Fisiologia dell'apparato respiratorio: curve flusso-volume e lavoro

Alterazione curve flusso-volume

Il professore riprende degli argomenti e dei concetti della lezione precedente: ALTERAZIONE CURVE FLUSSO - VOLUME. Possiamo apprezzare nel grafico la componente espiratoria (l'inspiratoria sarebbe sotto l'asse delle X) delle curve flusso-volume. Sull'asse delle ascisse troviamo il volume polmonare in L mentre su quella delle Y il flusso espiratorio (L/min). Quella normale è la curva rossa dove i parametri standard sono VR = 1,2L - CPT= 6L - CV = 5L. Tuttavia possiamo avere alcune situazioni patologiche come sindromi restrittive ALTERAZIONE CURVE FLUSSO-VOLUME (curva blu) e sindromi ostruttive (curva verde - 500 enfisema). Nel primo caso abbiamo un paziente con Sindrome compliance ridotta e quindi avremo uno spostamento 400 - ostruttiva della curva verso dx. La conseguenza è che il soggetto avrà una CPT ridotta e un picco di flusso ridotto, come 300 - Normale anche una CV diminuita. Nel secondo caso, invece, 200- avremo un paziente con un aumento della compliance Sindrome polmonare, con un VR > 1.2 = valore standard (infatti, in 100- restrittiva questa situazione, si parte da un valore di circa 3 sull'asse delle X) e potrà dunque raggiungere una CPT CPT VA 0 Flusso espiratorio (L/min) 0 3 maggiore (circa 7L). La curva, ovviamente, si sposterà 7 5 4 2 1 6 verso sinistra con un picco di flusso più basso della Volume polmonare (L) situazione fisiologica. In tutti questi casi, se osserviamo la pendenza delle curve, notiamo come siano molto simili. Questo perché esiste un parametro detto sforzo indipendente oltre il quale non possiamo mai andare, qualsiasi siano le condizioni di partenza. Esso rappresenta la parte di curva che decresce con una certa pendenza a partire dalla CPT fino al VR, e questo vale per tutte le situazioni (fisiologiche e non).

FOT - Tecnica delle Oscillazioni Forzate

Il professore introduce ora un argomento NON richiesto all'esame ma che viene comunque riportato per completezza: FOT - Tecnica delle Oscillazioni Forzate Ultimamente ci sono delle tecniche che consentono di avere una stima delle resistenze in condizioni diverse dal normale. Un esempio è la FOT, la quale, per la sua facilità, ci consente di effettuare test anche su bambini di età prescolare. - Resistance (R) Questo esame ci fornisce informazioni sulla consistenza 5 Reactance (X) R5 ---- parenchimale del polmone oltre che la situazione sulla resistenza 4 delle vie aeree, misurate con respirazioni normali a partire dal VC 3 R20 (dunque senza arrivare a fare espirazioni forzate). In questo test si valuta l'impedenza (Zrs) mediante l'analisi di un impulso sonoro Fres - inviato dal nostro apparecchio con diversi livelli di frequenza (Hz). Questo parametro è inoltre suddiviso in 2 diverse sottocomponenti: -2 AX RX (emH.O.L.+.s)) L'impulso sonore viene inviato • Reattanza (Xrs): la componente parenchimale del sistema. Si effettua dunque una valutazione che ci fornisce informazioni circa le fibre elastiche del polmone e le sue altre componenti dal computer attraverso un X5 altoparlante (frequenze tra 4-8 -4 Hz e 30-50 Hz). = 5 10 15 20 25 30 35 Frequency (Hz) • Resistenza (Rrs) intesa come la resistenza al flusso delle vie aeree Il macchinario, come dicevamo prima, emette degli impulsi a diverse frequenze, mediante i quali siamo in grado di quantificare, in primis, la nostra RESISTENZA.

• 5Hz = basse frequenze di oscillazione > indice resistenza totale (100% suddiviso in un 30% resistenza aree distali e 70% resistenza aree prossimali (vedi seguito))
• 20Hz = alte frequenze > indice delle grosse vie prossimali. Conoscendo dunque questo valore e le resistenze totali, posso trovare la componente resistiva delle vie distali (corrisponderebbe al 30% visto prima).

Questo test, di solito, si effettua per rilevare patologie dove è prevista una certa componente resistiva come l'asma o la fibrosi cistica. Il macchinario, infine, è in grado di fornirci informazioni anche riguardo alla REATTANZA cioè l'elasticità e le proprietà inerti del sistema respiratorio.

Lavoro respiratorio

Si riprendono ora gli argomenti inclusi nell'esame finale: LAVORO RESPIRATORIO: Per lavoro si intende l'energia richiesta per la respirazione. Durante la normale respirazione tranquilla (dove utilizziamo principalmente il diaframma) noi abbiamo un consumo di O2 pari al 2% del metabolismo basale ovvero circa 5ml/min, anche se questo valore aumenta molto durante l'esercizio fisico. Tutte queste relazioni le possiamo visualizzare nel grafico seguente che ci mostra come aumenti il consumo di O2 (ml/min asse delle Y) man mano che aumenta o diminuisce la ventilazione (L/min asse delle X). Nel suddetto sistema Oxy troviamo due curve particolarmente importanti: una è quella della persona normale (NORMAL) dove il consumo di O2 dai muscoli respiratori aumenta con l'aumentare della ventilazione. All'inizio le variazioni sono quasi nulle, mentre possiamo notare i primi aumenti significativi a partire dal valore di volume di 40L fino ai valori massimi con un consumo di circa 100ml/min. Nell'altro caso (EMPHYSEMA), invece, si osserva un paziente affetto da una condizione patologica dove già con una ventilazione normale (5L) avrà un consumo enorme di O2 (andamento simil-esponenziale) rispetto alle condizioni normali. Proprio per questo un paziente affetto da tale condizione non potrà raggiungere gli stessi livelli di ventilazione di una persona normale, proprio perché la richiesta dei suoi muscoli respiratori è troppo elevata, e quindi visualizzeremo graficamente uno spostamento della curva verso sx.

Lavoro respiratorio: consumo di ossigeno

LAVORO RESPIRATORIO 200 10 ml/litre 5 ml/litre 3 ml/litre 2 ml/litre Energia richiesta per la respirazione: durante la normale respirazione tranquilla = 2% del metabolismo basale > 5ml/min 100 - 1 mi/lire ma ... aumenta fino a 50 volte durante l'esercizio fisico! 0.5 minlitre 50 NORMAL- 0 20 40 60 80 100 Ventilation (litres/min) (BTPS) E se volessimo modificare il lavoro? Se si volesse cambiare il lavoro si dovrebbero modificare due cose ovvero il consumo di ossigeno e la frequenza respiratoria. Essa si stabilizza su valori diversi in base a se ci sono delle resistenze elastiche aumentate, se c'è un aumento delle resistenze, o se siamo in condizioni normali. Analizziamo le diverse situazioni con dei grafici particolari dove sull'asse delle X troviamo la frequenza respiratoria e sull'asse delle Y il lavoro respiratorio.

Lavoro respiratorio: frequenza respiratoria

• Normal = primo grafico a sx: più aumento la frequenza, più le resistenze dell'Air Flow aumentano e, conseguentemente, si alza anche la componente del lavoro associata a tale resistenza. Al contrario le resistenze elastiche (Elastic) sono elevate a frequenze basse e diminuiscono a frequenze respiratorie alte, questo perché a frequenze basse dovremo spostare dei volumi maggiori, conseguentemente le fibre elastiche dovranno essere distese molto di più. Sommando le due curve ottengo la linea superiore (Total) che corrisponderebbe alla somma dei due lavori associati alle resistenze, la quale segue un andamento con un picco minimo, rappresentante la frequenza respiratoria ottimale (15 breaths per minute) per effettuare il minimo lavoro respiratorio possibile.
• Increased elastic resistance = grafico centrale: se aumenta la componente elastica, la rispettiva curva si alza e quindi vorrà dire che dovrò effettuare un lavoro maggiore. Ne consegue che anche la curva Total sale verso l'alto, dato che rappresenta una somma di lavori di cui uno in aumento. E 49 muscles (ml/min) ISTPD) 150 EMPHYSEMAdunque potremo vedere come il minimo della funzione sia spostato leggermente verso dx -> avrò una frequenza respiratoria ottimale lievemente aumentata (18 circa)
• Increased air flow resistance = grafico di dx: analogamente al II caso, qui avremo una pendenza molto più elevata della curva Air Flow, con un conseguente aumento del lavoro associato che comporterà un innalzamento della curva Total e uno spostamento del minimo verso sx = frequenza ottimale leggermente ridotta (10)

Increased elastic resistance Increased air flow resistance Total Total Work of breathing (arbitrary units) Total Elastic Elastic Air flow Air flow Air flow 5 10 15 20 5 10 15 20 5 10 15 20 Respiratory frequency (breaths per minute)

Ventilazione e diffusione polmonare

VENTILAZIONE E DIFFUSIONE POLMONARE: Riprendiamo ora i concetti legati allo spazio morto, inteso come uno spazio compreso tra la 1a alla 16a diramazione che NON partecipa negli scambi respiratori (la componente inclusa è appunto quella respiratoria, compresa tra la 17a e la 23a diramazione). Sebbene non sia incluso, esso sta alla base di molte situazioni fisiologiche (come la ventilazione) che se alterate possono sfociare in diverse patologie. Introduciamo ora la ventilazione ... n.d.s. si ricordi che le lettere puntate indicano i flussi, le lettere SENZA punti indicano i volumi ... Per ventilazione polmonare, VT, si intende il prodotto tra la frequenza respiratoria (fR di norma pari a 10-15 atti/min) per il volume corrente (VC= 500 ml). Ovviamente una parte di quest'aria, come detto Ventilazione polmonare nell'introduzione, NON si utilizzerà per gli scambi respiratori (= spazio morto) ma una parte sì e dunque arriverà all'interno degli alveoli, dandomi il valore della Ventilazione Alveolare VA che non è altro che la differenza tra la ventilazione totale (VT) VT = fRx VC VA = VT - VD = fR(VC - VD) e la ventilazione dello spazio morto (VD). Considerando che nel calcolo delle ventilazioni o flussi si deve sempre includere il termine della fR, possiamo raccoglierla a fattor comune, ottenendo una variante della formula precedente come rappresentato nell'immagine a dx. NB: repetita iuvant: lo spazio morto NON partecipa agli scambi gassosi, non per questo, però, è privo di aria al suo interno. Dunque avrà comunque una sua ventilazione, per questo si prende in considerazione il suo eventuale flusso VD.

Ventilazione alveolare e spazio morto

50 Normal ElasticLo spazio morto, così definito, è costante (con dovute eccezioni - vedi *), anche se raddoppiassi o dimezzassi la ventilazione. Al massimo cambierebbe la sua ventilazione (quantità di aria che vi passa). Ergo se volessi modificare la respirazione, o cambio VC o cambio fR o entrambe. Ipotizziamo di avere una situazione come quella in figura dove: 1) VT = fR x VC = 15min-1 x 0.5 L = 7.50 L/min 2) VD = fR x VD (COST !!! ) = 15min-1 x 0.15 = 2.25 L/min 3) VA = VT - VD = 5.25 4) VA = VC - VD = 0.35L Ventilazione alveolare e spazio morto VC = 0.5 L fR = 15 atti min-1 VD = 0.15 L VA = VT - VD VT = 7.50 L/min VD = 2.25 L/min VA = 5.25 L/min (VA=VC-VD) VA = 0.35 L Calcolati questi valori, come può variare VA al variare di VC e fR? Ipotizziamo di voler raddoppiare VC. Dunque passerei da 0.5 a 1L e, applicando le formule pedissequamente, arriverei circa a VA =13L/min come areazione alveolare. Se raddoppiassi la fR, invece, arriverei a circa 11L/min come areazione alveolare. Quindi, nel secondo caso, avrò meno componente pronta da usare per effettuare scambi gassosi, e ciò è legato anche al fatto che ventilerei maggiormente lo spazio morto, il quale non partecipa a tali scambi. Quindi, per aumentare l'espettorato di CO2, ad esempio, dovrò aumentare il VC piuttosto che la fR, compatibilmente con l'aumento delle pressioni associate ai gas (il paziente reggerà tali cambi di pressione?).

Ventilazione alveolare e spazio morto: variazioni

Ventilazione alveolare e spazio morto VT = fRxVC VA = VT - VD = fR(VT - VD) fR = 15 min-1 VC = 0.5 L VD = 0.15 L (costante!) VA = 15 (0.5-0.15) = 5.25 L/min raddoppio VC VA = 15 (1-0.15) = 12.75 L/min Laddoppio fR VA = 30 (0.5-0.15) = 10.5 L/min *Lo spazio morto, come dicevamo, è costante, anche se dobbiamo effettuare alcune considerazioni in merito. Infatti esso è costituito da 2 parti: una anatomica e una alveolare (sono alveoli che ricevono gas ma non scambiano). Il primo sarebbe la quota costante, immutabile, presente fisiologicamente > Dunque lo spazio morto fisiologico o totale corrisponde sostanzialmente a quello anatomico in condizioni di normalità! Di solito quello alveolare esiste o per motivi patologici (embolia che blocca il flusso di sangue = alveoli ventilati ma presenti in zone poco o per nulla perfuse) o per motivi fisiologici (ad esempio potremmo avere zone più ventilate ma meno perfuse). Di solito, per discernere queste casistiche, patologici si utilizza una soglia minima. 51