Ventilația alveolară și spațiul mort

La o inspirație, nu tot aerul nou ajunge în alveole, locul unde se schimbă gazele cu sângele. O parte rămâne în căile care conduc aerul — nas, trahee, bronhii și alte ramuri. Volumul acestor căi se numește spațiu mort anatomic. Aerul din el se deplasează la fiecare respirație, dar nu schimbă direct oxigen și dioxid de carbon cu sângele.

Ventilația alveolară descrie cantitatea de aer proaspăt care ajunge efectiv la alveole într-un interval de timp. Depinde de cât aer intră la fiecare respirație și de câte respirații au loc, după ce ținem cont de aerul din spațiul mort. De aceea, două persoane cu același număr de respirații pe minut pot avea ventilație alveolară diferită dacă una respiră superficial, iar cealaltă mai profund.

O parte din volumul inspirat ocupă căile conducătoare și nu participă direct la schimburile de gaze. Aerul se mișcă și se amestecă în aceste căi, astfel încât volumul total inspirat diferă de volumul care reînnoiește aerul alveolar. Nu considera spațiul mort o „eroare” a corpului: căile conducătoare încălzesc, umezesc și protejează aerul inspirat.

Aerul introdus într-o inspirație se împarte în două: o parte ajunge în alveole, iar o parte rămâne în căile de conducere (nas, faringe, laringe, trahee, bronhii, bronhiole terminale), unde nu există schimb de gaze. Volumul acestor căi este spațiul mort anatomic, în jur de 150 mL la adult. Alveolele aparțin zonei respiratorii, unde au loc schimburile.

Formulele de lucru sunt:

${\dot{V}}_{\text{minuta˘}}=V_C\times f$

${\dot{V}}_{\text{alveolara˘}}=(V_C-V_D)\times f$

unde $V_C$ este volumul curent, $V_D$ spațiul mort, iar $f$ frecvența respiratorie.

Pentru $V_C=500$ mL, $V_D=150$ mL și $f=12$ respirații pe minut, ventilația minută este $500\times 12=6000$ mL, iar cea alveolară $350\times 12=4200$ mL. Din fiecare inspirație, $350:500=70\%$ este aer proaspăt care ajunge în alveole.

Aerul alveolar are o compoziție diferită de cea a aerului atmosferic: presiunea parțială a oxigenului este de aproximativ 104 mmHg, iar a dioxidului de carbon de aproximativ 40 mmHg. Aerul din alveole se reînnoiește parțial la fiecare respirație, deoarece se amestecă cu aerul proaspăt, de aceea compoziția lui rămâne aproape constantă.

Există trei noțiuni distincte:

• spațiul mort anatomic: volumul căilor de conducere;
• spațiul mort alveolar: alveole ventilate, dar neperfuzate suficient (de exemplu în embolia pulmonară, când un vas este blocat de un cheag);
• spațiul mort fiziologic: suma celor două; la omul sănătos este aproape egal cu cel anatomic.

Exemplu rezolvat 1. Doi sportivi au aceeași ventilație minută de 6 000 mL, dar un tipar respirator diferit.

1. Primul respiră rapid și superficial: $V_C=200$ mL, $f=30$ pe minut, deci $200\times 30=6000$ mL.
2. Ventilația lui alveolară este $(200-150)\times 30=1500$ mL pe minut.
3. Al doilea respiră lent și profund: $V_C=1000$ mL, $f=6$, deci $1000\times 6=6000$ mL.
4. Ventilația lui alveolară este $(1000-150)\times 6=5100$ mL pe minut.
5. Concluzie: aceeași ventilație minută, dar de peste trei ori mai mult aer proaspăt în alveole la al doilea, pentru că spațiul mort se scade o singură dată la fiecare respirație.

Exemplu rezolvat 2. Un înotător folosește un tub de respirat (snorkel) cu volumul de 200 mL; $V_C=500$ mL, $f=12$ pe minut.

1. Tubul se adaugă spațiului mort: $150+200=350$ mL.
2. Aerul proaspăt la o respirație este $500-350=150$ mL.
3. Ventilația alveolară este $150\times 12=1800$ mL pe minut, față de 4 200 mL fără tub.
4. Pentru a compensa, înotătorul respiră mai profund, nu doar mai des.

Reglarea și semnificația clinică. Ventilația alveolară se adaptează la nevoile organismului: la efort cresc atât volumul curent, cât și frecvența. În hipoventilație, de exemplu sub influența unor medicamente care deprimă centrii respiratori, ventilația alveolară scade, presiunea parțială a dioxidului de carbon din sângele arterial crește, iar sângele devine mai acid. Spațiul mort crește la fumători și în bolile pulmonare obstructive, ceea ce scade eficiența fiecărei respirații. De aceea eficiența respirației se judecă după ventilația alveolară, nu după frecvența respiratorie sau după ventilația minută.

Se calculează întotdeauna mai întâi aerul proaspăt dintr-o respirație ($V_C-V_D$), apoi se înmulțește cu frecvența. Ventilația minută nu este sinonimă cu ventilația alveolară: diferența dintre ele este $V_D\times f$, adică aerul care circulă doar prin căile de conducere. O respirație rapidă și superficială crește numărul de cicluri, dar scade proporția de aer util; de aceea, la același efort, o respirație profundă este mai eficientă decât una superficială.

Spațiul mort anatomic nu este țesut mort, ci un volum funcțional. El rămâne aproximativ constant (aproximativ 150 mL), în timp ce volumul curent variază. În embolia pulmonară crește spațiul mort alveolar, iar în fibroză scade volumul curent. Dacă un enunț oferă volumul curent și frecvența, dar nu și spațiul mort, se folosește valoarea din enunț; altfel se folosește 150 mL.

Nu se confundă nici ventilația alveolară cu difuzia gazelor: prima aduce aerul proaspăt în alveole, a doua reprezintă trecerea gazelor prin membrana alveolo-capilară.

Exemplu de item (complement simplu). Un adult are volumul curent de 400 mL, spațiul mort anatomic de 150 mL și frecvența respiratorie de 15 respirații pe minut. Ventilația alveolară este:

• a) 2 250 mL/min
• b) 3 000 mL/min
• c) 3 750 mL/min
• d) 6 000 mL/min
• e) 8 250 mL/min

Răspuns: c. $(400-150)\times 15=3750$ mL/min. Varianta d este ventilația minută ($400\times 15=6000$), varianta a este volumul de aer care circulă doar prin spațiul mort ($150\times 15=2250$), iar varianta e rezultă din adunarea greșită a spațiului mort ($(400+150)\times 15$).

Greșeli frecvente

• Greșit: Tot aerul inspirat schimbă gaze cu sângele.
  Corect: O parte rămâne în căile conductoare.
• Greșit: „Spațiu mort” înseamnă porțiuni de corp distruse.
  Corect: Este un termen funcțional pentru aerul care nu participă direct la schimb.
• Greșit: Dacă ventilația minută este aceeași, ajunge aceeași cantitate de aer în alveole.
  Corect: Contează volumul curent; cu același produs $V_C\times f$, respirația profundă aduce mai mult aer proaspăt în alveole decât cea superficială.
• Greșit: Spațiul mort se scade din volumul curent doar o dată pe minut.
  Corect: Se scade la fiecare respirație, deci intră în formulă înainte de înmulțirea cu frecvența.

Înainte și după