Biologia per i maggiori II

Il numero di respiri al minuto è la frequenza respiratoria. In media, in condizioni di non sforzo, la frequenza respiratoria umana è di 12-15 respiri/minuto. La frequenza respiratoria contribuisce alla ventilazione alveolare, o quanta aria entra ed esce dagli alveoli. La ventilazione alveolare previene l’accumulo di anidride carbonica negli alveoli. Ci sono due modi per mantenere costante la ventilazione alveolare: aumentare la frequenza respiratoria diminuendo il volume corrente d’aria per respiro (respirazione superficiale), o diminuire la frequenza respiratoria aumentando il volume corrente per respiro. In entrambi i casi, la ventilazione rimane la stessa, ma il lavoro fatto e il tipo di lavoro necessario sono molto diversi. Sia il volume corrente che la frequenza respiratoria sono strettamente regolati quando la domanda di ossigeno aumenta.

Ci sono due tipi di lavoro condotto durante la respirazione, il lavoro flusso-resistivo e quello elastico. Il lavoro resistente al flusso si riferisce al lavoro degli alveoli e dei tessuti nel polmone, mentre il lavoro elastico si riferisce al lavoro dei muscoli intercostali, della parete toracica e del diaframma. Aumentando la frequenza respiratoria si aumenta il lavoro flusso-resistivo delle vie respiratorie e si diminuisce il lavoro elastico dei muscoli. Diminuendo la frequenza respiratoria si inverte il tipo di lavoro richiesto.

Surfattante

L’interfaccia aria-tessuto/acqua degli alveoli ha un’alta tensione superficiale. Questa tensione superficiale è simile alla tensione superficiale dell’acqua all’interfaccia liquido-aria di una goccia d’acqua che risulta nel legame delle molecole d’acqua insieme. Il tensioattivo è una miscela complessa di fosfolipidi e lipoproteine che lavora per ridurre la tensione superficiale che esiste tra il tessuto degli alveoli e l’aria che si trova al loro interno. Abbassando la tensione superficiale del fluido alveolare, riduce la tendenza degli alveoli a collassare.

Il surfattante funziona come un detergente per ridurre la tensione superficiale e permette un più facile gonfiaggio delle vie aeree. Quando un palloncino viene gonfiato per la prima volta, ci vuole un grande sforzo per allungare la plastica e iniziare a gonfiare il palloncino. Se un po’ di detergente fosse applicato all’interno del palloncino, allora la quantità di sforzo o di lavoro necessario per iniziare a gonfiare il palloncino diminuirebbe, e diventerebbe molto più facile iniziare a gonfiare il palloncino. Questo stesso principio si applica alle vie respiratorie. Una piccola quantità di surfattante nei tessuti delle vie aeree riduce lo sforzo o il lavoro necessario per gonfiare le vie aeree. I bambini nati prematuramente a volte non producono abbastanza surfattante. Di conseguenza, soffrono della sindrome da distress respiratorio, perché richiede uno sforzo maggiore per gonfiare i loro polmoni. Il surfattante è anche importante per prevenire il collasso dei piccoli alveoli rispetto ai grandi alveoli.

Resistenza e conformità polmonare

Le malattie polmonari riducono il tasso di scambio di gas dentro e fuori i polmoni. Due cause principali della diminuzione dello scambio di gas sono la conformità (quanto è elastico il polmone) e la resistenza (quanta ostruzione esiste nelle vie aeree). Un cambiamento in uno dei due può alterare drammaticamente la respirazione e la capacità di assumere ossigeno e rilasciare anidride carbonica.

Figura 1. Il rapporto tra FEV1 e FVC.

Il rapporto tra FEV1 (la quantità di aria che può essere forzatamente espirata in un secondo dopo aver fatto un respiro profondo) e FVC (la quantità totale di aria che può essere forzatamente espirata) può essere usato per diagnosticare se una persona ha una malattia polmonare restrittiva o ostruttiva. Nella malattia polmonare restrittiva, la FVC è ridotta ma le vie aeree non sono ostruite, quindi la persona è in grado di espellere l’aria abbastanza velocemente. Nella malattia polmonare ostruttiva, l’ostruzione delle vie aeree provoca un’espirazione lenta e una ridotta FVC. Così, il rapporto FEV1/FVC è più basso nelle persone con malattia polmonare ostruttiva (meno del 69%) che nelle persone con malattia restrittiva (88-90%).

Malattie restrittive

Esempi di malattie restrittive sono la sindrome da stress respiratorio e la fibrosi polmonare. In entrambe le malattie, le vie aeree sono meno flessibili e sono rigide o fibrotiche. C’è una diminuzione della compliance perché il tessuto polmonare non può piegarsi e muoversi. In questi tipi di malattie restrittive, la pressione intrapleurica è più positiva e le vie aeree collassano all’espirazione, il che intrappola l’aria nei polmoni. La capacità vitale forzata o funzionale (FVC), che è la quantità di aria che può essere espirata forzatamente dopo aver fatto il respiro più profondo possibile, è molto più bassa che nei pazienti normali, e il tempo necessario per espirare la maggior parte dell’aria è molto prolungato (Figura 1). Un paziente che soffre di queste malattie non può espirare la normale quantità d’aria.

Malattie ostruttive

Le malattie e condizioni ostruttive includono l’enfisema, l’asma e l’edema polmonare. Nell’enfisema, che deriva principalmente dal fumo di tabacco, le pareti degli alveoli sono distrutte, diminuendo la superficie per lo scambio di gas. La compliance generale dei polmoni è aumentata, perché quando le pareti alveolari sono danneggiate, il rinculo elastico dei polmoni diminuisce a causa di una perdita di fibre elastiche, e più aria è intrappolata nei polmoni alla fine dell’espirazione. L’asma è una malattia in cui l’infiammazione è scatenata da fattori ambientali. L’infiammazione ostruisce le vie respiratorie. L’ostruzione può essere dovuta all’edema (accumulo di liquidi), agli spasmi della muscolatura liscia nelle pareti dei bronchioli, all’aumento della secrezione di muco, ai danni all’epitelio delle vie aeree o a una combinazione di questi eventi. Quelli con asma o edema sperimentano una maggiore occlusione a causa di una maggiore infiammazione delle vie aeree. Questo tende a bloccare le vie aeree, impedendo il corretto movimento dei gas (Figura 1). Quelli con malattie ostruttive hanno grandi volumi di aria intrappolati dopo l’espirazione e respirano con un volume polmonare molto alto per compensare la mancanza di reclutamento delle vie aeree.

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