Ventilația pulmonară

Ventilația pulmonară este mișcarea aerului în și din plămâni. Are două etape: inspirația, când aerul intră, și expirația, când aerul iese. În inspirația obișnuită, diafragma se contractă și coboară, iar mușchii dintre coaste ajută cutia toracică să se lărgească. Volumul din torace crește, presiunea aerului din alveole scade puțin sub presiunea atmosferică, iar aerul intră.

În expirația liniștită, diafragma se relaxează, toracele revine spre dimensiunile inițiale, presiunea din alveole crește ușor și aerul iese. Expirația forțată, de exemplu când sufli puternic într-o lumânare, implică și contracția unor mușchi suplimentari. Plămânii urmează mișcările toracelui datorită legăturii mecanice prin pleură și presiunilor implicate; nu se umflă pentru că „trag” activ aerul ca un mușchi.

Poți pune o mână pe torace și alta pe abdomen în timp ce respiri liniștit. Vei simți mișcări, dar acestea nu spun singure cât oxigen ajunge în sânge. Ventilația aduce aer la alveole; schimbul gazelor depinde și de suprafața alveolară și de sângele care trece prin capilare. Când urmărești o schemă, leagă ordinea contracția mușchilor → schimbarea volumului → schimbarea presiunii → mișcarea aerului.

Mecanica ventilației

Aerul circulă de la presiunea mare spre cea mică, iar presiunea unui gaz scade când volumul în care se află crește, conform legii Boyle–Mariotte: la temperatură constantă, $P_1{V}_1=P_2{V}_2$. Plămânii nu au mușchi proprii; ei urmează mișcările cutiei toracice, cu care sunt cuplați prin pleură: foița parietală aderă la torace, cea viscerală la plămân, iar lichidul pleural le lipește una de alta. Presiunea intrapleurală este negativă față de cea atmosferică (aproximativ −4 mmHg la sfârșitul expirației și −6 mmHg la sfârșitul inspirației) și ține plămânul destins.

Inspirația de repaus (activă):

1. Centrii respiratori trimit impulsuri diafragmei prin nervii frenici (C3–C5) și intercostalilor externi prin nervii intercostali.
2. Diafragma se contractă și coboară, iar intercostalii externi ridică coastele și sternul: toracele crește vertical, transversal și antero-posterior.
3. Presiunea intrapleurală scade, iar plămânii se destind odată cu toracele.
4. Presiunea alveolară scade la aproximativ 759 mmHg, adică 1 mmHg sub cea atmosferică (760 mmHg), iar aerul intră.
5. Fluxul încetează când presiunea alveolară devine egală cu cea atmosferică; în repaus au intrat aproximativ 500 ml.

Expirația de repaus este pasivă: mușchii se relaxează, iar plămânii revin prin reculul elastic (fibrele elastice și tensiunea superficială). Volumul scade, presiunea alveolară urcă la aproximativ 761 mmHg și aerul iese. La inspirația forțată intervin mușchii accesori (sternocleidomastoidianul, scalenii); la expirația forțată se contractă intercostalii interni și mușchii abdominali, care împing diafragma în sus.

Surfactantul, produs de pneumocitele de tip II, reduce tensiunea superficială și împiedică colabarea alveolelor la sfârșitul expirației. Tipurile de respirație sunt costal superior (la femei), costal inferior sau diafragmatic (la bărbați) și abdominal (la copii).

Exemplu rezolvat 1: relația Boyle în plămân. Volumul alveolar la sfârșitul expirației este de 2400 ml la 760 mmHg. În primele momente ale inspirației volumul crește la 2410 ml, înainte să intre aer. Care este presiunea alveolară?

1. $P_2=P_1{V}_1/V_2=760\cdot 2400/2410\approx 756,8$ mmHg.
2. Presiunea este cu aproximativ 3,2 mmHg sub cea atmosferică: acest gradient aduce aerul în plămân.
3. Aerul intră imediat, deci în realitate presiunea alveolară scade doar cu aproximativ 1 mmHg și revine la 760 mmHg când inspirația se oprește.

Exemplu rezolvat 2: urmărirea presiunilor. Presiunea transpulmonară este diferența dintre presiunea alveolară și cea intrapleurală. Se măsoară, în mmHg, patru momente: t1: alveolară 760, intrapleurală 756; t2: 759, 755; t3: 760, 754; t4: 761, 755.

1. t1 și t3: presiunea alveolară este 760, deci nu circulă aer; t1 este sfârșitul expirației, t3 sfârșitul inspirației (intrapleurală mai negativă).
2. t2: alveolară sub 760, aerul intră (inspirație). t4: alveolară peste 760, aerul iese (expirație).
3. Presiunea transpulmonară: t1 $760-756=4$ mmHg, t3 $760-754=6$ mmHg; crește la inspirație, deoarece plămânul este mai destins.

Lanțul cauzal este constant: contracție musculară, volum toracic mai mare, presiune intrapleurală mai negativă, plămân destins, presiune alveolară sub cea atmosferică, aer care intră. Diafragma este inervată de nervul frenic, cu rădăcini în C3–C5, de aceea o leziune medulară deasupra acestui nivel oprește respirația spontană. Presiunea transpulmonară (alveolară minus intrapleurală) este cea care menține plămânul destins; când presiunea intrapleurală devine egală cu cea atmosferică, plămânul se retractă prin recul elastic.

Surfactantul (lipoproteină, în principal dipalmitoilfosfatidilcolină) reduce tensiunea superficială $T$. Legea lui Laplace pentru o alveolă, $P=2T/r$, arată că presiunea de colabare este mai mare în alveolele mici; fără surfactant, alveolele mici s-ar goli în cele mari. Nou-născuții prematuri, la care producția de surfactant este insuficientă, fac sindromul de detresă respiratorie. Expirația forțată este activă; inspirația forțată folosește mușchi accesori. Presiunea alveolară este egală cu cea atmosferică la sfârșitul fiecărei faze, când aerul nu mai circulă.

Exemplu în format de admitere (complement simplu). Un pacient are o plagă penetrantă a peretelui toracic și aerul pătrunde în cavitatea pleurală dreaptă (pneumotorax). Care este consecința imediată pentru plămânul drept?

• a) Se destinde mai mult, fiindcă presiunea intrapleurală devine mai negativă.
• b) Se retractă, fiindcă presiunea intrapleurală ajunge egală cu cea atmosferică.
• c) Rămâne neschimbat, fiindcă ventilația depinde numai de diafragmă.
• d) Plămânul stâng se colabează obligatoriu, fiindcă cele două cavități pleurale comunică.
• e) Alveolele se umplu cu lichid pleural.

Răspuns: b. a) Aerul din pleură anulează presiunea negativă, nu o mărește. b) Fără presiune negativă, reculul elastic retractă plămânul. c) Plămânul destins depinde de aderența pleurală. d) Cavitățile pleurale sunt separate prin mediastin. e) Aerul, nu lichidul, intră în cavitate.

Greșeli frecvente

• Greșit: Aerul intră fiindcă presiunea alveolară crește.
  Corect: Intră când presiunea alveolară scade sub cea atmosferică.
• Greșit: Plămânul este mușchiul principal al inspirației.
  Corect: Diafragma și mușchii toracici produc schimbarea volumului.
• Greșit: Expirația de repaus este un efort muscular, ca inspirația.
  Corect: Este pasivă, produsă de reculul elastic; expirația forțată este cea activă.
• Greșit: Plămânii se destind singuri, activ, ca niște mușchi.
  Corect: Urmează toracele prin aderența pleurală și presiunea intrapleurală negativă.

Înainte și după