FIZIOLOGIA RESPIRAŢIEI

Respiratia reprezinta un schimb între celula si mediul extern. Produsul respiratiei este apa (dioxidul de carbon nu este produs al respiratiei deoarece rezulta din decarboxilari ce au loc cu mult înainte de utilizarea oxigenului ) .

Respiratia prezinta mai multe etape:

Externa sau pulmonara;

Interna sau celulara (etapa respiratorie propriu-zisa)

Etapa de transport.

Etapa externa are ca scop unic arterializarea sângelui venos, printr-un proces numit hematoza. Hematoza se realizeaza prin 3 mecanisme:

a)      Primenirea compozitiei aerului (ventilatia);

b)      Perfuzia pulmonara (P=Q);

c)      Difuziunea (proces de traversare).

Primele doua (a si b) reprezinta procese verticale iar 3 este un proces transversal.

RESPIRAŢIA

ORGANELE VENTILAŢIEI

Organele respiratiei sunt:

plamânii;

toracele;

pleura.

A 4-a componenta a ventilatiei este aerul.

Plamânul este format din 2 componente majore:

a)      Caile aerifere;

b)      Subunitatile respiratorii (spatiile alveolare) care grupate în 60 000 acini pulmonari (sau <subunitati respiratorii propriu-zise>); fiecare acin pulmonar contine circa 5 000 alveole -    totalul alveolelor este de aproximativ 3 milioane

1.a Caile aerifere sunt de doua feluri:

I.            Centrale - sunt protejate de schelet cartilaginos; din segmentul central al cailor aerifere fac parte laringele, traheea si tot arborele bronsic pâna la bronhiile extralobulare (= supralobulare)

II.         Periferice - au peretii deformabili si sunt reprezentate de bronhiolele intralobulare, bronhiolele terminale (60 000), bronhiolele acinoase (=respiratorii) si alveole.

La limita dintre bronhiolele terminale si bronhiolele respiratorii (= acinoase) exista o bariera respiratorie si hemodinamica.

Proprietati:

Volumul de repaus elastic= 200 ml= volumul pe care îl ocupa cei doi plamâni atunci când sunt scosi din contextul lor anatomic (extrasi din cavitatea toracica);

Volumul de echilibru elastic= 3000 ml= volumul ocupat de cei doi plamâni aflati în repaus respirator (în cutia toracica);

Distensibilitatea

Elasticitatea= reculul elastic pulmonar este asigurata de doua componente:

Anatomica (elastica, structurala) - da 35 % din totalul fortelor de recul, prin prezenta fibrelor de elastina, reticulina si colagen .

Fizica - 65 % din fortele de recul sunt asigurate de tensiunile superficiale din interiorul alveolei pulmonare.

Tensiunea superficiala tinde sa micsoreze presiunile alveolei

Palveolara= 2·T/R mecanism de feedback(+): alveolele tind sa autocolabeze, deoarece raza este invers proportionala cu tensiunea     <catastrofa spatiilor alveolare> instabilitate foarte mare.

în realitate surfactantul împiedica producerea <catastrofei spatiilor alveolare>:

Numarul total de molecule de surfactant/alveola este constant (cantitatea de surfactant/alveola este constanta). Ca urmare concentratia de suprafata a surfactantului pe peretele alveolar c= (numar molecule surfactant)/(suprafata interna a peliculei de surfactant)= (numar molecule surfactant)/(4pR²) variaza invers proportional cu raza alveolei. Cum surfactantul este tensioactiv, cresterea concentratiei de surfactant în cazul micsorarii razei alveolare R duce la o scadere coeficientului de tensiune superficiala (s~R).

Mentinerea în echilibru a sistemului pulmonar;

Reglarea reculului pulmonar.

Sindromul de detresa respiratorie este datorat lipsei surfactantului în alveolele nou-nascutului prematur. Surfactantul este secretat de pneumocitele de tip II în lunile 8.9 VIU ( viata intrauterina ) . În viata intrauterina nu exista recul elastic deoarece alveolele sunt pline de lichid. Conditia poate fi reprodusa prin umplerea plamânilor cu lichid, lucru care diminueaza reculul elastic cu 65 %. în primele secunde dupa nastere trebuie sa existe un recul elastic pulmonar puternic. Aceste prime secunde reprezinta un moment critic deoarece:

lipsa interfetei lichid-gaz implica absenta tensiunii superficiale (alveolele sunt pline cu lichid);

plamânii sunt comprimati.

Presiunea de autocolabare:

cu surfactant este de 5 mm coloana H₂0;

fara surfactant este de 50 mm coloana H₂0.

Toracele prezinta doua componente:

a)      Peretii cutiei toracice;

b)      Muschii respiratori.

2.a Cutia toracica este etansa, elastica si de volum variabil. Volumul de repaus elastic al cutiei toracice este de 4 000 ml (4 litri, 4 000 cm³). în conditii de constrângere elastica datorata pleurei, volumul este de 3 litri. Vidul pleural rezulta din conlucrarea fortelor de recul elastic: de expansiune (tendinta cutiei toracice) si de colabare (tendinta plamânilor). în viata intrauterina exista o stare de <pace elastica>.

2.b Muschii respiratori:

Inspiratori:

principali (participa la respiratia nefortata):

diafragm;

intercostali externi.

accesori (participa la realizarea inspirului fortat):

sternocleidomastoidieni (2);

scaleni (6);

fibrele ascendente ale trapezului;

serratus sup.;

pectorali.

Expiratori:

în expirul nefortat: expirul nefortat este pasiv;

în expirul fortat:

intercostali interni;

abdominali;

serratus postero-inferior.

Muschiul diafragm:

aria suprafetei diafragmului este de 250 cm²;

o deplasare liniara a diafragmului cu Dx= 1 cm corespunde unei variatii de volum a cutiei toracice DV= 250 cm³;

o deplasare liniara a diafragmului cu Dx= 2 cm corespunde unei variatii de volum a cutiei toracice DV= 500 cm³= volum respirator curent;

deplasarea liniara maxima a diafragmului este de 5 cm si corespunde variatiei de volum DV= 1250 cm³.

Pleura:

Pleura reprezinta o suprafata continua care prin reflexie creaza aspectul a doua foite permanent alipite (în apozitie) între care se delimiteaza cavitatea pleurala (virtuala). Din cauza tendintelor elastice si continuitatii foitelor se genereaza vidul pleural care este raspunzator de suctiunea lichidului pleural. Lichidul pleural contribuie la alunecarea foitelor pleurale una pe alta si la adeziunea foitelor.

Solidaritatea toraco-pulmonara este rezultatul urmatorilor factori:

Conflict de recul elastic;

Forte de coeziune în lichidul pleural;

Resorbtie pleurala.

<Vidul pleural> (care se manifesta ca o presiune exercitata spre interiorul cavitatii pleurale, normal la suprafata foitelor) are valori diferite în raport cu regiunea pleurala si pozitia corpului, astfel ca:

în ortostatism

în zona apicala a pulmonilor: -10 cm col H₂0;

la baza plamânului: -1 cm H₂0;

valoare medie (în zona mijlocie): -5 cm H₂0.

în alte pozitii ale pompei toraco-pulmonare (4 pozitii fundamentale) - valori medii:

EXPIRATORIE DE REPAUS: -5 cm H₂0;

INSPIRATORIE DE REPAUS: -15 cm H₂0;

EXPIRATORIE MAXIMĂ (VR= 1,5 l): +5 cm H₂0;

INSPIRATORIE MAXIMĂ (corespunde CPT): -36 cm H₂0.

VC (volumul curent) este volumul de aer balansat la trecerea din pozitia inspiratorie de repaus la cea expiratorie de repaus.

Vidul pleural (VP) poate disparea în inspiratia fortata. Astfel VP (care ia de obicei valori sub 1 atm) poate ajunge la valori peste 1 atm, dar valoarea sa este mai mica decât a presiunii alveolare, indiferent de pozitia respiratorie. Presiunea alveolara este de obicei subatmosferica. Valoarea VP este invers proportionala cu vârsta (la batrâni VP este scazuta).

VP este o masura a reculului elastic pulmonar. Deoarece vidul pleural se transmite structurilor vecine , valoarea VP poate fi estimata prin masurarea presiunii la nivelul corpului esofagian.

P_VP P_ESOFAG

P_{TRANSPULMONARĂ}= P_ALVEOLARĂ- P_{PLEURALĂ(VP)}

Deoarece în repaus P_ALVEOLARĂ= 0 avem P_{TRANSPULMONARĂ} P_ESOFAG.

Dinamica pompei

Actul ventilatiei

2 ventilatii:

Externa (vizibila) - schimb de aer la nivelul cavitatii bucale;

Interna - distributia ventilatiei studiaza modul în care volumul de aer care a trecut frontiera bucala este distribuit spre cei 60 000 acini (subunitati respiratorii).

RESPIRAŢIA EXTERNĂ

Actul ventilator consta în 2 momente a caror succesiune este ritmica si continua: inspiratie si expiratie. Pneumograma în starea de veghe are aspect de sinusoida regulata, fara pauze. Pauzele apar în somn si în unele conditii patologice. Pe pneumograma se înregistreaza miscarile respiratorii iar pe spirograma, volumele.

Vertical: se datoreaza coborârii diafragmului si ridicarii coastelor I.VI;

Sagital: se datoreaza ridicarii coastelor I.VI;

Transversal: ridicarii si rotirii coastelor I.VI.

Expiratia de repaus este pasiva. Forta motrice a expiratiei este de natura elastica (recul elastic si- în ortostatism- forta gravitationala). în expirul fortat participa si muschii expiratori accesori.

Fortele motrice întâmpina rezistenta. Fortele de rezistenta sunt de trei tipuri:

elastice;

vâscoase (frecare);

inertiale.

în respiratia de repaus fortele 2 si 3 sunt neglijabile; conditia de echilibru mecanic pentru respiratia de repaus este deci:

direct proportional de lungimea tubului de tranzit si coeficientul de vâscozitate al aerului;

invers proportional de puterea a patra a razei tubului de tranzit.

Când scade reculul elastic valoarea vidului pleural este scazuta, ajungând sa influenteze alveolele din profunzime - scade <vidul peribronho-alveolar> (care mentine deschise bronhiile) - colabare de cai - scade raza - creste rezistenta (care este invers proportionala cu puterea a 4-a a razei) - mare dificultate a respiratiei. Concluzie: Calibrul cailor necartilaginoase este total dependent de realizarea în limite normale a reculului elastic pulmonar.

laminar, în respiratia linistita;

turbulent, în respiratia fortata (debite mari);

Ventilatia interna

Volumul alveolar= capacitate reziduala functionala= 3 l;

VC= 500 ml (150 ml în cai - spatiu anatomic mort; 350 ml ajung în alveole).

Indicele de împrospatare= 350/3000= 12 %. Procentul redus de împrospatare ajuta la mentinerea constanta a compozitiei aerului alveolar; în cazul inhalarii de substante toxice acestea se dilueaza în aerul alveolar. Aerul alveolar este un rezervor de oxigen.

spatiul mort anatomic are un volum de 150 ml;

spatiile moarte alveolare sunt teritorii alveolare care nu participa la hematoza.

Raportul V/Q dintre ventilatie (V) si perfuzie (Q) are valoarea normala de 0,8. Cazuri particulare:

perfuzie nula - compozitia aerului ramâne constanta;

Q nenula, V nula - cianoza.

Un indice al uniformitatii ventilatiei interne este raportul de expansiune pulmonara= (volum pulmonar la sfârsitul inspiratiei)/ (volum pulmonar la sfârsitul expiratiei)= V_I/V_E= 1,2. Toti acinii au acelasi raport de expansiune (1,2). Uniformitatea se obtine prin îndeplinirea a 2 conditii:

Forta motrice de expansiune uniforma;

Proprietati mecanice constante (uniforme) ale plamânului - uniformitate de raspuns (izotropie mecanica);

Forta motrice a expansiunii pulmonare este generata de caderea de presiune pulmonara. Diferenta dintre forta finala si cea initiala este constanta si independenta de punctul de aplicare si de valoarea fortei initiale.

t= R C (R este rezistenta la flux iar C este complianta) . CT defineste timpul de umplere. Cazuri particulare:

Acinii apicali resimt mai puternic vidul pleural; produsul R C este mic.

Acinii bazali sunt aplatizati si au caile turtite - R C mare.

Apexurile sunt deci hipoventilate (5 %) iar bazele hiperventilate (15.20 %). Exista deci o neuniformitate fiziologica a ventilatiei interne care explica histerezisul (atentie la explicatia data în acest curs notiunii de histerezis - it is quite unique in its silliness). Cauzele neuniformitatii sunt:

Neuniformitatea CT;

Existenta respiratiei transversale alveolo-alveolare (prin porii Kohn) si bronhiolo-alveolare (prin comunicarile între bronhiolele terminale si acinii vecini descrise de Margaret Lamber).

La început de expir, când forta musculara înceteaza si se expira, dar nu în cantitate mare, reculul se reajusteaza la valori mai mici dar nu prin scaderea volumului pulmonar.

Cauze si concluzii:

Cronologia ventilatiei interne;

Ventilatia transversala.

t (CT) este timpul necesar golirii/umplerii acinului respectiv.

Concluzie: neuniformitatea fiziologica a ventilatiei interne decurge din 2 neuniformitati ale plamânului:

Neuniformitatea spatiala a compliantelor plamânului (dC/dx nenul; dC/dy nenul; dC/dz nenul);

dt/dt nenul (CT variaza în timp);

Variatiile fiziologice ale distributiei ventilatiei - sunt cu:

pozitia corpului;

fazele respiratorii;

vârsta (bazele hiperdilatate devin hipoventilate; apexurile devin hiperventilate);

Mecanismele omogenizarii aerului alveolar:

Viteza de deplasare (curgere) a aerului este nula la intrarea în acin - împrospatarea se face prin difuzie;

Mixica cardiogena - efect de masaj (brasaj) pe care îl exercita arteriolele asupra acinilor (agitare).