sistema respiratorio.doc

7/25/2019 sistema respiratorio.doc

1/6

Sistema Respiratorio: ottimizzare il lavoro respiratorio

Ogni volta che respiriamo noi consumiamo energia,

cio non soltanto portiamo dentro ossigeno (che serve per le reazioni metaboliche), ma mettiamo in

moto una grande quantit di muscoli e consumiamo energia. Vedremo che esistono dei meccanismi

attraverso cui il sistema respiratorio ottimizza la sua performance; quando questi meccanismi non

vengono ottimizzati c un dispendio enorme (esistono situazioni paradossali patologiche in cui unoconsuma tanto quanto porta dentro unicamente per latto respiratorio).

A cosa serve il sistema respiratorio? E come funziona?

!erve non solo a portare dentro ossigeno ed eliminare "O# perch$ ad es le piante si servono della

fotosintesi, le rane di respirazione cutanea, i pesci di branchie% in realt il sistema respiratorio

come il nostro serve ad ottimizzare lo scambio di O# e di "O#, cio serve a rendere questo scambio

cos& efficiente da poter permettere un livello di metabolismo tale come quello che caratterizza un

organismo a sangue caldo, esattamente come lemoglobina non lunico mezzo per trasportare dei

gas nel sangue perch$ vi gas anche disciolto nel sangue.

Differenza a livello metabolico tra un sistema che utilizza lO2 e uno che non lo utilizza

'd es un sistema metabolico che utilizza una molecola di ' (come dalla scissione della creatina)

in grado di fornire energia per *+ contrazioni muscolari, mentre un sistema come la glicolisi

anaerobia che fornisce # ' per + contrazioni e ancora la fosforilazione ossidativa e in questo

caso la resa per una molecola di glucosio di - ' e quindi enormemente superiore rispetto a

prima e utilizza ossigeno. /uindi un sistema che utilizza O# consente di modificare in modo

enorme la produzione di energia e un sistema come questo dal pt di vista della performance fisica

ha il vantaggio di non avere limiti, cio riesce perfettamente a star dietro a qualsiasi numero di

contrazioni muscolari che lorganismo voglia svolgere; mentre un sistema che non utilizza O# ci

son dei limiti legati al fatto che poi alla fine non ce n$ pi0 di energia disponibile. /uesto

ovviamente in un sistema cn un metabolismo basale spinto com quello di un organismo a sangue

caldo.

!iccome lo scopo del sistema respiratorio quello di ottimizzare lo scambio O#1"O# cerchiamo di

capire quali sono i meccanismi che entrano in gioco.

2amificazione delle vie aeree3 partendo dalla trachea poi vi sono i # bronchi principali e poi via via

gli ordini successivi, bronchioli (la differenza tra bronchioli respiratori e non respiratori) e alla fine

dotti alveolari e alveoli.

4al punto di vista della meccanica respiratoria, dato che lo scopo quello di portar dentro tanto pi0

O# possibile e portar fuori quanta pi0 "O# possibile, /uesto tipo di organizzazione ha un


2/6

importanza perch$ il tipo di forze che vengono prodotte da un sistema organizzato in questa

maniera essenziale alla respirazione stessa in quanto la met degli atti respiratori dipende dalla

retrazione elastica del polmone; cio il sistema non un sistema che lavora sempre attraverso un

apporto energetico alla gabbia toracica, infatti linspirazione un fenomeno attivo mentre

lespirazione non solo passiva ma un fenomeno che restituisce energia attraverso la restituzione

di quelle forze elastiche che erano state tirate durante latto inspiratorio. /uesto tipo di tessutopolmonare fornisce un importante contributo alle forze elastiche che servono poi a retrarre il

polmone durante lespirazione. !e lo scopo del sistema quello di ottimizzare al massimo lo

scambio dei gas occorre che vi siano delle forze che fanno si che questi gas entrino allinterno

dellalbero respiratorio; per portare un gas allinterno di un condotto ci possono essere # sistemi3

utilizzare un sistema a pressione positiva3 spinge laria allinterno dellalbero respiratorio,

cio esiste una pompa che comprime laria, fa si che laria che arriva alla bocca abbia una

pressione superiore a quella dellalbero respiratorio e di conseguenza siccome esiste una

differenza di pressione si genera un flusso (essendo il flusso direttamente proporzionale alla

differenza di pressione ed inversamente proporzionale alle resistenze dei condotti). er5

questo sistema prima di tutto noi non labbiamo e poi comporta un dispendio enorme (es.apparecchio rianimazione).

utilizzare un sistema a pressione negativa, cio anzich$ spingere laria allinterno del

sistema, aspirare laria grazie ad una depressione creata allinterno dellalbero respiratorio

da un sistema muscolare che espande la gabbia toracica.

6e persone che hanno paralisi dei muscoli respiratori come le persone che hanno una forma

avanzata di !6' (sclerosi laterale amiotrofica), che una malattia del !7 motorio, vengono messe

nel cosiddetto polmone artificiale cio allinterno di una scatola chiusa fino al collo dentro cui si

crea una depressione che allarga la gabbia toracica perch$ sottoporre ad un sistema a pressione

positiva produce danni irreparabili allalbero respiratorio per es fibrosi, perdita di elasticit,

enfisema%perch$ per fare in modo che le terminazioni pi0 fini dellalbero respiratorio ricevano un

ricambio daria noi dobbiamo spingere dentro quel polmone con una pressione molto superiore di

quella che usiamo con un sistema a pressione negativa.

COM!"A#$A la distensibilit di un sistema, se noi vogliamo gonfiare un sistema come un

palloncino questo ugualmente compliante in tutta la sua struttura, ma il nostro organismo non

fatto cm un palloncino, esistono delle strutture rigide che contengono lapparato polmonare; un

sistema a pressione positiva avrebbe grossi problemi ad espandersi tutto perch$ sarebbe come voler

gonfiare un palloncino allinterno di una scatola rigida ma un palloncino che parzialmente aderisce

al guscio esterno; invece nel sistema polmonare reale il vantaggio di avere le pleure che scivolano

luna sullaltra fa si che tutte le volte che si genera depressione allinterno dellalbero bronchiale ilpolmone si adatti perfettamente a riempire la cavit della gabbia toracica.

"io dal punto di vista di ottimizzazione del sistema la pressione negativa funziona pi0

efficacemente di un sistema a pressione positiva.

!i era parlato di pressione come urti delle molecole contro il recipiente; vediamo ora la !E%%E D"

&O'!Eche dice3 se io ho un gas contenuto in un contenitore che ha una certa pressione e un certo

volume, nel momento in cui io dimezzo il volume raddoppio la pressione3

()(*2)2

4i conseguenza, qualsiasi modificazione di pressione io voglia indurre in un gas si deve

accompagnare ad una modificazione di volume; in altri termini, quello che il sistema respiratorio fa


3/6

per generare il flusso di aria che entra allinterno dei polmoni durante linspirazione quello di

aumentare il volume del sistema, siccome non c una valvola che chiude durante la respirazione, si

crea una differenza di pressione tra interno1esterno, dovuta proprio a questo aumento di volume, e

laria entra; viceversa durante lespirazione il flusso daria si inverte perch$ allinterno del sistema

respiratorio si ha una pressione maggiore di quella dellaria atmosferica prodotto dalla retrazione

elastica del sistema stesso, cio vengono richiamate quelle forze che erano entrate in gioco durantelespansione.

6altra regola da ricordare la!E%%E D" %A'+!,SSAC (la pressione totale di un gas esercitata

sulle pareti di un recipiente dovuta alla somma dei gas che formano la miscela) che ci dice che

questa pressione generata da tutte queste molecole di gas allinterno del contenitore, dovuta agli urti

delle molecole contro le pareti, se queste molecole appartengono tutte ad un unico gas questa

pressione sar dovuta al contenuto unico di quel gas, se invece si tratta di una miscela di pi0 gas la

pressione totale esercitata sulle pareti del contenitore sar dovuta al contenuto individuale dei gas

contenuti allinterno, ma siccome la pressione altro non che lenergia meccanica prodotta dallurto

delle molecole contro la parete, la pressione totale di una miscela di gas dovuta alla somma delle

pressioni generate individualmente dai singoli gas e quindi se c un gas pi0 diluito degli altri allorale sue molecole urteranno contro le pareti meno frequentemente. 4i conseguenza, quello che ci dice

questa regola non solo che la pressione totale dovuta alla somma delle pressioni parziali dei

singoli gas, ma anche che se poniamo al *++8 la pressione totale i valori che compongono questa

percentuale altro non sono che le percentuali dei singoli gas che formano la miscela.

9sperimento della colonnina di mercurio (barometro di orricelli del :++) per valutare pressione

atmosferica3 perch$ pi0 alta la pressione atmosferica e pi0 il mercurio dentro la colonnina sale ?+mm@g dipendono dalla pressione atmosferica ma non solo, se anzich$ usare il mercurio si usa

acqua necessaria una colonnina *- volte pi0 alta perch$ il mercurio pesa *- volte pi0 dellacqua in

modo da generare la stessa pressione, con lalcol # volte pi0 alta.

/uindi, mm@g lunit di misura della pressione atmosferica perch$ a livello del mare, in

condizioni di tempo normale (quando c bel tempo c alta pressione, col brutto tempo bassa

pressione), perch$ pi0 comodo, per5 quando si parla di pressioni polmonari, come la pressione

intrapleurica o endoalveolare, si usano i cm di @#O perch$ le differenze sono molto piccole e il

mercurio sarebbe troppo pesante, con lacqua pi0 sensibile.

R"#C"A!" RESS"O#" C-E )"%O#O A!!"#.ER#O DE! S"S.EMARES"RA.OR"O/

er caratterizzare landamento della funzione respiratoria abbiamo bisogno di # valori3

la pressione che esiste allinterno degli alveoli, che la pressione allorigine del flusso, cio

se non esistesse una pressione alveolare costante sempre uguale a + nel tempo, non

avremmo alcun flusso di aria negli alveoli;

la pressione intrapleurica, quella che si misura in quello spazio virtuale tra la pleura

viscerale e la pleura parietale; i polmoni sono fasciati dalla pleura viscerale, la gabbia

toracica rivestita internamente dalla pleura parietale, tra i due esiste il liquido pleurico e

durante gli atti respiratori il foglietto viscerale scivola su quello parietale consentendo unadattamento perfetto del volume polmonare allinterno della gabbia toracica.


4/6

/ueste sono le # pressioni che dobbiamo considerare; se io chiudo la glottide, cio non permetto

lingresso di aria, ed espando il torace genero una pressione intrapleurica molto negativa perch$ tiro

gi0 il polmone senza permettere allaria di entrare, in quel caso non ho flusso di aria ma ho una

riduzione della pressione intrapleurica e intralveolare (espando il volume senza permettere allaria

di entrare). Viceversa se inspiro, chiudo la glottide e comprimo (manovra di Valsalva, ha un effetto

di stimolazione vagale) io ho una pressione intrapleurica che diventa addirittura positiva perch$ lagabbia toracica sta schiacciando contro i polmoni ma i polmoni non si possono comprimere perch$

ho chiuso la glottide, e la pressione alveolare aumenta.

>n condizioni normali la pressione intralveolare e intrapleurica non si comportano sempre allo

stesso modo3 allinizio dellatto inspiratorio si ha una prima riduzione della pressione alveolare che

si accompagna allaumento della negativit della pressione intrapleurica perch$ come dire io sto a

glottide chiusa e inizio a dilatare il torace, la nascita di questa pressione negativa nellalveolo

giustifica la modificazione di volume nel tempo (flusso di aria) che si verifica. 4opodich la

pressione alveolare raggiunge un minimo dopo il quale ritorna a zero mentre la pressione

intrapleurica continua a ridursi fino ad un plateau.

7ella prima parte la velocit elevata sia nella modificazione di pressione alveolare sia

intrapleurica vuol dire che qui il flusso molto rapido, il momento in cui si inizia ad aspirare aria;

successivamente la variazione di velocit di pressione intrapleurica segue la variazione di velocit

del flusso di aria nei polmoni mentre la pressione alveolare torna a zero. "osa crea questa

differenza< 6a presenza di forze elastiche, cio questa differenza di pressione a livello delle pleure

dovuta alla gabbia toracica che si espande e quindi tira il foglietto viscerale genera una depressione

allinterno dellalveolo ma questi alveoli vengono distesi non soltanto per permettere il flusso di

aria in ingresso, ma anche contro delle forze elastiche che tirano dallaltra parte. >n altri termini,

questa energia che viene spesa per mantenere costante, negativa, la pressione intrapleurica, serve in

parte a produrre il flusso, dopodich il polmone con la sua elasticit si aggiusta e serve a vincere le

resistenze elastiche del tessuto polmonare. 'nche se non esistessero le forze elastiche ci sarebbe una

perfetta corrispondenza tra la curva della pressione alveolare e quella della pressione intrapleurica

perch$ sarebbe cm espandere un sacchetto di carta tirandolo dallesterno.

/uando andiamo a guardare lespirazione troviamo una situazione speculare, vi sempre il flusso

di aria che ha una velocit maggiore allinizio (per5 un fenomeno meno marcato di prima); la

pressione allinterno degli alveoli positiva, maggiore di quella atmosferica, senza la quale non si

avrebbe uscita di aria; la pressione intrapleurica ritorna al valore di riposo (A cm@#O) corrisponde

alla restituzione, attraverso quellelastico che era stato tirato durante linspirazione, della stessa

energia che era stata spesa per vincere le forze elastiche. 4i conseguenza durante il ritorno

dellelastico abbiamo un massimo di velocit di variazione di pressione allinterno degli alveoli epoi ripartiamo da zero.

2iassumendo, la differenza tra le due curve dovuta allesistenza di forze elastiche che

differenziano il sistema alveolare rispetto al sistema della pleura. "ome mai le due curve sono

diverse< erch$ non vediamo un massimo di velocit in corrispondenza del massimo di

differenziale di pressione che esiste tra laria atmosferica e linterno del polmone< erch$ il flusso,

cio la velocit di variazione di volume nel tempo dipende da due fattori3

la differenza di pressione;

le resistenze.

6o sviluppo nel tempo del flusso alla bocca non dipende soltanto dalla nascita di una differenza di

pressione allinterno del polmone ma anche da come si comportano le resistenze allingresso o


5/6

alluscita dellaria, e queste resistenze non sono soltanto di tipo elastico (dovute al fatto che il

polmone si deve espandere) ma ci sono anche resistenze al flusso rappresentate dai condotti stessi

attraverso cui passa laria. 9 come se la pressione alveolare creasse una specie di riserva di energia

che richiama dentro laria contro le resistenze o che spinge fuori laria durante lespirazione.

Battori importanti che consentono lingresso di aria nei polmoni e altri che si oppongono3 mentre leresistenze elastiche che vengono vinte durante linspirazione restituiscono energia durante

lespirazione, altrettanto non si pu5 dire delle resistenze dei condotti, quelle ci sono sempre.

erch$ ci sia flusso sono necessari3 una differenza di pressione e che le resistenze siano

sufficientemente piccole da permettere il passaggio del fluido.

6e resistenze in gioco nel sistema respiratorio sono di due tipi3 la resistenza elastica opposta dal

polmone alla sua espansione e anche dalla gabbia toracica perch$ anche la gabbia toracica ha una

sua resistenza allespansione, e poi le resistenze dei condotti che tanto pi0 sono piccoli tanto pi0

resistenza oppongono; queste due resistenze oppongono il massimo della loro resistenza in tempi

diversi3

la resistenza opposta dai condotti al passaggio dellaria massima durante le prime fasi della

respirazione, quando la velocit dellaria massima, anche perch$ quando la velocit

elevata il flusso da laminare diventa turbolento molto spesso soprattutto quando si

incontrano delle biforcazioni, e il flusso turbolento a sua volta aumenta la resistenza. /uindi,

nel momento in cui iniziamo a respirare, e si ha la massima velocit di flusso, qui ci sono le

massime resistenze dei condotti al passaggio dellaria; invece le resistenze elastiche sono

massime alla fine dellatto inspiratorio (un elastico diventa tanto pi0 resistente quanto pi0 lo

allunghiamo). !e non ci fossero le resistenze elastiche landamento sarebbe dritto, in realt

landamento diventa negativo durante lespirazione perch$ la forza elastica viene restituita

durante lespirazione dalla gabbia toracica e polmoni, infatti hanno grosso modo la stessa

forma nel grafico.

!e riempissimo il polmone di acqua si vedrebbe che la pressione alveolare segue esattamente

landamento della pressione pleurica, lacqua essendo un fluido incomprimibile; noi abbiamo

lingresso dellaria allinterno dellalbero respiratorio che tende ad annullare il gradiente di

pressione creato dentro gli alveoli.

S"ROME.R"A

6o spirometro composto da due recipienti luno dentro laltro con intercapedine tra i due pienadacqua che serve per creare un isolamento perfetto al passaggio di aria senza che ci sia resistenza

al movimento di un altro contenitore, capovolto, che si infila perfettamente nellintercapedine e che

si muove perch$ al suo interno esiste una pressione superiore della pressione atmosferica.

/uesto cilindro superiore deve pesare +, basta attaccare un contrappeso uguale al peso del cilindro;

essendo un sistema cilindrico poi possibile calibrarlo.

Crazie allo spirometro possibile misurare i volumi respiratori, normalmente ha un filtro di cloruro

di calcio che assorbe la "O# perch$ siccome il soggetto respira l& dentro latmosfera del sistema

diventa sempre pi0 ricca di "O# e di conseguenza la frequenza respiratoria e il volume corrente

sono influenzati dalla pressione parziale di "O# nel plasma, se aumenta la "O# aumenta lafrequenza respiratoria e aumenta il volume corrente perch$ lorganismo vuole buttar via "O# quindi

si falserebbero i risultati per la "O# che rimane in circolo. "he parametri misuro


6/6

>l soggetto viene invitato a respirare normalmente; il volume che c da picco a picco il volume

corrente (V) che circa mezzo litro; poi si dice al soggetto, al termine dellespirazione normale di

inspirare al massimo e poi pi0 velocemente possibile butta fuori tutta laria, in /uesto modo si

misurano altri volumi importanti3

)O!,ME D" R"SER)A "#S"RA.OR"A 0)R"1 3 il volume che oltre il volumecorrente 3 il volume 4i riserva inspiratoria cio3 4i 5uanta aria noi possiamo mettere

4entro ai polmoni in pi6 rispetto al volume corrente7

)O!,ME D" R"SER)A ES"RA.OR"A 0)RE1 vuol 4ire tutta laria che possiamo

buttare fuori 4ai polmoni oltre al volume corrente/

6insieme di tutti questi volumi (V, V2>, V29) definisce la "''">' V>'69 BD7E>O7'69

o B>!>O6OC>"', cio tutta la massa di aria che noi riusciamo al massimo a buttare fuori e dentro

dai polmoni.

!e noi dentro lo spirometro vi mettiamo un gas in piccola percentuale, mettiamo che lo spirometro

abbia - litri di aria, in questi - litri ci mettiamo dentro *+ml di elio (perch$ non viene assorbito e lopossiamo misurare); quando il soggetto inizia a respirare questo gas gli entra nei polmoni e si

ripartisce tra il volume del polmone e il volume dello spirometro; se dopo che il soggetto ha

respirato pi0 volte l& dentro noi andiamo a misurare la concentrazione di elio nello spirometro

vedremo che lelio meno di quanto era prima perch$ parte dellelio passato nei polmoni del

soggetto. 'ttraverso il confronto di queste # concentrazioni noi possiamo misurare il volume

polmonare totale, tanto maggiore il volume del polmone tanto minore sar la concentrazione

allinterno dello spirometro una volta raggiunto lequilibrio. /uesto importante perch$ se noi

facciamo questo lavoro per misurare il volume polmonare totale vedremo che c una differenza tra

capacit polmonare totale (circa litri) capacit vitale (massimo volume di aria che riusciamo a

mobilizzare coi nostri atti respiratori, dalla massima inspirazione alla massima espirazione, di

circa ,Alitri). "ome mai< erch$ esiste il VO6DF9 29!>4DO, dovuto al fatto che quando

espiriamo non riusciamo a buttare fuori tutta laria contenuta negli alveoli, questo volume residuo

non irrilevante, costituisce una sorta di riserva funzionale in quanto aria, costituisce un volume

di scambio.

Dn parametro importante misurato durante lesame spirometrico la V96O">' 9!>2'O2>'

F'!!>F' '6 !9"O74O (V9F!) che la misura della velocit alla quale il soggetto fa questo

passaggio dalla inspirazione alla espirazione pi0 velocemente possibile; questo parametro

importante perch$ la velocit massima di espirazione volontaria dipende dalle resistenze al flusso

che sono fondamentalmente resistenze di condotto. 9 sar possibile diagnosticare problemi di

ostruzione come asma grazie al V9F!; inoltre, la posizione nel tempo in cui si verificalalterazione della V9F! un indice del calibro dei bronchi che sono ostruiti, in altre parole si pu5

capire se unostruzione che interessa soltanto i piccoli bronchi o i bronchi di maggiori dimensioni.

!e noi traduciamo nel tempo quanto visto con la spirometria misurando il parametro detto

29!!>O79 2'7!O6FO7'29 (pressione che esiste nel polmone rispetto allesterno)

possiamo vedere che durante linspirazione si ha un aumento della pressione transpolmonare,

durante lespirazione si ha un ritorno allindietro; si tratta di una curva pressione1volume, il volume

espresso in 8 della capacit polmonare totale.

sistema respiratorio.doc

Documents