Fisiologia dell'apparato respiratorio: spirometria e compliance polmonare

Sbobinatori e Revisori

Sbobinatori: coppia A-L 16 Revisori: coppia A-L 16

Materia e Docente

Materia: Fisiologia dell'apparato respiratorio Docente: Nazzareno Fagoni Data: 05/03/24

Lezione 02: Spirometria, Compliance, Statica del Polmone, Tensione Superficiale, Surfattante

Comunicazioni/ripasso: il professore fa un breve ripasso della lezione precedente, elencando i concetti spiegati nella lezione precedente quali:

• il trasporto dell'ossigeno, dove la diffusione non va bene per percorsi troppo lunghi
• la cascata dell'ossigeno con i vari valori di pressione arteriosa e venosa, capillare e alveolare (verrà ripresa più avanti) di ossigeno ed anidride carbonica con i vari step che intervengono nella cascata
• flussi dati dal rapporto tra differenza di gradiente di concentrazione e resistenza (rappresentate con il termine di conduttanza)
• la legge di Boyle dove P x V = K (verrà ripresa più avanti), con i concetti dei diversi volumi polmonari e dell'importanza della relazione tra P e V
• equazione di stato dei gas ideali, del rapporto tra temperatura, moli ed energia sviluppata all'interno del sistema
• la standardizzazione dei volumi del gas, cosa succede alla T ambiente, alla T corporea e in condizione standard
• legge di Dalton
• delle pressioni sopra e sotto livello del mare
• area alveolare e della presenza di vapore acqueo all'interno del sistema
• introdotto la statica e la meccanica respiratoria, sottolineando il passaggio da flusso di aria intermittente a continuo quando siamo a livello alveolare e la diffusione dei gas dagli alveoli verso il circolo
• importante la differenziazione tra la zona di conduzione e la zona di transizione respiratoria
• a livello alveolare c'è un'area vastissima di interfaccia tra alveolo e capillare polmonare
• il rapporto tra diramazione dei bronchi e la superficie in sezione, che aumenta in modo esponenziale passando dalla trachea verso gli alveoli e ciò comporta una diminuzione della resistenza delle vie aeree. Si ricorda che la resistenza varia in funzione del raggio, in particolare della 4ª potenza del raggio. Per cui, per un dimezzamento della dimensione del bronco, si assiste ad un aumento di 16 volte della resistenza (2x2x2x2). Questo concetto è importante in patologie dove le vie aeree non sono supportate dall'anello cartilagineo e quindi il rischio di ostruzione del lume è elevato. In caso di iperreattività bronchiale se la tonaca muscolare stringe il bronco il raggio diminuisce in modo sensibile ma la resistenza aumenta di 16 volte.
• abbiamo visto delle condizioni patologiche in cui ci possono essere delle resistenze aumentate dovute alla diminuzione del lume bronchiale
• resistenza e conduttanza sono due termini diversi, la resistenza è il reciproco della conduttanza

Spirometria

Lo spirometro ci consente di misurare i volumi polmonari. Durante la respirazione tranquilla il volume corrente è circa 0,5 L/min, la capacità polmonare totale è intorno a 10 volte il volume corrente, può variare da 5 L a 9/10 L. Per misurare i volumi utilizzo lo spirometro, viene chiesto al paziente di fare dei respiri tranquilli, i quali partono da quella che è definita come la capacità funzionale residua, ovvero il volume del polmone che 16viene raggiunto dopo un'espirazione tranquilla. Ciò indica la presenza, in seguito all'espirazione, di un volume all'interno del polmone che rappresenta il punto di partenza per fare delle misure. Se chiediamo al nostro paziente di fare un'espirazione massimale, rappresentata nel grafico dalla linea blu che raggiunge la linea tratteggiata, ovvero il volume polmonare residuo (VR), possiamo (4.200) 5.800 VRI CI Capacità Volume Fine di riserva inspiratoria calcolare il volume di riserva espiratoria (VRE). ovvero quanto volume abbiamo tra il dell'inspirazione inspiratoria tranquilla volume residuo e la capacità funzionale residua. CV Abbiamo poi il volume di riserva inspiratoria (VRI), dato dalla differenza tra la capacità polmonare totale e il volume corrente (Vc). La somma tra VRI e Vc determina la capacità inspiratoria (CI). La capacità vitale (CV) è il volume di aria che un polmone riesce a muovere da un'espirazione massimale ad un'inspirazione massimale. Alcuni di questi termini verranno utilizzati in alcuni test per capire se ci sono dei problemi ostruttivi a livello polmonare. 3.000 mL (1.900 ml) VC o VA Capacità vitale 4.600 mL (3.100 ml) Volume corrente 500 ml (500 ml) CPT 2.800 Capacità polmonare totale 2.300 VRE Fine dell'espirazione tranquilla Volume di riserva espiratoria CFR 1.200 1.100 ml (700 ml) Capacità funzionale residua VR Volume residuo 1.200 mL (1.100 ml) Tempo Con lo spirometro posso misurare diversi volumi ma non tutti. Uno in particolare è il volume residuo (VR), ovvero la quantità di aria che rimane all'interno dei polmoni al termine di un'espirazione massimale e corrisponde circa ad 1 L, valore che varia in base al sesso a causa delle differenze strutturali tra uomo e donna. In certi casi è importante conoscerlo perchè si tratta di una quantità di ossigeno all'interno del nostro polmone che normalmente ha un valore sotto il quale non si può andare per 2 ragioni: · la struttura della gabbia toracica; · alcuni alveoli a determinati volumi, si chiudono e non consentono lo svuotamento di una parte di essi.

Tecniche per la Misura del Volume Polmonare Residuo

Lo spirometro non ci consente di stabilire quanto è questo valore. Ecco perchè ci sono diverse tecniche:

Diluizione con Elio

Tecnica di diluizione con ILIO [Hel, V. - PHel, Va V2 = V, [Help/Hel · Diluizione con elio (He): conoscendo la concentrazione di elio iniziale ([He]1) e il volume (V1), consentendo la diluizione di questa quantità di gas con i volumi polmonari del soggetto, posso calcolare la concentrazione al termine del test. Questa avrà un valore più basso rispetto a quello iniziale perché la % di elio si è diluita in un volume maggiore (V2 = V1 + Vpolmonare). Dalla capacità polmonare totale tolgo la capacità vitale misurata con lo spirometro e rimane il volume residuo. Il test tiene conto anche di altre caratteristiche quali solubilità e diffusione dei gas.

Washout dell'Azoto

· Washout dell'azoto: con questa tecnica bisogna essere collegati ad un sistema chiuso, ovvero un sistema di cui conosco il volume e quindi le concentrazioni dei vari gas. Il paziente respira ossigeno puro (grazie ad un sistema a valvola) per una serie di atti respiratori, tutto l'espirato viene raccolto 17all'intero di un contenitore del quale si analizza la concentrazione finale. Quando la concentrazione di azoto nell'aria espirata scende di circa 1-2% (il sistema è quasi privo di azoto), possiamo calcolare il FRC= V1 = TL . FSN,(t). V.(C)) F_N2(t1)-F_N2(t2) volume di partenza. Nell'immagine viene descritto il sistema. (il professore specifica che le formule non vanno sapute) 100% 02 One-way wahres 0 V. 5+2+8 unulyser

Pletismografia

· Pletismografia: questa tecnica fa uso della legge di Boyle, per fare l'analisi dei volumi polmonari. Il soggetto viene posto all'interno di una scatola chiusa ermeticamente, viene collegato un boccaglio e chiesto di fare dei respiri. Tramite questo sistema posso misurare la pressione della bocca, i flussi, i volumi che passano dalla bocca e la pressione all'interno del pletismografo. Variazioni di pressioni all'interno del pletismografo ci consentono di calcolare, tramite la legge di boyle, di misurare i volumi polmonari. p+ v+ PV=K po vt

Fattori che Influenzano i Volumi Polmonari

Normalmente abbiamo detto che il volume corrente (VC) è circa 0,5 L/min, tuttavia dipende da diversi fattori:

Metabolismo dell'Individuo

· Metabolismo dell'individuo in un quel momento: parleremo della regolazione del respiro rispetto alla composizione dei gas ematici

Esercizio Fisico

· Esercizio fisico: si assiste ad un aumento della frequenza respiratoria in seguito all'aumento dell'intensità dell'attività. Il volume si modifica sia in termini di frequenza che di ampiezza. La frequenza respiratoria aumenta così come aumenta il volume corrente a scapito della parte sia espiratoria che inspiratoria in modo proporzionale questo perché, come si vede dal grafico, il VC va ad intaccare il volume di riserva espiratoria ma anche il volume di riserva inspiratoria. In quel momento la capacità funzionale del residuo del soggetto varia di respiro in respiro, poiché non siamo in una situazione di tranquillità. VOLUMI POLMONARI: LA SPIROMETRIA - DURANTE ESERCIZIO -CPN OPT 6 Volume (L BTPS) 5 CV 4 CFR 3 2 LVA Il volume corrente, durante l'attività fisica, 20 30 40 50 60 70 aumenta. I volumi che non cambiano Etá (anni) sono il volume residuo e la capacità vitale. Ci sono delle condizioni in cui queste componenti possono variare, come ad esempio l'età, 18dove progressivamente la capacità vitale si riduce a scapito del volume residuo che aumenta progressivamente. Con l'età rimane invariata la capacità funzionale residua, anche se in realtà dipende dalle situazioni.

Cambio di Posizione

· Cambio di posizione: nella stessa persona i volumi possono cambiare in condizioni fisiologiche. Da notare nell'immagine come cambia la capacità funzionale residua (CFR) da posizione ortostatica a prona /supina. In posizione eretta la capacità funzionale residua è il 50% della capacità polmonare totale, mentre in posizione prona si riduce del 20% circa rispetto a quella in posizione eretta, infine quella supina si riduce di circa il 30%. Queste differenze sono importanti quando bisogna decidere in che posizione mettere il paziente, che tendenzialmente si trovano supini. La posizione prona può essere usata come vera e propria terapia, per modificare le aree di ossigenazione del polmone. 100 100 CPT -0 90 Volume (. OPI) 8 82889 70 00 50 40 -70 -50 40 CFR 30 10 Volume (% CV) 20 VH 10- 20 0 Postura @ edi.ermes Altro esempio è la capacità polmonare totale che in alcune posizioni si riduce rispetto alle altre, ecco perché durante una crisi asmatica il paziente non sarà sdraiato ma in piedi a cercare di aprire il più possibile i polmoni.

Visceri Addominali

· visceri addominali: influenzano i volumi polmonari con la loro compressione sul torace

Basculazione

· basculazione: esempio è la posizione di trendelemburg (usata quando si ha un calo di pressione), con la quale la capacità polmonare residua si riduce significativamente.

Pressione Intrapleurica

La pleura è costituita da 2 foglietti: · parietale · viscerale Tra questi 2 è presente lo spazio pleurico, viene considerata una cavità virtuale contenente circa 2 ml di liquido pleurico. Le pleure servono per far espandere il polmone e permettere il suo scorrimento sulla parete toracica. E',infatti, la gabbia toracica a permettere il trascinamento del polmone, il quale viene trascinato se nello spazio c'è una pressione negativa (se fosse positiva andrebbe in direzione opposta) rispetto all'esterno. Questo è fondamentale dal punto di vista fisiologico, poiché altrimenti non vi sarebbe espansione polmonare e se fosse in comunicazione con l'esterno avremmo l'ingresso di aria. Se la pressione pleurica è pari a -5 cmH2O, la pressione non sarà 760 mmHg ma 755 mmHg, questo è indispensabile. Per misurare la pressione intrapleurica, si fa riferimento alla correlazione tra pressione intrapleurica e pressione esofagea, trasmessa durante il respiro nell'esofago, perciò se metto una sonda posso vedere le variazioni di pressione intrapleurica. Ci sono 3 pressioni importanti: · pressione transpolmonare (Ptp),: a cavallo del polmone, data dalla differenza tra la pressione alveolare e quella intrapleurica · pressione transtoracica (Ptt): a cavallo della gabbia toracica, data da pressione intrapleurica meno quella barometrica (Pb). 19