Appunti sulla Respirazione

Polmoni e Respirazione

Introduzione alla Respirazione

• Respirazione Esterna:

  • Scambio di gas tra atmosfera e polmoni (①).
  • Scambio di ossigeno (O2) e anidride carbonica (CO2) tra tessuti polmonari e sangue.
  • Trasporto di O2 e CO2 nel sangue.
  • Scambio di O2 e CO2 tra tessuti sistemici e sangue.

• Respirazione Interna:

  • Utilizzo di O2 e produzione di CO2 da parte delle cellule, soprattutto nei mitocondri.
  • Produzione di ATP.

Anatomia dell'Apparato Respiratorio

• Apparato Respiratorio Superiore:

  • Cavità nasale.
  • Faringe.
  • Laringe (con corde vocali).
  • Lingua
  • Esofago
  • Trachea

• Apparato Respiratorio Inferiore:

  • Polmone destro e sinistro.
  • Bronchi (destro e sinistro).

• Muscoli per la Ventilazione:

  • Inspirazione: scaleni, sternocleidomastoidei, intercostali esterni, diaframma.
  • Espirazione: intercostali interni, muscoli addominali.

• Anatomia Esterna dei Polmoni:

  • Apice.
  • Lobi (superiore, medio, inferiore per il polmone destro; superiore e inferiore per il polmone sinistro).
  • Base.
  • Diaframma.

• Sezione del Torace:

  • Membrane pleuriche (due per ciascun polmone).
  • Esofago e aorta passano tra i sacchi pleurici.
  • Cavità pleurica (destra e sinistra).
  • Cavità pericardica.
  • Incisura cardiaca (nel polmone sinistro).

Vie Aeree

• Vie Aeree Superiori:

  • Cavità nasale.
  • Cavità orale
  • Faringe.
  • Epiglottide.
  • Laringe.
  • Glottide.
  • Esofago.

• Tratto Respiratorio:

  • Trachea (con anelli cartilaginei).
  • Bronchi primari, secondari e terziari.
  • Bronchioli terminali e respiratori.
  • Alveoli (in sacchi alveolari).

Innervazione

• Sistema Nervoso:

  • Ponte e bulbo (centri respiratori).
  • Nervo frenico (diaframma).
  • Nervi intercostali (muscoli intercostali).
  • Nervo vago.

• Gangli:

  • Giugulare, nodoso, cervicale superiore.

• Plesso Polmonare:

  • Parasimpatico: costrizione dei bronchi, secrezione mucosa.
  • Simpatico: dilatazione dei bronchi, secrezione acquosa.
  • Motore: muscoli scheletrici.

Radiografia Toracica

• Visualizzazione:
  • Coste (C) e diaframma (D) ben visibili.
  • Polmoni riempiono la cavità toracica (escluso cuore e mediastino).
  • Trachea (T) si divide nei bronchi principali.
  • Vasi polmonari visibili (contengono sangue).
  • Strutture alveolari non apprezzabili normalmente.
  • Arteria polmonare (AP) e atrio sinistro (AS) identificabili.
  • APD: arteria polmonare destra; VS: ventricolo sinistro.

Sistema di Conduzione e Scambio

• Sistema di Conduzione:
  • Trachea, bronchi principali, bronchi più piccoli, bronchioli, bronchioli terminali.
• Superficie di Scambio:
  • Alveoli.

Anatomia Microscopica

• Strutture:

  • Laringe, trachea, bronchi primari, secondari, terziari, piccoli bronchi, bronchioli, bronchioli terminali, bronchioli respiratori, sacchi alveolari.

• Caratteristiche:

  • Ciglia: abbondanti nelle zone di conduzione, assenti negli alveoli.
  • Cellule caliciformi: producono muco, presenti nelle zone di conduzione, assenti negli alveoli.
  • Cartilagine: presente nelle vie aeree superiori, assente nei bronchioli e alveoli.
  • Muscolatura liscia: presente in tutte le vie aeree, permette broncocostrizione e broncodilatazione.

Legenda: O (non presente), + (raro), ++ (presente), +++ (abbondante).

Epitelio Respiratorio

• Zona di Conduzione:
  • Epitelio tracheale: cellule ciliate e cellule caliciformi.
• Zona Respiratoria:
  • Epitelio bronchiolare respiratorio: cellule ciliate (meno frequenti).

Muco e Ciglia

• Funzione:
  • Le ciglia muovono il muco verso la faringe.
  • Il muco intrappola le particelle inalate.
  • Strato di soluzione salina permette alle ciglia di muovere il muco.

Tessuto Epiteliale

• Specializzazioni:
  • Bronchi: strato mucoso, ciglia apicali, cartilagine.
  • Bronchioli: cellule di Clara.
  • Alveoli: cellule di tipo I e II.

Zona Respiratoria

• Strutture:

  • Bronchiolo terminale si ramifica in bronchiolo respiratorio.
  • Sacchi alveolari (gruppi di alveoli).
  • Dotti alveolari.
  • Rete capillare densa intorno agli alveoli.

• Cellule Alveolari:

  • Tipo I: formano la parete alveolare.
  • Tipo II: secernono surfactante.
  • Macrofagi alveolari: rimuovono particelle estranee.

• Membrana Respiratoria:

  • Stretta associazione tra pareti alveolari e capillari (0.2 \,μm).

Struttura Alveolare e Bronchiale

• Diramazioni:

  • Laringe
  • La trachea si divide nei due bronchi principali, che si suddividono ulteriormente.
  • Alveoli circondati da fibre elastiche e capillari.

• Componenti:

  • Cellule alveolari di tipo I (scambio dei gas).
  • Cellule endoteliali dei capillari.
  • Cellule alveolari di tipo II (surfactante).
  • Macrofagi alveolari (fagocitosi).
  • Fibre elastiche.

• Spazio tra Alveolo e Capillare:

  • Epitelio alveolare, endotelio, membrane basali fuse.
  • Scambio di gas tra spazio aereo alveolare e plasma.\

Scambio di gas

O2entra nel capillare CO2 esce dal capillare

Parete Toracica e Sacco Pleurico

• Componenti:

  • Coste, sterno, vertebre toraciche, tessuto connettivo, muscoli intercostali.

• Pleura:

  • Viscerale (aderente ai polmoni).
  • Parietale (aderente alla parete toracica).

• Spazio Intrapleurico:

  • Riempito di liquido (circa 15 ml).

Sacco Pleurico

• Funzione:
  • Doppia membrana che circonda i polmoni, simile a un palloncino pieno di liquido intorno a un palloncino pieno d'aria.
• Componenti:
  • Liquido pleurico.
  • Membrane pleuriche.

Pressioni Polmonari

• Pressione Atmosferica (Pam):

  • 760 mmHg (0 mmHg come riferimento).

• Pressione Intrapleurica (Pip):

  • 756 mmHg (-4 mmHg rispetto all'atmosfera).

• Pressione Intra-alveolare (Palv):

  • 760 mmHg (0 mmHg rispetto all'atmosfera).

• Condizioni a Riposo:

  • Palv = 0 mmHg.
  • Pip = -4 mmHg.
  • Forze elastiche: polmoni tendono a collassare, gabbia toracica ad espandersi.

Pneumotorace

• Definizione:
  • Aria nel sacco intrapleurico.
• Effetti:
  • La pressione intrapleurica diventa uguale a quella atmosferica (0 mmHg).
  • Il polmone collassa a causa delle forze elastiche, non essendoci più la pressione negativa che lo tiene adeso alla parete toracica.

Leggi dei Gas

1. I gas si spostano da aree ad alta pressione a aree a bassa pressione.
2. La pressione totale di una miscela di gas è la somma delle pressioni parziali dei singoli gas (Legge di Dalton).
3. Se il volume di un gas cambia, la pressione cambia inversamente (Legge di Boyle).

• Legge di Boyle:
  • PV = \text{costante}
  • P1V1 = P2V2

Meccanica Respiratoria

• Muscoli Inspiratori:

  • Diaframma, intercostali esterni.

• Muscoli Espiratori:

  • Intercostali interni, addominali (solo durante l'espirazione attiva).

• Processo di Respirazione:

  • Inspirazione: contrazione dei muscoli inspiratori, espansione del torace e dei polmoni.
  • Espirazione tranquilla: rilassamento dei muscoli inspiratori, ritorno passivo del torace e dei polmoni.
  • Espirazione attiva: contrazione dei muscoli espiratori.

Movimenti del Diaframma e delle Coste

• Diaframma:

  • Si contrae e si abbassa durante l'inspirazione, aumentando il volume toracico.
  • Si rilassa durante l'espirazione, diminuendo il volume toracico.

• Coste:

  • Movimento a manico di pompa (aumenta la dimensione antero-posteriore).
  • Movimento a maniglie di secchio (aumenta la dimensione laterale).

Pressioni e Volume Polmonare durante il Ciclo Respiratorio

• Pressione Alveolare:
  • Massima durante l'espirazione, minima durante l'inspirazione, uguale alla pressione atmosferica tra le fasi.
• Contrazione dei Muscoli Intercostali Esterni:
  • Massima durante l'inspirazione.

Dinamica della Ventilazione

• Parametri:

  • Volume corrente (VC) = 500 ml.
  • Frequenza respiratoria (FR) = 12 atti/min.
  • Pressione pleurica (esofagea).
  • Pressione alveolare.
  • Flusso aereo.

• Curve di Pressione:

  • Pressione pleurica: include la pressione per variare il volume e quella per generare il flusso aereo.
  • Pressione alveolare, rapporto con volume e pressione pleurica.

Pressioni Alveolari e Volume Respiratorio

• Inspirazione:
  • Espansione dei polmoni diminuisce la pressione alveolare.
  • Flusso d'aria aumenta la quantità di gas e la pressione alveolare.
• Espirazione:
  • I polmoni collassano, aumentando la pressione alveolare.
  • L'aria esce seguendo il gradiente di pressione.
    P_ {Alv} = 0 \, mmHg all'inizio e alla fine del ciclo.

Pressioni Intrapleurica e Transpolmonare

• Pressione Intrapleurica:
  • Sempre negativa rispetto alla pressione atmosferica.
• Pressione Alveolare:
  • Oscilla tra valori negativi e positivi.
• Pressione Transpolmonare:
  • Aumenta durante l'inspirazione e l'inizio dell'espirazione, diminuisce durante l'espirazione.

Gradiente di Pressione

• Ventilazione:
  • La differenza tra pressione atmosferica e alveolare (Patm - Palv) crea il gradiente per il movimento dell'aria.
• Espansione Polmonare:
  • La pressione transpolmonare (Palv - Pip) è cruciale.

Eventi Durante l'Inspirazione

• Successione:
  • Afferenze nervose ai muscoli inspiratori (diaframma e intercostali esterni).
  • Contrazione muscolare e espansione del torace.
  • Diminuzione della pressione intrapleurica (Pip).
  • Aumento della pressione transpolmonare.
  • Diminuzione della pressione alveolare (Palv).
  • Flusso d'aria negli alveoli e aumento del volume polmonare.

Fattori che Influenzano il Volume Polmonare

• Elastici:
  • Tensione superficiale del liquido alveolare.
  • Tessuto elastico della parete polmonare.
  • Forze elastiche di ritorno dei polmoni e della parete toracica.
• Muscolari:
  • Attività contrattile dei muscoli respiratori.

Resistenza delle Vie Aeree

• Equazione del Flusso:
  • Flusso = Differenza di pressione / Resistenza
• Aumento della Resistenza:
  • Richiede una maggiore pressione alveolare per muovere lo stesso volume di aria.

Determinanti della Resistenza delle Vie Aeree

Flusso Laminare e Turbolento

• Laminare:
  • Flusso e pressione correlati linearmente (Legge di Poiseuille).
  • Dipende dalla viscosità del fluido.
• Turbolento:
  • Formula differente.
  • Dipende dalla densità del gas.

Legge di LaPlace e Surfactante

• Legge di LaPlace:
  • P = \frac{2T}{r}
  • P = pressione, T = tensione superficiale, r = raggio.
  • A parità di tensione superficiale, la bolla più piccola ha maggiore pressione.
• Surfactante:
  • Riduce la tensione superficiale, stabilizzando gli alveoli.
  • Previene il collasso degli alveoli più piccoli.

Tensione superficiale alveolare

• Tensione Superficiale:
  • Alta alla fine dell'inspirazione.
  • Bassa alla fine dell'espirazione.
• Effetto del Surfactante:
  • Riduce la tensione superficiale, prevenendo il collasso degli alveoli.
• Sindrome da Distress Respiratorio (SDR):
  • Causata da produzione insufficiente di tensioattivo.
  • Aumenta il lavoro necessario per gonfiare i polmoni.

Spirometria

• Misurazione:
  • Misura la quantità di aria che entra/esce dai polmoni.
  • Registra i volumi di aria inspirati o espirati.

Volumi e Capacità Polmonari

• Volumi:
  • Volume corrente (VC).
  • Volume di riserva inspiratoria (VRI).
  • Volume di riserva espiratoria (VRE).
  • Volume residuo (VR).
• Capacità:
  • Capacità inspiratoria (CI).
  • Capacità vitale (CV).
  • Capacità funzionale residua (CFR).
  • Capacità polmonare totale (CPT).

Valori Medi

• Spazio Morto (SM):
  • 150 ml.

Misura del Volume Residuo

*Usando la tecnica della diluizione dell'elio

Equazioni

* VP = VC x FR = 500 ml/atto x 12 atti/min = 6000 ml/min  => *Ventilazione Polmonare*
*   VA = (VC – SM) x FR = 350 ml/atto x 12 atti/min = 4200 ml/min  => *Ventilazione Alveolare*

Effetti del Tipo di Ventilazione sulla Ventilazione Alveolare

Terminologia della Fisiologia Respiratoria

Tipi di Ventilazione

Ventilazione e Pressioni Parziali

• Relazione:
  • La ventilazione alveolare influenza le pressioni parziali di ossigeno (PO2) e anidride carbonica (PCO2).
  • Ipoventilazione: PO2 diminuisce, PCO2 aumenta.
  • Iperventilazione: PO2 aumenta, PCO2 diminuisce.

Fattori che influenzano la ventilazione alveolare al minuto

• Gradiente di pressione lungo le vie aeree
• Resistenza delle vie aeree
• Complianza polmonare
• Tessuto elastico
• Attività contrattile dei muscoli respiratori
• Volume dello spazio morto
• Frequenza respiratoria