( dpilol{r 82 l{egola/ioIe omeo\tati(a (lella re\fir'ì,r,,ir,ne 82 Introduzione Risposte ventilatorie alle variazioni di Pao2, Paco2 e pH Chemocettori periferici Chemocettori centrali Risposta ventilatoria all'ipossia Rispo:ta rentilatoria a ipo- e ipelcapni:r Risposta ventilatoria all' acidosi e all'alcalosi di origine rnetabolica Coordinazione con il sistema cardiocircolaiorio Controllo volontario della ventilazione Infl uenzc ipotalamiche sulla ventilazione Regolazione della ventilazione durante esercizio muscolare Dinamica dclle variazioni respiratorie nell'esercizio muscolare Ventilazione durante il sonno INTRODUZIONE La tunzione respilatoria viene continuamente calibrata in modo da mantcncre costante il contcnuto di ClO., ncl sangue arlerioso: il gas, che viene prodotto dal nretrrbtrìistnu u:sidalir o. cLrstilUi.Ce und òot gcnte di acidi, in quanto, in solr:zionc acquosa, si idrata ad acido carbonico e si dissocia in bicarbonato e I I+. Manter'ìendo costante la press ictne prtrzÌule d i CO, nel santtl t. t in.\o. P,aO.. ..i iarartisce quirrdi cltc ar|. ìrc lut la quantità di bicarbonato c di Hr generati dalìa dissociazione del bicarbonato rimangano costanti. La costanza di P"co, è ottenuta adeguando il ricambio dell'aria alveoiare, in modo chc la plessione parziale di CO., negli alvcoli, e qr-rincli nel sangue arterioso. sì mantcnga a 40 nm Hg. La ventilazionc reagisce irroìtre agli aumenti di idrogenioni dovuti ad accumulo di acidi non volatili- che possollo vellir espulsi dalì'organismo soltanto pcr via renale. incrementando l'elirrinazione di CO. e di idrogen,r "roìatiìc': si lra cosi il , uttp,u'ù ti\pit.tt,,t i,) cleII 'a<:idosi ntetuboIic a. Infine, il sistenra respiratorio reagiscc alla diminLrzioÍìe della pressionc parziale dell'oss iger'lo, nla soìtanto quando qllesta scende aì di sotto di 50-60 rnm I1g. compromettendo l'apporto del gas ai tessr-rti. Lc modificazioni ventilatorie si I'erifìcano quando si fà r,ariare ciascuno dei tre paramctri (figura lì2.I ). Il controllo omeostatico manticnc tutta la sua efficien ,/,1 anchc quîndo il 'i:lerttr re\|rralorro r ienc rra\\ivamente attivato. moìtìpLjcando fino a 20 volte la ventilazionc, pcr sostcncrc 1c richieste metaboliche del l'eselcizio muscolare. Durante I'esercìzio fìsico. lc concentrazioni dei gas respiratori nel sangue arterìoso si mantengol'ìo infattì ai livelli normalì e si modificano soìtanto in condizioni estreme. Pcr brcti periodi di terrrpo. infìttcnzc volorttrIie p(\s\(,no \ù\ rirfporsi alle esigenze metaboliche, sostelendo livelli vcntiìatori indipendenti da queste, come avvicnc nella nassima ventilazione o ncll'apnea volontaria. RISPOSTE VENTILATORIE ALLE VARIAZIONI DI Pao2, PuCo, e pH Lc inllucnzc chimichc costituiscono iì piir jnlpofiante tra ilattori modulanti l'attività auton.ratica dei centri respiratori bulbari. Esse sono basate su infomrazioni riguardanti il valore di alcuni parametri della composizione chimica dei liquidi corporei (essen ziaìrlente. PaCo.,, P-O2 c pH), continuamente rilevato da un sjstema di recettori specifici. Tali chenorecettori solro attivi anche quando c1r-Le stiparametrihamo valore normale; essi possono quindi segnalare sia gli aumerrti sia le din.rinuzioni dei valori dei pararretrì stessi e modificarc, di conseguenza, l'attività dei centri respiratori. in nrodo da contrastare le alterazioni slcssc. aÌ firre clì l1l5 lisiologi.t integrati\à Omeosîasi dell'ambic le interno Figura toric massima ventilaz one volontar a 140 F rr^ 100 (pll r). C ilscuùa rellzio e è otlcnura lìccndo \ari re il puIirmclro indiclto. ma lir rìspostiì vcnlilak]liiì c influcnzala dallc 5eo \ 40 Pao2 (mm Hg) 90 7.4 qH" Vo, (l/min) 0,5 xrixrìoni j.condrfir dcsìi altfi (ì.r/c/l, /cr/r,) l-c rclazioÌrì sono corJioDlatc con il nìiìssirìo li\ cllo vcrìlililtorio ra{giuntibilc pel pochi secondi inrlipt-ntlentcnrentc ditgli stirloli duc pamnìctri 20 Paco2 (mm Hg) 40 i nlcn!o dellù \ enlilnzione pol' nlonere in tìnzionc. rispetti!rmentc. della pressiulc parzille di COr (P,(or). di O. (P,o.)o dcl pH dcl sanguc llfterioso .E s s ll2.l Rìspostc ventilirnÌcdiate r !rri stiDrolì ncl soggetlo con nornlali Ìnoccanismi di conlrollo oÌncoslirtico. Le rcl.ìzionictichcttatc CO.. O. e pH rrpprcscntano I'anda-' 180 50 70 60 50 70 30 clriì1lici (rrrlîri/rrr t.ntilLl:ion(' trtlontrtria\ t c()n l'rlrùento di 7.2 7.O 1,5 2,5 6.8 3,5 \ cnlilazion!- da eser!i7io lìsico. esprcssa ìn.tìurzìonc clcì corsu- rìro lnal'ìtenerc I'olneostasi di CO,. ì'cquiÌibrio lcido-basc e di inlpedire I'cccessiYir catuta di Po. Îrtcriosa. tl di 0. (Vo_.I. nonralc. Esistonr) chcmoccttori pcrifèrici c cenfali, chc presentano notcvoli dil'ltrenzc 1ìrnzionali. :istcrtrl di rontr'ùllo si conìporlir nspctlo ;ìlc \ irriitzio11i cìiP-Cor conle rnl sistellla a lecdback ncgativo: l'autttenttr J,.'l r alore Ji qLrcstu prrrlnctrù \ ien( r\ \ cnil,ì dri reccttori. lu etti scalrc:r sui er'nlri resniraloli iìunrenlî e i'ìIìrnlitìciì il eorrtrrrrJo ri:r c:si elor:llr'. in nrodo da auurentarc la ventilazione. eliminarc una nliìggior quantità di C0, e ripoÍare Pù('o1 al suo valÒrc Chemocettori periferici Il ruolo plincipalc dei lecettori pcrilèrici consistc nelìr rilcvazionc deII'abbassamento di Prol. lÌra sono sensibìli anche allc varjazioni di Pcc),. di pll e di lK-l arter-iosi. Essi si tft)\'ano in olganelli situati ir prossi- ganglio pelroso celule q omiche , ganglìo nodoso .l nervo del seno carotideo glomo carotideo Figura ti2.2 ,{) LocaliTz.rzio- ttc c inncrr azionc rlcl ulorno cltlotìdeo dL':,tro. B) l-obulo di rrn glonlo catolrdco. conlcDentc cclItrìc dci dLrc 1ipì c. a stretlo corrtrtto con quclìc di tipo I (o glrr- rììiehe). cirpilhri cnrrtici e tcrntìnrrzioni nclvosc rlcl ncrlo rlcl carotide comune scno car'otìdco. l 6 Capitolo 82 - Regolazionc omeostàtica della respirazione mità dclla bilbrcazione della carotide comune (glorzl carotideí) e dell'arco aortico (g/ozi aortici) (fgtra 82.2). Nell'uomo, ipiù impoftanti sono i prin.ri. Ì glomì sono corpuscoli tondeggianti, del diametro di 2-,1 mm, irrorati da una o più piccole arterie, che formano un ricco plesso capillare drcnato da una venula. Le cellule contenute nel corpuscolo sono di due tipi: tipo I (o cellule gloniche), più abbondanti e responsabili delL'attività chernorecettoriale, e tipo ll (o cellulc della guaina) con funzionc di sostegno. Le cellule di tipo I contengono un gran numero di vescicole e sono in rapporto con temrinazioni di 1ìbre ner"vose che decorrono nel nervo del seno carotidco il quale, attraverso il ner,'o glossofarìngeo, raggìunge il tronco cerebrale. Le \ e\(icole conlengono diverse soslanze nerrrolr3rrnen itrici, che vengono rilasciate in misura proporzionale alle variazioni deì parametri chimici precedentemente ci tati e che modulano l'attività delle fibre nerr,/ose. 1l consumo di O, dellc ccllule glomiche è elevato (9 ml/min/100 g, ciica il doppio di quello cerebralc), ma esse ricevono un elevatissimo apporlo ematico: il flusso di sanguc attravcrso i glomi carotidei è di 1,5-2 l/min per 100 g di tessuto, più di 20 volte maggiore del flusso cerebrale. Di conseguenza, i recettori possono estrarre I'ossigeno necessario senza far variare Puo, e senza intaccare I'ossigeno legato all'emoglobina. ll sangue che esce dai glomi è ancora arterializzato; tutti i recettori sono quindi esposti allo stesso tcnore di gas respiratori. Ne ll'ìpotensione grave, il 1ìus- EE pH 7,3 PÓ E9 P aca234 9E 9o 20 BE có a pH P 7,4 ' "co2 24 40 60 80 '100 Po2 arteriosa (mm Hg) so sanguigrro nei glomi diminuiscc e il sangue divenprovocando glomo, l'intenta venoso all'intemo del sa stimolazione dei recettori. che evoca anche riflessi carcliocircolatorr (veclere capi.tol o 80). 150 all'ipossia Le cellule dei glomi dipendono diretta ente dall'apporto di ossigeno per il loro metabolismo: sono quindi estremamente Risposta recettoriale scnsibili ad csso. L'abbassamento di Puo, provoca diminuzione della conduttanza per il potassio, diminuzione della corente di K e depolarizzazione delÌe cellule: vengono inoltre attivati canali per Ca++ e I'aumento di ICa++] intracellularc è responsabile deì rilascio dei neurotrasnettitori e della scarica afferente. I recettori sono già attivi a Poot di 150 mm Hg e la loro scarica scompare solo durante respìrazione di ossigeno puro. Con il ridursi di Puo,,, la îrequenza di scarica del recettore aulrrenta in modo iperbolico (lìgura 82.3): è ancora molto bassa ai valori fìsioìogìci" diventa elevata al di sotto di 60 mm Hg ed è massima a 20-30 nrrn Hg. Quindì, la variazione della liequen- Iell'ambito di valori di P^o, in cui la sarurazione in O, dell'emoza di scarica è particolannente spiccata globina decresce rapidamente, ossia ìn corrispondenza alla porzione ripida della curva di dissociazione dell'emoglobina (vedere capitolo 5ó). 7,6 7,5 pH arterioso 7,4 7,3 7,2 Figura 82.3 Scarica regisÍala nel nervo aîfèrente da un glorno carotidco in risposta alle varìazioni tlei principali paraùetri chinici. 1n aúo: la rìduzionc di Po. artcriosa dctcrmina aumento ipcrbo lico della scanca del chemoiettorc; la dsposta ò marcata sc P.jcol viene mantenuta costante a 34 mm Hg (.e/r hi pieni. linea (rnti/7r4). n]entrc si attcnua notc\îLmcntc sc Pecor è nantenuta a 24 ]i1n1Hg ((:er(hi tuoli. litlu lrulteggídlu). A lccrr?: l aumcnto di Pco. aúedosa detennina increnento della scarica dei chelùocettori.L'aggiunta di una base fissa (NaHCO,). che auÌnelìla il pH da 7,,1a 7,5, rìduce 1a risposta ad ogni valore di Pco,. 1n óar.vr: 1a ri rr r.r orc co.r:ntc di P, o. dr(f nsir' d' rzr.rre dcl pH :rcrio.o r detennina aumento progressivo della scarica dcl chcrnoccttorc. l l7 Fisiologia integràtiva Onleostasi dell'àmbienteinterno La scalica dei glorni, trasportata al nucleo del tratto solitario e cluindi ai centri respiratori bulbopontini, 1à alrmelltiìre Ia vclocità di salita della ranpa inspiratoria cd innalza la soglia de ll'interruttore deìl'inspirazìone, provocando aumento dclla fì.equenza respiratoria c del volL[re correnle. I glomi ricevono anchc innervazione el1èrente orto- e parasirl.tpatica, con 1'unzioni r-egolalorie del flusso ematico che li attraversr, la cui intportanza e evidente: una vasocostrizione rjduce I'apporto di O, aumentando la risposta cìei recettorì. Risposta recettoriale a CO, e pH - I chemoccttori dei glorni aumcntano la h'eqLLenza di scarica anche in lisposta all'aunento dj Pacor e alla t'iduzione di pH". Si riticne che. in entrambi i casi. lo stimolo chc attiva i chemocetlori sia la riduzione del pH intracellulare dclle cellule di tipo I. Infìrtti, CO, non stinola dirctl,irìent( i rc\'elrori, rnrr diflonde córr lacilirà lll ilterno delle celìulc glomichc, nelìe quali la dissociazione intracellulare dell'acido carbonico provoca au mento della corcentrazione degli ioni H . Lo stesso cîfètto si verifica quando aumenta Ìa concentrazionc degli ioni H* non carbonici nel plasma, ìn quanto ciò r allenta ì'espulsionc degli stessi ioni dalle cellule. norrralmcnte attuala da pompe nretaboliche o da scambiatorì ionici, ed essi si accumulano nel citoplasna. La secluenza di eventi innescata dall'aumento di [H-] intracellulrre nella cclluìa glomica è la seguentc: viene stir.nolato uno scambiatore Na+/H+ della nrerrbrana cellularc, che estrude H+ e fa cntrare Na+ nella cellula; l'aumentata [Nar] intracellLrlare provoca f inversjone della direzione di un altro scambiatore prcsentc sulla mcmbrana. che inizia ad estrudere Nar e r fàre entrare Cìa-+; infinc. l'aumento di Ca-r intracellulare (come nel caso di bassa Pror) provoca il ri lascio dei neurotrasmettitori. I chernocettori periferìci sono moho neno sensibilj all'aunìento cU PlCo. di quanto lo siano i recettori ccntrali (lo stimolo perilèrico detennina una dsposta ventilatoria soltarto pct aumenti di Pacto2 > 3 mrn Hg), ma la loro risposta (che è lileare, non iperbolìca come quelìa al calo di P..o2) ò piu rapida di quella dei recettori ccntrali, quìndt òo[sente aggiustalnenti ventilatori itlmediatj. I cllemocettorj pcrifèrici sono interarnente responsabili dclla risposta ventilatoria all'acidosj lretabolica (in cui la Puco, è nomale. rr.ra il pH arlerioso ò basso) pctche. come si vedrà. ichemocettori cerrtrali risentono molto poco dcl pH aficrioso. dato che gli ioni H nor ditlondono attraverso la banicra ematoencetàlica. I chenocettori perifèricì sono stimolatj anche dalI'aumcntodellaconcentrazioneplasmaticadiK .Questa rispostiì. particolanrente importante nclla regolazione della ventilazione durante l'esercizio muscolare, riflette ì'effetto depolarizzantc aspeci{ìco che un aumento di [K+] extracellulare ha su tutte le cellule eccitabili. ln condìzioli normali. il contributo dei chemocettori perifèr'ici alla ventìlazjone è modesto, nta la loro îunzione diventa inrportantc in condizioni cli ipossia, sopratlLrtto ad alti livelli di P1Cor, e nell'acidosi metaboljca, essendo essi le sole strutfure ir grado di avviare inreccanismi corettivi di queste situazioni. lnfatti, ìn seguito alla denelvazione dci glomì carotidei (oltre che nell'animale. a scopi sperimentali, qLresto intcrvcnto veniva praticalo anche nell'uomo, a scopo terapeutico nell'asma gr-at'e), la ventilazione cambja poco irr cond iz iun i rron na lr: tur tar ir. es\J nun a u n ìenlt più in risposta all'ipossìa, anzi, si ricluce pcr un ef'fètto depressivo clell'ipossia sui centri rcspiratoli. mentre aLrnenta ancota, u1a ìn misura ridotta rispetto al normarle, durantc la respirazione di miscele ad alto contenuto dì COr. Chemocettori centrali La persistenza della risposta vcnlilatoria a CO'' clopo deretr rzione dei chernoe ettori pcri ler ic i ( ì'ù{.er\ rzionc che ìa perftlsionc dei ventricoli cerebrali con soluzioni a basso pFI, o ad elevata PCor. provoca un au- v v t e € E t zona roslrale zona I e va|iuzioni t'ornblnillc Jei tre prrantetri pro\ucano potenziamento dclla rìsposta recettoriale, cosicché la ri.posm aìl ipos.ia è mrggiolc se si associrno iper'capnia ed acidosi, e la risposta all'ìpcrcapnia divcnta r nponJ nr c in condizioni ipu.siche. 1lr8 Figura 82.,1 Localjzzazionc dei chemoccllotj centfali laree che rnosensibiìi ccntralì) sulle laccc ventrali clcl bulbo. latcrelmerte allc pìranicìi e mediallnette allc radici dei nen ì crarìici V-XIIi ciascuna area contprcnde una zona roshale e una caLLdale. Capitolo dc pochi secondi. I recettori centrali sono però più sen- sìbili dei recettori perilerìci alle varìazioni di P"{:u, e sono i responsabili della principale influenza chimica sulla ventilazionc. h condìzìonj di equiìibrio, le concerrtrazjoni di H+ e CO, nel liquido cerebrospinale sono simili a quelle nel liqLrido interstjziale. Il Iiquìdo ccrcbrospinalc ha però una concentrazìone proteica nolto piu bassa dì qLrclla dcl sangue, quindi un potere tampone decisamente infèriorc. Per que sto motivo, per un medesino aumento di Paco2, II+] ar-urenta di più ncl liquido ccrcbrospinale che nel plasma e stimola fbrtemente la ventilazionc. L'cltètto acuto dell'ipercapnia sui chernoceltori ,.crlrrli i rììullo rn1cn5(J. ma \c c\sd \ icrìc rÌìantcnuta a lul.ìgo, la stimo lazione cle ì recettori quindì la rìsposta ventilatoria si riducc notcvolmcnlc. Il I'attività respiratorie, è stata ellettivamente documcntatà. Sj tratta di aree chenosersibili disposte sirnmetricamentc nclla pafie vcntralc dclbulbo, ai lati clelIe piramicli (figura 82.,1). Ciascuna area comprende una zona rostrale. situata medialmente alle radici tlei nervi cranici VIII-X. e una zona caudale. sitlràta ne dialmente alla radice del Xll. Le aree chemosensibili non sono localjzzate clirettamcntc sulla superlìcic del bulbo, ma si trovano a una prot'ondità di 200-400 ;rrn, quindi sono csposte al liquido interstiziale (figura 82.5). CO, può diltbndere làcilmentc dal sangr-re in questo liquido. perché la barriera elratoencefàlica è pernreabile a CO2, nentre non lo e agli ioni H- e HCO, . Quando Pt'o, dcl sangue cresce. aLrmentano anché lc concentrazioni di CO? e di H+ nel lìquido in terstiziale. E questo lo stimolo che Viene awefiito dai chernure.etiori. la cui :cJrica eecita i ecntri rc'pir.-rtori bulbari, ad essì contiguì. tìrcendo aumentare la ventilazione. Questa modalità di eccitazione spicga la relativa lentczza d'insorgenza della lispostn. che richicdc circa I min. rispetto a quella provocata dalla bulbo resplralori Regolazione omeostatica delh rcspirazionc stimolazione dei chemocetlori perifèrici, chc richie- mento dclla ventilazione. avevano latto ipotizzare l'esistenza di recettori centràli coinvolti nel controllo chi lnlco dcl rc\piru. I d pre\(n/J rli quc'ti rc.cltUri. :ituatì in prossimità dclle aree bulbari responsabili del- vaso 82 lenomeno è in relazione all'instaurars i, dopo alcune ore, dì un mcccanismo di trasporlo attivo di HCOa dal sangue al liquido cerebrospinale, che ne riporta verso la noma il pH. Sebbene ìohemocettori centrali scarichino anche in risposta a variazioni di pH cmatico dovutc ad acjdi fissi (e non a COr), la loro sensibilità a questo paranetro è piuttosto bassa, dato che, a diffèrenza di COr, 3li iUni H prcsenli nel .anguc nurì supcrano lreilmente Ia barriera ematoenceîalica. Come si è detto. la risposta ventjlatorìa aìl'aumento di IH+l dipende prine ipr lrncn tc d.ri rcccttori pcrilcrici. Le variazjoni dì Po,', non hanno alcun efletto diretto lV venlricolo chemocettori centrali, salvo I'aspecifìca deprcs.iune r'hc l'rr.'s.rr prudrrce ru lulli r neuroni. sr-ri arca chemosensibìle Risposta ventilatoria all'ipossia I chcmoccttori periferìci sono isoii responsabili dclla stirlolazione ventilatoria da ipossia (figura 82.6), alla quale rispondono con una laterza di pochì se I condi. La scarica rcccttorialc ò già prcscnte ai normali vaìori cli P.o. e cessa soltànto a valori > 500 mm Hg. ll contributo di questa attivjtà alla normale ventila HCO; 1L sangue zione può essere svelato durante la rcspirazionc di O, puro: in queste conclizioni, la ventilazione si riduce di l0-15 per cento. Riducendo Poo, al di sotto di 100 mm Hg, la vertìlazjone aunrenta moìto poco. aln.ieno fino a cluando clucsta scende a 60-70 mm Hg (figura 82.1 ). Raggiunti questi valori. I'aumento di venttlazione diventa marcato (la vcntilazionc raddoppia) e, per ulteriori progressive riduzioni di Paor. l'aumento assume andarnento iperbolico (la vcntilazionc aumenta di circa 6 r'olte a P"o, di 20 mrn Hg). La risposta ventilatoria neìl'arnbito iniziaÌe, t|a 100 c 60 mm Hg, è notcvolmentc attenLrata, perché il pur lieve aumento della ventilazione che essa provoca è suflciente ad abbassare Pactor (fìgure 82.6 e 82.7) e quido nterstiziaie bulbare î barr era 82.5 Rapprcscntazione schcnatica dclìe modalilà di sti molazione dei chcmocettori centfalì e dclla Ioro inllucnziì slLiccùtri respìr-alori bulbari. Le lrcccc soîtili veÍicali indicano la diìozionc dcl llusso eÌnatico, le îrecce sottili orizzonrali il passageìo pel dìffusione. il cerchio con freccia indìca un traspofto attivo. lc 'rgrc,r cpq..c .cgr:l.rno l< t.ltluer, ( ecc Figura rlnl( 1 9 ! isiologia integràtiva - Omeostasi dcll'ambicnte interno denervato 50-]r v_v-v-v-v E 40d controilo E 16 30 z) a ta 12 .-J I sù À -v-v=--v-v 18 6 o-dJ-O 3 \ I '\'-' conlrolto -o_o_o - Risposta vcntilaroria (ir rr.!.\o) 20 o. -a 100 I12.6 o f! Eso denervalo 0 Figura gE ore e corrispondcn!e cadLfiì di P i( or (///./1tr)) durante respimzionc di una niscela ipossica in un animalc ìnlNllo (controllo. .ri/ràd1l pl./iì). Dopo dencr, ventilazione vrzionc dci glonrì caroljdei (dcncn,ak). .\'ilx boli t'uotí),la rcazio nc all ipossia c abolita: la venlilalionc non eulllenta e ìl \,alore di P.r(o. rimanc iùvariato. Si noti anchc chc ncìl anìnlale dencrvak) la ventiìazionc in aria aulbicnte (Drlrli dùc lunti u sinistj.a) ò inferiorc (e di conscguenza P.,( o. e pjir elevata) chc nelì anina- 20 40 80 100 12a 140 Pao, (mrn Hg) lc intatto. Figura 82.7 qucsto, comc si e visto, riduce la ventilazione agendo sLri cilclnocettori, sia centrali sia pelifelici. L'acceleraziolle ventilaklrìa irrdotta dall'ipossta e quindi flrenata dall'ipocapnia che essa stcssa provoca. Se pcrò P.rCo2 viene lîantenuta costante durantc l'ipossia (ipossia isocapnìca) aggiLrngendo congnÌe qLrote di CO-, aìla misceìa inspirata, la vcntilazione aumenta in rnjsura corsistcnte non appena PaO, si abbassa al di sotto di 90 mrn Hg, riprodLLcendo l'aumenlo iperbolico dclla risposta lecettorialc (figLlra 82.3 ). L'esistenza del l'reno ipocapnico può essere rressa in evidenza se sì la scendere. con la respirazione al1ificìale, P.,co, fi no, per escmpio. a 36 mnt Hg: in cluesta condizione, P.,o.,, può abbassarsi a 50 mrn Hg, senza che si abbia una risposta ventilato a. Questo è dovuto sia ad un effètto inibitorio diretto dj P^c o, sui chcmocettori peritèrici. sia alÌ'etJètto della concomitante alcaÌosi del liquido cerebrale sui chemocettori centrali. ln condizior.ri di ìper-capnia, invece, la ventilazione è elcvata ancl.ìc aj nomrali valori di P.,o, (per ìo stimolo ipercapnico) e la risposta ventilatoria aLlo stimoìo ipossico c potenziata. In qucsta condizione. infatti, la ventiìaziote inizia ad aì-ltnertate non appena P"r.)., sccnde al di sotto di 100 mrn Hg. Malgrado la "inezia" della risposta ventilaroria, fìnché l'ipossia non raggiunge 70 mrn Hg. il trasporto di O, neì sangue non viene con.ìprorÌesso, in I'irtu delle carattclistiche tlella curva di dissociazione delì'emoglobina (figura 82.8 B). La saturazione dì Hb dirri- 60 su - Risposta vcntilaloria all'ipossia cd rnfluenza di P,Co. di essa. L ordinata di srnìstra (ventilazionc polmonale) sì rifc- riscc allc cun e in verdet quclla dì destra (pressionc parzlale diCO. 1e \,rr5Jcd|1. 05ùr.rll<.ur,err-O,,' Le. rrrrt-at.Cgetate. rp presentano lc rclazioni che si osscn,ano quando P"co, è libera cli riduIsi (come indicnto dalla curva,{/) ìn seguito all ipen'cntì1azionc causcta dall ipossia. ln queste condiziot'ti i'auntento di vcútilazionc ìndotto dall'ipossìa (1irrt,rl]1) è modcsro. peÌohé è ficoato dalf ipocapDia che esso stesso pro!oca. Lc curve continue rap prcscntano lc rclazioni che si osscr\ano quando Paco. è ùlùnte DUta costantc (cun,a,4/) aggiungendo congrue quotc dl CO, alla rtl..L(..r .ri5n r.rtr: in cr,c,to t.r:o. ll reIril,rzrone aLrncrt:, ".t_n'c.rlllenle al culare di Po. (1Ìncrr B), riproducendo li, n dcll. ,t.rIr.r cer r(.'cflori l aunenro iperbo c'lo,trijJ.po.,i.r. nuisce in1àttì di poco per valori dì Poo, compresi tra ì00 e 70 rmn Hg (tratto asintotico della curva di dissociazione). Ulterjori riduzioni di Puo, fanno calare rapidamente Ia saturazione, in concomitanza con lo sviluppo della risposta ventilatoria. Anche se tra i due parametri non vi sono relazioni dirette (non sono le varìazioni di saturazione di Hb a venire aweftite dai chemocettori), la ventilazione e [a saturazione in O" varnno in rnanjcrl lineare ì'una risperrtr ajl alrra (rigura 82.8 C). ln ipocapnia, la pendenza della relazione si riduce, mentre a PCO2 superiori aumenta. La rjsposta àll'ipossia preserta una grande variabilità indivrduale e dipende anche da fattori genetici ed am- bientali. Le variazioni di ventilazione in risposta alì'ipossia riflettono direttanente la sensibilità dei chemocet- ll20 Capitolo 82 - Regolazione omeostalica della rcspirazione 80 F Juo _9 I 40 30 40 50 60 70 80 90 P,o2 (mm Hg) 100 30 40 50 60 70 80 90 P,o {m- 30 40 50 60 70 80 90 100 hlg' a 100 Hbo, (%) Figura 82.8 - Risposta vcntilatoria all'ipossia in uù soggetto noÌmale, lnlsurata durante ri-rcspirazione di arja atmoslèrjca addì7ìo CO, a 7 pci ccnto (Pco. cjrca 50 mm Hg). Po, dell'aria inspirata si ricluce prcgrcssì\'amente per il consumo di 02 da partc dcl soggctto, mlntré Pco., vìene nl;ntenutù costantc rimuór'cndo CO. prodotta mediantc un assorbìtore (calce sodata), che inlercelta I'arja in fr.Lnzione del calo di Poo, e, ìn C. in fun espirata. L'aunenlo dì venrilazione (in multiplj dcLÌa vcntilaziorlè basale) è espresso. ln tnìlto di intercsse della cùNa di di\\ociiÌzionc zÌone deÌla sahlrazione in O) deLL'emoglobìna (nel sangue alterjoso). ln B è ripofato il ^. dell emoglobìna (v.dern ,nfinl,, 551.p", ,endere evideùte come 1a linearità dclla relazioùe presentata in C sia spiegata dal fatto che, neìl'arrbiro di Pao2 compreso tìa 30 c 70 mm H!!, alla salì1a ipcrbolicir deììa vcntilazione corrisponde una caduta curvilinca dclla sa_ naitr dì turazionc cli Hb. tori periîerici solo se lo stinolo vienc manteruto per tempi molto brevi (nell'ordine di I min). [n caso dìverso, là risposta ventilatoria alle variazioni di O, è il risLrltato di un duplice eîfetto dell'ipossia: eccitatorio sui chemocettori perifèrici e depressivo sul sistcmr ner\()io ientralc. lnhtti. come si è a(Lclìnato, nell'animale chemodene ato si osserva la depressione ipossica deJla ventilazione (fìgura 82.6). L'effetto inibitorio centrale dell'ipossia riflette essenzialmente la riduzione della normale eccitabilità dei neuroni cerebrali, compresi quelli responsabili dell'attività respiratoria, pet'riduzione di Or disponibile. Se I'ipossia si protrae piu a lungo, la risposta se. Nell'ipossia anemica, dovuta a difetto di ernoglobina, il contenuto di Or nel sangre afierioso è ridotro. ma Pao. i rormale e i clìemocettori non \ erìgono perciò stimolati. Nell'ipossia stagnante o ischemica, dovuta alla riduzione della gittata cardiaca, è ridotta Po2 venosa, ma non quclla afieriosa: in questo caso. tuttavia. si può osservare una risposta ventilatoria dovuta all'ipotensione arteriosa, che solitamente si as- socìa a questa condizione, che riduce Ia perfusione dei glomi. Nell'ipossia istotossica, dovuta all'incapacità dei tessuti di utilizzare ()2, per esempio per I'azionc ventilatoria dinostra andanento biÎasico: all'aumento iniziale di ventilazionc (che esprime il pre valere dell'effetto perifcrico sul centrale) segue, dopo aÌcuni rrinuti, una riduzione, e la ventilazione si di inibitori della catena ossidativa quali il cianuro, Po, afteriosa è normalc, mentre quella venosa è aumentata; ìn questa condizionc si ha però una potente stimolazione dei chemocettori da parte delle stesse sostanze responsabili dcl danno metabolico. Un'ipossia irnporlante e prolungata produce danni cel- assesta su un nuovo valore, pir-ì basso del preceden te e più alto di quello normale. Questo fenomeno è zazione della menbrana, ingresso di Ca++ definito "declino ventilatorio ipossico" c potrebbe essere dovuto. oltre che al manifestarsi della depressione ipossica centrale, a un adattamento dei cher.nocettori perìfèrici o ad un ridotto stimolo dei che- mocettori cerltrali. Le considerazioni precedenterrrentc enunciate valgono per I'ipossia definita ipossica (in cui sono ridotti sia Pao2 sia il contenuto di ossigcno del sangue afterioso): nelle altre lorme di ipossia, le carattcristiche della risposta vcntilatoria sono plofondamente divcr- lulari irreversibili: acidosi intracellulare, depolarizditr di K , anchc r carictr e Na+, per- re\piraluri. innescando un circolo vizioso che, riducendo la venti lazione, causa danni neuronali ulteriori. r.lei neuroni Risposta ventilatoria a ipo- e ipercapnia mantenlrta nomalmente alvalore di40 mmHg. se P.,co? aumenta, viene stinolata la vcntilazione ed aumenta l'eliminazionc di CO". L'aurncnlu deìla \ enl ilJz ionc ò pror oca to da u n incritnento Paco2 è Come si è dctto, I121 I i.i"ìr'Iix iIrr.grrlir:r C)rn(.r,\l:rsi dell'nrnhi(.nrlj inl(r'no lnserto I Acclimatazionc all'ipossia da alta q uota 100 ln trlta quoîa. Po" dell'aria inspiridotta propolzionalmcnîe alla prcssionc baronretrica: pcl eselttpio. cssa è di crlca 100 mm llc a r-ata è i.000 m di alîituclire. di circa 6 r80 PH" I,^ n 75 l. -30 nrm Hg a 5.000 nr e c1i 43 mm I lg cinra al nrontc Erercst (8.8:lti ll). lÍì clueste cilcostarrze. anchc ir.r t;zo ''€ 920 -.1 P.,cl, è evidentcnrcnte riclotta (r'e- lara unt hc /igttt u -5-5.-?ó ) c l'ipossia protratta p:'o'" oca due' dìr'cr'sc rispostc: l'acclinatazìone all'ipossiaabrevcterrr.rinc(fìgura I ) c cluella a lungo temine. NelI'uctlinruÍu:ione u ltrave terlrùie. che si verifìca nei primigiorni dopo ilprssaggio dal lireìlo dcì mare all'llta cluota, la vcntilazionc aumcnta irmnediatarreDtc pcrlo stinrolo ipossico" nta continua a crcsccrc tìno a raggiun.qcre un valorc stabile. piir eJelato. solo dopo un ccno tcmpo. La clurata del pcriodo cli acclinratazionc c il gt atlo di ipcr'venti lazione raggirLnto clipcndono tlall'altitudine 1si r a da .l giolni r i- chiesti cla Lrn'allitLrclinc dì 2.900 nr. a 30 giomi rrccessarisoprl g1i8,000 L' ipcrr entilaziorc auurentil plogressivamenlc con l'altitudinc. rl). proglcssir.e ritl"rzioni 1'lt ovocando di P"trt.. accompagnatc da un'alcalosi lespilrtoria (figura l). e assicurando valor i rii P.ro. piir elcvati di qLranto si irlrcbbe con lentila- zioni nornralì a qLreìle rltituclìni. ll ueccanismo responsabilc tlcl progrcssi\ o îuurento di vcntilazìonc serrbra csserc il segucnte: alf ini- -- ]" E E I'o 2.5 'r20 atludine (km) 0 P or(mm Hg) 150 Iiigurn I lilLrciini. l'rranlclri 711 60 4 90 30 M(xlilìcLrzìtllrì respiralflic ncll acclim0tazronc î brevc tcllìinc a !iìr-ic al misLu-alr dopo alcLrni giorni di pelnrancnza aìlc direlsc qurrtc. La \entiLÌrioDe (\ ) inizia ad iurìentarc in modo scnsibile inlolìro î l.0t)0 lll di rltitudi rc. q0íìDdo la prcssionc parzirle di O, rrcìì îriiì inspirxrn (PJO,)sccndc al di sdlo di l(Xl rìrm Hg (tisfctto irl \lìlorc dì 150 lìrrn Iìg ir lircllo cìcl rìrelc). r\ll aulncntiìrc del l'altitLrcìinc. l incrcnrcnto ifcrbolico di VF altcnLrl la lidrrzionc rlcllir prcssione parzl.r lc rl\ col[c di (),{P\().tccomporlrcliminazicrncdi (O. in ccccsso. cor] riduzrorì!dclh p|c:sìonc puÍzialc rlr collre di C O. (l,a( r ), ). alla quirle sì assrrcia alcalosi. zio. l'ipervcnt ilazionc è limilata dall'a lcalinitrì dcl liquor. caLrsata clall'abbassanrcnto di P.,t'cl, consegr:cnte all'iperr.cntilazionc: la lenta rirrozionc di bicarbonato chc ha luogo nel corso dcllc giomatc di acclinratazionc ripolla il pH del liquor a vaìori di poco super-iori al valorc non.naìc. pcrnleîtendo l'Lrlteriorc aumento della vcntilazionc. Secontlo alcuni arrloli. r,ì sarcbbe anchc riduzionc deìla soglia clei chenrr'rcettori periîcrici o aurncnto dell'eccitabil ità del sistema nervoso ccntrale. provocalo clall'ipossia protrirtta. L'u< clintúu:iotta a Iungo terut ine rigurìrda soggetti na1i. o residcnti gcrcralizzato dcll'rtti\,j1rì dci centri bLrlbali. clrrindi clclla velocità cli saìitu tlclla ranrpa tli atti\ itiì (figura 82.9). Lrt tisp0strt rìL ì \i:l\'rììr (li tcgul:tztttttc 11ri, c.:crc \ irlrrlalr mìsulando l aumento tli r,entilrzionc in r-ispo- sliì ilìliì ltslìirl,/l()tìc rll lììi.ccl( git\s,ì\c u(,ll(tìtttti CO. it.t conccrtritzione clcrata. in nrodo tln inclcnreitalne lc pressìoni alveolale (l).\(or)c arteriosa (P r( Or). lra loro icle.rtichc. Dalla pcldenzu dclh lelitzione P.,t u.-rcrrtilazione (lìgunì tll.9). si put) dcdur-r'e la scnsibilitiì del sislcna cli controlìo. I'er au- arni. ad alta quola: ad ogni valore di P-ct.'. la ventilazione in que- da sti soggetti c milore di cluclh di soggetti csposti da poco tculpo all' ipossia. La risposfa ventìlatoria a CO. nor c alteratÌ. La riduzio- ne clJlla sensibilitiì allo stimolo ipossico di questj soggetti si acconrpagniì ad ipcltlofìa dei glon.ri c rotidci. quindì rron d,'r lcbbe rìflcttele rrrra rid uziorrc Jella loltr r(tir ità. Ll c:tLt.:r n(ìn è nolî: il pensa chc possa cssere coinvolla una ritlu.t ione tlell'e llcttù cerì tlrlc dell'lrllìre tlli clrettt,:eclt.rtt perr- rz ferici o l'aLmentata influenzn di rtcLttutnodulu loli in ibitori t r-rp- pioidi, clopamina). o. tlno acl un valore cli circa 80 nrn Hg. entilazione aumerrta lincarnrcnte ( rag-qir llgcrìdo r alori tino a I 0 r olte il nornralc). Ir un soggcllo norrnaìc. l'aurttcnto e cli 2-3 limin pcl ouni mnr Hg cli P ,( ( ).: \'i ò llerò norcvolc r arrabilità individuale. lcgala a età. pcso e altczza. I-a |entilazionc cessa di crcsccre qrìando P.,c ti. raggiunge 90- I (.Ì0 mm Hg. Per confro. sc con ìu r entiìazione altifìciale si liduce P r( o-, al di sotrc di ,10 mn Hg. la vcntilazione nrcnti di l).r( ll r \l)(,nt:Iìeî rirllctttr: nel 5otpcllo in irllL'\le5i.l {L'rìcr:r- Í22 Càpitolo 82 Regolazione omeostatica delh rcspiraTionc Risposta ventilatoria all'acidosi e all'alcalosi di origine metabolica 2A,3 irt-/ .E 17 =30 .9 110 e lE9 mm tr- q 920 f: é 30 4A 50 Paco2 (mm Hg) 82.9 Iìisfosta vcntilabria a CO. e sLra clipendenza dalla pressione parTiale.li O, negli alveoli (l'oo.). Ogni cuna raîfigLr m la r.-lazione. a Pror costante. triÌ \'entiÌazione e pressìone pilrziale afleriosa di CO, (P.co.), conside.aia ugualc a queìla rÌ\'eoFigura lale. A Pa{). nornale (ll0 lllnì Hg), la lcntilazionù alrlllcnra i rlodo liùcdrc all'auncnlaÌr dì P.r( o. olf-c l0 mm I Ig. 1ìlcntÍc ccs sa al dì sotto di qucsto veìorc. L aunlcnto è di 2 3 linrin,/nrnr IIg rli I'.co.. La rclazionc non cambia sc P,ro. è piil elevata del nornÌa le (169 rnm Hg). Se è presente ipossia (P,\o. :'17 e 37 ìlllll Hg). ìa rclazione ha magqiore pendeÍlza ed è spostata \'erso sìnìstra: ìa ventilazìonc c rDa rcnutn a li!elli elc!atì (c costanti)anchc sc P.,c o. r ìcnc abbassah nl di sol1o di 30 rrrr I Ig. lr altr.,: atti\ ità intcgrate dcl ìlcn! fi cnico a divcrsì \.alori di P ì( o. {r?.11. 1711 slllld dest?)r h \c locitii di inclcmcnto dcll atti\ìtà inspimtofia cresce all'aunrentarc rlcll'intcnsità dello stìmoÌo chìrnico. le, un vaìore di P.,co. < 30 urrr Hg provoca apnca (soglia apneica). 1l soggctto sveglio può invece iper ventilare volontariamente anche a vaìori di P.rCo. piir bassi (ì5 mn Hg). La sensibìlità a C'O. aumenta se e presente anche ipossia e la rclaziofc Pacor-ventilazionc acquista nìaggiore pendenza. Si noti che. in qucste condìzioni, quando P"co, scende a valori < 30 lrm Hg. la \crìliìd,/ìurìe rìolt cc\5t. md .i maIllierìe co\rantc. \ostenuta dallo stir.nolo ipossico (figura 82.9). Se è presenle lnche lcìdusi. la relJ/ìone.i -pù.ta rsr.6.inistra e Ì'apnea conpare a valori più bassi: pcr csempio, con P.,cl, < 50 mm Hg e pH di 7,3 la vertjlazione è mantenuta a livclli elevati a che sc Pacor sccnde a 20 n1m Hg. mctabolismo. come gìi ac ìdi ìattico. acetacelico e iclros sibulilrico), la vcntilazione aumenta in risposta alla stjmolazione.lej chen'ìocettori pcriîcrici: eliminando fìOr, la risposta ipen'entilatoria rerlizza il corrrpenso lespìr-atorio dell'acidosi metaboìica (t,edere topitolo ,l-5). ln questa condizionc i chcmocettori centlali non vcngono stimolati perché gli ioni H iìttraversano con ditficohà la baniera ematoencefalica. La riduzione di Paco, conseguente aìl'ìpervcnlilazionc provoca anzi l'alcalinizzazione del liquido cerebrospinale, il cui ellèlto sui chenlocetlori ccntrali riducc la dsposta ventilatoria. Tuttavia, se I'acidosi si protrae, iì liquido cerebrospinale pcldc bicarbonato cd il suo pH toma alla norma, consentendo la ripresa cle ll'ipen'entilazione. Negli stati di acidosi rnetabolica cronica. la risposta vcntilatoria è quindi accresciuta rispetto ai momenti iniziali. soglia apnelca 2A Ncgli stati dì acidosi rretabolica acuta (per esempio. in seguito a carcntc climinazione renale di acidi. oppure all'ingresso in circolo di composti intcmedi dcl L'alcalosi r.netabolica, n.ìettendo in atto la risposta r-eciproca, ritluce la ventilazione e tàvorisce l'accumulo di H+. Si è dctto che le var iazioni di pH arter ioso non ven- gono trasn'ìcssc con lacilità al liquido cerebrospiÍìale; tuttavia. ìe pìccole variazioni dì [H ] che essc dctcminano nel liquido cerebrospinale, per quanto inleriori a quelle presentj nel sangLrc, possono esscrc avvertite dai chemocettori centl alì. Quando vie re mantenula la situazionc di isocapnia. I'cllctto combinato clelle stirrolazioni periîerica e centrale pro\,oca aumento lineare di ventilazione al ridursi dj pH (cli 2-3 volte per un calo di 0,1 unità). La risposta ventilatoria è aumertata in conclizionì ipercapniche e dcplcssa (quasi annullata) in condizioni ipocapniche. Coordinazione con il sistema cardiocircolatorio Consideranclo che ì'adeguatezza dell'appolto di O,, c deìla lir.r'rozionc di CO, dai tcssutì dìpende dalì'azìone cornbitl:rl:r c (ot,rdilrillJ dei .i.remi re.pirrtorio e cardiovascolarc, ò comprcnsibilc comc i meccanisni d i controlÌo specifici per ciascr-rno dei dr-re sistemi prescntir'ìo un certo gr-ado d'jrterazione ai fìnj omcostatici. D'altra parte, i ncuroni bulbali costituenti i "cen- tri" rceuìatorì eìelìe due frrrrziurri .i lrù\ dnù ìrì \telrr contiguità topogl'afica c sono state osscnate intelconnessioni tra gli elementi dell'una e clell'altra te- tc. Per csernpio. si è osservato chc una partc dei neuroni pregangliari vagali ad azione bradicardizzante (deì nucìei ambiguo e molore doÌsale del vago) pr-e ll23 lisiologia integrati\.1 Omeostasi dell'ambiente interno li lcsponsabiìi del crrntlollo autorratico dccorrono nclla porziorìe lcntrolateralc t.lel midollo spinalc. il trat- scnta ipcrpolarizzazione drn-antc la fàse inspiratotia e depolarizzazionc nella tasc post-1. Lc lìuttuazioni <otro d,'r tttc a proicziurrr cccilal,ìIi( \u (luÈjli neLlro- corlicospinaìe lcsporsabilc dci controllo volontalio decorrc nelle polzioni dorsolatclrìli. 1o ni provenicnti dai neuroni posrl dcl gruppo respiratorio dorsale e gcnerano la rìduzione della fì-equcnza cardiaca tipica della plinra fase cìell'cspirazionc ("aritmia sinusale''). Questo ltnorreno ha eflctlo posìtivo sugli scanrbi di gas. tendcndo acl tccoppiare r cntilazione e perfusìorrc, grazie ad un aumenîo dclla ficquenza e quindi dcLla gittata caldiaca ncl rnomcntir in cui i polnloni sono in 1àse di espansione. A ltri cscnr- INI.'LU ENZE IPO'I'ALANI ICHI' SULLA VENTILAZIO\E L'ipotalanro ì.ìa strette conncssionj con iì nr"rcleo del trittlo 50ìilario c. Jttla\'crs() quc:.1(r. con i ncttroni rc'spiratori bLrlbopor'ìlini. Esso ha quintli un itlportantc' rr.Lolo nella rnodulazione dcll'attività r'espirltoria. anclle se qìrcsta continua in presenza di lesioni ipotala- pi d'interazione cardìo|espirato|ia sono la 1luîtuazione respiratorìa dell'attività dei neuroni "prcsimpatici" ad iìzionc vasocoslrittrice dcll'area prcssolia Cì (così comc dì tutta l'aftjvità cllèrerrtc simpatica). con prevalente sciuica dtrrante l'espìrazione. ìa va- nrichc. Un incremcnto della tclrperatura colporea pro- \'oca, attral'cl'so i centrì ip()talamici della tcnlroregolazione. l'rLrrrenîo dc'll'eccitazione dci neuroni inspiratoli; a tlifl'ercnza di quanto avvicnc per altri stimoli che harrno cluesto cllètto, la soglia dcll'intemttore delì'irrspiluzionc lrorr r ienc (unlen.rlì()rancrnrrrle innalzata. Di conseguenza. iì mcccanismo cli spcgni- socostriTione osscrvabilc per intensa stinlolazione dci clremocctlori (r<,dcre tapitctlcL ,91/) e Ia dcpressjonc rcspiratoria caustta dal riflesso biìrocettjvt., (lttftttt,n- :e nodul0nli I ottit'iîù rc.;;tirutoria .lffa'en-e tur dictvas<oluri). La conflucnza nel nucleo dcl tratto so lrtario delle alîcrenze dai cherno- e barclcettor-i c la presenza nello stesso nuclco dei rrcuroni tlcl gruppo lespiratorio dorsale sono. ovvìanrcnte. alla basc tli qucste inlì LLenzc leciproche. r.ncnto dcll' inspìr-azione non viene rìtardato ( l,crl<,rt, rulritolo -11ìl'. nc risullano riduzione del volumc corrcrlte e aunlcnto della lrequcnza respiraîorìa. La respi razione rroìto sr-rper1ìcii,rle ì rnpcd ì sce l' aumento sproporzionato della ventilazionc alveolarc. evitando l'irrstaurarsi di ipocapnia. Si può arrivare a licqucnze elevatissirle. conrc avvienc nel canc. che nolì disponc dclla sudorazione c utilizza l'eraporazione ncllc p|irÌe r,ìc aeree conìe rleccanis]lro tcnnodispcrsiVo, CONTROI,LO VOLON'IARIO DELI,A VENTII,AZIONE La cofieccia notoria e rcspolsabilc clel controllo vo Iontario tlella ventilazione: una r ia corlicospinale a paftenza dall'area motor'ìa primaria proietta infatti sui nîotoneuronj dei muscoli respiratori controlaterali. ('onlempor:urcamente. proiezioni alle ccllLrle respilatoric bulbari inibiscono la ritrlogcnesi bulbare. :'entlcndo inrotonculoni disponibili ai comandi corlicali. L-'arnrento dclla prcssionc afteriosa provoca riduzionc dcll'lttività inspiratoria e della lrequcnza cardiaca. fìrrse iìtfiìvcrso la dcplessiorre. da paÍc della scarica dei balocettori. di un'alea dcll'ipotalamo caudale che nor'rnirìrrcnlc cccita la tìrrtzrorrc cardiiìcfl c resprriìtoIiil. I-c modificazioni ventiìatorie collcgate al ril:ro sonno-veglia. ad af'felenzc dai visccri aildominaìi e allc enrozioni sono lcgatc'alla lìnzione ipotalamica. Du- Lc legioni della ct.lrtecc ia Írlotoria chc proietttìno ai nlo- t(rreuroni dei rluscolì rcspiratoli niìr pr'\'sL'rlarì,ì illti!iti .rnr'rona,..rrt ll n,.)r'rt;tlc rs.pit nziotte JLrlnnìiìlic:ì. ma si atlivano solo in coincidenza di rrovimenti rc spiraloli volonîari. Durante lo stato di vcglia. l'atti\'it.ì coÍicalc penìrctte rrlodilicazioni vcntilatoric inclipcndenti dal ritmo automatico e dallc aflerenzc chinriche e pclilèrichc (e. talvolta, in contrasto c(nr questi) c può produnc iper",rcntilazione sino a porlare P-ao" a livelli tanto bassi da inibirc l'attir ità ccntralL-. oppulc rporcrrlilnziore c JIrneJ {chc. tulta\ia. poss()rì,r essJrc rrantcrllLte pcr ten.ìpi piir brcvi, perchc gli stimoli chimici ripristinano rapidamente l'attiviteì autonralica). L'aîtività corticale pcnìettc, inoltrc. il reclr:lanlcnto sclettivo di singoJirnuscoii respiratori e lc attività associate con la tbnazione c il canto. I due sistcmi discendenti. autonraîico c volontario. sono separati anatomicamcnte: n'ìcntre i ncuroni bulbospina- ranlc I'eselcizio ntuscolalc. la tcgione ìocorrotorja dell'ipotalamo caudale invia. contenlporîneÍÌrnentc. il cornando centralc ai rnotoneuroni spinali dci muscoli coinvolti nell'esercizio e ai neuroni bulbari rcsponsabili del controllo della ventilazione (c a quelìi responsabi I i dcl control lo del la finziorre circolatoria): qucste conncssioni sono alla base dclla risposta ventilatoria all'esercizio nruscolare. REGOLAZIONE DELLA \'ENTILAZIONE DURANTE ESERCIZIO M USCOLARE Durtrnte l'cscr-cizio nluscolare. il rrctabolisnro dei mLrscoli h attività îa aunrentale la produzione tii CO" e il crìrìsumt' di ( ). {fiDù a 5ul)crare I rttrn Jurlnle eser- lt21 i Capitolo 82 - Regolazione omeostatica dclla respirazione 200 ml/min), per mantenere P"cu, al valore normale di 40 mm Hg è necessaria una ventilazione di 37 l/min. A livelli di esercizio ancora più elevati, la ventilazione può aumentare di l5-20 volte, raggiungendo vaìori > 150 l/min. Si noti che il notevole aumento del lavoro eseguito dai muscoli rcspiralori (c dal cuorc) compofta di per sé un ulteriore aumento del consumo di ossìgeno: infatti, il consumo di ossigeno da parte dei muscoìi respiratorì, chc in condizioni di nposo è di circa 2 n. /min. aunenta di 2-5 nl/min per ogni litro di ventilazione in più, arivando fìno a 500-700 nl/min, quando I'esercizio ò molto intenso e la ventilazione supera i 100 l/rnh. Ciò fa sì che^ oltre un certo limite. tutto l'incrcmento ventilatorio va speso per sostenere la spesa dei nruscoli respiratod c non porta alcun vantaggio ai mLrscoli irnpegnat i nell'e.ereizio prinrario. Nell'esercizio aerobico. P-o, è normale o, addirittura. aumentata, ma durante l'esercizio strenuo può ridursi significativamente. In queste condizioni, infatti, nonostante l'aumento di ventilazione fàccia crescere Poor, ìÌ ridotto tenrpo di transito dei globuli rossi nei capillafi alveolari impedisce che O, capillare raggiunga I'equilìbrio con O, alveolare (la diflèrenza tra Po, alveolare e afieriosa può superare 30 mm Hg). Negli atleti ben al- venl azione 120 (/min) produzione di coz (l/min) f' consum0 l- drossiqeno | (/mrn) L. 40- P-co" tmn;Hol ' I I 30j rT10 I I130 Puou (mm Hq) pH /,2 0 40 80 124160 200 244 len.rti. le eLri frc5ta./ioni mrrsc.rìarì pu:'\uno \pintseI i ìivelli molto elevati, Puo, può scendere a 75 nrm Hg, ma nel soggetto nonnale la riduzione è di pochi mm lavoro (watt) a li2.l0 Figura lllètto di un esercìzìo muscolare di ìntensità crescentc su alcuni parametri respìratorì. La vcntilazionc aumenta parallelamente alla produzìonc dì CO, per tutta Ia durata dcl ì'esercizio. Fino ad un ccno grado dì intensità cleìl'esercizio (so glìa anaerobica), ì'auÌnento di veùlìliizìone è anche parallelo alla crcscita dcl consull1o (Li O.. menlre dopo ìl superarnento di questa soglia la vcntilazìone cresce più rapìdamcntc dcl consurno di Or. Si noli come I'eumento di vcntilazjone abbia inizio prìma chc si inslaulino vadazioni di P"o2, P"co2 e pH. Ad elevate intcnsìtà diesercizio, pH cala sensibilmente. rappresentando lo stimolo prc Hg rispetto al valore normale. Anche il pH arlerioso presenta solo una piccola riduzione (0,01-0"03 unità) nell'esercizio aerobico, mentre può scendere fino a 7, I nell'esercizio anaerobico per la prodr-Lzione di metaboliti acidi. Pac02 in condizionì aerobiche plesenta solo piccole oscillazioni (1-3 mm Hg), mentre nelI'esercizio anaerobico I'associarsi degli stimolr acido c ipossico îa aumentare la ventilazionc più veloccmente della produzione di COr, quindi Paco, rddirittura si riduce, potendo scendere a valori di poco superiori a 30 mm Hg. dominantc all'aunlento di venlilazione. mentre P.ìcor si riduce per l'ìpcrvcntllazione. Nel caso lallìguralo. ad elevala irÌtensilà dell cscrcìzìo P.,o, aurnenta ìn seguiro all ipcrvcntjlazjone: a volte essa cala lìcvcmcnte. indicando chc. a causa dcll'clcvata velocità di transito dcl sanguc nci capillaripolmonari, è stato raggìunto un limite alla dìîfusionc di O. dall'alveolo. Dinamica delle variazioni respiratorie nell'esercizio muscolare L'aumento di ventilazione che cizio massimalc): nell'esercizio anaerobico si ha anchc îofie abbassarnento del pH. Nel tessuto muscolare in attivit:i. PC Oz può superare il valore di I00 nrrn Hg. pl{ può scendere a 6,5 e Po, a meno di l5 mm Hg: il sangue rcnoso rnisto. sc purc in nri.rrrr meno irnponente, dflette qrìeste variazioni. Nel sangue arterio- si verifica durante l'eser- cizio muscolare ha un caratteristico andamento temporaìe triîasico (fìgura 82. I l) caratterizzato da: . . . so, invece. questì parametri rimangono molto vicini al valore che essi hanno a riposo (figura 82.10) grazie ad un aumento della ventilazione conrmisurato alle nuove esigcnze rîetaboliche (r,ederz capitolo 87). aumento immediato. coincidente con l'inizio delI'attività muscolare; ulteriore aumento graduale per i prinri 2-3 min; manteninìento ad un valore stabile per il resto della durata dell'esercizio Durante il lavoro muscolare, la ventilazione aumen- Se l'esercizio è molto intenso, e viene superata la sota notevolmente: per esenrpio. quando la produzione glia anaerobica, la ventilazione continua ad aumentare anche nella terza fase. di CO? è di L500 ml/rnin (a 1ì'onte dei nonnali circa 1125 I;isiologia infcgrati\ à - (Jnìcostrsi dcll'rrrìbientc interno I rttcccanisrri lcsponsrbìli deìl'atnento tli ventjlaziore sou0 dir,ersì nclìe tfc lirsi. \cllaTl/aro lrr.re. l'auurtlrto di rentilazionc si relilì ca troÌlpo riìpidarìlcnte pcr cssclc Lì()\'uto aìl'inter\ cnlo (lCiiltctìt(,eLlLO I)Lt( \r,tì\'ì | I'tc\ Uiìtì i'rìti P11)lì(ì.1i llct spicearkr. cnlÌanlbi di ralut-it tìcl\o\it. . Il conlurdo eccitatolin li muscoli dcgli artì. orisinato a lir cllo corticaìc c urerìiato dal cr--ntlu lo couìotolc il.lotalamlco. \icne îtasnresso palallcìlIttettlc .ti . enLti bLtlo.rli lc.prr':rtoti c irr centri tcsp0nsabili dcl contr-ollo \ asorì'r()1(lr-io \taler<' LLt- . Scgnali attercnti clai nrLrscoli in atti\ itr'I. di tipo pft) 1.r'ioccttir o (ancìrc la rnobilizzazione passir a de-gli îrli aurìlcnta ia lentilazi0nc) o -gcrìerati ila stinroli chirnici. per cscnìpio. r'ariazioni intra nr rrsco lari rli pll. o dclla conccnlruzioltc dì K o cli acickr latlico. facililanti sLri centri bLrlbat i del- cser-cituno in1ìucrrzc la rcspirazione. (ìrazie a clLresti nrcccanisnti. il conraldo crogalo iìi ccntri rcspiratori c ;llol.lorzionalc l tlLrcìlo lcsltonstbilc dell'attir ità nlLrscolarc. quintli aìl'impcgno ntetaLrolico. Vicnc così prodono fiu dall'inizio Lrn p/rrlorirl di attir ità r cnt ilatolia basale (fìr:ura 82. I ì )- tanto piir aho quanto lliir ìntcnso è l'csercizìo. chc perllrcttc dì lìortegsirrc l'accunrLLlo tlci protlotti clcl- qr e -E r sposla a stirnol chim c <- riposo--r, I <- esercazao )- -< flpOSo +lempo Figur'î 82.1I -.\ndarìrcnto tcrlrl)oralr dcllit \cììtjhlionc dL[ t)tc ttn csercizio ntLLscolrrrc (li intcnsrli costarÌrlc. I ;rllrrr lr indìctrno lc -ì lirri: I ) aurlcnto ìrrrlrrtliato ini., ilrìc: 2) irLrntrnt(ì ltrxllualc po ì prìrùi nìi.Lrtil -1) rllìurL-rrinr.'nto rìi uu r aìo|c stebiìc pcl il r csto dc1, la rlLrrirtr clcll cscr-cizir).LdrL\ludur!uítt!ttiìpprcscntniì/)/{//;rr./ (li rispostr \entilatoriiì (lo\uto lrll atti\a./ionc nclrosa. cht i'rc sporsabiìe tlcllu lìrsc I c clrc pcr'itlne in\ uriîlo pcl. l!(tiì la duritti:ì {lcll cscrcì/ioi la ( ùr\'( t|utte,giutu iudiclr l aLtnlc lo di \cntilazione clor rrto Lrgìi stirrolr ch irrr ic i circ si in:tlLu lrno ne'l corso rlell cstrcirio. Al tcmrinL'd!'lì cscrci,,io. la runtilezionr.ri rirluc.. in I llsi: Lrn clìdr.r1a ùfìdiì. legalr ulla ccssazionc dcll rrtirazione ncr\ osa. sesujlu da un rìlomo at r aloli nornllli. railcnlitrc dul l)ct. nr:ìlrc|c degli stitlloli chinrici. l'iìulllenliì1Ò nretaLrOlisnro. di P.,c ir par'1icolarc l'aurlcntO o.. Stt qtresto 7r1rrlàrrl si inscriscono li\ sc(otkht e la tu,rr llrsc. nclle qurli si rranifèstano gli clÈtti dcll'aLrllcrìtato nrctabolisnro llluscoliÌrc: r'ìcl sangLlc venoso si ridLrcono Po. c pll ed aurnenla Pco.. Anchc ncl siìngLle arlclioso sì r'crificano piccoli tlansitori aunrcnti ( I -l muì I I-!r ) di P< t l. (e. parrllelarncnte dì pl l. corì r alore' .:. 0.0-l ullità). prrr in asscnza cli r ariazioni del valore nrcdio: clucsti vcngono urveltiti tlai chcmoccttori p!-rifèrici. che rcagiscOno prontiìulentc e colreggono rapidanlelte l"'cnotc lransilolio". Si noti chc. drìmrìtc lcsercizio. i cl.ìcnrocctlori pclilìrici pr'!'scntiÌrìo normalc tisposta rlli stiruoli. conrpreso il pot!'nziarì ì cn to dclla stcssa osscL\ ato quanclo più tli urì paralllctro è ilìtcrîto. e l'aulnento di vcntilazionc pcl irclcntcnto uniliu-io (icllo stinlolo e inr aliato. La reluzionc st imo lo-risposlr ò pcrr) spostata in rlto 1fìgura E2. ll ) c. per oglli ìircllo dj Pr(o. o di P.Lo.. i r r lori assolLrti di r cntilazionc sono piir eler lti. in r ir'tù tlel plu/inl di eccilazjonc nelr osa (fìsul a 82. I I ). U tt allro stitnoìo lcccpito dri chcn.urcctlori è l'aunrenlo IK'l ar teljosa (chc raeuiunge r alori di 2-3 nr Eq suPeriorj al nonllalc). in cluanto K r ienc perso dli nruscoli in altiVitii. Ilc0ntribLrto dci chcnlocettori perjl'crici c coÍìlèrnrah clal tàtto chc la risposta lentilatoria all'cscr-cizio ò r'alìcntrta nci soggcll i sottol.rosti alla clencrvazionc dei glonr i caroticici. Quundo l'escrcizio u'ruscolare è nrolto inl!ìrso (r' 70 pcl ccnto dc'l rrassìnro rag-uilurgibile) c r.ienc supelata la soglil anacrobica. ìl pH artelioso si abtrassa pcr' l'cl!'\ iìta produzionc di acido ìattico. l.'aunrentata lH l linlbrza la stimoliìrionc clei chenrocettori pclilèrici: qLrcsto rìreccanisnro c il principalc tcsponsîbilc dell'ipcrrentilazione tipica tli questa tìrsc. anchc'se gli di slìnroli ncr\'osi rirrangono olleranîi. Cessl invecc il piccolo stimoÌo ipcrcapnico che clu presentc ncl larolrr rcrtrhieo. poichc la rcnlilazrt'ne tllììentî itì cccesso rispelto alla prodLrzìonc.li C'O.. perta lo P.rCO-, si ridLrce. Come si c\ dctto. l illen entilaziol'ìe comporta anclìe aunlcnto di P^r-t.. rrcntre-. tr clusa dell'accelcrato transito llolnronarc. P.r( )r può cssere jnlìriorc alla nolmalc c contl itrLLile a stinìolale i cl'ìen'rocctlo ri. Al tcnnine tlcll'attirità. la rcntilaziorre si riducc in duc tcnrpi (fìgura il2.I l): a rLla catìuta rapidî. legatiÌ irll.r e<.:,rzi0rte \lell illlr\.1,/irìll( cr\ 5it.5tgUc lltì titonro ai \ alori nonnali. rallcntato dal pernranere dcgli stìnolì ch irrici. L'aLrmento di \ crtilariole ò oltenLtto grazie all'inclcrìcnto conrbinato clclla lì-ctluenza rcspiratÒr'ia c del \,olLurìe colreÍìtc. lrr gcnerc. iì prìnro faltotc conttibuiscc in rnisula prctloniniutte all'ilìcretrel'ìto \en{ilatorio. rra cluesto dipcnde tlal tipo di escrcizio: ìnfìtti. ìa lì-eclLLcnza rcspillìtoria tendc ad csserc sìncÍonizzi.rliì con quella dcgli cr e nti loconotori. quindi c lt26 Capitolo T40 124 eE lavoro muscolare 100 Roo {i2 Regolazione omeoslatica dclla respirazione quella dcl diafiamrna. I mLtscc.tli cs:piruîoli dimosttano attività tonica c fasica già a ììvelìi rnoderati di esercizio. L'attjvità in fàse con l'espiraziolrc auncnta all'aunentarc dclla ventiìazione. Attività fàsica dei nuscoìi aclclominali può essere prcscnte anche nell'ìnspirazione ed e legata, come quella tonica, alla loro l'unzrorrc I'o.trrrllc c locon rotolia. -q 640 VENTILAZIONE DURANTE IL SONNO 20 0 20 30 s0 60 80 100 40 Paco2 (mm Hg) Figura lt2.l2 Risposra vcntilatoria a C O. iì riposo (co.lrollo) c durantc csclcizio lnllscolarc inlenso. Durantc l cscrciTio. la ri sposta dei chelùoccllori è ìnr irrìalir (lc duc rclazioni sono paral lclc). rra ìr,a1ori assoluti di vcntilazìone souo pìir elerati. in vil tù del plalàrrrl di eccitazione neÌ \ osa (rer/er? /e\1.r). piil elevata durantc la corsa a piedi che du-antc tcst sul cicloergorÌetro. Neì corso dell'escrcizio fisico aumenta I'attiVitiì deì muscoli delle vie aeree. pcr ridurc la rcsistcnza al lìusso d'aria durante tutto iì ciclo respiratolio. La re spirazionc avviene prcvalcnterÌrente per vìa orale (a resistenza nìinore della nomale via nîsale). ma anchc la rcsistenza a livcllo nasale è rìddta dalla contrazione dei muscoli dell'ala dcl naso (c dalla vasocostrizionc nclla mucosa. dovuta alla stimoìazione s irrrpa tica r. A u rì1crìlr ll c{ ton ico ccc it.rtolio s.ri 'rn:ìndo muscoli dilatatori della laringe ed il restlingìmenlo espiratorio della glottide è limitato dalla contrazione dcl muscolo cricoaritenoidco. L'aunentata attività di (luciti mu5euli Jiperrtìc >ia dall.r rrraggrore rtlirrzìonc dei loro motoneLrrol'ìi da parte dei centri respiratori. sia dalla stimolazione dei recettori laringei sensibili alla prcs.rone rtegatrvr nclle r ie aercc .uperiurì. La muscolatur a liscia bronchiale vienc rilasciata gt azie a due meccanismi: l'aunento deìl'attività simpatica (ad azione bron coclilatatricc) c f inibizione del tono vagalc (ad azionc broncocostrittrice) cla palte clel- La pr-incipale modificazione respiratoria che si osser- va dul'ante iì sonno consistc in una riduzione della ventilazionc. dovuta prevalentemente alla diminuzione delì'attività eccitatoria da partc deìle in1ìuenze re ticolari c di quelle discenclentì dalle strì-Ìtturc ncrvose soprapontine. Anche la rcattività allo stimoìo iper capnico è però ridotta (figuta 82.13) e, malgrado la minore produzionc di CO., lcgata aJla riduzÌonc del 'rcllrbolisrrro. ll rcntìllzione ri llcnrn. .i in-rarrll perciò una lieve ipercapnia. Mentre durante iì sonno ad onde lente la ventilazione ha ritmo regolare. durantc il sonno REM iì ritnro diventa ìrregolare, la fieqLrenza tende ad aumentarc (principahnente, pcr accorciarrento cìell'espirazione) ed il volumc corentc tcndc a dirrinuire. con notevoìe variabilità tra i cliversi atti respiratori. L'atonia muscolare tipica di questa lase del sorno interessa anche imuscoli rcspiratori extradialìanuratici e detemrina la riduzione (o. a volte. l' asserza) deì I' espansìone inspiratoria della gabbia to- racicr. In coincidenza con le lasi REM. si osservano anche transitoric incgolarità dell'attivazione del diaframma: ricluzione dell'aurpiezza e della durata tlella scarica ìnspiratoria, brevi interruzioni .E asìnclonie nel- 15 E le afÌèr'enze muscolari (n'ìctabocettori). 'futti i muscoli della porrpa ventilatoria aumcntano 1a ioro attività. Alf inizio dell'esercìzio. l'attivazione dei ntttscr i insl:tirutorr ò sincrona a quella dei muscoli dclla locomozione e proporzionalc ad cssa. raflbrzanclo ì'ipotesi delìa coattivazione dei uruscoli lespiratori da parte del cornando centrale dì:-etto ai muscoli A livelli clcvati di cscrcizio vcngono attivati anche i rrruscoli accessori. Come avviene in tut ti icasi di aumento della ventilazioÍìe. I'attivazione (misurata, per esempio- dall'attività elettrorr iografi ca integrata) dci muscoli inspirator i extr adialiammatici (parasternali, scaleri ed acccssori) aunrcnta piir di e s S 10 45 locor.r.rotori. 50 55 paco, (nrm Hg) Figura 82.1-3 Rispostc \.cntilatoric all ipcrcapnia rrisu|atc ncl 1o stcsso soggctto drìrantc lo stato di vcglia (. crt'l,1 /zcri) c du rantc il sonno lratllbi l uali): la risposla \ eùliÌaloria e ridoLtr durarìle I121 il sorlllo, t isiobgia integrativa - Omcostasi dell'ambientc interno Figura 82.14 apnea oslrulliva oO pLV Durantc un cpisodio rli apnca oslnrtliva del son- di laliazioni tlel vtIt.rtnc torrcntt'). l alti\ ità iasica dci mùscoli ìnspiratori corìtìnua. cresccndo pro- grcssi\àmen1c ad ogniciclo (conlc inclicalo dallc variazioni progrcssir amcntc piir ampic dclla pressionc lirrineca). Anchc l attivilrì dcl genioglosso aunlentr. fino a quiindo l'attivazionc massimale dcl muscolo ù in grado di ripristinarc la pcr\ icrà clcììa lì- eleltroencef alogramma ]t - Do (c\iLlcnziiìla diìll'assenza v,,*,,xr*..^'r.',.*."'^.,,.,,.$'.7"*^.,'.,\+,9|'.!,,4À,,. ringc e di pore linc ell'occlusionc. Si noti che. ìn coincidcnza con qucsto clcnto. ;l trd&idb cle l^.tc.,/irlogr!/i.r, nloslra scg i di risveqlìo (fiÌìvità al|ì). EMG inleqrato gen oQlosso lz,s mv globina. In alcuri casi (sopratnrtto in soggetti obcsi. o con ipcnrofia tonsillar-e od ostruziorlc nasale). si può iìvere la cornparsa periodica (divcr-se voltc durantc ogni periodo di sonno REM) di "apnea ostn-lttiva". dovuta al restringimerÌto dcllo iato 1àringeo. conseguente alla minor atîivi1rì dci lnuscoli dilatakrri, in panicolarc dcl genioglosso. Gli sforzi inspiratori che si susseguono ciclicalnente (il passaggio clell'ariÍ attravcrso la rcstrizio:re firringea è rcsponsabile del russare) rerrclono progressivamente più ncgativa la pressionc fàringea. poftando all'occlllsione corÌlpleta. Durantc il peliodo volume corrente ]ruo., pressione farinqea -40 cm H,O 0 Ll: oc\'lu.i,)ne. I'attivazione delle diverse parti (costalc e vcrrebralc) dcl rnuscolo. Anche I'anività dei rnuscoli dilataturi liuingei e larìngci è depressa, soprattutto durante lc fasi REM. c ciò. lìrcendo aumentarc la resistenza dclle vie aerec superiori, può causare episodi di ipoventilazione rlveoÌarc c cadutc anchc importanti della saturazionc dell'emo- I'rttir itrr ctlcrentc ìrr'pirlturil iri rrri il genioglosso) prosegue con in- muscoli (corrpreso tensità prog|cssiValncnîe crescente pcrchó. in asscnza dì 1ìLrsso inspiratorio. aurrenta progrcssivarrente lo stì- n'ìolo ipercapnico. L'apnea ha termire quando il gcrir,rglosso. atti\ilto InriiimJinìenlÈ. si contrrc. \ incendo la prcssione Íìegativa intrî1iìringca c Ìipristinando la pcn'ietà dclla làringe (figula 82. t4). | 12ll