26.10 : Relazioni di pressione nella cavità toracica

La respirazione, altrimenti nota come ventilazione polmonare, è il processo di movimento dell'aria dentro e fuori i polmoni. I principali meccanismi che promuovono la ventilazione polmonare sono la pressione atmosferica (P_atm), la pressione intrapolmonare (P_pul) o intra-alveolare (P_alv) all'interno degli alveoli, e la pressione intrapleurica (P_ip) all'interno della cavità pleurica.

Meccanismi respiratori

Sia la pressione intra-alveolare che quella intrapleurica dipendono da specifiche proprietà polmonari. La capacità di respirare, ovvero consentire all'aria di entrare nei polmoni durante l'inspirazione e di uscirne durante l'espirazione, dipende dalla pressione dell'aria all'interno dei polmoni rispetto alla pressione atmosferica.

Dinamica della pressione

L'ispirazione (inalazione) e l'espirazione dipendono dalla differenza di pressione tra l'atmosfera e i polmoni. In un gas, la pressione dipende dal movimento di molecole di gas confinate. Ad esempio, a causa del volume ridotto, la stessa quantità di molecole di gas eserciterà più pressione in un contenitore da un litro che in uno da due litri. Questa relazione tra volume e pressione in un gas a temperatura costante è descritta dalla legge di Boyle, che afferma che pressione e volume sono inversamente proporzionali (P = k/V); un aumento di volume determina una diminuzione della pressione e viceversa.

Tre tipi di pressione, atmosferica, intra-alveolare e intrapleurica, determinano la ventilazione polmonare. La pressione atmosferica rappresenta la forza esercitata dai gas dell'aria che circondano una particolare superficie. Può essere espressa come unità atmosferica (atm) o in millimetri di mercurio (mm Hg), dove 1 atm equivale a 760 mm Hg, ovvero alla pressione atmosferica al livello del mare. Altri valori di pressione, come la pressione atmosferica, sono in genere discussi nella respirazione.

La pressione intra-alveolare (pressione intrapolmonare) indica la pressione dell'aria all'interno degli alveoli, che varia durante le diverse fasi della respirazione. Poiché gli alveoli sono collegati all'atmosfera tramite le vie aeree, la pressione intrapolmonare si equilibra costantemente con la pressione atmosferica.

La pressione intrapleurica è la pressione dell'aria all'interno della cavità pleurica tra la pleura viscerale e quella parietale. Fluttua durante le diverse fasi della respirazione e, a causa di specifiche proprietà polmonari, rimane sempre negativa rispetto alla pressione intra-alveolare. La pressione intrapleurica rimane approssimativamente di -4 mm Hg durante tutto il ciclo respiratorio. È mantenuta dal ritorno verso l'interno delle fibre elastiche del polmone e dalla trazione verso l'esterno della parete toracica. L'equilibrio tra queste forze opposte determina la pressione intrapleurica di -4 mm Hg rispetto alla pressione intra-alveolare. La pressione transpolmonare, ovvero la differenza tra la pressione intrapleurica e quella intra-alveolare, determina le dimensioni del polmone.

Fattori che influenzano la ventilazione

Oltre alle differenze di pressione, la respirazione dipende dalla contrazione e dal rilassamento del diaframma e delle fibre muscolari toraciche. I movimenti del diaframma e dei muscoli intercostali causano principalmente cambiamenti di pressione responsabili dell'inspirazione e dell'espirazione.

Anche altre proprietà polmonari influenzano la respirazione. La resistenza è una forza che rallenta il movimento ovvero, in questo contesto, il flusso di gas. La dimensione delle vie aeree è il fattore principale che influenza la resistenza. Un diametro di un tubo più piccolo spinge l'aria attraverso uno spazio più piccolo, causando più collisioni tra le molecole d'aria e le pareti delle vie aeree. La formula F=ΔP/R descrive la relazione tra variazioni di pressione e resistenza delle vie aeree.

La tensione superficiale all'interno degli alveoli, causata dall'acqua presente nel rivestimento degli alveoli, tende a limitare l'espansione degli alveoli. Il surfattante polmonare, secreto dai pneumociti di tipo II, si mescola con l'acqua, riducendo questa tensione superficiale e prevenendo il collasso degli alveoli durante l'espirazione.

La compliance della parete toracica, ovvero la capacità della parete toracica di allungarsi sotto pressione, influisce sullo sforzo richiesto per respirare. La cavità toracica deve espandersi affinché avvenga l'inspirazione, influenzando direttamente la capacità polmonare. Se la parete toracica è priva di compliance (non riesce ad espandersi), lo sviluppo fetale del torace e dei polmoni diventa difficile.