di CO2 al minuto.PCO2 = (VCO2 / VA) x 863PCO2 = FACO2

863 nasce dal fatto che VCO2 è misurato in BTPS [temperatura corporea, pressione ambientale e saturazione di vapor d’acqua] e VA in STPBPAO2 = PIO2 – (VO2 / VA) x 863La cellula consuma l’ossigeno creando un gradiente. L’entrata di O2 corrisponde alla ventialzione, l’uscita al consumo di O2 (ml/min)Dobbiamo tener conto anche dell’ossigeno nell’aria inspirata (a differenza di CO2) PIO2 : pressione di ossigeno in ingresso.Possiamo ricavarne un grafico.Se la ventilazione alveolare sale la pressione alveolare di ossigeno (PAO2) sale, ma solo fino al vallore del contenitore da cui stiamo inspirando.Se diminuisce la ventilazione alveolare e si mantiene costante tutto il resto la PAO2 scende.Le pressioni non rimangono perfettamente costanti durante l’atto respiratorio. Ma le oscillazioni sono piccole.

2



Perché all’inizio dell’inspirazione l’ossigeno scende e la CO2 sale? Vedi sul libro.Fattori che determinano la PO2 nell’aria alveolare.

- ossigeno inspirato- condizioni metaboliche- ventiazione

PCO2- si assume che nell’aria inspirata non ci sia CO2- metabolismo- ventilazione

Ventilazione totale al minuto = 7 litri, ventilazione alveolare 5 litri/minSe aumentiamo la ventilazione la PCO2 scende a 20, ogni volta che raddoppio la ventilazione la PCO2 si dimezza. L’ossigeno invece non raddoppia, aumenta ma fino a un asintoto che p l’ossigeno contenuto nell’aria inspirata.Nella curva della PCO2 mantenuamo costante il metabolismo (a riposo volume 250 ml/min curva isometabolica)

Se aumento il metabolismo mantenendo costante la ventilazione ottengo un’altra curva in cui la PO2 scende.Per farla rimanere costante ad un aumento del metabolismo devo aumentare la ventilazione (punto E). Il contrario se diminuisce il metabolismo.Lo stesso vale per la CO2

2



Si intende ipoventilazione un mismatch tra metabolismo e ventilazione che ha come conseguenza l’aumento di CO2 nell’aria alveolare.L’iperventilazione è un altro mismatch in cui la PCO2 alveolare diminuisce perchè viene buttata via più di quanto è prodotta.Quando si fa esercizio fisico non si iperventila, si ha tachipnea, la Pco2 è costante.SPAZIO MORTOQuota di aria inspirata che non partecipa agli scambi respiratori. In patologia parte dell’aria degli alveoli non scambia. L’insieme di questo spazio e di quello anatomico si chiama SPAZIO MORTO FISIOLOGICO.In genere lo spazio morto si calcola in modo diretto, basta un singolo respiro.Si potrebbe anche ricavare dalla formula di prima ma è più complesso.2 metodi:1) metodo di FOWLER (spazio morto anatomico)2) spazio morto fisiologico.

2



1. TECNICA DEL SINGOLO RESPIRO – METODO DI FOWLER

Inspiro ossigeno puro. Dopo un respiro solo avrò nell’alveolo O2, N2, CO2 e vapore acqueo. Nelle vie aeree ho solo O2. lo faccio espirare e monitorizzo la frazione di N2.Inizialmente la quantità di aria espirata è priva di N2. valutarla come spazio morto è sottostimarla Perché non è detto che o spazio morto contenga solo ossigeno, si mescola con la miscela alveolare. Poi man mano che espiro l’azoto sale fino a raggiungere un plateau, consideriamo lo spazio morto il volume di espirazione fino alla metà tra solo ossigeno e il plateau dell’azoto. È una misura approssimativa. Misuro solo le vie aeree di conduzione, per misurare anche lo spazio morto alveolare dobbiamo modificare il ragionamento.

2. EQUAZIONE DI BOHRQuantità di gas nel volume espirato (VT) è uguale alla miscela di gas dello spazio morto e dello spazio morto alveolare.VT x FE = VD x FI + VA x FA

Se uso il gas giusto posso eliminare un elemento. Ad es la CO2 non c’è nell’aria inspirata, posso eliminare il secondo (VD x FI)VT x FE = VA x FA

riarrangioVA = VT – VD

VT x FE = (VT – VD) FA

VD/VT = (FACO2 – FECO2) / FACO2

Posso misurare tutto tranne VD e posso trasformare il volume in pressione

VD/VT = (PACO2 – PECO2) / PACO2

Questa è l’equazione di Bohr.Percepisco lo spazio morto anche dalle discrepanze tra PACO2 e PECO2.Se ammettiamo per assurdo che il polmone non scambi PACO2 è 0.Normalmente nel sano ideale PAO2 = PaO2 cioè la pressione di ossigeno nello spazio alveolare è uguale alla pressione di ossigeno nel sangue arterioso.

2



PAO2 - PaO2 differenzaPAO2 / PaO2 rapporto (ratio)Indicano lo scambio.

RAPPORTO TRA FREQUENZA DI VENTILAZIONE E VOLUMESe aumento tanto la frequenza diminuisce il volume corrente che può arrivare alle dimensioni dello spazio morto ventilazione alveolare = 0C’è un centro che fa sì che la ventilazione non salga fino a vanificare la ventilazione alveolare.

DIFFUSIONEPolmone ideale

I citocromi usano l’ossigeno, al di sotto di 0,5 – 0,6 mmHg non sono più in grado di utilizzarlo, è come se non ce ne fosse.Per arrivare a questo mmHg partiamo da 150 mmHg. Qui abbiamo la diffusione fino ai tessuti (liquido interstiziale), poi c’è quella nelle cellule e nei mitocondri.Il primo salto è nel polmone. Se il polmone è perfetto non si ha differenza tra il polmone e sangue. Questa perfetta equivalenza non ce l’ha nessuno perché

1. la diffusione non è omogenea2. ci sono degli shunt fisiologici (es vene bronchiali o vene di tebesio)3. diffusioni anormali

2



Quanto è lungo un capillare? 1 mmIl sangue a GC = 5 va a 1 mm/secDa cosa dipende la diffusione dell’ossigeno? Dalla formula di Fick che però non ha il tempo.Quando ci impiega dato lo spessore, la superficie ecc a diventare come la PAO2? 20 msec. Questo fattore temporale da cosa dipende?Facciamo un esperimento. Supponiamo che nel sangue non ci sia CO. Facciamo respirare CO a 100 mmHg in quanto tempo il sangue si mette in equilibirio? La figura dice mai. Perché appena arriva CO è portato via dall’Hb. Sarebbe in equilibrio solo se prima sautrasse Hb ma per farlo dovrebbe avere una diffusione elevatissima.Se proviamo con N2O che non è affine all’Hb si satura subito.L’ossigeno ha un valore intermedio perché l’avidità del trasportatore (Hb) per l’ossigeno non è così elevata come per CO. È un po’ flusso dipendente e un po’ perfusione-dipendente. Se c’è un prolema diffusivo non raggiunge l’equilibrio o ci mette molto più tempo (vedi curva patologica).Se dopo 0,25 sec è in equilibrio, a cosa servono i restanti 0,5 sec in cui non scambia gas? Se aumenta GC il globulo rosso va più veloce ad es 1mm/300 msec (equivale a GC = 25). Abbiamo appena il tempo di ossigenarlo. Se il soggetto inspira ossigeno al 100% il gradiente tra sangue venoso e aria alveolare diventa maggiore e “spinge” di più

È possibile ridurre il gradiente? Sì, ad alta quota. Ad es PAO2 è 50 mmHg a circa 6000 mt.

2



La PO2 sull’everest non è così bassa come dovrebbe essere. Non avevano tenuto conto della latitudine.

Maggior diffusibilità della CO2

16/4/08

Se il flusso è uguale e la caduta di pressione è diversa devono essere diverse le resistenze. Nel circolo destro la resistenza è minore. Nel distretto sinistro si ha caduta di pressione maggiore a livello delle arteriole mentre nel destro la caduta è monotonica. La lunghezza del distretto destro è minore del sinistro e questo influisce, ma influisce soprattutto il calibro dei vasi.Le caratteristiche elastiche delle pareti del distretto arterioso polmonare sono diverse da quello di sinistra. In particolare le arteriole sono dotate di componente muscolare liscia minore delle arteriole sistemiche. Significato evolutivo: nel circolo sistemico devono variare la distribuzione di flusso, mentre lo scambiatore di gas non ne ha bisogno. Anche l’innervazione varia. L’innervazione ortosimpatica è molto marcata nelle arteriole sistemiche, le arteriole polmonari hanno minore innervazione dell’autonomo (e il significato è dubbio).Le resistenze del circolo polmonare sono regolate da:

1) SNA (poco)

3



2) Volume polmonare3) Pressione interna (di spinta)4) Pressione dei gas

2. VOLUME POLMONARE

Sotto la CFR o sopra la resistenza aumenta. Perché? Effetto che il volume esercita sui vasi. Su certi tipi di vasi l’aumento del volume polmonare ha un effetto, su altri l’effetto opposto.Sui vasi extraalveolari la trazione radiale determina dilatazione, sui vasi capillari l’aumento della superficie alveolare opera un restringimento è come tirare un laccio emostatico, quando è stirato il diametro diminuisce. A volumi piccoli il vaso alveolare si allarga e quello extraalveolare si stringe. Condizione ottimale a CFR.

3. PRESSIONE INTERNA (DI SPINTA)

Al di fuori dei vasi vige la pressione alveolare. All’interno c’è la pressione generata dal cuore destro. Che relazione c’è tra le due?

3



L’aumento della pressione fa allargare il calibro dei vasi in maniera passiva. Il circolo polmonare è fatto di tanti vasi non tutti aperti, se aumenta la pressione cosa può succedere? Allargo i vasi già aperti o apro quelli chiusi. Questo fa calare la resistenza.

Non c’è nessun segno di autoregolazione. Anche questo ha un significato evolutivo, quando aumenta la pressione (es. aumento della gittata cardiaca) il vaso si dilata perché così il sangue va più piano e aumenta la superficie di scambio, quindi aumenta l’ossigenazione. I vasi polmonari rispondono a ipossia con vasocostrizione a differenza del circolo sistemico che risponde con vasodilatazione. Rispondono con vasocostrizione anche a ipercapnia. Siccome il circolo polmonare ha valori pressori bassi il fattore gravitazionale incide parecchio.La testa non è meno perfusa dei piedi perché rispetto all’alta pressione media del circolo sistemico la forza gravitazionale incide poco. Nel polmone dove la pressione media è bassa, 15 mmHg la spinta arriva fino a circa 15 cm, cioè giusto giusto all’apice del polmone. Qui all’apice ci sarà una pressione di 1mmHg o 0,5mmHg. Al di fuori c’è la pressione alveolare che può assumere valori positivi ad es durante l’espirazione (soprattutto forzata). Quando la press alveolare raggiunge 1-2mmHg il vaso polmonare si chiude.

all’apice la Pa (inizio del capillare) può essere inferiore della PA (alveolare). È la pressione esterna che guida il flusso e non la pressione aterovenosa.In condizioni fisiologiche se la Pa è bassa l’apice è perfuso lo stesso, ma essenzialmente durante la fase inspiratoria. Se la pressione cala può non essere perfuso per niente.Nella zona centrale del polmone c’è la Pv che può essere più bassa della PA, quindi si possono chiudere le vene.Nel terzo inferiore del polmone il flusso c’è sempre per azione della pompa. Si può arrestare un po’ nell’espirazione forzata.

3



RAPPORTO VENTILAZIONE PERFUSIONE

Perché lo scambiatore di gas funzioni bisogna accoppiare scambio di aria con scambio di sangue. L’ideale sarebbe che l’entità del flusso ematico sia uguale a quello aereo a livello del singolo alveolo.Questo è in parte verificato perché il polmone è più perfuso e più aerato alla base.Arterializzazione: significa rendere il sangue simile a quello arterioso (alta pO2 e bassa PCO2) L’arterializzazione è causata dalla ventilazione, dalla perfusione e dalla diffusione e in particolare dall’accoppiamento tra perfuzione e diffusione.Prendiamo uno studente che sta giù in biblioteca. Questa è un’abitudine che non so da quanto sia invalsa, che uno quando mangia studia, quando studia mangia. Questo studente a un certo punto sente un rumore forte, fa un salto e si infila una nocciolina nella trachea, che va ad occludere un bronco. Siccome avere una nocciolina in un bronco non è piacevole, questo si agita e gli parte un embolo dalla safena, già malmessa, e va ad occludere l’arteria bronchiale controlaterale. In questo caso (immagine a sinistra) muore entro 5 minuti perché si ha un perfetto disaccoppiamento tra ventilazione e perfusione: un polmone si aera ma non viene perfuso e l’altro è perfuso ma non aerato.

Se invece va un po’ meglio e l’embolo occlude l’arteria bronchiale omolaterale (immagine a destra) non muore, non c’è nessun problema perché l’accoppiamento tra ventilazione e perfusione è perfetto, è come se il polmone fosse stato asportato chirurgicamente.

La base ha rapporto ventilazione/perfusione sotto a 1, è meno ventilato di quanto sia perfuso. L’apice è più ventilato di quanto sia perfuso, c’è solo un punto a metà dove il rapporto è 1.Il sangue che esce dalla base è poco arterializzato, meno ossigeno e più anidride carbonica dell’apice. L’apice ha meno ossigeno in assoluto, ma tolgo solo una frazione di questo ossigeno quindi la PO2 sale. Il poco sangue porta poca PO2, quindi la PO2 a livello apicale scende.Il sangue uscente dalla zona apicale è altamente arterializzato

3



Caso A: Il rapporto ventilazione perfusione è =1O2 150 mmHg 100 equilibrio di PA e PaCO2 0 mmHg 40

Caso B una parte del polmone ha la ventilazione bloccata, il rapporto = 0 il sangue continua a circolare lentamente, la PAO2 è uguale al sangue venoso. O2 = 40 CO2 = 45Questo è un esempio di SHUNT

Cronicamente (nel tempo) un alveolo come B viene SEQUESTRATO, l’ipossia e l’ipercapnia dell’alveolo determinano vasocostrizione del distretto alveolare a monte, questo riduce il flusso (tenderebbe ad annullarlo) non spreco sangue per farlo passare in una zona inutile, tende all’ATELETTASIA

Caso C il sangue non passa, il rapporto è infinito.L’alveolo tende ad avere composizione di gas simile all’aria inpsirata. L’alveolo tende a scomparire nel tempo, l’ipocapnia broncocostringe fino a chiudere l’alveolo.È un esempio di aumento dello SPAZIO MORTO FISIOLOGICO

I valori ematici del polmone si trovano lungo questa linea.Vol % VA Q VA/Q PO2 PCO2 R(quoz resp)

Apice 7 0,24 0,07 3,3 132 28 2,0Base 13 0,82 1,29 0,68 89 42 0,65

Voglio calcolare quale sarebbe la PO2 e la PCO2 se il sangue che esce dall’apice fosse uguale a quello che esce dalla base.

3



Per la PCO2 posso fare semplicemente la media matematica perché è disciolta nel sangue, mentre per la PO2 non posso perché c’è l’emoglobina. Devo usare la curva dell’emoglobina. Vedo che percentuale di Hb lega ossigeno alla pressione dell’apice (132mmHg) e trovo ad es 98. poi guardo che percentuale di Hb lega l’ossigeno a pressione della base (98 mmHg) e trovo ad es 93. faccio la media e vedo sulla curva dell’Hb a che pressione corrisponde.Se in un distretto c’è ipossia vuol dire che il distretto è più perfuso che ventilato, c’è vasocostrizione, riduciamo il flusso ematico per equilibrarlo con la ventilazione. Se c’è ipocapnia il distretto è più ventilato, determina broncocostrizione per adeguarsi al diminuito flusso.L’ossigeno si scioglie poco nel sangue, è quello che esercita la pressione, poi c’è il trasportatore (Hb) e ho una certa affinità per il trasportatore. La capacità del sangue per l’ossigeno, quantità di ossigeno che il sangue può ottenere.

Per aumentare l’ossigeno totale posso mettere più ossigeno nel sangue, m l’ossigeno è tossico, i limiti sono 1-2 atm.Ossigeno iperbarico pressione a 1 o 2 atmosfere, serve ad es per l’intossicazione da CO, l’embolia gassosa, qualche infezione.Calcolo stechiometrico1 mole Hb lega 4 moli O264.500 g Hb legano 4 x 22,4 l O21 grammo di Hb lega 1,39 mol O2Nella realtà questo non è vero perché nessuno ha l’emoglobina ideale, ad es c’è la metemoglobina.Si approssima a 1,34 L’affinità dell’ossigeno per l’emoglobina dipende da PO2, se manteniamo costanti tutti questi fattori:

- pH della soluzione- temperatura della soluzione- pCO2 della soluzione- [2,3BPG] soluzione

Nei vari distretti circolatori tutto questo cambia. Per questo la curva è ideale, in realtà c’è una famiglia di curve che si usano quando varia uno dei parametri.

3



17/4/08

C’è molta più anidride carbonica che ossigeno nel sangue (più del doppio). La relazione è modificata dalla saturazione dell’ossigeno. Se il sangue non è ossigenato abbiamo la massima capacità di trasporto (fisiologicamente non avviene).Una curva si ottiene solo quando cambia una variabile per volta (la variabile indipendente). O2 fisso, pH fisso, cambia PCO2. nel sangue nelle varie località PCO2 e PO2 cambiano.

EFFETTO HALDANE il trasporto di anidride carbonica nel sangue è influenzato dall’ossigenazione del sangue stesso. È un’altra faccia dell’effetto Bohr (la quantità di ossigeno trasportato dal sangue è influenzata dal pH)La ragione sta nel fatto che la deossiemoglobina è un acido meno forte della ossiemoglobina.

La CO2 idratandosi compie questa reazione

L’aumento della pressione parziale di anidride carbonica spinge verso destra questa reazione e verso sinistra quella dell’emoglobina.

TRASPORTO DELLA CO2- bicarbonato- gruppi NH2 delle proteine- sciolta nel sangue

il rapporto varia perché la pressione parziale cambia.sangue arterioso: 80-90% HCO3-

3



5-10% carbammino composti5-10% disciolta

sangue venoso 30 carbammino60 HCO3-10 disciolta

CO2 + H2O HO3- + H+ emivita di 10 sec.Con l’anidrasi carbonica è più veloce.Parte della CO2 si lega all’estremità NH2 di Hb (non si sostituisce all’ossigeno nella tasca!!!!)HCO3- nel liquido interstiziale deriva dal globulo rosso, in scambio con Cl- (shift dei cloruri) il globulo rosso si gonfia perché entra calcio (vedi perché).

VALORI EMOGASANALISIPO2 SO2 [O2]lO2/l sangue PCO2 [CO2] pH

SangueArterioso 90 97 0,20 40 0,48 7,40

SangueVenoso 40 73 0,15 46 0,52 7,35

CONTROLLO DELLA CONCENTRAZIONE DI H+ NEL LIQUIDO EXTRACELLULARE

Varia a seconda dei liquidi che consideriamo.La situazione generale dell’organismo si deduce campionando il sangue arterioso, l’alternativa è il sangue venoso misto, ma va preso nel cuore.H+ 40 n moliNa+ 145 m moliLa concentrazione di H+ è molto bassa, ma noi togliamo e mettiamo millimoli di H+ mantenendo nonostante ciò un range piuttosto costante.Il range va mantenuto stretto perché se aumenta H+ si altera la struttura delle proteine. L’enzima più sensibile è la PFK (fosfofruttochinasi)I sistemi che mantengono lo ione in un range ristretto sono- chimico fisici sistemi tampone

3



Fisiologici sistema respiratorio e rene

PH DI ALCUNI FLUIDI FISIOLOGICISucco gastrico 0,7Lisosomi 5,5Acqua neutra a 37° 6,81Citosol 7,2Liquido cerebro spinale 7,3 ho meno sostanze tamponePlasma arterioso 7,4Matrice mitocondriale 7,5Succo pancreatico 8,1

In questa soluzione aggiungo e tolgo H+ ottenendo la curva di titolazioneLegge di azione di massa

Se il tampone fosse perfetto avremmo una linea orizzontale (il pH rimane costante)La forza tampone si misura in Slike3 sono i principali sistemi tamponi del sangue:- H2CO3 – HCO3- + H+- fosfati- proteine (Hb) PH – P- + H+

L’Hb per il fatto che si desossigena fa sparire dalla soluzione H+, mentre per il fatto che si ossigena cede H+.Se non succede altro il pH sale (linea orizzontale). Se aggiungo H+ il pH resta costante (linea verticale).

3



Capita che HbO2 diventi Hb al circolo sistemico, alcalinizzerebbe il sangue ma contemporaneamente c’è chi versa H+, le cell sotto forma di CO2. il contrario ai polmoni, l’Hb cede l’H+ dell’anello imidazolico dell’istidina.Il sistema tampone del sangue è compromesso in caso di diminuzione dell’emoglobina, quidni in tutte le malattie che causano eritropenia.Il medico valuta lo stato acido-base del sangue tramite il sistema tampone. Siccome tutti i sistemi tampone sono in equilibrio tra loro basta analizzarne uno. Il più facile da analizzae è quello dei bicarbonati, perché sia H2CO3 che HCO3- sono facili da misurare mentre PH e P- è difficilissimo da misurare.

6,1 è la pKa cioè il pH a cui [HCO3-] e [CO2] sono uguali e il potere tampone è massimo.H2CO3 è facile da calcolare perché è in equilibrio con pCO2 (che a sua volta è in equilibrio con CO2 dell’aria) a meno di una costante α = 0,03.La concentrazione di H+ nel sangue non è pari a pKPCO2 = 40Conc di H2CO3 nel sangue 0,03 x 40 = 1,2 m mol[HCO3-] = 24 m mol24/1,2 = 20 log20=1,3pH = 6,1 + 1,3 =7,4se ricavo la formula per il bicarbonato il grafico che la rappresenta è un esponenziale (lo fanno nei paesi anglosassoni)

Altri ricavano PCO2

Usiamo il tampone dei bicarbonati che si comporta con la curva sopra descritta.Ho sangue con bicarbonato, posso versare acido (in questo caso HCl) o base (in questo caso NaOH)

Condizione di partenza:

3



CO2 = 40 mmHg[CO2] = 1,2 m mol[H+] = 40 n mol[HCO3-] = 24 m mol

Aggiungo 10 m mol HCl (è un acido forte quindi dissocia tutto) in 1 litro di sangueCosa succede?[H+] 10 m mol[HCO3-] scende[H2CO3] saleCO2 non sale perché è volatile e se ne va.

Alla fine avrò[H+] = 68 n mol[HCO3-] = 14 m molQuanto H+ ho neutralizzato? 10 m mol – 28 n molPosso ricavare con la formula quanto cambia il pH, oppure posso usare il grafico:

La cosa che cambia di più sono i bicarbonati, il paziente ha perso bicarbonati e tra un po’ non tampona più.

22/4/08La più grossa difesa per l’omeostasi dell’equilibrio acido-base sono i sistemi tampone (fosfati proteine e bicarbonati) cui si aggiungono il sistema respiratorio e quello renale.Siccome i bicarbonati sono in equilibrio con l’atmosfera questo sistema lo mettiamo da parte, gli altri li analizziamo insieme.

Gli equilibri sono diversi perché ognuno ha un suo k diverso.Il sistema dei carbonati è volatile perché è in equilibrio con la CO2 che diffonde dai polmoni. I carbonati sono i più facili da misurare proprio perché sono in equilibrio con la PCO2 del sangue.

4



Se aggiungiamo H+ (derivante da 10 m mol di HCl) la reazione si sposta a sinistra e la CO2 esce. Si ha una diminuzione complessiva dei bicarbonati (HCO3’)HCO3’ diminuiscono di QUASI 10 m moli da 24 a 14. ho aggiunto 10 m mol di H+ e ne sono rimaste solo 28 non tamponate.

Non è 14 m mol ma 14 m mol + 20 n mol.

Ora aggiungo 10 m mol di NaOHÈ come se togliessi 10 m mol di H+.La reazione si sposta a destra, si può spostare perché c’è l’atmosfera che la rifornisce di CO2.[HCO3’] = 34 mM[H+] = 28 nM dalle 40 iniziali ne mancano 12.pH diventa 7,5 (circa)come misuro l’altro sistema tampone? Tolgo dal sangue i carbonati (è possibile farlo, non vediamo come).

Può variare la curva se cambia la concentrazione delle proteine plasmatiche soprattutto Hb (es anemia) o aumentare (policitemia)È diverso se aggiungiamo un acido fisso (alfachetoglutarico o lattico) o volatile (carbonico).Se aggiungo 10 m mol di H+ in parte sono tamponati dal bicarbonato, in parte dai proteinati ma non alla stessa maniera. Se invece aumenta la CO2 aumenta l’H+ che verrà tamponato solo dall’altro sistema.

4



TITOLAZIONE DEL SANGUE CON ACIDO FISSO

ACIDOSI METABOLICA NON COMPENSATA

Aggiungo 6 m mol di HClMisuro pHe = 7,3[HCO3’] = 20Posso dire che son state aggiunte 4 m mol di H+, se ci fossero solo i bicarbonati a tamponare, ma ci sono anche gli altri sistemi. Come lo capisco dal grafico? Traccio una linea da pH 7,3 alla linea tampone rossa. La differenza tra 20 e 26 sono 6 mmol di H+ aggiunto. I bicarbonati ne tamponano 4 m mol, gli altri 2.L’acidosi metabolica non compensata è caratterizzata dall’introduzione di H+ da acidi fissi

- pH basso- [HCO3’] basso acidosi metabolica

ACIDOSI RESPIRATORIAAmmettiamo che il paziente ipoventili, la pCO2 è molto alta, il sangue sarà acido perché l’equilibrio dei bicarbonati si sposta a destra.

Con l’emogasanalisi misuriamo la pCO2 80 mmHgSe non ci fosse il sistema dei proteinati [H+] non sarebbe tamponata, il pH scenderebbe a 7,1 cioè ai limiti della sopravvivenza.Nell’equazione di Henderson Hasselbach mettiamo al denominatore 80 mmHg.

4



Poiché però ci sono tamponi non bicarbonati e la curva tampone è quella rossa, il valore di Ph sarà dove la curva incontra l’isobara di 80mmHg. Quante m mol ho aggiunto? Riporto sulle ordinate e ottengo 29, quindi ho aggiunto 5 m mol.L’acidosi respiratoria è causata da un aumento della CO2 non compensata.

- pH basso- [HCO3’] alto

Studiare le alcalosi.

Il paziente non arriva mai in condizioni di non compenso, è stato aggiunto H+ i bicarbonati scendono per compensare immediatamente, il pH è 7,2 l’organismo reagisce. La cosa più rapida è eliminare CO2, quindi aumenta la ventilazione.

[HCO3’] è scesopH = 6,1 + log -----------

0,03 pco2 deve scendere

Il rapporto resta più o meno costante

Il punto si porta verso F, lungo la linea del sistema tampone non bicarbonato. Si muove perché riduco H+ riducendo PCO2.Tenderebbe ad andare verso F ma non ce la fa. Lo fa se interviene un altro fattore che abbassa HCO3’ oltre a PCO2, il rene.

Se arrivo a F è acidosi metabolica completamente compensata. Me ne accorgo anche se il pH è normale perché PCO2 e bicarbonati sono bassi.ACIDOSI METABOLICA COMPENSATA

- pH normale- [HCO3’] basso- PCO2 bassa

Aumenta PCO2 nel sangue, se PCO2 aumenta aumenta anche HCO3’, numericamente sale di più il denominatore del numeratore, vengono tamponati lungo la linea dei sistemi tampone da A a B

4



Deve aumentare il numeratore [HCO3’] per compensare, lo fa il rene.In D c’è ilo completo compenso dell’acidosi respiratoria, il pH è tornato normale ma me ne accorgo perché PCO2 e HCO3’ sono elevati.ACIDOSI RESPIRATORIA COMPENSATA

- pH normale- [HCO3’] alta- PCO2 alta

CAUSE AUMENTO PCO2↓pH - overdose↑HCO3’ - edema polmonare

- alterazione del rapporto ventilazione/perfusioneL’ideale sarebbe eliminare la malattia respiratoria, così l’acidosi sparisce, l’acidosi può però facilitare la diagnosi.

CAUSE DIMINUZIONE PCO2↑pH - ansia↓HCO3’ - intossicazione da aspirina (rara ma possibile)

ACIDOSI METABOLICA↓pH - non funziona il rene↓HCO3’ - diabete↓PCO2 (nella fase di - shock

compenso) - diarrea grave

ALCALOSI METABOLICA↑pH - vomito↑HCO3’ - eccesso di antiacidi (malox)↑PCO2

4



ECCESSO DI BASITutti gli acidi deboli dissociati sono basi, quindi i fosfati ecc. quanti sono in tutto? Sappiamo che i bicarbonati sono 24 m mol/litro, anche tutti gli altri insieme sono 24 m mol/litro per un totale di 48 m mol.Le basi forti provengono dalla dissociazione degli acidi deboli. Quando le basi del paziente sono 48 si definisce lo stato di eccesso di basi = 0.Se alla soluzione aggiungo acidi fissi le basi diminuiscono (sia HCO3’ sia P’) si chiama ECCESSO DI BASI NEGATIVO.Se togliamo degli H+ le basi aumentano eccesso di basi positivo.

L’acidosi metabolica dà eccesso di basi negativo, l’alcalosi metabolica dà eccesso di basi positivo.

Nell’acidosi respiratoria la CO2 aumenta produciamo basi HCO3’, aumenta H+ e diminuiscono le basi proteiche P-. P- scende dello stesso quantitativo di quanto HCO3’ sale. L’eccesso di basi rimane zero.Nelle acidosi e alcalosi respiratorie l’eccesso di basi resta invariato.

CONTROLLO DELLA VENTILAZIONE

1. meccanismi neuronali della ritmogenesi. I neuroni che comandano i muscoli, è un problema ancora aperto

2. controllo chimico della ventilazione

alterazioni fisiologiche del ritmo respiratorio:- sonno- dolore- fonazione- tosse e sbadiglio- acqua fredda (fa inspirare)

il generatore del ritmo è nel bulbo, una volta era diviso in inspiratorio (neuroni che scarincano in sincronia con l’inspirazione) ed espiratorio (neuroni che scaricano in sincronia con l’espirazione) poi si è visto che i neuroni sono mischiati. Si può anche dire che sono neuroni che se stimolati inducono inspirazione o espirazione.Ci sono due aree (non sono nuclei perché un nucleo è definito e distinguibile) area respiratoria dorsale e area respiratoria ventrale.L’atto respiratorio è sinusoidale, non a scatti.I neuroni inspiratori non sono direttamente connessi ai motoneuroni, c’è una lunga catena. Esiste un gruppo di neuroni inspiratori (pre inspiratori; inspiratori precoci; inspiratori tardivi; inspiratori a rampa; post inspiratori).

4



Qui arrivano delle afferenze periferiche o centrali che modulano. Ad es l’inspirazione della fonazione è determinata dall’area di Broca.

4


fisiologia sistema respiratorio - triptofuntriptofun.altervista.org/_private/fisiologia...

Documents