Fisiologia della Respirazione 10.Scambi gassosiventilazione. Carlo Capelli Fisiologia Facoltà di Scienze Motorie- Università di Verona

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1 Fisiologia della Respirazione 10.Scambi gassosiventilazione 2 Carlo Capelli Fisiologia Facoltà di Scienze Motorie- Università di Verona

2 Obiettivi Distribuzione zonale della ventilazione e della perfusione nel polmone Rapporto V A /Q nei distretti polmonari Rapporto V A /Q e scambi gassosi: RR e pressioni parziali di O 2 e CO 2 distrettuali La disomogenietà del rapporto V A /Q come causa di ipossiemia Shunt veno-arterioso Spazio morto alveolare e spazio morto fisiologico

3 Soluzione simultanea delle equazioni per le iso-r di aria e sangue PaCO2 (mmhg) PaO2 (mmhg)

4 Soluzione simultanea delle equazioni per le iso-r di aria e sangue PaCO2 (mmhg) PaO2 (mmhg)

5 P A O 2, P A CO 2 e V A /Q In realtà, nel polmone i valori di V A /Q sono distribuiti secondo un continuum di valori Abbiamo, cioè, una vera e curva di distribuzione dei valori di V A /Q tra due estremi che corrispondono ad uno spazio morto (alveolare) e ad uno shunt La distribuzione del rapporto V A /Q può essere disomogenea in un polmone patologico; estese zone con V A /Q vicino a 0 o infinito

6 Rapporto V A /Q Distribuzione regionale della ventilazione Ricordiamo come è distribuita la ventilazione alveolare L aria inspirata non si distribuisce uniformemente nelle varie parti del polmone; La ventilazione per unità di volume polmonare è maggiore nelle parti inferiori e minore in quelle superiori.

7 Rapporto V A /Q Distribuzione regionale della perfusione polmonare

8 Rapporto V A /Q

9 Distribuzione di V A /Q, P A O 2 e P A CO 2 nel polmone APEX V' A Q' V' A /Q' P A O 2 P A CO 2 0,24 0,07 3, ,33 0,19 1, ,42 0,33 1, ,52 0,50 1, ,59 0,66 0, ,67 0,83 0, ,72 0,98 0, ,78 1,15 0, BASE 0,82 1,29 0,

10 V A /Q e RR nei diversi distretti RR = VCO2/VO /9 15/10 = 0,9 = 1.5 Alveoli alla base (V A /Q basso) Alta P A CO 2 e bassa P A O 2 : Il transfer di CO 2 dal capillare all alveolo non è molto grande, poiché il gradiente di pressione è solo di 13 mmhg (55-42) Alveoli agli apici (V A /Q elevato) Bassa P A CO 2 (28 mm Hg) e alta P A O 2 : Il transfer di CO 2 dal capillare all alveolo è cospicuo, poiché il gradiente di pressioni di 27 mm Hg (55-28) La quantità di O 2 trasferita dagli alveoli è praticamente identica nei due casi. Ciò e dovuto alla non-linearità della curva di dissociazione dell ossiemoglobina

11 RR nel polmone APEX V' A Q' V' A /Q' P A O 2 P A CO 2 RR 0,24 0,07 3, ,00 0,33 0,19 1, ,30 0,42 0,33 1, ,10 0,52 0,50 1, ,92 0,59 0,66 0, ,85 0,67 0,83 0, ,78 0,72 0,98 0, ,73 0,78 1,15 0, ,68 BASE 0,82 1,29 0, ,65

12 Curva di distribuzione localizzazione nel polmone 50 PaCO2 (mmhg) PaO2 (mmhg)

13 Distribuzione V A/Q nel sano e nel patologico

14 Maldistribuzione di V A /Q e gradiente P A O 2 -P a O 2 X Y P A O 2 = (2 * * 125)/6 = 110 C a O 2 = (2 * * 19.1)/6 = 19.4 P a O 2 = 92 mmhg P A O 2 - P a O 2 = = 18 mm Hg X Y TOT V A Q V A /Q P A O *** C c O ** P a O * P A CO *** P a CO * C C CO ** *P a O 2 ; P a CO 2 **C a O 2 ; C a CO 2 ***P ET O 2 ; P ET CO 2

15 Take home message La conclusione che si deve ricordare è la seguente: sebbene esista un perfetto equilibrio sia per O 2 che per CO 2 in ciascuna zona tra aria alveolare e sangue all uscita dei capillari, l aria mista alveolare espirata ha una PO 2 (P A O 2 ) più alta (e una PCO 2 più bassa, P AC O 2 ) del sangue arterioso a valle del polmone (P a O 2, P a CO2) In questo modo si instaura il cosiddetto gradiente alveolo-capillare di PO 2 Normalmente, in presenza di scarsa maldistribuzione del rapporto V A /Q è molto basso (2-3mm Hg) In vari tipi di patologie (BPCO), vi può essere una marcata maldistribuzione di V A /Q ed il gradiente può essere molto ampio; si instaura iposseimia La maldistribuzione del rapporto V A /Q è la causa prevalente (70-80 %) di ipossiemia

16 Shunt Shunt: si riferisce al volume di sangue che entra nel sistema arterioso senza passare attraverso le aeree ventilate del polmone Anche nel polmone normale un certo volume di sangue ritorna al sangue arterioso in parte impoverito di O 2 attraverso le vene bronchali Un aliquota aggiuntiva proviene dal seno coronarico (vene di Tebesio) In alcuni pazienti il volume di sangue venoso misto aggiunto non è trascurabile e si assiste ad una notevole caduta di P a O 2

17 Shunt Quando lo shunt è causato dall aggiunta di sangue venoso misto è possibile calcolare il flusso di sangue attraverso lo shunt Q T C a O 2 = Q S C v O 2 + ( Q T Q S ) C c' O 2 Q S Q T = C c' O 2 -C a O 2 C c' O 2 C v O 2 Quando lo shunt è causato dall aggiunta di sangue che non ha la stessa concentrazione di O 2 del sangue venoso misto, è possibile calcolare lo shunt come se fosse dovuto dall aggiunta di un volume di sangue venoso misto capace di causare lo shunt osservato

18 Shunt Nello shunt, l ipossiemia non può essere abolita nemmeno inspirando O 2 puro Una piccola diminuzione di C a O 2 procura una notevole caduta di P a O 2 a causa della non-linearità della curva di dissociazione della Hb

19 Shunt

20 Quantificazione ( semplice ) della disomogeneità di V A /Q Modello tri-compartimentale di Riley: 1. Alveoli ventilati, ma non perfusi 2. Alveoli perfusi, ma non ventilati 3. Alveoli idealmente perfusi e ventilati

21 Modello di Riley

22 Modello di Riley (cont.) 1. Ventilati non perfusi Comprendono lo spazio morto alveolare 2. Perfusi non ventilati Rappresentano uno shunt 3. Gli scambi gassosi possono avvenire solo nel compartimento ideale (R uguale a QR medio dell organismo = V CO 2 /V O 2 )

23 Gas respiratori nell aria e nel sangue del compartimento ideale Pressioni parziali dei gas negli alveoli e nei capillari dei diversi distretti: è necessario conoscere in quale modo i valori dei gas siano determinati da R 1. Aria Equazione dell aria alveolare Per la maggior parte dei nostri fini, si può applicare una forma semplificata dell equazione dell aria alveolare che non tenga conto della lieve differenza ta volume inspirato e volume espirato R = P ACO 2 - P ICO2 P IO2 - P AO2 P AO2 = P IO2 - P ACO 2 R

24 Punto ideale Le linee iso-r per il sangue e per il gas che rappresentano R dell intero organismo si intersecano in unico punto ideale Questo punto di intersezione identifica gli unici valori di PO 2 e di PCO 2 che potrebbero esistere omogeneamente in tutte le parti del polmone nelle quali avvengono gli scambi respiratori e senza che vi sia commistione di sangue venoso misto Essi sono definiti i valori del compartimento ideale

25 Determinazione del Punto ideale Il punto ideale può essere determinato senza conoscere il punto venoso misto: è sufficiente un campione di sangue arterioso P i CO 2 P a CO 2

26 E facile calcolare: Spazio morto alveolare 1. la frazione del volume corrente che non partecipa agli scambi respiratori: alveolare o in paralleo (V Alv ) 2. Si sottolinea che la misura di V Alv include anche la ventilazione di alveoli relativamente poco perfusi la misura dello shunt include anche la perfusione di alveoli relativamente poco ventilati

27 Frazioni end tidal La parte finale dell espirazione consiste di una miscela di gas del compartimento ideale e di gas che proviene dallo spazio morto alveolare. Un campione di questo gas prende il nome di campione di aria a fine espirazione (ET) In un polmone sano la composizione di questo campione approssima quella dell aria del compartimento ideale.

28 Calcolo dello spazio morto alveolare V alv V E = P ico 2 - P ETCO 2 P ETCO2

29 Calcolo dello spazio morto fisiologico Si preferisce, però, calcolare lo spazio morto fisiologico, uguale alla somma dello spazio morto anatomico V D (o in serie) + spazio morto alveolare Si sfrutta il fatto che la P a CO 2 è praticamente uguale alla P I CO 2 : curva iso R piatta vicino al punto ideale P a CO 2 P I CO 2 V fis V E = P aco 2 - P ECO 2 P ECO2 Poiché V D non cambia, ogni variazione di V fis misurata equivale ad una corrispondente modificazione di V alv

30 Calcolo dello shunt Anche nel caso del calcolo dello shunt (o commistione venosa) si preferisce semplificare ed utilizzare la PO 2 (CO 2 ) del punto ideale Si parla di shunt fisiologico (shunt anatomico più aggiunta di sangue da alveoli molto perfusi e poco ventilati) Q S Q T = CiO 2 -C a O 2 CiO 2 -C v O 2

31 Bibliografia Fisiologia dell Uomo, autori vari, Edi.Ermes, Milano Capitolo 12: Il polmone (Capitolo 12.10) Fisiologia Medica, a cura di Conti F, seconda edizione, Edi.Ermes, Milano Capitolo 51: Scambi gassosi Capitolo 52: Rapporto ventilazione-perfusione West JB, Fisiologia della Respirazione, IV edizione italiana, PICCIN, Padova Dispensa Scambi Gassosi