Frecvența respiratorie 2: anatomia și fiziologia respirației

Introducere

Pentru a înțelege procesul de respirație este important să fii familiarizat cu anatomia toracelui și fiziologia sistemului respirator. Respirația are două componente esențiale:

• Ventilația: procesul de deplasare fizică a aerului în interiorul și în afara plămânilor;
• Schimbul de gaze: procesul de introducere a oxigenului (O2) în organism și de eliminare a dioxidului de carbon (CO2).

Anatomie și fiziologie

Plămânii sunt situați în interiorul cutiei toracice, înconjurați de două membrane pleurale (Fig. 1). La baza toracelui, separându-l de cavitatea abdominală, se află diafragma. Acesta este principalul mușchi al inspirației și este inervat de nervul frenic.

Plămânii sunt constituiți din căi respiratorii mari și mici – traheea fiind cea mai mare și prima dintre cele 23 de generații de căi respiratorii. Căile respiratorii din fiecare generație decurg din cea anterioară printr-un sistem de ramificații dihotomice neregulate (Davies și Moore, 2010). Căile respiratorii mai mici (bronhiole respiratorii) conțin alveole în pereții lor. Alveolele sunt locul schimbului de gaze, iar prezența lor crește pe măsură ce căile respiratorii devin mai mici. Acest lucru permite ca suprafața totală a plămânului să crească exponențial, permițând o oportunitate maximă pentru schimbul de gaze.

Receptorii chimici centrali și periferici sensibili la hipoxie (niveluri scăzute de O2) și hipercapnie (CO2 crescut) controlează impulsul de a respira (Davies și Moore, 2010).

Ventilația

Aerul se deplasează în mod natural dintr-o zonă de presiune ridicată către o zonă de presiune scăzută. În timpul respirației normale, inspirația are loc prin contracția și aplatizarea diafragmei și contracția mușchilor intercostali externi, determinând o ridicare și o mișcare spre exterior a cutiei toracice. Acest lucru mărește dimensiunea cavității toracice. Aceste modificări determină stratul pleural parietal al plămânilor să se deplaseze odată cu cutia toracică și diafragma, creând o presiune negativă. Stratul pleural visceral atașat la suprafața plămânilor îl urmează și plămânii se dilată, atrăgând aer înăuntru.

Expirația în repaus este un proces în mare parte pasiv; mușchii inspiratori se relaxează și există un recul elastic al plămânilor care dă naștere unei stări de echilibru al presiunii înainte ca ciclul să înceapă din nou (Bourke și Burns, 2015). Această mișcare a peretelui toracic este observată atunci când se măsoară frecvența respiratorie (RR). Modificări ale RR apar ca răspuns la exerciții fizice, emoții și în timpul somnului; acele modificări ale RR asociate cu exercițiile fizice și anxietatea pot fi mai mari de 25 de bătăi pe minut, dar, de obicei, vor reveni la normal într-o stare de repaus, calmă.

Schimbul gazos

Procesul de ventilație livrează aerul către alveole unde are loc schimbul gazos printr-un proces simplu de difuzie. Un gaz se va deplasa dintr-o zonă de concentrație ridicată într-o zonă de concentrație scăzută. Presiunea parțială a O2 din atmosferă este mai mare în raport cu cea din organism, iar fluxul sanguin conține o presiune parțială de CO2 mai mare decât cea din atmosferă. Pentru ca schimbul de gaze să aibă loc în mod eficient, aerul inspirat în plămâni trebuie să se deplaseze până la membrana alveolară, unde pereții capilarelor sunt subțiri și există o suprafață totală mare.

Ce este o RR de bază?

Când are loc ventilația și schimbul de gaze, intervalul normal de saturație a oxigenului din sânge (SpO2) este de 94-98% (O’Driscoll et al, 2017) și aceasta poate fi menținută în repaus cu o RR de 12-20 de respirații pe minut.

Figura 2 prezintă curba de disociere a oxihemoglobinei. Aceasta ilustrează modul în care factorii fiziologici pot duce la o modificare a RR ca urmare a unei modificări a SpO2. De exemplu, dacă există o scădere a O2 atmosferic disponibil (PO2) la altitudine, SpO2 va scădea, declanșând o creștere a RR. În cazul unei boli în care temperatura sau nivelul pH-ului din sânge sunt modificate, schimbând curba de disociere a oxihemoglobinei spre dreapta sau spre stânga, RR va fi afectată pe măsură ce organismul încearcă să restabilească homoeostazia.

Efectul sănătății bolnave asupra RR de bază

Este important să ne întrebăm dacă RR ca parte a Sistemului național de avertizare timpurie (National Early Warning System (NEWS) (Royal College of Physicians, 2017) este mai utilă la pacienții care nu au nicio afecțiune respiratorie cunoscută, unde un scor de 0 (12-20 de respirații pe minut) este o bază de referință reală.

În condițiile pulmonare în care schimbul de gaze și/sau ventilația sunt afectate în repaus, conducerile hipoxice și hipercapnice vor crește RR pentru a menține SpO2. Schimbul deficitar de gaze, așa cum se observă în afecțiuni precum fibroza pulmonară sau emfizemul (cauzate de o îngroșare a peretelui alveolar și, respectiv, de distrugerea țesutului pulmonar), determină o RR în repaus mai mare. Prin urmare, este important să se ia în considerare linia de bază „normală” a pacientului.

Afecțiunile pulmonare obstructive comune, cum ar fi boala pulmonară obstructivă cronică sau astmul, sunt caracterizate de o rezistență crescută la fluxul de aer, deoarece căile respiratorii mici sunt îngustate, reducând livrarea de oxigen către aveoli. În timpul exacerbărilor acute, această rezistență este crescută, ceea ce duce la o creștere a RR. Administrarea bronhodilatatoarelor relaxează musculatura netedă din peretele căilor respiratorii, reducând rezistența și readucând RR la niveluri normale.

Afecțiunile neuromusculare care afectează plămânii duc adesea la hipoventilație, deoarece mecanismele necesare pentru o ventilație normală nu funcționează corect. În acest caz, o RR scăzută (bradipnee) poate duce la insuficiență respiratorie.

În timpul intervențiilor chirurgicale și al recuperării postoperatorii, RR trebuie monitorizată îndeaproape, deoarece anestezicele, care conțin de obicei opioide, pot deprima respirația și reduce RR (Koo și Eikermann, 2011). Aceștia acționează asupra chemoreceptorilor centrali suprimând impulsul de a respira.

Este important de reținut că pulsoximetria măsoară saturația de oxigen, în timp ce RR măsoară ventilația. În timpul stadiilor timpurii de deteriorare, SpO2 a pacienților poate părea a fi în intervalul normal, dar RR va crește ca răspuns la un schimb gazos inadecvat. Modificările RR sunt adesea primul semn de deteriorare (vezi partea 1).

Viitorul

RR este un indiciu timpuriu al deteriorării pacientului, iar identificarea timpurie a modificărilor asigură faptul că pacienții primesc intervenții clinice semnificative. Pentru ca RR să fie util ca semn de avertizare timpurie la pacienții cu afecțiuni respiratorii cunoscute, trebuie să știm ce este normal pentru acel pacient.

După cum se va discuta mai târziu în această serie, există tehnologii care pot măsura în mod obiectiv RR în repaus a unui pacient și trebuie să ne gândim dacă acestea ar trebui să fie utilizate în mod obișnuit în practică, ca și în cazul măsurării SpO2 sau a tensiunii arteriale.