Per respirazione si intendono due processi integrati: respirazione esterna: include tutti i processi coinvolti negli scambi gassosi di O 2 e CO 2 con l’ambiente respirazione interna: detta anche respirazione cellulare coinvolge l’assunzione di O 2 e la produzione di CO 2 a livello di singola cellula

La respirazione esterna comprende: 1. ventilazione polmonare (respirazione) 2. diffusione gassosa attraverso le membrane e i capillari 3. trasporto do O 2 e CO 2 tra i capilllari alveolari prima e successivamente attraverso il letto capillare sistemico

Quali sono i principi fisici che governano il movimento di aria all’interno dei polmoni? La ventilazione polmonare è il movimento fisico di aria dentro e fuori il tratto respiratorio. È la causa della ventilazione alveolare

Relazione inversa fra pressione gassosa e volume

Legge di Boyle Descrive la relazione esistente fra pressione gassosa e volume: al diminuire del volume la pressione aumenta P 1 V 1 =P 2 V 2

La legge di Boyle è valida se temperatura (condizione isotermica) e quantità di gas sono costanti. PV = C

Legge di Dalton La pressione totale di una miscela di gas è data dalla somma delle pressioni dei singoli gas. La pressione di un singolo gas è definita pressione parziale. Ad es:. P O 2 = 760mmHg · 0.21= 160mmHg La pressione totale della miscela è la somma delle pressioni parziali individuali dei gas presenti e si può scrivere come: P B = P x + P y + P z

Aria ambiente (secca) Aria tracheale (umida) Gas alveolare Sangue arterioso sistemico Sangue venoso misto mmHg% % % % % PO2PO P CO PN2PN PH2OPH2O

Nel passaggio da naso, faringe, trachea l’aria inspirata è riscaldata a 37°C e saturata di vapore acqueo. Calore e vapore sono forniti dal flusso ematico bronchiale e polmonare. In fisiologia polmonare si tiene conto dei valori dell’aria tracheale umida (il contributo dei vari gas è diluito dalla presenza di vapor acqueo).

Volumi polmonari e ventilazione I polmoni sono alloggiati in una cavità ermeticamente chiusa, la cavità toracica e sono separati dall’addome dal diaframma. La gabbia toracica è costituita da 12 paia di coste, uno sterno e una serie di muscoli intercostali interni ed esterni. La parte ossea della gabbia è ancorata alla colonna vertebrale posteriormente e allo sterno anteriormente fatta eccezione per le ultime due paia di costole che sono dette flottanti.

I polmoni e la gabbia toracica sono rivestiti dalla pleura (pleura viscerale e parietale rispettivamente). Lo spazio fra i polmoni e la parete toracica è detto SPAZIO PLEURICO (10µm) e contiene uno strato di liquido con funzione lubrificante.

Il diaframma è il muscolo striato principale utilizzato durante l’inspirazione. È innervato dalla branca dx e sx del nervo frenico che originano dal tratto cervicale del MS (per lo più da C4) e discendono attraverso il plesso cervicale fino al diaframma. Nell’inspirazione normale l’abbassamento del diaframma è circa 1-2 cm mentre nell’inspirazione forzata si arriva anche fino a cm.

Quando il diaframma si contrae, il volume della cavità toracica aumenta, la pressione diminuisce (legge di Boyle) e i polmoni si espandono automaticamente richiamando aria. Questo avviene con due modalità.

1. il diaframma si contrae e si muove verso il basso spingendo il contenuto addominale in basso e aumentando l’asse verticale della cavità toracica. 2. per movimento della gabbia toracica e delle costole con aumento del diametro antero- posteriore della cavità toracica.

In genere nell’inspirazione normale si utilizza quasi interamente il primo sistema per contrazione del diaframma (75%) e durante l’espirazione, che nella respirazione normale è un atto puramente passivo, questo si rilascia ed il naturale riavvolgimento elastico dei polmoni riporta la situazione alla normalità.

I polmoni si espandono perché essendo la gabbia toracica ermeticamente chiusa, all’aumento dell’asse verticale fa seguito una diminuzione della pressione endopleurica che determina un’espansione polmonare.

Durante l’inspirazione si utilizzano anche i muscoli intercostali esterni che permettono il cosiddetto movimento a manico di secchio perché implica un movimento verso l’alto e in avanti della gabbia toracica. Esistono infine, nell’inspirazione forzata, i muscoli accessori che sono i muscoli scaleni del collo e gli sternocleidomastoidei che intervengono nella respirazione profonda e forzata.

Nell’espirazione forzata è necessaria una compressione dei muscoli addominali (retti addominali) che spingono i visceri contro il diaframma accentuando l’espirazione. Intervengono anche gli intercostali interni che spingono la gabbia toracica verso il basso.

INSPIRAZIONE ESPIRAZIONE 1. Ribs 2. Sternum 3. External intercostal muscles 4. Internal intercostal muscles 5. Diaphragm

INSPIRAZIONE: fase attiva della respirazione contrazione del diaframma  contenuto addominale spinto in basso  gabbia toracica spinta all’esterno  riduzione pressione endopleurica  espansione dei polmoni  espansione degli alveoli e richiamo di aria.

ESPIRAZIONE: fase passiva della respirazione rilasciamento del diaframma  abbassamento della gabbia toracica  volume toracico ridotto  svuotamento polmonare.

Espirazione forzata Inspirazione forzata

Vediamo quali sono le pressioni da considerare da L. Sherwood FISIOLOGIA UMANA: dalle cellule ai sistemi Zanichelli Editore

Cambiamenti al momento della nascita Prima della nascita: Vasi polmonari collassati Assenza di aria nei polmoni Al parto: Connessione con la placenta persa Brusca caduta di P O 2 Aumento di P CO 2

Alla nascita: si vince la forza di tensione superficiale, l’albero respiratorio si riempie di aria e il bambino fa il primo respiro Caduta di pressione al primo respiro: Spinge il sangue nel circolo polmonare Si chiude il forame ovale e il dotto arterioso Ridirezionamento della circolazione sanguigna Respiri successivi: completo riempimento alveolare

Variazioni della pressione alveolare Quando si parla di respirazione le pressioni sono espresse in mmHg o cmH 2 O dove: 1cmH 2 O=0.74mmHg1mmHg=1.36cmH 2 O Quando ci si riferisce alle pressioni relative bisogna ricordare che si assume PB (pressione atmosferica) = 0 come riferimento. In particolare ci sono tre valori di pressione associati con la respirazione ed il flusso di aria.

Pressione intra o endopleurica (Ppl)= pressione del liquido pleurico fra polmoni e parete toracica. A riposo vale ca -3mmHg Pressione alveolare (P A )= pressione all’interno degli alveoli Pressione transmurale (Ptm)= differenza pressoria fra interno ed esterno di una via aerea oppure della parete toracica. In particolare la pressione transpolmonare (PTP=P A -Ppl) = gradiente pressorio fra alveoli e sacco pleurico che mantiene distesi i polmoni

da L. Sherwood FISIOLOGIA UMANA: dalle cellule ai sistemi Zanichelli Editore Il gradiente di pressione transmurale tende a distendere i polmoni e a comprimere il torace grazie all’azione svolta dalla pressione intrapleurica subatmosferica. Questa, a sua volta, è inferiore alla pressione atmosferica perché i polmoni distesi e il torace compresso tendono a separarsi fra loro espandendo lievemente la cavità pleurica e facendo scendere la pressione al di sotto di quella atmosferica

Polmone Sacco pleurico Parete toracica P alv =-0mmHg P pl =-3mmHg Forza elastica del polmone Forza dovuta alla pressione intrapleurica negativa Forza elastica della parete toracica

PAPAPAPA Ppl

Perché la pressione endopleurica è negativa? Il polmone e la gabbia toracica sono strutture elastiche. Il polmone tende a retrarsi, mentre la gabbia toracica a espandersi determinando così una depressione. P pl è negativa durante l’inspirazione e l’espirazione normale, mentre diviene positiva nell’espirazione forzata. Ppl= -5cmH 2 O

Vediamo cosa succede durante un ciclo respiratorio L’inspirazione avviene quando la pressione alveolare diminuisce L’espirazione avviene quando la pressione alveolare supera la pressione atmosferica

Ciclo respiratorio: valori di pressione Alla fine dell’espirazione i muscoli sono rilassati, P A = 0 e Ppl = -5cmH 2 O (-3mmHg). Quindi: (PTP = 0-(-5cmH 2 O) = 5cmH 2 O) A questo punto il diaframma si contrae e inizia l’inspirazione. Ppl diminuisce e PTP (=P A -Ppl) aumenta con espansione degli alveoli. A questo punto P bocca -P A >0 e questo causa afflusso di aria nei polmoni.

La pressione pleurica è circa -5cmH 2 O appena prima dell’inspirazione e quando la gabbia toracica si espande durante l’inspirazione aumenta a circa -7.5cmH 2 O (-6mmHg).

Durante l’inspirazione anche la pressione alveolare scende a -1mmHg in modo che l’aria proveniente dall’atmosfera possa penetrare negli alveoli. In questo modo circa 0.5lt di aria entrano negli alveoli in circa 2 secondi. Durante l’espirazione avviene l’opposto e la pressione alveolare aumenta a +1mmHg.

Contrazione dei muscoli inspiratori Espansione della cavità toracica Aumento della trazione sul fluido pleurico e quindi diminuzione di Ppl Aumento di PTP (P alv -P pl ) Espansione dei polmoni (aumento di volume e diminuzione di P alv ) P A < pressione atmosferica Ingresso di aria nei polmoni finché P A = pressione atmosferica

Quando la parete della gabbia toracica è integra, sulle superfici esterne dei polmoni si esercita una pressione inferiore a quella atmosferica: questa differenza di pressione contrasta la tendenza alla retroazione elastica del polmone facendo si che l'organo resti insufflato e disteso e possa così svolgere la sua funzione fisiologica. La penetrazione di gas nella cavità pleurica, determina una riduzione o la scomparsa della depressione atmosferica ivi presente.

Ppl=0 perché la parete toracica è perforata e di conseguenza PTP=0 P A =0 Di conseguenza non viene più contrastata la retroazione elastica del polmone, cosicché questo si affloscia in misura direttamente proporzionale alla quantià di gas penetrata nella cavità pleurica

Il polmone è una struttura elastica perché il tessuto alveolare contiene collagene ed elastina. Quindi se la pressione che circonda il polmone è più bassa della pressione alveolare (P alv ), il polmone è mantenuto espanso. È circondato da un sottile velo di liquido pleurico che ne lubrifica i movimenti e mantiene la coesione.

Efficienza respiratoria con l’età

I volumi polmonari inspirati ed espirati possono essere misurati grazie alla spirometria tramite uno spirometro. Questo serve anche a valutare la funzionalità respiratoria. Consideriamo 4 volumi polmonari implicati nella ventilazione:  Volume corrente  Volume di riserva inspiratoria  Volume di riserva espiratoria  Volume residuo

Sistema chiuso perché le narici del soggetto sono chiuse

Respiri tranquillamente Ora, al termine di un’inspirazione tranquilla respiri tutta l’aria che può Ora si fermi alla fine di un’espirazione tranquilla ed espiri tutta l’aria che può Non misurabile

La somma di due o più volumi polmonari è detta capacità CV = VRI + VRE + VC Rappresenta il max volume di aria spostata volontariamente dentro e fuori l’apparato respiratorio durante un singolo atto respiratorio CPT = CV + VR

La pressione transpolmonare e la pressione alveolare non sono gli unici fattori che condizionano il volume e i flussi d’aria scambiati con l’esterno. Il volume che il polmone assume ad una determinata pressione transpolmonare dipende infatti anche dal grado di distensibilità del polmone e i flussi d’aria sono condizionati dalla resistenza delle vie aeree.

1.Compliance (distensibilità) : è una misura della facilità con cui un polmone può distendersi ed è misurabile come il rapporto fra la variazione di volume polmonare e la variazione di pressione transpolmonare che ha prodotto il cambiamento

La compliance polmonare è a sua volta influenzata da due fattori che sono: a)Elasticità del tessuto polmonare responsabile del ritorno elastico del polmone alla sua posizione di riposo. b)Tensione superficiale alveolare a). La compliance polmonare è tanto maggiore quanto più sottile è lo strato di tessuto elastico del polmone. D’altra parte, quando questo strato è ridotto, il ritorno elastico del polmone è anch’esso ridotto e l’espirazione diviene più faticosa, come accade ad esempio nel caso dell’enfisema polmonare in cui l’inspirazione è facilitata, ma l’espirazione è molto difficoltosa. Una buona compliance implica pertanto un giusto equilibrio fra fibre connettive e tessuto elastico

Alta compliance Alta elasticità Alta compliance Alta elasticità Alta compliance Bassa elasticità Alta compliance Bassa elasticità L’elasticità viene compromessa nel caso di enfisema La compliance si riduce nel caso di fibrosi

In un polmone riempito di aria le curve di insufflazione e desufflazione non coincidono (isteresi). L’isteresi non è presente in un polmone riempito con soluzione fisiologica, che risulta anche più distensibile di quello riempito di aria. Questo dimostra che:  gran parte della forza retroattiva polmonare, deriva dalla tensione superficiale.  3/4 dell’isteresi dipendono dalla tensione superficiale, la parte rimanente dalle proprietà del tessuto

Insufflato d’aria e quindi la tensione superficiale all’interfaccia aria-liquido è attiva I punti si ottengono insufflando il polmone di aria e misurando all’equilibrio il volume raggiunto. La compliance cambia molto in funzione del volume raggiunto. Tratto AB: piccoli aumenti di volume per grandi variazioni di pressione A B C Tratto BC: grandi aumenti di volume per piccole variazioni di pressione Insufflato di soluzione fisiologica. L’interfaccia aria-liquido è assente e la compliance è nettamente più elevata. Bastano 5- 6mmHg per distendere il polmone al 90% del suo volume max. L’isteresi è praticamente assente

Il surfactante riduce il lavoro respiratorio La tensione superficiale è la maggior responsabile della resistenza offerta dal polmone all’espansione ed è dovuta al sottile strato di acqua presente all’interfaccia fra alveoli e aria

Per ridurre la tensione superficiale soprattutto a livello degli alveoli più piccoli, le cellule alveolari di tipo II secernono un surfactante a base di dipalmitoilfosfatidilcolina. Questo risulta più concentrato a livello degli alveoli di dimensioni minori e rende la loro tensione superficiale inferiore a quella degli alveoli di dimensioni maggiori. In questo modo il lavoro richiesto per espandere il polmone è ridotto.

Alveolo Liquido alveolare Surfattante Epitelio alveolare

Il surfactante secreto dalle cellule alveolari riduce la tensione superficiale del liquido alveolare e riduce quindi il lavoro richiesto per espandere gli alveoli. Inoltre ne impedisce il collassamento alla fine dell’espirazione(atelettasia)

2. Resistenza delle vie aeree: si può fare un’analogia con il sistema circolatorio e osservare che la resistenza offerta al flusso di aria da parte delle vie aeree dipende dalla lunghezza delle vie, dal calibro e dalla viscosità dell’aria

La resistenza delle vie aeree al flusso è determinata principalmente dal loro diametro. La tabella riporta i principali fattori che alterano la resistenza delle vie aeree Fattore Influenzato da Mediato da L lunghezza del sistema Costante (poco rilevante) η Viscosità dell’aria Di solito costante (umidità e altitudine possono variarlo lievemente) Diametro delle vie aeree Vie aeree superiori Ostruzione fisica Muco e altri fattori BronchioliBroncocostrizione Neuroni parasimpatici (recettori muscarinici; istamina) Broncodilatazione CO 2, adrenalina (recettori β 2 )

Non tutta l’aria inspirata raggiunge gli alveoli perché il volume corrente di circa 500ml è distribuito fra vie di conduzione ed alveoli. Circa 150ml restano nelle vie di conduzione che, ovviamente, non partecipano agli scambi respiratori. Si parla di spazio morto anatomico. Ventilazione polmonare

Ventilazione polmonare totale= volume di aria che entra o esce attraverso il naso o la bocca in un minuto (volume corrente x frequenza ventilatoria) Volume corrente (V c )= volume di ogni atto respiratorio. Varia con l’età, sesso, posizione, metabolismo (in media 0.5 l). Ventilazione alveolare (V A )= volume di aria fresca che entra negli alveoli in un atto respiratorio o in un minuto. V A < V c a causa dello spazio morto.

V A = ventilazione alveolare, parte di ventilazione che raggiunge gli alveoli e partecipa agli scambi respiratori

N.B.: lo spazio morto anatomico (V m ) è costituito dalle vie di conduzione (naso, bocca, faringe, laringe, trachea, bronchi e bronchioli) dove non avvengono scambi gassosi. Notare anche il ridotto volume di sangue capillare (70ml) in rapporto alla grande superficie alveolare.

V c = 500 ml VmVm VAVA VAVA V c = V m + V A Flusso polmonare AABB Spazio morto alveolare (flusso ematico assente o ridotto)

In realtà in un polmone non tutti gli alveoli hanno un’omogeneità ventilazione / perfusione. Esiste cioè una ventilazione “inutile” (spazio morto alveolare). Pertanto si definisce spazio morto fisiologico il seguente: Spazio morto fisiologico = spazio mortoV m ) + spazio morto alveolare spazio morto anatomico (V m ) + spazio morto alveolare

V A minuto = V A x fV A è la ventilazione alveolare per ogni atto respiratorio f è la frequenza respiratoria e vale circa 12 atti/minuto V E minuto = V c x f V E minuto è il volume totale di gas espirato al minuto Si può anche scrivere V A minuto = f x (V c – V m )

In un soggetto normale adulto la frequenza ventilatoria è circa 12/15 atti al minuto. Con un volume corrente di 500ml, vale: Ventilazione polmonare totale 12atti/minuto500ml/atto =x cioé 6000 ml/minuto

Togliendo lo spazio morto anatomico di circa 150ml abbiamo la ventilazione alveolare, cioè l’aria che EFFETTIVAMENTE raggiunge gli alveoli in un minuto. Ventilazione alveolare 12atti/minuto350ml/atto =x cioé 4200 ml/minuto

Ventilazione totale = ml/min Frequenza respiratoria = /minuto Ventilazione Alveolare = ml/min ( ) x 12 (15) Flusso sanguigno = 5000 ml/min V C = 500 ml Spazio morto anatomico= 150 ml Aria alveolare = 3000 ml Sangue nei capillari polmonari = 70 ml

Volume corrente (ml) xfrequenza= Ventilazione al minuto (ml/min) - Ventilazione nello spazio morto (ml/min) = V A (ml/min) A150x40= (150x40)=0 B500x12= (150x12)=4200 C1000x6= (150x6)=5100 N.B.: quindi una respirazione più profonda (aumento di V c, linea C) fornisce una miglior ventilazione alveolare rispetto ad una respirazione frequente e poco profonda (linea A)

Facciamo un breve richiamo sul circolo polmonare che prende inizio dal tronco polmonare che fuoriesce dal ventricolo dx e fa ritorno all’atrio sx attraverso le vene polmonari.

Il rapporto ventilazione/perfusione (V A /Q) rappresenta il principale determinante della concentrazione di ossigeno nel sangue che esce dalla circolazione polmonare per raggiungere i tessuti attraverso il circolo sistemico. (Click) La quantità di ossigeno presente nei capillari post-alveolari è infatti determinata:  dalla quota di ossigeno che raggiunge gli alveoli nell’unità di tempo come conseguenza degli atti respiratori  dalla quantità di sangue che attraversa nell’unità di tempo i capillari alveolari per sottrarre ossigeno agli stessi alveoli.

P O 2 e P CO 2 alveolare in funzione della ventilazione alveolare La ventilazione alveolare condiziona fortemente il contenuto di gas all'interno dell'alveolo. Aumentando la ventilazione (iperventilazione) aumenta la quantità di O 2 e si riduce la quantità di CO 2. In regime di ipoventilazione la situazione si inverte. 100mmHg 40mmHg

Il rapporto ventilazione/perfusione (V A /Q) La ventilazione per poter essere efficace e distribuire ossigeno nella maniera corretta deve essere accoppiata ad un flusso sanguigno opportuno ed adeguato. La modifica del flusso ematico dipende QUASI ESCLUSIVAMENTE dalle proprietà dei capillari e da fattori locali come i livelli di O 2 e CO 2

In queste condizioni, la P O 2 e P CO 2 alveolari valgono: P O 2 = 100 mmHg P O 2 = 100 mmHg P CO 2 = 40 mmHg P CO 2 = 40 mmHg (15 x 350 = 5250 ml/min) Il rapporto ottimale V A /Q  1 è un valore mediato su tutto il polmone

ventilazione bloccata perfusione bloccata perfusione bloccata Quando V A /Q  1 : Si possono verificare condizioni estreme in cui: V A / Q = 0 oppure V A / Q = P O 2 = 100 mmHg P CO 2 = 40 mmHg 8

Diagramma P O 2 vs P CO 2 Situazione ideale con P CO 2 = 40mmHg e P O 2 = 100mmHg Situazione di V A nulla. P CO 2 = 45mmHg e P O 2 = 40mmHg Situazione di Q assente. P CO 2 = 0mmHg e P O 2 = 150mmHg

Dobbiamo tuttavia tenere presenti alcuni fatti: I capillari polmonari possono essere compressi quando la pressione scende al di sotto di un certo valoreI capillari polmonari possono essere compressi quando la pressione scende al di sotto di un certo valore All’apice del polmone in un soggetto a riposo i capillari sono facilmente chiusi per i bassi valori di pressione idrostatica. Sotto sforzo, quando la pressione aumenta, questi distretti si aprono assicurando che l’intera gittata cardiaca aumentata sia ben ossigenataAll’apice del polmone in un soggetto a riposo i capillari sono facilmente chiusi per i bassi valori di pressione idrostatica. Sotto sforzo, quando la pressione aumenta, questi distretti si aprono assicurando che l’intera gittata cardiaca aumentata sia ben ossigenata

Differenze regionali del rapporto V/Q Il rapporto V/Q quindi non assume valori uniformi in tutti i distretti del polmone. In particolare quando il soggetto si trova in posizione ortostatica gli apici polmonari presentano V/Q alti, mentre le basi del polmone hanno V/Q bassi. La forza di gravità fa sì che il peso del polmone renda la pressione intrapleurica a livello delle basi meno negativa. Questo causa a sua volta una riduzione del volume degli alveoli a livello della base polmonare

In base a questo fatto si distinguono nel polmone di un soggetto a riposo tre regioni alveolari:  Alveolo superiore: alveolo disteso, flusso sanguigno minimo per bassa pressione idrostatica (V A > Q)  Alveolo intermedio: alveolo disteso e capillari aperti (ideale V A /Q = 1)  Alveolo inferiore: alveolo compresso dalla gravità ed elevato flusso (V A < Q)

Per effetto della gravità: all’apice la P pl è  -8 mmHg, alla base P pl è  -2 mmHg; ne consegue che gli alveoli sono più distesi all’apice che alla base

Differenze della geometria vascolare e delle pressioni idrostatiche producono alterati rapporti ventilazione / perfusione nelle differenti regioni del polmone Ostruzione delle vie aeree e quindi ventilazione assente Mancanza di flusso e quindi perfusione assente

Esempi di V A /Q < 1  nel blocco alveolare V A si riduce  nello “shunt” venoso  nella parte bassa dei polmoni i capillari sono più dilatati. Q è maggiore delle parti superiori. La ventilazione non è sufficiente a ossigenare il sangue che arriva ai polmoni

V/Q bassi: il distretto polmonare interessato è normalmente perfuso, ma ipoventilato o normalmente ventilato e sovraperfuso. La presenza di V/Q bassi è fisiologicamente propria delle basi polmonari e si riscontra in quadri patologici come la bronchite cronica (1), l’asma (2) e l’edema polmonare (3). La condizione estrema nella quale V/Q=0 è definita shunt e corrisponde alla presenza di una completa ostruzione di un alveolo o di una via aerea serviti da un determinato distretto vascolare. bronchite cronicaasmaedema polmonare bronchite cronicaasmaedema polmonare 1. La bronchite cronica è una malattia dei polmoni molto comune e debilitante, dove vi è una produzione eccessiva di muco delle ghiandole che viene espulso dall'organismo accompagnato da continua tosse 2. L'asma è una malattia infiammatoria cronica delle vie aeree (bronchi) nella quale giocano un ruolo numerose cellule, in particolare i mastociti, gli eosinofili e i linfociti T. Nei soggetti predisposti questa infiammazione provoca episodi ricorrenti di respiro sibilante, difficoltà respiratoria, senso di costrizione toracica e tosse 3. Per edema polmonare acuto (EPA) si intende un aumento dei liquidi nello spazio extravascolare (interstizio e alveoli) a livello del parenchima polmonare.

La ventilazione eccede il flusso sanguigno polmonare.  nella parte alta dei polmoni i capillari sono collassati: Q è minore rispetto alle parti inferiori.  nell’enfisema polmonare l’area di scambio è ridotta. V A è molto grande Esempi di V A /Q > 1

V/Q alti: il distretto polmonare interessato è adeguatamente ventilato, ma ipoperfuso o normalmente perfuso, ma iperventilato. A livello globale l’ipossiemia può svilupparsi poiché una quantità insufficiente di sangue si rifornisce di ossigeno da distribuire ai tessuti. Questa condizione è fisiologicamente propria degli apici polmonari e si riscontra in quadri patologici come l’embolia polmonare ed enfisema. embolia polmonareenfisemaembolia polmonareenfisema L’embolia polmonare (EP) o meglio, la tromboembolia polmonare (TEP), è una condizione clinica legata alla migrazione di materiale trombotico o meno dalla circolazione venosa sistemica all’albero vascolare polmonare, con ostruzione parziale o totale della circolazione arteriosa polmonare. L'enfisema è una patologia che interessa i polmoni, caratterizzata da: dilatazione degli spazi aerei a valle dei bronchioli terminali; distruzione delle loro pareti; assenza di evidente fibrosi. L'enfisema è una patologia che interessa i polmoni, caratterizzata da: dilatazione degli spazi aerei a valle dei bronchioli terminali; distruzione delle loro pareti; assenza di evidente fibrosi.

V A / Q 0 ∞

V A / Q = 1 Q

V A / Q = 0 ? Q

V A / Q = ∞ Q

L’organismo tenta di accoppiare ventilazione e perfusione regolando il diametro di bronchioli e arteriole attraverso i fattori che compaiono nella tabella Composizione del gas Bronchioli Arteriole polmonari Arteriole sistemiche Aumento P CO 2 DILATAZIONE(Costrizione)DILATAZIONE Diminuzione P CO 2 COSTRIZIONE(Dilatazione)COSTRIZIONE Aumento P O 2 (Costrizione)DILATAZIONECOSTRIZIONE Diminuzione P O 2 (Dilatazione)COSTRIZIONEDILATAZIONE

SITUAZIONE NORMALE COSTRIZIONE ARTERIOLARE NELL’ALVEOLO DI DX

V / Q = 0 nell’alveolo di sx V / Q = ∞ nell’alveolo di dx V / Q alveolo dx > V / Q alveolo sx

Come si può misurare la ventilazione alveolare (V A )? È possibile misurare il volume di CO 2 espirato (V E CO 2 ). Siccome non c’è scambio gassoso nelle vie di conduzione e l’aria inspirata non dovrebbe virtualmente contenere CO 2, si assume che tutta la CO 2 provenga dal gas alveolare. Quindi la quantità di CO 2 escreta dai polmoni equivale a: V E CO 2 = V A x F A CO 2 Questa equazione è nota come equazione della ventilazione alveolare.

Poiché P A CO 2 = F A CO 2 x pressione alveolare totale, possiamo riscrivere l’equazione vista come: V E CO 2 = V A x P A CO 2 x K dove K tiene conto della trasformazione di F A CO 2 a P A CO 2 (1/K= 0.863). Si ha: V E CO 2 = V A x P A CO 2 / da cui si ottiene:

Siccome P A CO 2 è in equilibrio con il valore di pressione parziale del sangue arterioso possiamo usare questo valore (P a CO 2 ) V A = V E CO 2 x / P a CO 2 cioè

Questa è una delle relazioni più importanti della fisiologia respiratoria perché pone risalto sulla relazione inversa fra V A e P a CO 2. Nel processo di ventilazione vedremo che il fattore sottoposto a rigido controllo è proprio P a CO 2 = 40mmHg. Se V A aumenta (iperventilazione), P a CO 2 diminuisce Se V A diminuisce (ipoventilazione), P a CO 2 aumenta

l’equazione del gas alveolare che mette in relazione la P A O 2 (pressione alveolare di ossigeno) con tre variabili: F I O 2, P A CO 2 e quoziente respiratorio (R). Quanto ossigeno arriva agli alveoli? Qual è il valore normale? Per rispondere a questa domanda ci viene in aiuto l’equazione del gas alveolare che mette in relazione la P A O 2 (pressione alveolare di ossigeno) con tre variabili: F I O 2, P A CO 2 e quoziente respiratorio (R). P I O 2 = pressione parziale di O 2 inspirato F I O 2 = concentrazione relativa di O 2 nell’aria inspirata R = rapporto di scambio respiratorio (V CO 2 / V O 2 ) assunto uguale a 0.8

Quindi l’equazione del gas alveolare è essenziale per calcolare la pressione alveolare di ossigeno e valutare la pressione parziale arteriosa di ossigeno e stabilire così se i polmoni stanno trasferendo ossigeno in maniera corretta al sangue.