Sistemul respirator și efortul fizic

Sistemul respirator și cel cardiovascular asigură împreună un aport eficace de oxigen țesuturilor, concomitent cu eliminarea dioxidului de carbon. Aceste aparate joacă un rol important în asigurarea homeostaziei în repaus și în timpul exercițiului fizic, prin menținerea presiunilor parțiale ale gazelor respiratorii și a echilibrului acido-bazic. În ceea ce privește creșterea performanței sportivilor, înțelegerea mecanismelor fiziologice ale sistemului respirator este esențială pentru specialiștii în medicina sportivă.

Cuprins

Fiziologia respirației

Structura aparatului respirator

Ventilația pulmonară

Inspirul

Expirul

Volume și capacități pulmonare

Difuziunea alveolo-capilară

Membrana alveolo-capilară

Debitul sangvin pulmonar

Difuziunea oxigenului și a dioxidului de carbon

Raportul ventilație/perfuzie

Transportul gazos sanguin

Schimburile gazoase tisulare

Controlul nervos al ventilației

Respirația în timpul efortului fizic

Astmul indus de efortul fizic

Adaptarea sistemului respirator la sportul de performanță

Referințe bibliografice

Fiziologia respirației

În fiziologie, termenul de „respirație” poate avea două semnificații:

• respirația pulmonară sau externă care cuprinde ventilația pulmonară și schimbul de gaze între organism și mediul extern;
• respirația celulară sau internă care se referă la schimbul gazos periferic și anume utilizarea tisulară de oxigen și producția de dioxid de carbon. Legătura dintre cele două respirații este asigurată de sistemul circulator.

Respirația pulmonară reprezintă tema prezentei lucrări, aceasta cuprinzând cel puțin patru procese distincte[1]:

• ventilația pulmonară care reprezintă procesul prin care aerul circulă între plămâni și mediul extern;
• difuziunea alveolo-capilară definită ca schimbul de gaze între plămâni și sânge;
• transportul sangvin al oxigenului și al dioxidului de carbon;
• schimburile gazoase periferice și anume pasajul gazelor respiratorii între sectorul capilar și sectorul tisular.

În continuare vom prezenta câteva idei despre fiecare din cele patru procese, nu înainte de a expune succint o schemă a structurii aparatului respirator.

Structura aparatului respirator

Sistemul respirator cuprinde cavitatea nazală, faringele, traheea, arborele bronșic și plămânii. Aceștia sunt înveliți într-o dublă membrană numită pleură – pleura viscerală, care aderă la suprafața externă a plămânului și pleura parietală, care aderă la peretele toracic și la diafragmă. Cele două foițe pleurale sunt separate de o lamă fină de lichid cu rol lubrifiant, presiunea intrapleurală fiind mai mică decât presiunea atmosferică a aerului inhalat, aceasta scăzând și mai mult în timpul inspirului. Aparatul respirator este împărțit într-o zonă conductoare și o zonă respiratorie.

Zona conductoare

Include structurile cuprinse între cavitatea nazală sau bucală și zona respiratorie și anume: trahee, arborele bronșic, bronhiole și bronhiolele terminale. În afara funcției de conducere a aerului spre zona respiratorie, acest spațiu mort anatomic joacă un rol important în ceea ce privește filtrarea și umidificarea aerului. Procesul de filtrare se realizează prin două mijloace: celulele acestei zone produc mucus care permite capturarea particulelor mici inhalate și deplasarea acestora spre faringe cu ajutorul prelungirilor membranare numite cili, care au o mișcare spre cavitatea orală cu un ritm de 1-2 cm/minut. Al doilea mijloc de protecție al plămânilor de particule străine este reprezentat de macrofagele alveolare. Atât funcția ciliară, cât și cea a macrofagelor alveolare sunt alterate de fumul de țigară și de alți poluanți atmosferici.

Zona respiratorie

Cuprinde bronhiolele respiratorii, ductele alveolare și sacii alveolari. Schimburile gazoase se realizează prin intermediul a 300 de milioane de alveole, saci de mici dimensiuni cu diametrul cuprins între 0,25 și 0,50 mm. Numărul crescut de alveole asigură o suprafață mare pentru schimbul gazos, având o suprafață de 60-80 m², echivalentul a unei jumătăți de teren de tenis. Colapsul acestora în timpul respirației este împiedicat de surfactant, lichid protector secretat de celulele alveolare de tip II, ce reduce tensiunea superficială la nivel alveolar [2].

Ventilația pulmonară

Definită ca mișcarea aerului între mediul extern și plămâni, ventilația pulmonară reprezintă mișcarea coloanei de aer de-a lungul conductelor respiratorii datorită unei diferențe de presiune între cele două extremități. Inspirul apare datorită diferenței de presiune între plămân și aerul atmosferic, presiunea intrapulmonară fiind mai mică decât cea atmosferică. Invers, expirul este posibil când presiunea intrapleurală depășește presiunea atmosferică.

Inspirul

Inspirul este un proces activ realizat în primul rând de diafragmă, dar și de mușchii intercostali externi. În timpul inspirului, odată cu contracția diafragmei, aceasta deplasează inferior conținutul abdominal, iar mușchii intercostali externi deplasează anterior sternul și coastele înspre exterior. Toate aceste modificări duc la augmentarea dimensiunilor cutiei toracice, concomitent cu scăderea presiunii din interiorul plămânilor. În repaus, la o presiune atmosferică de 760 mmHg, presiunea intrapulmonară ce permite realizarea inspirului scade cu 3 mmHg, însă în timpul efortului fizic intens, aceasta poate diminua cu 80-100 mmHg. De asemenea, în timpul unei respirații forțate, se pot mobiliza mușchii inspiratori accesori – mușchiul sternocleidomastoidian, mușchii scaleni (anterior, mijlociu, posterior) și mușchii pectorali, cu rolul de a mări dimensiunile cutiei toracice prin deplasarea suplimentară antero-superioară a coastelor.

Expirul

Expirul este un proces pasiv în timpul repausului, acesta realizându-se datorită elasticității plămânilor și a cutiei toracice ce tind să revină la poziția inițială anterioară expansiunii inspiratorie. În expirul forțat, intervin mecanisme active, precum contracția mușchilor expiratorii – mușchii intercostali interni, drept abdominal, oblic intern, marele dorsal, pătrat lombar.

Volume și capacități pulmonare

Tabelul nr. 1 cuprinde definiția și valorile volumelor și capacităților pulmonare. O parte dintre acestea pot fi măsurate cu ajutorul spirometriei. Această tehnică este utilizată cu preponderență pentru diagnosticul anumitor boli respiratorii, precum astmul bronșic sau bronhopneumopatia obstructivă cronică.

Tabel 1. Volume și capacități respiratorii