Rapporto ventilazione-perfusione polmonare: circolazione e regolazione

RAPPORTO VENTILAZIONE-PERFUSIONE

Oggi affrontiamo il tema del rapporto tra la ventilazione e la perfusione; quindi, in qualche modo il rapporto tra l'ingresso d'aria e il sangue determini lo scambio dei gas. Finora abbiamo più o meno descritto il percorso dell'aria all'interno dei polmoni e di come questo porta alla diffusione dei gas, l'ossigenazione dei tessuti e viceversa l'eliminazione di CO2. Quello però che non abbiamo preso in considerazione è che questo schema di funzionamento non è fisso a livello delle varie parti del polmone e può esserci un'importante variazione di quanto ciascuna parte del polmone sia ventilata (ossia ricevono aria fresca) e quante sono invece maggiormente o minormente irrorate dalla circolazione polmonare.

L'obiettivo di questa lezione è quello di cercare di definire come sono gestiti questi rapporti; in particolare:

• Riconoscere le circolazioni ad alta e bassa pressione che alimentano il polmone;
• Identificare il significato dello shunt fisiologico nella circolazione polmonare;
• Indicare le diverse zone polmonari in base al flusso sanguigno polmonare;
• Definire il rapporto V/Q (V indica la ventilazione, Q indica la perfusione) e la sua variazione regionale;
• Spiegare il significato clinico del rapporto V/Q, ossia quando esso è importante in diverse condizioni cliniche comuni.

Circolazione polmonare

Abbiamo due tipi di circolazione:

1. La circolazione sistemica ad alta pressione e a basso flusso: fornisce di sangue arterioso sistemico alla trachea, all'albero bronchiale, ai tessuti di supporto del polmone e agli strati esterni delle arterie e vene polmonari. In questo caso, le arterie bronchiali, che sono rami dell'aorta toracica, forniscono la maggior parte di questo sangue arterioso sistemico a una pressione che più o meno è equivalente a quella dell'aorta in prossimità dell'arco aortico.
2. La circolazione polmonare a bassa pressione e ad alto flusso: fornisce il sangue venoso da tutte le parti del corpo ai capillari alveolari per gli scambi gassosi. L'arteria polmonare porta il sangue ai capillari alveolari per lo scambio di gas, mentre le vene polmonari riportano il sangue all'atrio sinistro per essere pompato nella circolazione sistemica.

Perché parliamo di alta e bassa pressione? Perché, a fronte dei 120/80mmHg della pressione sistemica possiamo fare grossolanamente una media della pressione arteriosa attorno a 100mmHg a livello dell'arteria. Partiamo dalla descrizione della quota di pressione sistemica 120/80 quando il sangue viene pompato nell'arco 1aortico, scende lungo l'aorta, viene poi indirizzato attraverso i vari distretti principali delle arteriole e quando arriva ai capillari dove avviene il rilascio di ossigeno ai tessuti, la pressione è molto bassa ma ancora si trova a livelli apprezzabili di 20mmHg. Successivamente ritorna indietro con pressione venosa molto bassa, aiutata dalla spinta delle valvole e della contrazione muscolare (la pressione è così bassa che da sola non riesce nemmeno a risalire all'atrio destro). Quando arriva all'atrio destro la pressione è molto bassa nella vena cava ed è circa 2mmHg e a questo punto il Mean = 15 Mean = 100 sangue passa nel ventricolo destro dove 25/8 Artery 120/80 Artery 30 la pressione massima sistolica che si = 12 Pulmonary Systemic raggiunge è di 5mmHg, ossia 1/6 - 1/10 25% 120% Cap RV LV Cap 20 di quella sistemica che è molto bassa. RA LA =8 Circolazione polmonare 2 5 Tuttavia, questa è sufficiente per 10 Circolo a bassa pressione (bassa Resistenza). Vein Vein raggiungere un ampio distretto capillare · PA sistolica: 25 mmHg · PA diastolica: 8 mmHg e andare a irrorare una quota importante · PA media: 15 mmHg . P capillare media: 7 mmHg di albero vascolare che va poi a formare Rpol - PA - Py / Fpol R = (15 - 5) mmHg / 5 l/min = 2 mmHg/l/min la rete dei capillari polmonari.

Questa figura ci fa vedere che la parte dei capillari sistemici è meno rappresentata rispetto ai capillari polmonari, che è estesissima (potenzialmente parliamo di un campo di calcio). Questo spiega perché le resistenze che si incontrano sono molto basse (dato che c'è una grandissima estensione), motivo per cui, anche una pressione molto bassa di 25mmHg rende possibile che il ventricolo destro possa pompare sangue in questa estesissima rete capillare. Dopodiché c'è l'ossigenazione, il rientro nell'atrio sinistro e di nuovo il sangue ossigenato viene pompato nella circolazione sistemica.

Quindi, ricordiamoci che la pressione nella circolazione destra non si sa perché non è una cosa che si può misurare dall'esterno come lo possiamo fare per la pressione arteriosa (il prof specifica che i numeri vanno ricordati). Abbiamo detto dell'importanza dell'irrorazione dei tessuti polmonari e la quota di sangue ossigenato che, attraverso le arterie bronchiali irrora il sistema toraco-polmonare è circa l'1-2% della gittata cardiaca totale, che è una quota relativamente piccola se pensiamo al lavoro respiratorio che svolgono i polmoni per ossigenare tutto il sangue in circolo. Questo 1-2% in più spiega vi sia una lievissima differenza globale per quanto riguarda il flusso nell'atrio sinistro e l'uscita ventricolare sinistra, che globalmente hanno percentuali di 1-2% maggiori di quello che circola del distretto circolatorio polmonare; quindi, una differenza che però non va trascurata.

Quello che iniziamo a introdurre come concetto è l'idea che tutta questa vascolarizzazione così ampia predispone il sistema a una forte regolazione. Dobbiamo sempre ragionare, per quanto riguarda gli scambi gassosi e del sistema respiratorio, come un qualcosa di fortemente dinamico, perché continuamente nell'arco della nostra vita possiamo respirare e questo lo rende estremamente malleabile e flessibile a seconda delle esigenze fisiologiche.

2Questo concetto diventa estremamente importante quando parliamo della regolazione del flusso sanguigno polmonare perché, questa regolazione del flusso sanguigno polmonare ha dei margini di incremento o di riduzione estremamente importanti (come abbiamo visto precedentemente); quindi, immaginiamo quanto ampia è la rete di capillari. Ma ad ogni battito cardiaco, a ogni respiro se siamo in condizioni di riposo non vi è una irrorazione che va a interessare tutti i capillari polmonari, ma solo la porzione necessaria e sufficiente per il consumo di ossigeno che abbiamo nella respirazione tranquilla. Infatti, abbiamo visto l'altra volta quanto possono variare i flussi di ossigeno durante una respirazione tranquilla o durante una respirazione veloce (es. attività fisica, di malattia, febbre), allo stesso modo questa grande riserva si esprime a livello del flusso sanguigno polmonare e dei capillari.

Regolazione del flusso sanguigno polmonare

Qual è il principale fattore che regola il flusso sanguigno polmonare? Banalmente, la pressione parziale di ossigeno nel gas alveolare: PAO2.

Ricordiamoci che la CO2, per quanto riguarda il flusso sanguigno polmonare non ha un grande ruolo lo ha la PAO2, ed in particolar modo le diminuzioni della CO2 producono una vasocostrizione polmonare per un meccanismo adattativo. Di primo acchito sembra controintuitivo, perché uno potrebbe dire che essendoci un abbassamento dell'ossigenazione bisogni mandare più sangue; invece, noi dobbiamo sempre ragionare come istituzione regionale: non c'è una vasocostrizione o una PAO2 che viene misurata globalmente, ma nei vari distretti del polmone. Quindi, il sistema respiratorio capisce se una parte del polmone è meno ventilata e decide, in questo caso attivando i meccanismi di vasocostrizione, di deviare il flusso verso altre regioni che invece sono ossigenate in maniera più inefficace.

In particolare, se la PAO2 viene ridotta al di sotto dei 70 mmHg, si verifica vasocostrizione e questo, come vi dicevo, è un fatto solitamente regionale. Vi sono però condizioni come l'alta quota dove vi è una ipossia diffusa e, di conseguenza, il sistema reagisce provocando una vasocostrizione globale. Quest'ultima va poi ad aumentare le resistenze e quindi aumenta il lavoro del cuore che cerca di pompare sangue contro una resistenza che è aumentata in questa condizione.

100 Pco, Dry inspired når Po 150 Humidfed tracheal air PA 100 PA 40 Alveolar alr Pa Pac 100 Lo stesso avviene per quanto riguarda la circolazione del flusso sanguigno polmonare fetale, in cui anche qui abbiamo una condizione di ipossia e quindi il cuore destro lavora a pressioni più elevate. Quindi, ricordiamoci che dobbiamo ragionare non in termini di ipossia generale, ma di distribuzione di loco- regionale, ossia quanto nelle diverse parti del polmone, può esserci o meno una riduzione della PAO2.

Pica, Questa regolazione del flusso sanguigno polmonare è un Feed venous blood Sputernic arterial blood fenomeno estremamente flessibile che si basa sulla quota di PAO2 che viene monitorata a livello dei capillari, soprattutto all'uscita delle vene polmonari.

3Questo è un grafico che già abbiamo imparato a conoscere. Si tratta del transfer alveolo-capillare con i 0,75 secondi che ci mette il sangue a passare ai capillari polmonari e abbiamo detto che, in condizioni normali, dopo 0,25-0,30 secondi abbiamo già un'ossigenazione completa.

Abbiamo anche detto che il transfer alveolo-capillare può essere limitato dalla diffusione o dalla perfusione se ci sono delle situazioni patologiche, oppure in caso di eccessiva difficoltà che può incontrare l'ossigeno nell'attraversare la barriera alveolo-capillare. In questo caso, quindi, nonostante il transito sia adeguato di quasi un secondo, non si raggiunge una PAO2 valida ed è questo il momento in cui il sistema rileva l'ipossia e decide di ridurre il flusso sanguigno mediante meccanismi di vasocostrizione.

Meccanismi di regolazione del flusso sanguigno

Quindi facendo uno schema più grossolano, che ci aiuta a ricordare come lavora il flusso sanguigno Recruitment Distension polmonare, immaginiamo una rete capillare molto estesa, la quale va intesa come una normale rete distribuzione idrica possono essere aperti o chiusi tanti rubinetti, a seconda di dove ci serve l'acqua.

Di conseguenza, si possono aprire nuovi "canali di irrigazione", aumentando il reclutamento di arteriole o capillari polmonari che finora non erano stati chiamati in causa. Un altro meccanismo importante è quello di andare ad aumentare la distensione, di stendere proprio quei capillari e polmonari che in quel momento ricevono una quantità adeguata di ossigeno.

Tutto questo ci fa capire come sia importante trasferire questo modello fisiologico in un contesto patologico, e avere anche una presente come alcuni farmaci possano indurre implicazioni molto importante a livello dell'ossigenazione polmonare; e quindi potenzialmente dare dei problemi come effetti collaterali. Vedremo poi qualche esempio più in dettaglio.

Vasocostrizione polmonare ipossica

100 г 1 1 80 Blood flow (% control) 60 40 20 - 0 50 100 150 200 300 500 Alveolar Po2 Questo fenomeno si chiama vasocostrizione polmonare ipossica e si verifica quando si riduce da PO2 ed è dovuto fondamentalmente a una contrazione della muscolatura liscia della regione ipossica. Di nuovo ricordiamo che è un fenomeno locale, il quale non è ancora esattamente noto, ma quello che possiamo dire è che non si verifica in un tessuto isolato dei polmoni, per cui non è sotto il controllo del sistema nervoso centrale mediante il parasimpatico o l'ortosimpatico.

Quindi probabilmente è un'azione locale dell'ipossia sull'arteriola stessa, la quale direttamente determina una risposta di contrazione della muscolatura liscia dell'arteriola polmonare. Quindi, va a chiudere e ridurre il flusso nel segmento poco ossigenato.