Fisiopatologia di Base del Polmone: funzione, ventilazione e perfusione

Fisiopatologia Polmonare

Chiara Cescatti Giorgia Polazzetto Samuele Rocco 03-10-2023 Pneumologia, lezione 01 Prof.ssa Turato

FISIOPATOLOGIA DI BASE DEL POLMONE

[Informazioni sul corso: la professoressa riferisce che la parte di pneumologia è stata strutturata dalla professoressa Saetta in modo che ogni lezione venga tenuta da uno dei suoi collaboratori che si occupa di quel settore specifico. Tuttavia la professoressa Turato è quella a cui fare riferimento per eventuali problemi e comunicazioni. L'esame sarà organizzato dai cardiologi, ma la parte di pneumologia sarà sicuramente orale.]

La lezione riprende delle nozioni già acquisite negli anni di studi, cercando di collegarle alla clinica. Si tratterà della struttura del polmone, ma in relazione alla sua funzione.

Funzione Polmonare e Consumo di Ossigeno

La funzione del polmone è ormai ben nota a tutti, ma essa è rimasta sconosciuta per molti anni: William Harvey, ad esempio, laureato a Padova nel 1602 e diventato molto famoso per aver scoperto la circolazione del sangue, in uno dei suoi libri scrisse che "la funzione del polmone è quella di raffreddare il cuore".

Ad oggi, invece, si sa che la funzione del polmone è di prendere l'ossigeno dall'atmosfera e portarlo all'interno dell'organismo, dove verrà utilizzato per il metabolismo dei grassi e degli zuccheri per produrre energia. Tale metabolismo produce come sostanza di scarto l'anidride carbonica, che viene eliminata dal polmone. Esso, quindi, ha lo scopo di provvedere agli scambi gassosi, portando l'ossigeno all'interno e l'anidride carbonica prodotta all'esterno.

Consumo di Ossigeno in Attività e a Riposo

ATLETA D'ELITE DURANTE L'ATTIVITA' VO2:6000ml/min +VE: 152L/min. Minute Vanillation Sp02 you Drygen Uptake Consumo 02: VO2 2 = ba Ventilazione 40 450 VO2 20s) VO2 200 millinn RIPOSO

Si consuma ossigeno per svolgere qualsiasi attività, ma anche quando si è fermi. In particolare, il consumo di ossigeno aumenta quando ci si muove e si fa uno sforzo fisico. Esiste, infatti, una relazione lineare tra il consumo di ossigeno (in ordinata nel grafico) e l'attività fisica (in ascissa): tanto maggiore è l'attività svolta, tanto maggiore è il consumo di ossigeno.

A riposo, il consumo di ossigeno è di circa 200 ml al minuto (circa 3 ml per kg al minuto, supponendo un peso di 70 kg). Quando ci si muove, invece, il consumo aumenta fino ad arrivare anche a 6 litri al minuto.

Quando si fa uno sforzo, c'è la necessità di introdurre una quantità maggiore di ossigeno e, per farlo, bisogna aumentare la ventilazione. Essa è la quantità di aria che entra ed esce dai polmoni in un minuto. Si ottiene moltiplicando la quantità di aria inspirata ad ogni atto respiratorio (volume corrente, approssimativamente di 500 ml) per il numero di atti respiratori al minuto (approssimabile a circa 15 atti al minuto).

Esiste una relazione tra la ventilazione e il consumo di ossigeno, che non è propriamente lineare, ma si può affermare che la ventilazione aumenta quando aumenta il consumo di ossigeno. Dato che il consumo di ossigeno aumenta con lo sforzo, è possibile dire che quando ci si sforza di più è necessario aumentare la ventilazione.

Aumento della Ventilazione

VE: 7L/minPer aumentare la ventilazione, bisogna o aumentare la quantità di aria inspirata nel singolo atto respiratorio o aumentare gli atti respiratori stessi, oppure aumentare entrambi.

Volendo incrementare il volume corrente, si utilizza un volume maggiore di polmone per riempirlo di aria: tale volume può arrivare al massimo a quella che è definita capacità vitale. Essa è il massimo volume di aria che si può introdurre ed espellere dal polmone.

8 C -Carta Capacità pomonare totale Spirometro Capacità vitale Litri 4 Volume Penna 2 Capacità funzionale residua Volume residuo 0 TV: 500ml x fr 14/min= 7000ml/min VC: 5000ml x fr.20/min =100L./min)

Mentre il volume corrente è approssimabile a 500ml, la capacità vitale si può approssimare a circa 5000 ml (ognuno ha i suoi valori dei volumi polmonari in base alle proprie caratteristiche fisiche). Oltre ad aumentare la quantità d'aria mobilizzata, si può incrementare la frequenza del respiro, passando da 15 fino a 20 atti al minuto.

Pertanto, se normalmente a riposo si ha una ventilazione di circa 7-8 litri al minuto, sotto sforzo, respirando a capacità vitale anziché a volume corrente e incrementando la frequenza respiratoria, si può arrivare a ventilare 100 litri al minuto (si tratta di sforzi normali, in caso di sforzi eccezionali si può ventilare anche 160 litri al minuto).

Alveoli e Ventilazione Alveolare

2 Trachea 0 Zona di conduzione Bronchi 1 2 3 4 Bronchioli 5 I Bronchioli terminali 16 Bronchioli respiratori 18 19 20 Dotti alveolari 21 22 Sacchi alveolari 23

L'aria che entra nel polmone deve poi raggiungere gli alveoli. Il polmone ha una struttura adatta alla sua funzione: una delle componenti fondamentali è l'albero tracheobronchiale, un sistema di tubi che diventano sempre più piccoli (bronchi e bronchioli) che trasporta l'aria dall'esterno alla zona dove avvengono gli scambi respiratori, ovvero gli alveoli.

Tale sistema è costituito dalla trachea, che si divide in due bronchi, uno per il polmone di destra e uno per quello di sinistra, i quali si suddividono in bronchi sempre più piccoli che vengono poi chiamati bronchioli (la caratteristica fondamentale che distingue i bronchi dai bronchioli è che nei bronchi c'è tessuto cartilagineo mentre nei bronchioli no, il che li rende più flessibili).

I bronchioli a loro volta continuano a suddividersi finché si arriva ai bronchioli terminali, i quali continuano a dividersi dando origine ai bronchioli respiratori.

Nel diagramma è presente una linea che separa i bronchioli terminali da quelli respiratori, poiché sulla parete di questi ultimi cominciano a formarsi gli alveoli e iniziano a verificarsi gli scambi gassosi. I bronchioli respiratori si dividono ancora diventando dotti alveolari, con la parete formata da alveoli, e poi sacchi alveolari, costituiti solo da alveoli.

L'albero tracheobronchiale è, quindi, diviso in due parti: una prima zona di conduzione, che serve solo per trasportare l'aria, e una seconda zona respiratoria, dove avvengono anche gli scambi gassosi.

Spazio Morto Anatomico

La ventilazione non viene tutta utilizzata per gli scambi gassosi, poiché una parte dell'aria rimane confinata nella zona di conduzione, dove non ci sono alveoli. Tale quantità di aria, pertanto, viene persa a livello di scambi gassosi, ma consente al resto del volume di raggiungere la zona respiratoria. Tale parte di aria viene chiamata spazio morto.

Zona respiratoria: scambio dei gas. Zona di transizione e respiratoria 17 Zona di conduzione: no scambio dei gas 6

MIn questo caso particolare, si definisce come spazio morto anatomico, in quanto questa perdita di aria è dovuta proprio all'anatomia del polmone stesso. Essa rappresenta circa il 30% della ventilazione totale.

Dal momento che, come già detto, a riposo si ha una ventilazione di circa 7-8 litri al minuto, circa 2 litri di aria rimangono confinati nella zona di conduzione, 150 ml del volume corrente mobilizzato ad ogni atto respiratorio. Il rimanente, invece, riesce a raggiungere la zona respiratoria e a partecipare agli scambi gassosi.

La ventilazione, quindi, può essere distinta in ventilazione dello spazio morto (VD) e in ventilazione alveolare (VA). Dal momento che quella che interessa ai fini degli scambi gassosi è la ventilazione alveolare, essa può essere ricavata sottraendo alla ventilazione totale (VE) la ventilazione dello spazio morto.

VE = VA + VD VA = VE - VD

Si è detto, dunque, che il consumo di ossigeno aumenta in maniera lineare con l'aumento dell'attività fisica, che tale incremento del consumo di ossigeno è consentito dall'aumento della ventilazione totale, che fa in modo che avvenga anche un aumento della ventilazione alveolare, necessaria agli scambi gassosi.

Scambi Gassosi

Gli scambi gassosi avvengono tra l'aria contenuta negli alveoli polmonari e il sangue nei capillari polmonari.

Osservando una sezione di parenchima polmonare sono visibili gli spazi alveolari e le pareti alveolari. Una caratteristica fondamentale delle pareti alveolari è di essere molto sottili, poiché solo in questo modo è possibile il passaggio per diffusione dei gas. Pertanto, tali pareti sono in gran parte formate dal capillare, mentre il resto è costituito dall'endotelio del capillare stesso, dall'epitelio alveolare (molto basso), dalle membrane basali della cellula alveolare e della cellula epiteliale fuse tra loro e da delle fibre di supporto elastiche.

Lo scambio dei gas attraverso la membrana alveolo-capillare avviene per diffusione, la quale segue la legge di Fick, che afferma che la velocità di trasferimento di un gas dipende dall'area a disposizione per lo scambio, dalla differenza delle pressioni parziali del gas ai due lati della membrana e dallo spessore della membrana stessa.

Tale concetto può essere utile per comprendere il motivo per cui in certe malattie si ha una alterazione della diffusione dei gas: una riduzione della diffusione dei gas, infatti, si ha quando si verifica o una diminuzione dell'area di scambio o un aumento dello spessore delle pareti alveolari.

Gli scambi gassosi avvengono perché il sangue che arriva nel capillare polmonare proviene dai tessuti, pertanto contiene una grande quantità di anidride carbonica che avrà una pressione parziale intorno ai 45 mmHg e una bassa concentrazione di ossigeno, con una pressione parziale di circa 40 mmHg.

Il sangue, una volta attraversato il polmone e scambiati i gas, avrà una pressione parziale di anidride carbonica di 40 mmHg e una pressione parziale di ossigeno di 80 mmHg.

Tra la pressione parziale di anidride carbonica nel sangue arterioso e la ventilazione esiste una relazione particolare: la pressione parziale di anidride carbonica nel sangue arterioso è direttamente proporzionale alla produzione di anidride carbonica ed è inversamente proporzionale alla ventilazione.

Arterial pC02 = VA VC02

In conseguenza a ciò, quando la pressione parziale di anidride carbonica varia, entrano in funzione dei meccanismi (chemocettori) che regolano la ventilazione in modo da mantenere tale pressione parziale al valore normale di 40 mmHg.