La meccanica respiratoria si basa sul principio che l’aria si sposta da aree a gradiente pressorio ad aree a gradiente pressorio minore e il flusso è proporzionale al gradiente di pressione ed è influenzato dalla resistenza, dalle proprietà elastiche dei polmoni e dalla tensione superficiale.
Meccanica respiratoria
Quando parliamo di pressioni, si fa riferimento alla pressione atmosferica, che possiamo considerare fissa, e pressione alveolare, che invece varia in relazione all’espansione e alla compressione dei polmoni.
L’inspirazione inizia con l’espansione della cavità toracica che causa un’indiretta espansione dei polmoni: in questo modo la pressione degli alveoli diminuisce e l’aria fluisce dall’ambiente esterno all’interno, finché le due pressioni non si equivalgono.
A questo punto, i muscoli inspiratori si rilassano e inizia l’espirazione (che come sappiamo, nel cavallo è un processo attivo anche a riposo). La pressione alveolare aumenta, anche grazie al pendolo viscerale che spinge la cupola diaframmatica riducendo gli spazi della cavità toracica, quindi l’aria fluisce all’esterno finché, di nuovo, le due pressioni non si equivalgono.
Nel post della scorsa settimana avevamo parlato dell’importanza del pendolo viscerale: come si vede molto bene dall’immagine, l’azione inevitabile dell’oscillazione degli organi addominali è fondamentale per ridurre lo sforzo respiratorio e permettere uno scambio di gas efficace anche alle andature più sostenute, come canter e galoppo.
Inoltre, durante l’esercizio fisico intenso e prolungato, si attua un’altra importante modifica: quando respiriamo, una quota di aria non sarà funzionale allo scambio di gas perchè
- rimane nelle alte vie aeree, dove lo scambio dei gas non è consentito
- arriva in alveoli poco o per nulla perfusi dal torrente ematico
Questo è il così detto dead space ventilation. In un cavallo a riposo, l’aria presente in questi spazi, rappresenta circa il 55% dell’aria inspirata, un valore molto elevato se pensiamo che nell’uomo e nei cani è circa la metà.
Durante l’esercizio prolungato ma costante, lo spazio morto aumenta ancora di più, adattamento che probabilmente riflette il ruolo termoregolatorio dell’albero respiratorio. Se però l’esercizio è intenso, lo spazio morto si riduce a circa il 20% e questo garantisce ossigeno sufficiente ai muscoli per lavorare.
Fattori che influenzano la ventilazione
Come abbiamo detto all’inizio dell’articolo, la ventilazione è influenzata dalla resistenza, dalle proprietà elastiche dei polmoni (che non tratteremo) e dalla tensione superficiale.
La resistenza al flusso non è altro che la forza che si oppone al passaggio dell’aria ed è legata all’attrito tra le molecole e al diametro delle vie aeree.
Il passaggio nelle prime vie aeree – fino alla laringe, è responsabile di circa il 60% della resistenza al flusso tanto che, molti animali, durante l’esercizio fisico intenso, per compensare la necessità di ossigeno, respirano attraverso la bocca: questo fa sì che la resistenza sia pressochè dimezzata.
Il cavallo però non può attuare questo meccanismo (scopri qua perchè): la scorciatoia che intraprende è quella di dilatare notevolmente le narici e ridurre lo spessore della mucosa nasale grazie a importanti fenomeni di vasocostrizione locale. In questo modo, la resistenza iniziale si rudce notevolmente.
Seguendo il principio di “più il diametro è sottile, più si ha una resistenza”, è lecito chiedersi come l’aria passi nelle vie aeree profonde, dove il diametro è ridottissimo. Qua entra in aiuto la fisica: essendo la maggior parte delle diramazioni poste in parallelo, la resistenza totale diminuisce.
Infine, la resistenza è anche influenzata dall’attività nervosa, simpatica e parasimpatica. In situazioni stressanti o fisicamente impegnative la resistenza delle vie aeree si riduce per un aumento dell’attività simpatica, quindi per aumento della secrezione di adrenalina.
Un aumento della resistenza può essere legata a situazioni patologiche, come l’asma equina: ne tratteremo ampiamente nelle prossime settimane, in breve si ha un ispessimento della muscolatura liscia e un’iperproduzione di muco che riduce il calibro delle vie aeree causando difficoltà respiratorie più o meno gravi.
Per quanto concerne la tensione superficiale, al definiamo come la forza che si genere dall’interfaccia tra componenti lipidici e idrofili e tende a far attrarre tra loro le molecole di un liquido. Da sola, rappresenterebbe il meccanismo più importante di resistenza delle vie aeree, se non ci fosse il fattore surfattante a limitarla.
Il surfattante è prodotto da cellule che si trovano a livello di alveoli, gli pneumociti di tipo 2, ed è uno straterello di fosfolipidi, calcio e proteine. La sua funzione è quella di impedire il collasso degli alveoli di dimensione minore di collassare. Senza surfattante, infatti, la pressione di un alveolo di dimensioni minori è maggiore rispetto a quella di un alveolo di dimensioni maggiori (seguendo quella che è la legge di Laplace), quindi l’aria tenderebbe a passare tutta nell’alveolo più grande e quello più piccolo collasserebbe. Il fattore surfattante riduce la tensione superficiale negli alveoli più piccoli, impedendo questo collasso ed equilibrando le diverse pressioni.
Bibliografia
Anatomia comparata dei mammiferi domestici – volume 3: splancologia. Apparecchio digerente e respiratorio di Robert Barone
Equine sports medicine and surgery, basic and clinical sciences of the equine athlete di Kaneps & Geor Hinchcliff
Fisiologia degli animali domestici di O. V. Sjaastad, O. Sand e K. Hove
