Ventilazione polmonare INSPIRAZIONE ESPIRAZIONE
Le pressioni polmonari P TAW = P AW -P IP Il valore della P IP registrato a livello dello spazio intrapleurico è simile a quello di diverse altre regioni della cavità toracica; ad es.: lo spazio interstiziale che circonda le vie aeree, o quello che circonda il cuore e i vasi sanguigni, o l esofago.
Pressioni polmonari all equilibrio del sistema toraco-polmonare - 5-6 cm H 2 O 0 cm H 2 O + 5 6 cm H 2 O Il punto di equilibrio di un sistema è la posizione assunta a riposo in assenza di forze esterne
Azione dei muscoli intercostali I muscoli respiratori Contrazione diaframma: diametro cranio-caudale e trasverso della gabbia toracica volume gabbia toracica. Responsabile dei 2/3 dell inspirazione. Nel respiro tranquillo, abbassamento cupola diaframmatica 1-2 cm volume gabbia toracica = 200-400 ml. In condizioni di respirazione profonda, abbassamento di 10 cm, aumento volume di 2-4l. Aumentano il diametro anteroposteriore e trasverso della gabbia toracica
Successione di eventi nel corso dell inspirazione I muscoli inspiratori si contraggono La cavità toracica si espande Trazione sul liquido intrapleurico La pressione endopleurica si abbassa La pressione transpolmonare aumenta I polmoni si espandono La pressione alveolare diventa subatmosferica L aria penetra nei polmoni fino a quando la pressione alveolare eguaglia quella atmosferica
Fisiologia del cavo pleurico
Schema anatomo-funzionale del cavo pleurico e delle pleure Molecola di tensioattivo adsorbita su cariche negative del mesotelio 2000/cm 2 0.2-20μ Legami idrogeno tra molecole di tensioattivo La funzione aspirante del sistema linfatico assicura il mantenimento di un volume minimo del liquido pleurico che, altrimenti, per effetto delle forze di trazione contrapposte esercitate dal polmone e dal torace tenderebbe ad aumentare
Bilancio delle forze di Starling nel distretto pleuropolmonare Gradiente in filtrazione dal microcircolo parietale verso l interstizio della pleura parietale Le frecce indicano i gradienti netti a cavallo dei compartimenti Gradiente in filtrazione dall interstizio della pleura parietale verso il cavo pleurico Gradiente in riassorbimento dal cavo pleurico verso l interstizio polmonare Turnover fisiologico del liquido pleurico Forze di Starling Jv /S = Lp (P i P pl ) σ (π i π pl ) Lp = conduttività idraulica della barriera pleurica Bassa conduttività idraulica della pleura viscerale
0,2 ml/kg (70kg 14ml) Liquido pleurico Ha un contenuto in elettroliti simile al plasma, ma ha un contenuto inferiore di proteine (1g%) Si rinnova ad una velocità di 0,2ml/Kg/h e quindi subisce un rinnovamento totale in 1h. Viene prodotto per filtrazione dai capillari sottopleurici della pleura parietale derivati dalla circolazione sistemica Il riassorbimento del liquido pleurico avviene per oltre l 80% per aspirazione da parte degli stomi linfatici della pleura parietale, provvisti di valvole unidirezionali, e drenato nel circolo linfatico Il mantenimento di una pressione endopleurica negativa avviene grazie all azione della pompa aspirante linfatica
MECCANICA RESPIRATORIA Quali sono le forze che muovono il polmone e la parete toracica? Quali sono le resistenze che essi superano?
Statica e dinamica del sistema toracopolmonare: di cosa si occupano? La statica si occupa delle proprietà meccaniche del polmone, del torace e del sistema toracopolmonare in assenza di flusso, i cui volumi, quindi, non variano nel tempo La dinamica si occupa delle proprietà del polmone, del torace e del sistema toracopolmonare in presenza di flussi d aria, i cui volumi, quindi, variano nel tempo
STATICA DEL SISTEMA TORACOPOLMONARE
Proprietà elastiche del polmone
Curva pressione volume concetto di Compliance
Curva P/V del polmone isolato
Compliance polmonare = DV D(P alv -P pl ) In vivo
Componenti dell elasticità polmonare
Curve P/V del polmone isolato ottenute insufflando aria o soluzione fisiologica Pressione di apertura
Componenti dell elasticità polmonare Parenchimale componenti elastiche del parenchima polmonare: Elastina Collagene Alveolare tensione superficiale generata nell alveolo dall esistenza dell interfaccia aria-liquido
La tensione superficiale Tra le molecole interne di un liquido si esercitano forze di attrazione reciproca dirette in tutte le direzioni. Le forze che agiscono sulle molecole alla superficie, invece, non sono equilibrate verso l alto, per cui prevalgono forze dirette verso l interno e tangenzialmente alla superficie L attrazione laterale tra le molecole di liquidi in superficie genera una forza detta tensione superficiale L area della superficie tende a ridursi il più possibile
Tensione superficiale alveolare Tende a ridurre al minimo la superficie liquida dell alveolo e quindi il suo volume Si oppone ad ogni forza che tende ad aumentare l area della superficie liquida dell alveolo aumenta le forze di retrazione elastica dell alveolo (riduzione della compliance) Genera una pressione (di collasso) all interno dell alveolo P 2T r Legge di Laplace
La tensione superficiale rappresenta un fattore di instabilità alveolare Per un interfaccia aria/acqua la tensione superficiale a 37 C è 70dyne/cm 2 P 2T r Atelettasia Bolle di aria sferiche circondate da acqua
La sostanza tensioattiva polmonare e la Legge di Laplace E possibile stimare la tensione superficiale che agisce a livello alveolare. L alveolo è assimilato ad una cavità sferica la cui superficie è ricoperta d acqua La pressione che agisce a livello della parete è data da la legge di Laplace P = 2T/r dove T è la tensione superficiale all interfaccia aria/acqua (70dine/cm 2 ) r, raggio dell alveolo (50μ, a fine espirazione) P la pressione generata dalla tensione superficiale che agisce a cavallo della parete alveolare P risulterebbe di 28.000 Dine/cm 2 equivalente a circa 28 cm H 2 O (Dyne/cm 2 =cmh 2 O x980) La pressione che mantiene l alveolo disteso è pari alla pressione transpolmonare che è di circa 5 cmh 2 O bisogna supporre l esistenza di un fattore in grado di abbassare enormemente la pressione superficiale portandola da 28 a 5 cmh 2 O tensioattivo polmonare o surfattante polmonare
Composizione del tensioattivo polmonare
Meccanismo con cui il surfattante riduce la tensione superficiale
La sostanza tensioattiva polmonare e la Legge di Laplace P = 2T r
Assenza di surfattante
Contributo del surfattante nel mantenimento dell equilibrio alveolare durante il ciclo respiratorio Una diversa velocità di espansione tra gli alveoli potrebbe causare una maldistribuzione della ventilazione. Il surfattante minimizza le differenze di ventilazione tra alveoli, aggiustando dinamicamente la velocità di espansione e svuotamento di alveoli lenti e veloci.
La stabilità alveolare è garantita anche dall interdipendenza alveolare
Funzioni del tensioattivo polmonare Abbassa la tensione superficiale aumentando la compliance polmonare Contribuisce alla stabilità alveolare impedendo l atelettasia polmonare Previene l edema polmonare (minore tensione superficiale maggiore pressione interstiziale minore pressione netta di filtrazione dai capillari polmonari verso l interstizio polmonare) E responsabile del fenomeno dell equilibrio alveolare
Proprietà elastiche della parete toracica Per ricavare la curva di rilasciamento del torace si misura, a diversi volumi, la pressione endopleurica con la muscolatura respiratoria rilasciata e la glottide chiusa. Il ritorno elastico del polmone è impedito dalla presenza dell aria al suo interno la cui pressione aumenta (P A positiva) e la P pl dipende, in queste condizioni, dal solo ritorno elastico del torace. Ptp Ptt
Diagramma pressione/volume del sistema toracopolmonare P TM = P T +P P = P Pl +P A -P Pl = P A
Compliance toracopolmonare C T+P = V/ P pol (0,1 L/cmH 2 O) Compliance del torace C T = V/ P pleu (0,2 L/cmH 2 O) Compliance del polmone C P = V/(P pol P pleu ) (0,2 L/cmH 2 O) R tot = Rp + Rt Tra queste 3 equazioni esiste la relazione: 1/ C T+P = 1/ C T + 1/ C P
Effetti della dimensione dei polmoni sulla compliance. Poiché la compliance dipende dal volume del polmone, l escissione di lobi polmonari riduce la compliance totale. Se questa viene espressa relativamente alla CFR, il valore che si ottiene è indipendente dal volume polmonare
Modificazioni del diagramma P/V del polmone in caso di enfisema e di fibrosi polmonare si traducono in corrispondenti cambiamenti del diagramma P/V del sistema toracopolmonare. La curva del torace rimane invariata Punto di equilibrio del torace
Pneumopatie restrittive Patologie respiratorie che riducono la CFR, CV e CPT rendendo difficile l espansione dei polmoni Può colpire il parenchima polmonare o tre strutture extrapolmonari: pleura parete toracica sistema neuromuscolare
Malattia polmonare restrittiva del parenchima polmonare Riduzione della compliance statica Sindrome da distress respiratorio del neonato Edema polmonare Fibrosi polmonare interstiziale diffusa Parete toracica La rigidità della parete toracica (es. cifoscoliosi) può rendere difficoltoso aumentare il volume del torace Pleura Un accumulo d aria (pneumotorace) o di liquido (versamento pleurico) nello spazio intrapleurico può limitare l espansione di parte degli alveoli Sistema neuromuscolare Il SN può non essere in grado di attivare i muscoli respiratori o i muscoli non sono in grado di rispondere adeguatamente alla stimolazione SLA Miopatie Sovradosaggio di farmaci (es. barbiturici) che inibiscono i centri nervosi di controllo del respiro
Effetti della contrazione isometrica dei muscoli respiratori sulle curve P/V del sistema toraco-polmonare Metodica A partire da un dato V, si chiede al soggetto di effettuare prima il massimo sforzo espiratorio e poi il massimo sforzo inspiratorio, a vie aeree chiuse. Le curve delle massime P espiratorie (ESP) ed inspiratorie (INSP) sono somma della Pmax esercitata dai muscoli (curve tratteggiate) + la P elastica sviluppata dalla struttura toracopolmonare, in condizioni di rilasciamento (RS). P A Le P mus sviluppate sono diverse ai diversi V, perchè i muscoli sviluppano forza diversa alle diverse lunghezze.
Contrazione isometrica ed isotonica
curva dei massimi isometrici 0
Relazione lunghezza-tensione del sarcomero
Il diagramma mostrato precedentemente. Mette in evidenza le prestazioni dei muscoli inspiratori ed espiratori ai diversi volumi polmonari M. esp sviluppano pressioni più elevate ai massimi volumi polmonari M. insp. sviluppano pressioni più elevate a volumi intermedi Parametri clinici utilizzati per la valutazione della funzionalità della muscolatura respiratoria MPI, massima pressione inspiratoria = il pz espira al massimo e poi tenta di inspirare in modo massimale a vie respiratorie occluse MPE, massima pressione espiratoria = il pz inspira al massimo e poi tenta di espirare in modo massimale a vie respiratorie occluse
Il lavoro elastico del sistema toracopolmonare L = F x d Nel caso del sistema toracopolmonare la relazione tra F e spostamento (d) può essere descritta come relazione tra P e V Il lavoro (L) compiuto da una forza F per muovere all interno di un cilindro il volume V di fluido di un tratto pari a d sarà uguale a: F x d
B C A L = PdV nell ambito del volume tidalico L = V t x ΔP = V t x V t x ΔP = 1 x V t 2 2 V t 2 2 x C TP
Il lavoro elastico necessario ad aumentare di una data quantità il volume del polmone è maggiore quando il volume di partenza è maggiore di CFR Il lavoro elastico necessario a diminuire di un dato valore il volume polmonare è maggiore quando il volume di partenza è minore di CFR