FIZIOLOGIA APARATULUI RESPIRATOR

Prin respiratie se intelege schimbul de oxigen si bioxid de carbon intre organism se aerul atmosferic.

Consumul de oxigen si eliberarea de bioxid de carbon au loc in cadrul proceselor oxido-reducatoare de la nivel celular. Intre celule si mediul extern se interpun doua sisteme:

Sangele din aparatul cardio-vascular, care transporta gazele respiratorii spre si de la plamani;

Membrana alveo-capilara din structura plamanului, prin care are loc schimbul acestor gaze intre sange si aerul atmosferic.

Aerul din apropierea membranei alveo-capilare este permanent preschimbat prin procesul ventilatiei, iar sangele este pompat de ventriculul drept si este adus pe calea circulatiei pulmonare.

Studierea respiratiei se face in trei etape:1.Respiratia interna reprezentata de totalitatea proceselor oxidative

de la nivel celular. Ele sunt studiate la biochimmie.2.Transportul oxigenului si bioxidului de carbon prin sange;3.Respiratia externa sau pulmonara in cadrul careia se face

schimbul celor doua gaze intre sange si aer.Respiratia pulmonara are loc la nivelul celor doi plamani, situati in

cutia toracica si formati din lobi: 3 in plamanul drept si doi in plamanul stang. Plamanii sunt inveliti de o seroasa (pleura) formata din doua foite:

a) parietala, ce acopera si adera de suprafata interna a cutiei toracice;b) viscerala, ce acopera si adera de plaman, patrunzand in scizurile

dintre lobi.Intre cele doua foite exista un strat subtire de lichid (cca 10 ml),

secretat de vasele foitei parietale. El permite lunecarea plamanilor in timpul actului respiratiei, dar realizeaza si aderarea dintre cele doua foite, deci a plamanului de cutia toracica.Toracele si plamanul, sunt doua structuri elastice cu tendinte opuse: Plamanul de a se retracta, el fiind tractionat de cutia toracica (deschiderea cutiei toracice determina colabarea plamanului dar si marirea de volum a cutiei toracice;Cutia toracica de a-si mari volumul fiind tractionate de plaman ( in emfizem cand elasticitatea plamanului scade, cutia toracica isi mareste volumul).

1

Cele doua structuri elastice se gasesc in echilibru la sfarsitul unei expiratii de repaos, dar fiecare avand tendinta de retractie, creeaza in spatiul pleural o presiune mai mica decat cea atmosferica, numita presiune negativa, cu o valoare de 2,5mm Hg(4-5 cm H2O). Dovada acestei presiuni negative este ca, in momentul introducerii unui ac in spatiul pleural, aerul atmosferic patrunde in acest spatiu (pneumotorax).

Aceasta presiune negative este mentinuta de absorbtia continua a lichidului pleural de vasele limfatice din pleura viscerala si dupa cum vom vedea se modifica cu miscarile respiratiei si cu pozitia corpului.

Componenta respiratorie a plamanilor este reprezentata de caile respiratorii. Ele incep in fosele nazale si au o componenta extrapulmonara, reprezentata de fosele nazale, faringe, laringe, trahee si cele doua bronhii principale. Traheea si bronhiile prezinta cartilagii in potcoava ce impiedica colabarea. In portiunile libere de cartilagii se gaseste musculatura neteda, a carei contractie creste viteza de expulzie a aerului in timpul expectoratiei din tuse.

Bronhiile principale patrund in plamani la nivelul hilului si se divid in doua, apoi iar in doua,etc. prezentand cca 23 de diviziuni successive numite generatii ( generatia 0 – traheea, generatia 1- cele 2 bronhii principale, etc.) In primele 10 generatii bronhiile prezinta cartilagii in pereti. Din generatia a 11-a cartilagiile dispar si capata denumirea de bronhiole, cu un diametru sub 1mm.

Stratul muscular devine tot mai bine reprezentat. Bronhiolele sunt mentinute deschise prin ancorarea de structurile din jur si prin existenta in jurul lor a unei presiuni negative. Ele sunt susceptibile colabarii in timpul expiratiei. Aproximativ generatia a 16-a este reprezentata de bronhiole terminale.

Intreg acest segment (inclusive bronhiolele terminale) al arborelui bronsic joaca rol de conducte. Are un volum de cca 100-150ml si se numeste spatiu mort pentru ca nu participa la schimburi respiratorii.

In tot acest segment epiteliul este cubic unistratificat, cu numerosi cili ce bat spre faringe. In epiteliu se gasesc celule ce secreta mucus. Acesta e secretat si de glandele submucoase si acopera intreaga suprafata a mucoasei.

In acest segment aerul inspirat este incalzit, umidificat si filtrat deoarece diferitele particule sunt fixate in mucus, iar cilii imping spre faringe mucusul cu particule inglobate in el.

Aproximativ la generatia 17 incep sa apara alveole in peretii bronhiolelor ele capatand denumirea de bronhiole respiratorii, densitatea alveolelor crescand spre generatia 19.

2

Generatiile 20-22 se numesc ducte alveolare, au peretii complet acoperiti de alveole. Ductele se termina in sacii alveolari (generatia 23).

Structurile ce deriva dintr-o bronhiola terminala formeaza unitatea respiratorie terminala sau acinul pulmonar (cca 60.000 in cei 2 plamani) si reprezinta datorita prezentei alveolelor regiunea in care se fac schimburile respiratorii. Ele sunt umplute cu aer alveolar ce corespund cailor respiratorii CRF (capacitatea reziduala functionala) avand un volum de cca 2.300ml in timpul respirator de repaos.

Suprafata de sectiune a traheei este de 2,5cm2 , ea ajunge la 180 cm2 la nivelul bronhiolelor terminale. Este cauza scaderii vitezei de deplasare a aerului.Pana la nivelul generatiei 16 deplasarea aerului se face prin convectie ea scade treptat si la nivelul acinului difuziunea gazelor devine mai rapida decat convectia.

Schimbul de gaze intre sange si aer are loc la nivelul alveolelor – structuri emisferice, cu un diametru de 75-300 µm. Numarul lor este de 300 mil. In cei 2 plamani, au o suprafata de 50-100 mp si un volum de 5-6l (alveolele maresc foarte mult suprafata – o sfera cu un volum de 5,5l.

Peretele alveolei e format dintr-un strat de celule epiteliale – pneumocite de tip I si de tip II.

Cele de tip I sunt mai plate, cele de tip II sunt cuboide si sintetizeaza surfactant depozitat in corpii lamelari.

Pneumocitul de tip I acopera 90-95% din suprafata si reprezinta calea cea mai scurta de difuziune a gazelor respiratorii. In caz de lezare a pneumocitului de tip I, cele de tip II prolifereaza restabilind continuitatea epiteliului.

Alveolele sunt inconjurate de o retea de capilare. Membrana alveo-capilara e formata din epiteliul alveolar, cele 2 membrane bazale si endoteliul capilar si in cazul pneumocitului de tip I are o grosime de 0,15-0,30 µm. Capilarele din jurul alveolelor provin din circulatia pulmonara. Au un diametru de 8 µm si un eritrocit strabateun capilar in repaos in 0,75 sec.

In peretele alveolar se mai gasesc macrofage alveolare cu rol de aparare. Ele capteaza si degradeaza particulele ajunse la acest nivel. Cand particulele sunt in numar mare, macrofagele elibereaza enzime producand inflamatie si distructii tisulare. La fumatori, prin eliberarea elastazei din macrofage, este distrus tesutul elastic, ceea ce duce la emfizem.

In peretele alveolar se intalnesc si limfocite, plasmocite si mastocite. Acestea din urma contin heparina, histamine, polipeptide ce participa la reactiile alergice.

Fortele ce participa in timpul acestor miscari sunt studiate de mecanica respiratiei.

3

Presiunea din cutia toracica si din alveole

Cutia toracica e considerata spatiul dintre plaman si cutia toracica si se refera la spatiul intrapleural, spatiul dintre plamani si diafragm si la mediastin.

Respiratia externa sau pulmonara presupune:

1. ventilatia pulmonara;2. perfuzia pulmonara;3. difuziunea O2 si CO2 prin membrane alveo-capilara.

1. Ventilatia pulmonara consta in preschimbarea aerului alveolar. Se realizeaza prin miscarile respiratorii de inspiratie si expiratie, miscari ce se desfasoara fara pauza, raportul dintre expiratie si inspiratie fiind de 1,3.

Volumul total al cailor respiratorii este de 5-6l. Fiziologii au stabilit o serie de volume , ce nu corespund unei anumite regiuni anatomice dar determinarea lor aduce informatii utile pentru aprecierea starii si evolutiei unei afectiuni respiratorii.

Aceste volume sunt:a.Volumul respirator curent (VC) ce reprezinta aerul ce intra si iese din

plamani in timpul unei respiratii de repaos. El este de aproximativ 500 ml sau 15% din capacitatea vitala (CV);

b.Volumul inspirator de rezerva (VIR) reprezinta aerul ce patrunde in plaman intr-o inspiratie maxima dupa o inspiratie de repaos; reprezinta cca 60% din CV;

c.Volumul expirator de rezerva (VER) ce reprezinta aerul ce se elimina din plaman intr-o expiratie fortata dupa o expiratie de repaos precedata de o inspiratie de repaos. Reprezinta cca 25% din CV.

d.Volumul residual (VR) ramane in plaman dupa o expiratie maxima.Combinatia volumelor amintite poarta denumirea de

“capacitati”.Acestea sunt:- Capacitatea inspiratorie : VC+VIR;- Capacitatea expiratorie: VC+VER;- Capacitatea reziduala functionala (CRF): VR+VER;- Capacitatea vitala: VC+VIR+VER.- Capacitatea totala: VC+VIR+VER+VR

4

In mod current se determina CV pentru a urmari evolutia unei afectiuni pulmonare.

Un alt parametru care se determina este Volumul expirator maxim pe secunda (VEMS) detrminat printr-o inspiratie maxima urmata de o expiratie cu maxim de effort. Volumul expirat in prima secunda se nueste VEMS si reprezinta 70-80% din CV. Acest procent se numeste indice de permeabilitate bronsica (IPB).

Determinarea volumelor si capacitatilor amintite se face in sala de lucrari.

Ventilatia este realizata prin miscari de inspiratie si expiratie.Inspiratia este partea activa a respiratiei deoarece e realizata prin

contractia muschilor inspiratori. In inspiratia de repaos se contracta:- m. diafragm;- m. intercostali externi.

` Muschiul diafragm are forma unei emisfere cu convexitatea orientata in sus. El se insera pe un centru tendinos si pe coaste. Are o suprafata de cca 270 cm2 .Prin contractie coboara, marind diametrul longitudinal al cutiei toracice cu cca 1,5cm, ce corespunde unui volum de cca 400ml.Contractia lui e comandata prin nervii frenici ce deriva din coarnele anterioare C3-C5.

Muschii intercostali externi inervati prin nervii intercostali proveniti din nervii toracali. Ei ridica si cotesc coastele impingand sternul inainte si in sus. In acest fel maresc diametrul antero-posterior si lateral transversal.

Intr-o inspiratie fortata intervin muschii accesori, scaleni, sternocleidomastoidieni, pectorali, care in mod normal au insertia fixa pe cutia toracica si cea mobila pe oasele capului si gatului. Contractia lor determina miscari ale capului si gatului.

In inspiratia fortata ei isi schimba insertiile: cea fixa pe oasele capului si gatului si cea mobila pe coaste, marind volumul cutiei toracice. In acelasi timp deplasarea diafragmului se poate face pe o distanta de pana la 15cm, m.diafragm fiind principalul muschi inspirator.

Expiratia este componenta pasiva a respiratiei. In expiratia de repaos muschii inspiratori se relaxeaza si toate structurile elastice tensionate in inspiratie isi revin.

In expiratia fortata intervin muschii accesori, principalii fiind muschii abdominali. Prin contractia lor presiunea din abdomen creste si diafragmul

Fortele ce participa in timpul acestor miscari sunt studiate la mecanica respiratiei.

5

Presiunea din cutia toracica si din alveole

Cutia toracica e considerata spatiul dintre plaman si cutia toracica si se refera la spatiul intrapleural, spatiul dintre plamani si diafragm si la mediastin si spatial interstitial din plaman, in afara cailor respiratorii si a vaselor de sange.

La sfarsitul unei expiratii de repaos, cele 2 structuri elastice plamanul si cutia toracica, unite prin spatial intrapleural, sunt in echilibru: Ele au tendinte opuse:

- plamanul de a se retracta;- cutia toracica de a expansiona.Din aceasta cauza in spatiul intrapleural se creaza o presiune negative cu

o valoare de -5 cm H2O.Aceeasi presiune negativa se gaseste si:- in spatiul dintre plaman si diafragm;- in mediastin;- in spatiul interstitial din jurul cailor respiratorii, a vaselor de sange si

limfatice.Ea se numeste presiune intratoracica (P IT ) si poate fi masurata prin

introducerea in spatiul intrapleural a unui ac conectat cu un manometru sau prin introducerea unui balonas in partea mediastinala a esofagului, balonasul fiind conectat cu un manometru.

Aceasta presiune intratoracica este influentata de pozitia corpului fata de actiunea fortei gravitationale.

In ortostatism, avand forta gravitationala atrage plamanul in jos (P IT ) la varful plamanului scade la sfarsitul expiratiei la -10 cm H2O, iar la baza plamanului creste la -2,5cm H2O (pentru simplificare se va tine seama de aceste modificari).

(PIT) este influentata si de miscarile respiratorii.In inspiratia de repaos scade la -7,5 cm H2O ( se introduce 500 ml aer

VRC), in inspiratia fortata are poate ajunge la -10….-15 cm H2O.In expiratia fortata are valori pozitive de +10……+15 cm H2O.Importanta este presiunea transpulmonara (PTP), adica presiunea

rezultata din insumarea celor 2 forte ce se exercita pe membrane alveolara:PIP si PA (presiunea alveolara). Deoarece au tendinte opuse PTP =PA –PIP.

Valoarea pozitiva indica distensia alveolara, valoarea negative indica colabarea.

6

7