FIZIOLOGIAAPARATULUIRESPIRATOR

ORGANIZAREA FUNCŢIONALĂ A RESPIRAŢIEI

Respiraţia = funcţia prin care se realizează schimbul de O2 şi CO2 al organismului cu mediul înconjurător şi se asigură homeostazia gazoasă la nivel tisular.

� respiraţia externă sau pulmonară

� respiraţia internă sau celulară

Respiraţia pulmonară = funcţia prin care se realizează mobilizarea aerului din atmosferă în plămâni şi din plămâni în atmosferă, precum şi schimburile gazoase dintre aerul alveolar şi sângele din capilarele pulmonare.

Mai multe procese:

•ventilaţia pulmonară;•perfuzia cu sânge a

capilarelor pulmonare;

•difuziunea gazelor prin membrana alveolo-capilară•transportul sanguin al gazelor respiratorii

•difuzia gazelor la nivel

tisular

FIZIOLOGIA CĂILOR RESPIRATORII

3 componente:� căile respiratorii - sistem de conducte aerifere;� ţesutul pulmonar - sistem de transfer al gazelor respiratorii;� sistemul toraco-pulmonar - sistem mecanic de pompă.

În funcţie de dimensiuni şi caracteristicile funcţionale- 3 zone:�� căile aerifere superioarecăile aerifere superioare�� căile aerifere inferioarecăile aerifere inferioare: : -- centralecentrale

-- perifericeperiferice

�� căile aerifere superioarecăile aerifere superioare -nazo-buco-faringiene, până la glotă;

��căile aerifere inferioare căile aerifere inferioare centralecentrale - laringo-traheo-bronşice, până la bronhiile cu d = 2 mm;

��căile aerifere inferioare căile aerifere inferioare perifericeperiferice - bronhii cu d < 2 mm şi bronhiole.

2

CA

infe

rioar

ece

ntra

le

CĂILE RESPIRATORII SUPERIOARE

� Fosele nazaleRoluri:

• curăţirea aerului de particule cu d > 6µ

• încălzirea şi umectarea aerului• zona reflexogenă a strănutului• in olfactie

CĂILE RESPIRATORII SUPERIOARE

� Faringele

� asigura:- trecerea alimentelor spreesofag- trecerea aerului spre trahee

� mucoasa prezintă un bogat inel limfatic, inclusivamigdalele palatine cu rol în apărarea antibacteriană(BAL).

CĂILE RESPIRATORIIINFERIOARE CENTRALE

� Laringele= conductul prin care aerul

trece din faringe în trahee.

- În repaus respirator şi în expir normal glota este deschisă.

- În inspir forţat: glota este larg deschisă

- In vorbire: glota se micşorează

- In expir forţat se poateinchide

CĂILE RESPIRATORIIINFERIOARE CENTRALE

� Traheea- Structura peretelui:

- cartilaj în formă de “U”rol: nu permite închiderea CR;

- fibre musculare netede (în completarea cartilajului), mai numeroase în căile mici

- mucoasa prezintă celule mucoase şi celule epiteliale ciliate

- glande mucoase ⇒ secretă mucus.

CĂILE RESPIRATORIIINFERIOARE PERIFERICE

� Bronhiile

- până la a 10-a generaţie de diviziune a arborelui bronşic- mai prezintă cartilaj

� Bronhiile mici - cu d < 2 mm, - fara cartilaj- contractilitatea musculaturii

netede mai eficientă.� Bronhiolele - cu d < 1 mm

- sunt incluse organic în ţesutul pulmonar cu care se continuă.

FIZIOLOGIA ŢESUTULUI PULMONAR

Organizarea funcţională pulmonară cuprinde:

� alveolele respiratorii, � tes. conjunctiv cu fibre elastice+

ramificaţii vase pulmonare+bronşice+ terminaţii nervoase.

Organizare in: lobi, segmente, lobuli şi acini pulmonari.

� plămânul drept cu 3 lobi;� plămânul stâng cu 2 lobi.

� Plămânii conţin peste 300 milioane alveole.

VOLUMELE PULMONARE, CAPACITĂŢILE PULMONARE STATICE ŞI POZIŢIILE

VENTILATORII

� Volumele şi capacităţile pulmonare sunt mărimi anatomice, statice, care variază dependent de:

� dezvoltarea fizică � vârstă� sex � rasă.

� Volumele şi capacităţile pulmonare reprezintă cantităţi de aer care există în plămân la un moment dat, au la bază variaţiile dimensiunilor spaţiale ale plămânilor în cursul mişcărilor respiratorii şi constituie premiza performanţei pompei de aer.

1. VOLUMELE PULMONARE

= volume de aer din plămâni la diverse poziţii ale aparatului toraco-pulmonar:

� Volumul curent (VT) = volumul de aer mobilizat într-un ciclu ventilator de repaus (la fiecare inspir de repaus/ eliminat în expirul de repaus). La adult ≅ 500 ml.

� Volumul inspirator de rezervă (VIR) - volumul maxim de aer ce poate fi inspirat după un inspir de repaus, în PIM;

PIM

PIR

PER

PEM

VOLUMELE PULMONARE

� Volumul expirator de rezervă (VER) - volumul maxim de aer ce poate fi expirat, după un expir de repaus, în PEM;

� Volumul rezidual (VR) - volumul de aer care rămâne în plămâni la sfârşitul unei expiraţii maxime, în PEM.

PIM

PIR

PER

PEM

2.CAPACITĂŢILE PULMONARE

� Capacitatea inspiratorie (CI) - volumul de aer care poate pătrunde în plămâni în cursul unui inspir maxim care începe după un expir de repaus. CI = VT + VIR

� Capacitatea vitală (CV) - volumul de aer mobilizabil în cursul unei respiraţii maxime (volumul de aer eliminat de plămâni în cursul unui expir maxim care urmează unui inspir maxim). = 50% din CPT. CV = VT + VIR + VER

PIM

PEM

PIR

PER

CAPACITĂŢILE PULMONARE� Capacitatea reziduală funcţională (CRF) - volumul de aer care se

găseşte în plămâni la sfârşitul unui expir normal de repaus. CRF = VER + VR = 50% din CPT;

� Capacitatea pulmonară totală (CPT) - volumul de aer conţinut în plămâni la sfârşitul unui inspir maximal. CPT = VIR + VT+ VER + VRCPT = CI + CRF = CV (≅ 75% din CPT) + VR (≅25% din CPT).

PIM

PEM

PIR

PER

volumul de aer conţinut în plămâni după un inspir maximCPT = VIR + VT + VER + VRCPT = CI (50%)+ CRF (50%)CPT = CV (75%)+ VR (25%)

CPT = capacitatea pulmonară totală

volumul maxim de aer expirat după un inspir maxim (sau inspirat după un expir maxim)CV = VIR + VT + VER = CI + VERCV = 75% CPT

CV = capacitatea vitală;

volumul de aer rămas în plămâni în poziţia respiratorie de repausCRF = VER + VR = 50% CPT

CRF = capacitatea reziduală funcţională

volumul maxim de aer inspirat din poziţia respiratorie de repausCI = VT + VIR = 50% CPT

CI = capacitatea inspiratorie

volumul de aer care rămâne în plămân după un expir maximVR = 25% CPT

VR = volumul rezidual

volumul maxim de aer expirat după un expir de repausVER = 35% CV

VER = volumul expirator de rezervă

volumul maxim de aer inspirat după un inspir de repausVIR = 50% CV

VIR = volumul inspirator de rezervă

volumul de aer mobilizat într-un ciclu ventilator de repausVT = 15% CV

VT = volumul curent

SEMNIFICAŢIE•PARAMETRI VENTILOMETRICI

VOLUMUL EXPIRATOR MAXIM PE SECUNDĂ (VEMS)

- se determină prin expirograma forţată = executarea unei expiraţii maxime şi forţate, după un inspir maxim. VEMS-ul = volumul de aer expulzat din plămâni în prima secundă a expiraţiei maxime forţate, după un inspir maxim

� VEMS = 4/5 din CVF. � se determină prin metoda spirografică � se exprimă în litri� VEMS-ul se raportează la VEMS ideal

� Valori normale: ≥ de 80 % din valoarea ideală corespunzătoare vârstei, taliei şi sexului subiectului.

INDICELE DE PERMEABILITATE BRONŞICĂ

� Raportarea VEMS-ului la CV reprezintă Indicele de Permeabilitate Bronşică (IPB%)

IPB% = VEMS/CV X 100

� Valori normale: ≥ decât limita inferioară corespunzătoare vârstei (între 20-29 ani limita inferioară este de 70%).

� Valoarea scăzută a IPB ⇒o disfuncţie ventilatorie obstructivăîn - bronşita cronică,

- astmul bronşic, - emfizemul pulmonar etc.

VENTILAŢIA DE REPAUS

= volumul de aer respirat în decurs de un minut de subiectul aflat în condiţii bazale.

- Se determină spirografic volumul curent (VT) şi frecvenţa respiratorie (f):

VR = VT ⋅⋅⋅⋅ f

În repaus, frecvenţa respiraţiei este de 12 – 18/minVT= 500 ml.

Valoarea medie a ventilaţiei de repaus = 5-6 litri/min.

VENTILAŢIA MAXIMĂ= valoarea limită până la care poate creşte ventilaţia pe minut.

� La adultul normal: Vmx se realizează la - frecvenţă teoretică de 80-90 respiraţii pe minut, cu - VT = 1/3 din capacitatea vitală.

� Determinarea Vmx se poate face direct, prin înregistrare spirografică timp de 15-20 secunde.

� Determinare indirectă a Vmx pe baza VEMS-ului. Dacă fiecare ciclu ventilator durează 2 secunde (1 secundă inspir şi 1 secundă expir), rezultă că pe minut sunt posibile doar 30 de respiraţii cu amplitudinea VEMS-ului. Deci:

Vmx indir = VEMS ×××× 30

Valorile ideale Vmx indir: VEMS ideal × 30. Valori normale: ≥ de 80 % din valoarea ideală

DIFUZIUNEA GAZELOR PRIN MEMBRANA ALVEOLO-CAPILARĂ

� Difuziunea O2 şi CO2 reprezintă procesul prin care se finalizează respiraţia externă.

� Procesul este continuu şi se realizează până la echilibrarea concentraţiei în cele 2 compartimente (alveolă şi capilarele pulmonare)

� Membrana alveolo-capilară(MAC) = totalitatea structurilor pe care le traversează gazele respiratorii dinspre alveole spre eritrocite şi invers.

Procesul difuziunii gazelor prin MAC depinde de:� proprietăţile fizico-chimice ale gazului;� caracteristicile membranei alveolo-capilare;� gradientul de presiune parţială a gazului de o parte şi de

alta a membranei.

1. Proprietăţile fizico-chimice ale gazuluiCoeficientul de solubilitate al unui gaz în plasmă este:� pentru O2 = 0,024 ml gaz/ml;� pentru CO2 = 0,56 ml gaz/ml.CO2 este de 20 de ori mai difuzibil decât O2, datorită marii lui solubilităţi.

DIFUZIUNEA GAZELOR PRIN MEMBRANA ALVEOLO-CAPILARĂ

2. Caracteristicile membranei alveolo-capilare� Grosimea membranei - ≅0,1-1 µm.

- Rata difuziunii este invers proporţională cu grosimea membranei.

Ex. în fibroze pulmonare se produc îngroşări ale unor zone din membrana alveolo-capilară.

� Mărimea suprafeţei membranei respiratorii –- Alveolele pulmonare realizează o suprafaţă totală a membranei de aprox. 70 m2

- Rata difuziunii prin membrana alveolo-capilară este direct proporţională cu suprafaţa funcţională a membranei.

Ex. În emfizemul pulmonar, datorită distrugerii pereţilor alveolari, suprafaţa respiratorie scade considerabil.

� Structura chimică a membranei - gazele respiratorii sunt foarte solubile în lipide şi difuzează cu uşurinţă prin membranele celulare.

3. Gradientul de presiune parţială a gazelorTransferul gazelor prin membrana alveolo-capilară este determinat de diferenţa între presiunile parţiale ale gazelor de o parte şi de alta a membranei şi se realizează până la egalizarea lor.

Valorile presiunilor parţiale ale gazelor respiratorii.

660∆∆∆∆P alveolo-capilar

40100Sânge arterial

4640Sânge venos

40100Aer alveolar

CO2

(mmHg)O2

(mmHg)Presiunea parţială

DIFUZIUNEA O2 LA NIVEL TISULAR

- este determinată de diferenţele de presiune parţială� în sângele capilarului arterial pO2 = 95 mmHg;� în lichidul interstiţial pO2 = 40 mmHg;� la nivel intracelular: pO2 = 23 mmHg (5 - 40);� la nivelul crestelor mitocondriale = 1 mmHg.

⇒difuziunea rapidă din capilare spre celule.

Rata difuziunii O2 depinde de:� viteza de transport a O2 din sânge spre ţesuturi� timpul de tranzit;� mărimea suprafeţei traversate de oxigen prin

difuziune, care creşte cu numărul de capilare perfuzate;

� intensitatea proceselor metabolice celulare ce utilizează O2.

∆P↑

DIFUZIUNEA CO2 LA NIVEL TISULAR

CO2 rezultat din metabolismul celular prezintăla nivel:

� celular şi interstiţial pCO2 = 45 - 46 mmHg� sânge arterial pCO2 = 40 mmHg.

⇒ Deşi ∆∆∆∆P = 5-6 mmHg, difuziunea CO2 se face foarte rapid, datorită marii sale solubilităţi.

- pCO2 este determinată de -intensitatea proceselor tisulare-fluxul sanguin.

COEFICIENTUL RESPIRATOR (CR)

CR = Raportul între CO2 eliberat şi O2 consumatCR = VCO2 / VO2

Consumul de O2 în repaus = 250 ml/min. Cantitatea de CO2 În repaus = 200 ml/min.

În condiţii de repaus: CR = 200/250= 0,85

CR depinde de principiile alimentare metabolizate. Ex: � 0,7 - în cazul metabolizării exclusive de lipide; � 0,82 - în cazul metabolizării exclusive de proteine;� 1 - în cazul arderii exclusive de glucide;� 0,85 - în cazul unei alimentaţii mixte.

REGLAREA RESPIRAŢIEI

� se realizează printr-un mecanism complex neuro-umoral.

� Reglarea nervoasă asigură activitatea ventilatorie ritmică, automată- Structurile subcorticale participă la adaptarea respiraţiei în diverse situaţii, iar scoarţa cerebrală asigură controlul voluntar al acesteia.

� Reglarea umorală adaptează respiraţia la compoziţia chimică a sângelui, modificând excitabilitatea centrilor nervoşi şi a altor structuri nervoase implicate în controlul respiraţiei.

CENTRI NERVOŞI CU ROL ÎN REGLAREA RESPIRAŢIEI

� Structurile nervoase care intervin în reglarea respiraţiei sunt grupate în

• centrii primari bulbari(inspirator si expirator)

• centrii auxiliari pontini(pneumotaxic si

apneustic)

• centrii integratori supraiacenţi

CENTRII RESPIRATORI PRIMARI

� sunt situaţi în bulbul rahidian� întreţin activitatea ventilatorie

bazală

� nu pot asigura adaptarea adecvată a respiraţiei la diverse solicitări

� = centri vitali

� Exista o zona inspiratorie (I) si o zona expiratorie (E), inactiva in conditii de repaus si care se activeaza la sfarsitul inspirului

Prezinta activitate spontanaautomata de tip pacemaker

� CENTRUL PNEUMOTAXIC

- reglează activitatea centrilor bulbari- asigură trecerea de la inspiraţie la expiraţie

� CENTRUL APNEUSTIC

- exercită efecte stimulatoare, tonice, asupra neuronilor “I”bulbari, în condiţiile în care influenţa centrului pneumotaxic este suprimată.

CENTRII RESPIRATORI AUXILIARI

INFLUENŢELE INTERCENTRALE

→ pot modifica activitatea ritmică a centrilor respiratori bulbari. � Centrii vomei, deglutiţiei şi centrii vasomotori bulbari sunt

implicaţi cel mai frecvent în aceste interrelaţii.

Ex. � În cursul vomei → oprirea respiraţiei � Reflexele depresoare, controlate de centrii vasomotori bulbari,

sunt asociate cu reducerea amplitudinii şi frecvenţei respiraţiilor� Reflexele presoare sunt asociate cu modificări ventilatorii

opuse. � Centrul respirator influenţează activitatea centrilor CV din

vecinătate → aritmie respiratorie (in inspir ↑ FC, in expir ↓ FC) = consecinţă a interrelaţiei centrale dintre centrii respiratori şi vasomotori

CENTRII INTEGRATORI SUPRAIACENŢI

NEOCORTEXUL

1. asigură reglarea voluntară a respiraţiei - poate fi oprită voluntar - apnee (zeci de sec-min → la antrenaţi) - poate fi modificată voluntar: ↑ FR = polipnee (tahipnee)

↓ FR = bradipnee

2. intervine în elaborarea unor reflexe condiţionate

- hiperventilaţia premergătoare startului din întrecerile sportive - prelungirea apneei voluntare prin antrenament pentru imersiuni

3. permite adaptarea ventilaţiei în realizarea unor acte specific umane:

vorbitul, cititul, râsul, fluieratul, cântatul vocal sau cu instrumente muzicale de suflat, tusea, suspinul şi strănutul voluntar.Controlul voluntar →→→→ limitat de modificarea PO2 si PCO2

CENTRII INTEGRATORI SUPRAIACENŢI� SISTEMUL LIMBIC - modificările

respiratorii asociate stărilor afectiv-emoţionale.

- emoţiile pozitive → hiperventilaţie precedată de o scurtă apnee. - frica şi furia → creşterea frecvenţei respiratorii. - teama, groaza şi atenţia încordată →oprirea respiraţiei.

� HIPOTALAMUSUL - modificările respiratorii în funcţie de temperatura mediului ambiant.

- În hipotalamusul anterior - centrul termolitic care determină polipneea termică. - Febra, încălzirea pasivă a organismului sau hipertermia asociată efortului fizic de lungă durată determină hiperventilaţie.

CONTROLUL NEURO-UMORAL AL RESPIRAŢIEI

� dubleaza si completeaza adaptarea respiraţiei este dublată

� timp de reacţie mai crescut, necesar acţiunii factorilor umorali asupra chemoreceptorilor centrali şi periferici.

� Excitabilitatea centrilor respiratori poate fi influenţată de o serie de factori:� pO2� pCO2� pH

RĂSPUNSUL VENTILATOR LA MODIFICĂRILE PCO2

� = principalul tip de răspuns în cadrul reglarii neuro-umorale� Acţiunea CO2 este mai puternică în comparaţie cu modificările O2

� Creşterea cu 0,2% a concentraţiei CO2 în aerul alveolar şi cu 0,5 mmHg a PCO2 în sângele arterial determină dublarea debitului ventilator.

� Până la o concentraţie de 15% CO2 în aerul inspirat ⇒ acţiunestimulatoare progresiva

� La concentraţii > 20% ⇒ narcoza� La concentraţii de 40% ⇒ moarte

� O proporţie de 100% O2 în aerul inspirat diminuă ventilaţia cu 10-20%. Pentru a întreţine activitatea centrului respirator este necesară prezenţa CO2 în aerul inspirat. De aceea în amestecul de gaze care se foloseşte pentru oxigenoterapie, O2 reprezintă 95%, iar CO2 5%.

RĂSPUNSUL VENTILATOR LA MODIFICĂRILE PO2

� Este mult mai puţin exprimat în cadrul reglarii neuro-umorale

� Chemoreceptorii periferici sunt stimulaţi la scăderi ale PO2 sub 70 mmHg

� Stimularea chemoreceptorilor este maximă când PO2 scade la 40-50 mmHg

� La valori sub 30 mmHg ⇒ efect inhibitor direct al hipoxieiasupra centrilor respiratori.