Atomatologia e fisiologia II

A riposo, il sistema respiratorio svolge le sue funzioni ad un ritmo costante e ritmico, regolato dai centri respiratori del cervello. A questo ritmo, la ventilazione fornisce ossigeno sufficiente a tutti i tessuti del corpo. Tuttavia, ci sono momenti in cui il sistema respiratorio deve alterare il ritmo delle sue funzioni per soddisfare le richieste di ossigeno del corpo.

Iperpnea

L’iperpnea è un aumento della profondità e del tasso di ventilazione per soddisfare un aumento della domanda di ossigeno come potrebbe essere visto in esercizio o malattia, in particolare le malattie che colpiscono il tratto respiratorio o digestivo. Questo non altera significativamente i livelli di ossigeno o di anidride carbonica nel sangue, ma semplicemente aumenta la profondità e il tasso di ventilazione per soddisfare la domanda delle cellule. Al contrario, l’iperventilazione è un aumento del tasso di ventilazione che è indipendente dalle necessità di ossigeno delle cellule e porta a livelli anormalmente bassi di anidride carbonica nel sangue e a un pH elevato (alcalino) del sangue.

Interessante notare che l’esercizio fisico non causa iperpnea come si potrebbe pensare. I muscoli che svolgono lavoro durante l’esercizio aumentano la loro domanda di ossigeno, stimolando un aumento della ventilazione. Tuttavia, l’iperpnea durante l’esercizio sembra verificarsi prima che possa verificarsi un calo dei livelli di ossigeno all’interno dei muscoli. Pertanto, l’iperpnea deve essere guidata da altri meccanismi, al posto o in aggiunta al calo dei livelli di ossigeno. I meccanismi esatti dietro l’iperpnea da esercizio non sono ben compresi e alcune ipotesi sono alquanto controverse. Tuttavia, oltre all’ossigeno basso, all’anidride carbonica alta e ai bassi livelli di pH, sembra esserci una complessa interazione di fattori legati al sistema nervoso e ai centri respiratori del cervello.

In primo luogo, una decisione cosciente di partecipare all’esercizio, o a un’altra forma di sforzo fisico, provoca uno stimolo psicologico che può innescare i centri respiratori del cervello per aumentare la ventilazione. Inoltre, i centri respiratori del cervello possono essere stimolati attraverso l’attivazione dei neuroni motori che innervano i gruppi muscolari che sono coinvolti nell’attività fisica. Infine, lo sforzo fisico stimola i propriocettori, che sono recettori situati all’interno dei muscoli, delle articolazioni e dei tendini, che percepiscono il movimento e l’allungamento; i propriocettori creano così uno stimolo che può innescare anche i centri respiratori del cervello. Questi fattori neurali sono coerenti con l’improvviso aumento della ventilazione che si osserva immediatamente all’inizio dell’esercizio. Poiché i centri respiratori sono stimolati da input psicologici, motoneuronici e propriocettori durante l’esercizio, il fatto che ci sia anche un’improvvisa diminuzione della ventilazione subito dopo la fine dell’esercizio quando questi stimoli neurali cessano, supporta ulteriormente l’idea che essi siano coinvolti nell’innescare i cambiamenti della ventilazione.

Effetti dell’alta quota

Un aumento dell’altitudine comporta una diminuzione della pressione atmosferica. Anche se la proporzione di ossigeno rispetto ai gas dell’atmosfera rimane al 21%, la sua pressione parziale diminuisce (vedi tabella 1). Di conseguenza, è più difficile per un corpo raggiungere lo stesso livello di saturazione di ossigeno ad alta quota che a bassa quota, a causa della minore pressione atmosferica. Infatti, la saturazione dell’emoglobina è più bassa ad alta quota rispetto alla saturazione dell’emoglobina a livello del mare. Per esempio, la saturazione dell’emoglobina è circa il 67% a 19.000 piedi sul livello del mare, mentre raggiunge circa il 98% a livello del mare.

Tabella 1. Pressione parziale dell’ossigeno a diverse altitudini
Luogo dell’esempio	Altitudine (piedi sul livello del mare)	Pressione atmosferica (mm Hg)	Pressione parziale dell’ossigeno (mm Hg)
New York City, New York	0	760	159
Boulder, Colorado	5000	632	133
Aspen, Colorado	8000	565	118
Pike’s Peak, Colorado	14.000	447	94
Denali (Mt. McKinley, Alaska	20.000	350	73
Mt. Everest, Tibet	29.000	260	54

Come si ricorda, la pressione parziale è estremamente importante nel determinare quanto gas può attraversare la membrana respiratoria ed entrare nel sangue dei capillari polmonari. Una pressione parziale dell’ossigeno più bassa significa che c’è una minore differenza di pressione parziale tra gli alveoli e il sangue, quindi meno ossigeno attraversa la membrana respiratoria. Di conseguenza, meno molecole di ossigeno sono legate dall’emoglobina. Nonostante questo, i tessuti del corpo ricevono ancora una quantità sufficiente di ossigeno durante il riposo ad alta quota. Ciò è dovuto a due meccanismi principali. In primo luogo, il numero di molecole di ossigeno che entrano nei tessuti dal sangue è quasi uguale tra il livello del mare e le alte quote. A livello del mare, la saturazione dell’emoglobina è più alta, ma solo un quarto delle molecole di ossigeno sono effettivamente rilasciate nel tessuto. Ad alta quota, una proporzione maggiore di molecole di ossigeno viene rilasciata nei tessuti. In secondo luogo, ad alta quota, una maggiore quantità di BPG è prodotta dagli eritrociti, che aumenta la dissociazione dell’ossigeno dall’emoglobina. Lo sforzo fisico, come lo sci o l’escursionismo, può portare al mal di montagna a causa della bassa quantità di riserve di ossigeno nel sangue ad alta quota. A livello del mare, c’è una grande quantità di riserva di ossigeno nel sangue venoso (anche se il sangue venoso è pensato come “deossigenato”) da cui i muscoli possono attingere durante lo sforzo fisico. Poiché la saturazione di ossigeno è molto più bassa ad altitudini più elevate, questa riserva venosa è piccola, con conseguenti sintomi patologici di bassi livelli di ossigeno nel sangue. Avrete sentito dire che è importante bere più acqua quando si viaggia ad altitudini più elevate di quelle a cui si è abituati. Questo perché il tuo corpo aumenterà la minzione (urinazione) ad alta quota per contrastare gli effetti dei livelli di ossigeno più bassi. Rimuovendo i fluidi, i livelli di plasma del sangue scendono ma non il numero totale di eritrociti. In questo modo, la concentrazione complessiva di eritrociti nel sangue aumenta, il che aiuta i tessuti a ottenere l’ossigeno di cui hanno bisogno.

Il mal di montagna acuto (AMS), o mal di montagna, è una condizione che deriva dall’esposizione acuta alle alte quote a causa di una bassa pressione parziale di ossigeno ad alta quota. L’AMS può verificarsi tipicamente a 2400 metri (8000 piedi) sopra il livello del mare. L’AMS è il risultato di bassi livelli di ossigeno nel sangue, poiché il corpo ha difficoltà acute ad adattarsi alla bassa pressione parziale dell’ossigeno. In casi gravi, l’AMS può causare un edema polmonare o cerebrale. I sintomi dell’AMS includono nausea, vomito, affaticamento, stordimento, sonnolenza, sensazione di disorientamento, aumento delle pulsazioni e sangue dal naso. L’unico trattamento per l’AMS è la discesa a un’altitudine inferiore; tuttavia, i trattamenti farmacologici e l’ossigeno supplementare possono migliorare i sintomi. L’AMS può essere prevenuta salendo lentamente all’altitudine desiderata, permettendo al corpo di acclimatarsi, così come mantenendo una corretta idratazione.

Acclimatazione

Soprattutto in situazioni in cui l’ascesa avviene troppo rapidamente, viaggiare in zone di alta quota può causare AMS. L’acclimatazione è il processo di adattamento che il sistema respiratorio fa a causa dell’esposizione cronica a un’alta quota. Nel corso di un periodo di tempo, il corpo si regola per adattarsi alla minore pressione parziale dell’ossigeno. La bassa pressione parziale dell’ossigeno ad alta quota si traduce in un livello di saturazione dell’ossigeno inferiore dell’emoglobina nel sangue. A sua volta, anche i livelli di ossigeno nei tessuti sono più bassi. Di conseguenza, i reni sono stimolati a produrre l’ormone eritropoietina (EPO), che stimola la produzione di eritrociti, con conseguente maggior numero di eritrociti circolanti in un individuo ad alta quota per un lungo periodo. Con più globuli rossi, c’è più emoglobina per aiutare a trasportare l’ossigeno disponibile. Anche se c’è una bassa saturazione di ogni molecola di emoglobina, ci sarà più emoglobina presente, e quindi più ossigeno nel sangue. Con il tempo, questo permette alla persona di partecipare allo sforzo fisico senza sviluppare l’AMS.

Rassegna del capitolo

Normalmente, i centri respiratori del cervello mantengono un ciclo respiratorio costante e ritmico. Tuttavia, in certi casi, il sistema respiratorio deve adattarsi ai cambiamenti della situazione per fornire al corpo sufficiente ossigeno. Per esempio, l’esercizio fisico provoca un aumento della ventilazione e l’esposizione cronica a un’alta quota provoca un maggior numero di eritrociti in circolazione. L’iperpnea, un aumento del tasso e della profondità della ventilazione, sembra essere una funzione di tre meccanismi neurali che includono uno stimolo psicologico, l’attivazione dei motoneuroni dei muscoli scheletrici e l’attivazione dei propriocettori nei muscoli, nelle articolazioni e nei tendini. Di conseguenza, l’iperpnea legata all’esercizio è iniziata quando l’esercizio inizia, al contrario di quando la domanda di ossigeno dei tessuti aumenta effettivamente.

Al contrario, l’esposizione acuta a un’alta quota, in particolare durante i tempi di sforzo fisico, si traduce in bassi livelli di ossigeno nel sangue e nei tessuti. Questo cambiamento è causato da una bassa pressione parziale di ossigeno nell’aria, perché la pressione atmosferica ad alta quota è inferiore a quella a livello del mare. Questo può portare ad una condizione chiamata mal di montagna acuto (AMS) con sintomi che includono mal di testa, disorientamento, affaticamento, nausea e stordimento. Per un lungo periodo di tempo, il corpo di una persona si adatta all’alta quota, un processo chiamato acclimatazione. Durante l’acclimatazione, i bassi livelli di ossigeno nei tessuti indurranno i reni a produrre maggiori quantità dell’ormone eritropoietina, che stimola la produzione di eritrociti. L’aumento dei livelli di eritrociti circolanti fornisce una maggiore quantità di emoglobina che aiuta a fornire all’individuo più ossigeno, prevenendo i sintomi dell’AMS.

Self Check

Rispondete alla/e domanda/e qui sotto per vedere quanto bene avete capito gli argomenti trattati nella sezione precedente.

Glossario

mal di montagna acuto (AMS): condizione che si verifica a seguito di un’esposizione acuta ad alta quota a causa di una bassa pressione parziale di ossigeno

acclimatazione: processo di adattamento che il sistema respiratorio fa a causa dell’esposizione cronica ad alte quote

iperpnea: aumento del tasso e della profondità di ventilazione dovuto a un aumento della domanda di ossigeno che non altera significativamente i livelli di ossigeno o di anidride carbonica nel sangue

iperventilazione: aumento del tasso di ventilazione che porta a livelli anormalmente bassi di anidride carbonica nel sangue e a un pH elevato (alcalino) nel sangue

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