FIZIOLOGIA RESPIRATIEI

RESPIRATIA EXTERNA:

1. ventilatia pulmonara.
2. schimbul de gaze O₂ si CO₂ intre alveolele pulmonare si sange.

RESPIRATIA INTERNA:

1. schimbul de gaze tisular O₂ de la sange la celula si CO₂ de la celula la sange.
2. respiratia celulara propriu-zisa.

-I- RESPIRATIA EXTERNA:

1. Ventilatia pulmonara - reprezinta vehicularea aerului spre interiorul si exteriorul plamanului. Drept urmare a variatiilor de presiune intra-pulmonara creata de modificarile de volum ale cavitatii toracice. Aceste modificari se produc in 2 moduri:

1. prin miscari de ridicare si coborare a diafragmului, care alungesc si scurteaza cavitatea toracica.
2. prin ridicarea si coborarea coastelor care determina cresterea si descresterea diametrului artero-posterior al cavitatii toracice.

Respiratia normala de repaos se realizeaza aproape in intregime prin miscarea din prima categorie. In timpul respiratiei contractia diafragmului trage in jos suprafata inferioara a plamanilor. Apoi in timpul respiratiei linistite diafragmul se relaxeaza iar reactia elastica a plamanilor, a peretelui toracic si structurile abdominale comprima aplamanii. Deoarece fortele toraco-abdominale sunt insuficiente, producerea expiratiei fortate necesita o forta suplimentara care se obtine prin contractia muschilor abdominali care imping continutul abdominal catre diafragm.

A doua cale de axpansionare a plamanilor o reprezinta ridicarea grilajului costal. In pozitia de repaos acesta este coborat permitand sternului sa se apropie de coloana vertebrala. Cand grilajul costal se ridica acesta proiecteaza strnul inainte care se indeparteaza de coloana vertebrala ceea ce mareste diametrul antero-posterior cu aproximativ 20% mai mult in inspiratie maxima decat in expiratie. Muschii care imping inainte sternul si coastele sunt muschii gatului, iar cei care coboara cutia toracelui sunt muschii expiratori si muschii drepti abdominali.

INSPIRATIA - este un proces activ realizat de marirea volumului cutiei toracice in cele 3 diametre, elasticitatea tesutului pulmonar si adeziunea dintre foitele pleurale. Se creeaza o presiune intra-pulmonara mai mica cu aproximativ 2-3mmHg fata de cea atmosferica si astfel aerul patrunde in plamani.

EXPIRATIA - normala este un proces pasiv. Expiratia fortata se relizeaza de muschii respiratori care coboara coastele iar muschii abdominali deplaseaza diafragmul spre cutia toracica creind astfel o presiune intra-pulmonara mai mare cu 2-4mmHg fata de cea atmosferica. Fapt care permite aerului din plamani sa poata fi eliminat spre exterior. La sfarsitul expiratiei presiunea aerului pulmonar devine din nou egala cu cea a aerului atmosferic.

Toracele cu plamanii formeaza impreuna un sistem elastic esential pentru actul respirator. Datorita elasticitatii parenchimului pulmonar plamanul se destinde odata cu marirea celor 3 diametre ocupand tot spatiul marit al cavitatii toracice; la destinderea lui mai participa foitele pleuralei si viscerale ale pleurei umactate de lichidul pleural ajutandu-le astfel la alunecare.

Studiul ventilatiei pulmonare se face prin metoda spirometrica.

Volumele pulmonare - sunt 4 tipuri de volume pulmonare diferite care adunate totalizeaza volumul maxim pe care il pote atinge expansiunea pulmonara.

1. Volumul curent (V.C.) - volumul de aer inspirat si expirat in timpul respiratiei normale in medie 500ml la barbatul tanar
2. Volumul inspirator de rezerva (V.I.R.) - volumul suplimentar de aer care poate fi inspirat peste volumul curent, de regula atinge 3000ml.
3. Volumul expirator de rezerva (V.E.R.) - care reprezinta cantitatea suplimentara de aer care poate fi expirat printr-o expiratie fortata dupa expirarea unui volum curent 1100ml.
4. Volumul rezidual(V.R.) - volumul de aer care ramane in plamani si dupa expiratie fortata. El este in medie de 1200ml.

In descrierea ciclului pulmonar este de preferat sa luam in considerare 2 sau mai multe volume. Impreuna asemenea combinatii se numesc capacitati pulmonare.

Capacitatea inspiratorie (C.I.) este suma dintre volumul curent si volumul inspirator de rezerva.

C.I. = V.C. + V.I.R.= 500 + 3000 = 3500ml.

2. Capacitatea reziduala functionala (C.R.F.) - suma dintre V.E.R. si V.R.

C.D.F. = V.E.R. + V.R. = 1100 + 1200 = 2300ml.

3. Capacitatea vitala (C.V.) - este suma dintre V.I.R., V.C. si V.E.R.

C.V. = V.I.R. + V.C. + V.E.R. = 3000 + 500 + 1100 = 4600ml de aer.

4. Capacitatea pulmonara totala (C.P.T.) - volumul maxim pana la care pot fi destinsi Plamanii in inspiratia maxima apoximativ 5800ml.

C.P.T. = C.V. + V.R. = 4600 + 1200 = 5800ml de aer.

Toate volumele si capacitatile pulmonare sunt cu aproximativ 25% mai mici la femei decat la barbati si mai mari de 5800 la atleti.

2. Schimbul de gaze dintre alveole si sange. - transferul gazos prin membrana alveolo-capilara ce alcatuiesc o suprafata de aproximativ 70m². se face datorita diferentei de presiune partiala a gazelor si se realizeaza pana la egalizarea lor. p - presiunea.

O₂ trece prin aerul alveolar in sangele capilar iar CO₂ trece din sange in alveole de unde este eliminat. Pentru ca se stie ca arterele pulmonare care aduc sange venos de la plamani se capilarizeaza la nivelul alveolelor si dupa afectuarea schimbului de gaze, sangele incarcat cu CO₂ se oxigeneaza prin procesul de Hematoza, parasind plamanii prin venele pulmonare. Apoi pe calea circulatiei mari sangele duce oxigen spre tesuturi de unde se intoarce spre inima si plamani incarcat cu CO₂. Aceasta este functia respiratorie a sangelui pentru O₂ si CO₂.

-II- RESPIRATIA INTERNA:

1. Schimbul de gaze tisular - este determinat de gradientul de presiune partiala a gazului si marimea suprafetei de difuziune si de timpul de trecere a sangelui prin capilare. Difuziunea gazelor se realizeaza intre lichidul interstitiar si sangele capilar in functie de valoarea gradientului de presiune.

In efortul sustinut, consumul de O₂ este mai mare iar factorii locali din muschiul in activitate favorizeaza disocierea Oxihemoglobinei, iar sangele venos fixeaza o cantitate mai mare de O₂. Mai precis la nivelul tesuturilor O₂ si CO₂ se dizloca reciproc in functie de presiunea lor partiala.

2. Respiratia celulara propriu-zisa - celulele folosesc O₂ pentru oxidarea substantelor ca glucide, lipide si proteine, printr-o serie de procese biochimice din care rezultanta CO₂ + H₂O si energie esential in energo-geneza este metabolismul glucinic anaerob si aerob cand se elibereaza energia care inmagazineaza in 38 de molecule de A.T.P. Catabolismul energo-genetic se desfasoara in mitocondrii, deoarece in procesele de oxidaree a lipiodelor, glucidelor etc. este esentiala prezenta O₂, respiratia celulara este in directa legatura cu ventilatia, ea inducand cresterea proportionala a amplitudinii si fregventei respiratorii deci a debitului respirator. Consumul de O₂ si eliminarea CO₂ sunt in concordanta cu respiratia celulara. Acest fapt a condus la folosirea schimburilor gazoase respiratorii ca metoda de determinare a metabolismului energetic, putandu-se astfel reevalua resursele energetice ale organismului, posibilitate adaptiva la efort si randamentul solicitarii.

Reglarea respiratiei - respiratia ritmica spontana la adult are o frecventa de 12 - 18 respiratii pe minut. Respiratia spontana depinde de descarcarile ritmice ale impulsurilor nervoase, de la centrii respiratori spre musculatura respiratorie.

Reglarea nervoasa - centrul respirator este compus din mai multe gupe dispersate de neuroni, localizate bilateral in bulbul rahidian si in punte. El se imparte in 3 grupe mari de neuroni:

1. grupul respirator dorsal in bulb care determina inspiratia si ritmul respirator
2. grupul respirator ventral din bulb care poate comanda atat expiratia cat si inspiratia.
3. centrul pneumotoxic localizat in partea superioara a puntii care controleaza atat fregventa cat si tipul de miscari respiratorii.

Reglarea umorala a respiratiei - factorii principali ai autoreglarii pe cale umorala a respiratiei sunt concentratia CO₂, concentratia O₂ si a ionilor de H in sange. In reglarea respiratiei in afara controlului direct asupra activitatii respiratorii exercitat de catre centrul respirator exista si un mecanism accesoriu. Acesta este sistemul chemo-receptor periferic. Ei sunt localizati in mai mult zone din afara sistemului nervos central. Ei sunt foarte sensibili la cele mai mici variatii de presiune de O₂ in sange, desi raspund si la schimbarile presiunii CO₂ si ale concentratiei ionilor de H. Chemo-receptorii la randul lor    tranmit semnale nervoase la centrul respirator care participa ra reglarea activitatii respiatorii. Numarul cel mai mare de chemo-receptori sunt situati la nivelul bifurcatiei carotidei comune si la nivelul crosei aortei. Scaderea O₂ arterial stimuleaza chemo-receptorii periferici. Variatiile concentratiei O₂ arterial nu au efect stimulator direct asupra centrului respectiv, in schimb daca concentratia O₂ in sangele arterial scade sub normal chemo-receptorii periferici devin puternic stimulati.

Generarea impulsurilor nervoase se manifesta cu maxima sensibilitate la nivele ale presiunii O₂ de 60 pana la 30mmHg interval in care in sangele arterial saturatia hemoglobinei in O₂ scade rapid.

EX: Cand o persoana respira aer care are prea putin O₂ aceasta va duce la scaderea presiunii O₂ sanguin ceea ce exercita chemo-receptorii carotidieni si aortici astfel creste frecventa respiratorie.

Totusi efectul este mult mai mic decat ne-am putea astepta, deoarece odata cu cresterea frecventei respiratorii va fi indepartat CO₂ din plamani si Va scadea presiunea CO₂ ca si concentratia ionolor de H in sange. Si totusi efectul scaderii presiunii O₂ asupra ventilatiei alveolare este mult crescut in 2 situatii:

Presiunea O₂ scazuta cand CO₂ arterial si concentratie ionilor de H raman normale in ciuda intensificarii respiratiei.

Inhalarea de O₂ cu concentratie scazuta timp de mai multe zile.

Modificarea respiratiei in efort.

Exercitiul fizic intens poate creste de aproximativ 20 de ori consumul de O₂ si formarea CO₂. acest fenomen este explicat de catre fiziologi, prin raspunsuri mai putin clare, care se refera la mecanismul adoptiv in care sunt implicate 2 raspunsuri reflexe care par predominante:

1. S.N.C. cand trimite impulsuri contractile catre muschi se pare ca trimite si stimuli excitatori, colaterali catre centrii respiratori din trunchiul cerebral. Acesti stimuli sunt analogi cu stimulii trmisi in timpul exercitiilor fizice de centrii superiori catre centrii vasomotori din trunchiul cerebral ceea ce duce la cresterea presiunii arteriale ca si la cresterea ventilatiei.
2. In timpul exercitiului, miscarea corpului, in special a membrelor se pare ca participa la cresterea ventiltiei pulmonare prin excitarea proprioceptorilor din articulatii care la randul lor trimit impulsuri excitatoare catre centrii respiratori.

Motivul care sta la baza acestui rationament este acela ca si miscarile pasive ale membrelor pot creste ventilatia pulmonara de cateva ori. Este posibil ca si alti factori sa contribuie la cresteri:

EX: Hipoxia trimite semnale nervoase aferente catre centrii respiratori determinand stimularea respiratiei.

Modificarea respiratiei in efort le clasificam in mod imediate sau acute si tardive sau de antrenament.

Imediate - se refera la urmatorii parametri: -    frecventa respiratorie

amplitudine respiratorie.

consumul de O₂ si coeficientul de improspatare a aerului.

Frecventa respiratorie - in efort acest parametru se comporta diferit in functie de necesitatea de O₂ si de tipul efortului. In unele sporturi care se produc prin blocarea respiratiei, frecventa respiratorie poate ajunge la 30 pana la 40 respiratii pe minut - terminarea efortului si la 25 - 30 respiratii pe minut - dupa eforturile moderate. Intensificarea functiei cardio-respiratorii ce se produc imediat dupa terminarea efortului, este rezultatul mecanismelor reflexe realizate in scopul eliminarii CO₂ acumulat in efort, ca si plata datoriei de O₂.

Dupa Demeter Andrei ventilatia crescuta simultan cu activitatea cardio-vasculara se datoreaza iradierii excitatiei din zonele de proiectie a centrilsor respiratori si cardiovasculari ca si aferenelor provenite din tndoane si muschi si de la chemo-receptori sensibili la CO₂, H si Hipoxie. Ventilatia continua sa creasca, dar in aceasta a II a faza pe seama stimulilor umorali, frecventa respiratiei optima in efort este de 30 de respiratii pe minut. Valoare la care raportul inspiratie expiratie si volumul curent optim sunt bune iar CO₂ se elimina pe masura formarii lui.

Amplitudinea respiratorie - creste invers proportional cu frecventa crescatoare a amplitudinii crescute V.I.R. si V.E.R. creste ventilatia pulmonara. Debitul respiratiei creste paralel cu intensitatea si durata efortului. In repaos debitul respiratiei este de 6 - 8l/min. El se calculeaza: D.R. = V.C. x F.R.

In efortul maximal D.R. ajunge la 80 - 100l/min.

In efortul sub-maximal D.R. ajunge la 60l/min.

In efortul moderat D.R. ajunge la 30 - 40l min.

Consumul de O₂ - reprezinta diferenta arterio-venoasa a O₂ sau mai precis reprezinta cantitatea de O₂ exprimata in ml pe care sangele arterial o cedeaza tesuturilor in timp de un minut.

V.S. = 5l. min. = 100ml sange cedeaza 5VO₂

= 5l min cedeaza la nivelul tesuturilor 250mlO₂/min.

In efort circulatia pulmonara fiind mult activata. Timpul scurt de contact intre aerul alveolar si sangele din capilare limiteaza aprovizionarea cu O₂ a organismului dar intervin mecanisme compensatoare reprezentate de cresterea amplitudinii respiratiei, disparitia spatiului fiziologic si cresterea capacitatii de difuziune.

In eforturile mari de 300W. Se observa cresterea ventilatiei = 100 - 120l min. Iar consumul de O₂ este de 3,5l min (3500ml min).

In eforturile medii de intensitate constanta consumul de O₂ in primele 3 - 4 min creste lent, dupa care se stabilizeaza ca dupa terminarea efortului sa se faca lent cum sa instalat.

Se observa ca debutul efortului se desfasoara in conditii anaerobe, aportul de O₂ fiind mai mic decat este necesar. Deci se instaleaza o datorie de O₂ care va fi achitata dupa terminarea efortului. Exista insa o perioada in care consumul de O₂ este egal cu necesarul nivelului functional cardio-respirator. Fiind stabil = stare stabila (ergostoza sau steady state). Aceasta datorie de O₂ constituie unul din factorii care limiteaza durata eforturilor intense. La ne-antrenati datoria de O₂ poate ajunge la 10l iar la antrenati la 17 - 18l.

Coeficientul de improspatare - reprezinta raportul dintre aerul proaspat introdus in alveole si aerul poluat existent in plamani cu care se amesteca. Efortul creeaza conditii pentru o mai buna improspatare a aerului in alveole prin profunzimea si durta inspiratiei si gradul de difuziune a O₂ creste linear cu incarcatura efortului.

Capacitatea de difuziune marita in efort se produce prin intensificarea circulatiei pulmonare care usureaza patrunderea O₂ in capilare conferindu-se o suprafata mai mare de difuziune a O₂ comparativ cu starea de repaos cand circulatia este mai lenta.

Modificarile tardive - modificarile parametrilor respiratori la sportivi ne dau relatii asupra gradului de antrenament. Astfel frecventa respiratorie are valori mai scazute in repaos la antrenati fata de ne-antrenati. Apare bradicneea de 10 - 12 respiratii/min. Datorita dezvoltarii musculaturii respiratorii si a cresterii elasticitatii cutiei toracice. Amplitudinea miscarii respiratorii creste prin cresterea C.V. de la 500ml la 800 - 900ml

Debitul respirator in repaos NU DIFERA fata de cel al ne-antrenatilor, este tot 6 - 8l min.

In efort D.R. al antrenatului poate ajunge la 150 - 180l min fata de 80 - 100l min la ne-antrenati la acelasi tip de efort. Consumul de O₂ in repaos este aproximativ egal    la antrenat si ne-antrenat 250ml min. In efortul maximal, volumul de O₂ maxim este de 3600ml min pentru antrenat si 4000ml min la ne-antrenat.

La maratonisti, fiziologul Guyton gaseste valorile cele mai mari 5100ml min care se pare ca s-ar datora componentei genetice. In selectie se tine seama si de tipul constitutional, diametre, talia etc.

Capacitatea vitala (C.V.) = 6500 - 7000ml min.

Ventilatia pulmonara este mult diminuata la fumatori dartorita nicotinei care contracta bronhiolele terminale marind rezistenta cailor aeriene, va fi nevoie de un travaliu suplimentar a musculaturii repiratiei si deci cresterea consumului de O₂ fata de nefumatori.