Misure nell’apparato respiratorio

1 1 Misure nell apparato respiratorioPaolo BarbiniAppunti del docenteTestoconsigliato: StrumentazioneBiomedica CasaEditriceEdiSES trasportodiariadall esternoaisacchialveolarieviceversa,attra versol alberotreacheobronchiale; (l aria,riccadiO2,passadall ingressodellevieaereeaisacchialveolari); (l aria,caricadiCO2,percorreilcamminoinvers o).2 Funzione respiratoria3 Lavalutazionedellafunzionerespiratoria ,relativamentelunga,siutilizzanotestdifu nzionalit polmonare(TFP), :(1)ascopodiscreening,peridentificarepat ologieinunafaseprecoce;(2)nelcontestodie samicliniciperiodici,particolarmentenelc asodipazienticonpatologiepolmonaricronic he;(3)pervalutarecambiamentiacuti,durant eepisodipatologici;(4)ascopodifollow-up, perseguirel ,moltopi breve, caratterizzatadaosservazionichevengonoef fettuatesulpazienteinmanieracontinuaoppu readintervalliditempochevannodaminutiado re(monitoraggiodelpaziente).Questaattivi t vieneeseguitainpresenzadisituazionicriti che,disolitoinunaunit diterapiaintensiva(intensivecareunit,ICU ).

2 56 Muscoli respiratori7 Muscoli inspiratori e espiratori89 Meccanismi fisiologicia)Spostamentoversoilbassoover sol altodeldiaframma(aumentoodiminuzionedell altezzadellagabbiatoracica);b)Elevazione oabbassamentodellecostole(aumentoodiminu zionedeldiametroanteroposterioredeltorac e).Lanormalerespirazionetranquillasicomp iequasiinteramenteadoperadelmeccanismo(a ).10 Respirazione tranquillaInspirazione contrazione(abbassamento)deldiaframma ildiaframmasirilascia ipolmonisiretraggono(elasticit polmonare,dellaparetetoracicaedellestrut tureaddominali). ( soloforzeelastichenonsufficientiperunara pidaespirazione).11 meccanica DELLA ventilazione POLMONARE: pressione, flussi e volumiIl polmone unastrutturaelasticache,inassenzadiunafo rzaelasticachelotengaespanso,sicollassae spellendol ariaall esternoattraversolatrachea; fluttuanellacavit toracica(nonhapuntid attaccoallaparetetoracicaed semplicementesospesoalsuoiloincorrispond enzadelmediastino); l ilodelpolmonedestrohaformaovalareorettan golare,quellodelpolmonesinistrohaformadi racchettaconcodainferioreasinistra; incorrispondenzadell ilosiosservanoleformazionichecostituisco noilpeduncolopolmonare:anteriormenteleve nepolmonari,successivamenteilrispettivob roncoel arteriapolmonare,posteriormenteaibronchi learteriebronchialieilinfonodibroncopolm onari(ointrapolmonari).

3 12Le pleure sonoduevastisacchisierosi,ciascunodeiqua li ,cherivestetuttalasuperficiedelpolmone,e diunfogliettoparietale,cherivestelaparet einternadell'emitoracecorrispondente:ali vellodelpeduncolopolmonareilfogliettovis ceralesiripiegaattornoaquestopeduncoloes icontinuacolfogliettoparietale,senzapres entaresoluzionidicontinuit .13 Lacavit pleuricacontieneunaquantit piccolissimadiliquido(lubrificante),che continuamenterimossoattraversoilinfatici (leggeraaspirazionetralasuperficiedellap leuravisceraleeparietale).Lapleurarisult apertantocostituitadaduefoglietti(pariet aleeviscerale)chedelimitanounacavit virtuale,dettacavit pleurica,chenoncomunican conl'esternon negativa(pi correttamentesub-atmosferica).Lacausaper cuilapressionenellospaziopleurico sub-atmosferica dovutaalleforzeelastichepresentinellagab biatoracica(chetendeaespandersi)enelpolm one(chetende,invece,aridurreilsuovolumee adallontanarsidallagabbiatoracica).

4 Lapressionesub-atmosfericanellospaziople urico (invaloreassoluto)tantomaggiorequantopi polmoni Sonoadesiallaparetetoracica ,semplicemente,pleurica(PPL):pressionepr esentenellospaziointrapleurico(trapleura visceraleepleuraparietale).Inrespirospon taneotranquilloilvalorediPPLvariafracirc a 5cmH2O(iniziodell inspirazione)ecirca 7,5cmH2O(finedell inspirazione).Pressionealveolare(PALV):p ressionepresenteall minoredellapressioneatmosfericadurantel ingressodellevieaeree:PAWOP ressionetranspolmonare(PTP):PALV PPLP ressionetransvieaeree(PTWA):PAWO infattiladifferenzadipressionetral'inter noel' DEGLI EVENTI DURANTE LA FASE INSPIRATORIAa)I muscoli inspiratori si )La cavit toracica si )La pressione endopleurica diventa pi )La pressione transmurale )I polmoni si )La pressione alveolare diventa )L aria penetra nei polmoni finch la pressione alveolare uguaglia quell (12atti/minuto)conduratainspiratoriaedes piratoriaparia2e3s.

5 ( resistenzaalflussodurantel espirazionemaggiorechedurantel ispirazione).18volumecorrente(otidalvolu me,VT):volumecheentraoescedaipolmoniinat torespiratorio,ariposoVT semprepositiva, ,acausadell elasticit ,sicollassa( ).19 Necessit di scambio di gasAPPARATO respiratorio :(A) albero vascolare, (B) albero :serieditubialtamenteramificatichesirest ringonoediventanopi cortienumerosiquandopenetranonellepartip i aumentatadallaformazionediestroflessioni dellepiccolevieaereechecostituisconoglia lveoli(circondatidacapillari).Ilpolmonea dultocontieneda300a500milionid tracheobronchiale: modello di Weibel22 Generazioni del modello morfologico di Weibel 2324 IlmodellodiWeibel unmodellosimmetricocheapprossimaunarealt moltopi complessaZona respiratoriaOgnilobulo fornitodaunbroncolobulare,chesiramificai nbronchioliintralobulari,alorovoltasuddi visiin10-15bronchioliterminaliciascunode iqualiformaunacino(figura).25 nell acinoilbronchioloterminaleoriginapi ,afondocieco, TOTALESi suppongaVT= 500 mlfrequenza respiratoria (RF) = 12 atti/minutoSPAZIO MORTO ANATOMICON ontuttal (spaziomortoanatomico).

6 Ilnormalerapportofraspaziomortoanatomico evolumecorrentevariatra0,25e0, ventilazione al minuto ( ventilazione totale) = 0,5 x 12 = 6 l/m V 27 SPAZIO MORTO ALVEOLAREQ uantit diariache,purraggiungendoglialveoli,nonp artecipaagliscambigassosi( alveolinonperfusiopocoperfusi).Lospaziom ortoalveolarecomprendequindituttiqueglia lveoliche,peralterazionianatomopatologic hedelcircolopolmonare(embolia,trombosi)o peratteggiamentofunzionaledeivasipolmona ri(collasso,vasospasmo),nonsonoirroratie quindinonpossonocedereossigenon MORTO FISIOLOGICO spazio morto fisiologico ==spazio morto anatomico +spazio morto alveolareNeisoggettinormali:spaziomortof isiologico spaziomortoanatomico28 ventilazione ALVEOLAREO sservazioneVolume di aria che raggiunge gli alveoli in un minuto ( )AV FRVVVDTA )( dove VDindica lo spazio morto29 Modelli del sistema respiratorioIlfunzionamentodelsistemares piratorio ,mapermettonodidefinireancheparametricar atteristicidifunzionalit , convenientemodellarelafunzionerespirator iaconsiderandoseparatamenteiduesottosist emi:(1)trasportodeigasneipolmoni(include ndovianchelevieaereeextrapolmonariedicap illaripolmonari).

7 (2) ,volumepolmonareevariazionidelvolumepolm onareperunit dei unit compostadauncompartimentoalveolareavolum evariabileilcuicontenuto benmiscelatomediantediffusione, ,polmonisoggettianotevolicambiamentidivo lumeoppureafrequenzerespiratoriemoltoele vate(>>1Hz)oancheaffettidapatologiechepr ovocanoanomalieneltrasportodeigaspossono richiederemodellipi complessichenecessitanodicombinareinseri ee/oinparallelotaliunit .Ilgassimuoveperconvezioneattraversolosp aziomorto,chefunzionapuramentecomeuncond ottochemetteincomunicazionel esternoconilcorrispondentevolumealveolar e, dell apparatopolmonareconflussievolumitipici3 3 Inparticolare,focalizzandol attenzionesulcomportamentodellafasegasso sa(spaziomortopi spazioalveolare),ilmodellocheladescrive unsemplicemodelloacompartimenti,incuilap roduzionedellaspecieXmediantereazionechi mica unit dibasedeltrasportodigasneipolmoni semplicedimodelloacompartimenti unmodellomonocompartimentale(figurasopra ).

8 Indicandoconm(t)lamassadellaspecieXogget todistudioeconu(t)l ingressoesupponendochelaproduzionediXmed iantereazionechimicasiatrascurabileechel uscitasiaproporzionaleallamassapresenten elcompartimento,ilbilanciodimassapu esserescrittocomedm(t)/dt= u(t) k m(t)35 EsempiodimodellomonocompartimentaleInfig ura (t)em2(t)lamassadiunadeterminataspeciech imicaX(oggettodistudio) (t)m1(t)m2(t)y(t)Compartimento 1 Compartimento 2 EsempiodimodellobicompartimentaleSiindic hiconu(t)l ingresso[massa/tempo] (t)l uscita[massa/tempo] (supposticostantineltempo)econC1(t)eC2(t ) (t)diX ugualealprodottov C(t).SisuppongapoichelaspecieXpassidaunc ompartimentoall (t)m1(t)m2(t)y(t)Compartimento 1 Compartimento 2 Leequazionichedescrivonoilcomportamentod elmodellosonoallora:dm1(t)/dt=v1 d(C1(t))/dt=u(t) k(C1(t) C2(t))dm2(t)/dt=v2 d(C2(t))/dt=k(C1(t) C2(t)) y(t)k unacostantechetienecontodellapermeabilit dellamembranacheseparaiduecompartimentie dell (t)m1(t)m2(t)y(t)Compartimento 1 Compartimento 239 Conriferimentoallafasegassosa(spaziomort opi spazioalveolare)delmodelloinfiguraalato, l equazionedelbilanciodimassa (aparole):AccumulodimassaFlussodimassaDi ffusionenettadiXperunit di=totalediXper diXfuoridaltemponelsistemaconvezionesist ema40 Siriscrival ilrapportofralamassadiXedilsuopesomoleco lare(inunit dimassa).

9 Xx)x(bAWOAWOLUQdtNd xbU Definiticon AWOxladensit molarediX(moliperunit divolume)econQAWO ilflussovolumetrico(volumeperunit ditempo),misuratiall ingressodellevieaeree(AWO),ilbilanciomol arediXnellafasegassosadelmodellopolmonar esar dove l assorbimentomolarenettodiXnelsangueperun it (NLx) del respiroLafigurasottomostraunmodelloeleme ntarediun unit , unit meccanicaelementaredistinta,si vistochelameccanicadiunacoppiadipolmonin ormaliduranterespirotranquillopu esseredescrittautilizzandoilmodelloaduna singolaunit ,adaltefrequenzerespiratoriee/oinsoggett ipatologiciilmodellodelsistemapolmonarep u richiederelacombinazionedipi unit ,qualilecostole,imuscolirespiratoriedilc ontenutoaddominale,chepu unit polmonareelagabbiatoracica lospaziointrapleurico,che semplificatoInprimaapprossimazionesipu ,chemodellalevieaereediconduzione(RAW), ,chemodellalazonarespiratoriadelpolmone( CstL), ,chemodellalagabbiatoracica(CstW).

10 ,esso quellopi laresistenzeviscosechel lacompliance(capacit dideformarsi) lamisuradelladistensibilit diunastrutturaed datadalrapportotralemodificazionidivolum eequelledipressionetransmurale(Ptm,diffe renzafrapressioneinternaepressioneestern a).45 ConsiderazionisulmodelloPermuoverel arianelsistema, definitacome:C = V/ PtmSinotil analogiaconlacapacit diuncondensatore,incui Vrappresentalacaricaelettricae definitacome:R = P/QSinotil analogiaconlaresistenzaelettricaincuiP ladifferenzadipotenzialeeQlacorrenteelet trica(1 leggediOhm).47 Isottosistemisonodelimitatidaqueipuntide lsistemaneiquali descrittadarelazionicheleganopressioni, (pressioni,flussoevolumi) LWBSPLMUS1)(vCpppst LLPLA1vCppst (1)(2)(3)49 Indettagliolevariabilidelmodellosono:PAW O lapressioneidrostaticaall ingressodellevieaeree,PAlapressionealveo lare,PPLlapressioneintrapleurica, PMUS laforzamediaperunit disuperficiesullagabbiatoracica,checausa glistessimovimentiprodottidallacontrazio neattivadeimuscoliduranteilrespiro,PBSla pressioneidrostaticasullasuperficiedelco rpo,QAWO ilflussovolumetricodigasall ingressodellevieaeree,VLilvolumedellospa ziogassosonell interosistema(spazioalveolareevieaeree).