Meccanismo
Il meccanismo generale della respirazione per ventilare gli alveoli si suddivide in quattro aspetti: compliance polmonare, compliance della parete toracica, resistenza delle vie aeree e velocità di ventilazione. Questi componenti funzionano per facilitare il principio che quando il polmone si espande, la pressione dell’aria negli alveoli diminuisce, causando l’aria a muoversi nei polmoni. Quando il volume polmonare diminuisce, la pressione aumenta, costringendo l’aria fuori dai polmoni.,
La compliance polmonare si basa sulle proprietà elastiche dei tessuti di supporto che circondano gli alveoli e sulla tensione superficiale degli alveoli. L’equazione matematica è:
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Compliance polmonare = 1/elastanza o variazione del volume polmonare/variazione della pressione polmonare
Le proprietà elastiche sono meglio esemplificate dagli elastici. Quando viene allungato, quanto facilmente e con forza il tessuto ritorna alla sua configurazione originale? L’elasticità è controllata dal contenuto di elastina (fibre elastiche) e collagene (fibre strutturali rigide) all’interno del tessuto polmonare., La tensione superficiale degli alveoli descrive la facilità con cui gli alveoli possono espandersi. Un’alta tensione superficiale tende a far collassare gli alveoli e non espandersi con l’aerazione. La tensione superficiale è ridotta dalle cellule pneumocitarie di tipo II all’interno del polmone che producono una secrezione liquida composta da circa il 40% di dipalmitoilfosfatidilcolina, il 40% di altri fosfolipidi e il 20% di altri lipidi.
La conformità della parete toracica si basa in modo simile sulle proprietà elastiche., Tuttavia, questo è più di un equilibrio tra il rinculo elastico della parete toracica, che cerca di aumentare il volume polmonare, e le proprietà elastiche del polmone, che stanno cercando di diminuire il volume polmonare.
La resistenza delle vie aeree si basa sul principio fisico della legge di Ohm dove:
Guardando la matematica coinvolta, è importante fare alcune ipotesi di base. La viscosità dell’aria non cambia e la lunghezza delle vie aeree non cambia. Questo lascia l’unica variabile nell’equazione che regola fisiologicamente per essere il diametro delle vie aeree., La resistenza della respirazione, quindi, è controllata principalmente dal diametro delle vie aeree. La variazione del diametro ha tre eziologie primarie: intraluminale, come le secrezioni che bloccano le vie aeree; intramurale, come l’edema o lo spazio interstiziale; o extraluminale, come la perdita di collagene interstiziale e tessuti di trazione elastica.
Infine, il tasso di ventilazione aumenta il tasso di scambio di ossigeno dall’aria ambientale nel polmone e rimuove l’anidride carbonica dal polmone per mantenere concentrazioni favorevoli di questi gas per facilitare la diffusione.,
Diffusione
La diffusione è il principio che le sostanze passivamente si muoveranno da un’area di concentrazione più alta in un’area di concentrazione più bassa. Funzioni di ventilazione per creare un ambiente in cui l’ossigeno è in alta concentrazione nel polmone e l’anidride carbonica è in bassa concentrazione nel polmone, rispetto ai capillari polmonari. Tuttavia, altrettanto importante per la velocità di diffusione è la solubilità di un gas in liquido, la densità del gas e la superficie disponibile per la diffusione all’interno del polmone., L’anidride carbonica è altamente solubile in condizioni fisiologiche; pertanto, l’ossigeno è il fattore limitante di preoccupazione qui. Le densità dei gas sono trascurabili in condizioni fisiologiche. La superficie totale disponibile, tuttavia, è una variabile molto importante nella patologia polmonare. Quando la superficie alveolare totale diminuisce rispetto alla perfusione arteriolare disponibile, lo spazio potenziale disponibile per diffondere l’ossigeno nel sangue diminuisce. Una malformazione in uno qualsiasi di questi parametri può portare all’ipossia. La notazione principale per il monitoraggio del gradiente di diffusione dell’ossigeno è il gradiente A-A., A-un gradiente di ossigeno è calcolato come:
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A-un gradiente di ossigeno = PAO – PaO
PaO è misurata dal gas del sangue arterioso, mentre PAO è calcolato usando l’equazione dei gas alveolari:
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PAO = (FiO2 x ) – (PaCO2 ÷ R)
Dove FiO2 è la frazione di ossigeno inspirato (0.21 a camera d’aria), Patm è la pressione atmosferica (760 mmHg a livello del mare), PH2O è la pressione parziale dell’acqua (47 mmHg a 37 gradi C), PaCO2 è arteriosa di anidride carbonica tensione, e R è il quoziente respiratorio. Il quoziente respiratorio è di circa 0.,8 allo stato stazionario ma varia in base all’utilizzo relativo di carboidrati, proteine e grassi.