I parametri polmonari sono delle grandezze respiratorie misurabili attraverso un esame spirometrico (spirometria) e dal momento che la respirazione permette di soddisfare il bisogno primario di ossigeno, peraltro particolarmente importante durante il lavoro muscolare, è interessante capire quali sono i parametri legati a questa funzionalità. A opera dei muscoli intercostali, dei muscoli scaleni e del diaframma, aumenta il volume della gabbia toracica, i polmoni si espandono e diminuisce la pressione atmosferica al loro interno. A causa di questa differenza di pressione (interna-esterna), l’aria entra nei polmoni. Risulta chiaro quindi che il principale parametro da considerare è il volume polmonare, che riflette la capacità dei differenti organismi a incamerare aria. Tuttavia esistono diverse definizioni di volume polmonare, ognuna applicabile in diverse situazioni e influenzata in modo differente dall’attività fisica. I vari tipi di volumi polmonari di misurano in litri (L) e variano in base al sesso, all’età e alla statura. Per questo motivo i testi di fisiologia riportano valori medi, riferiti a classi di persone ben precise.
Volumi polmonari statici e volumi polmonari dinamici
Si distinguono due famiglie di volumi polmonari: i volumi polmonari statici, misurati istantaneamente in particolari condizioni, e i volumi polmonari dinamici, misurati su un periodo di tempo (da un secondo a 15″ e più).
Durante tali misurazioni sperimentali, viene chiesto al soggetto di eseguire le manovre di ispirazioni e/o espirazione. Inspirazione ed espirazione possono essere a loro volta normali o forzate, in cui cioè si chiede al soggetto un movimento volontario al fine di incamerare o buttar fuori maggior aria possibile.
Vediamo adesso i parametri polmonari in dettaglio analizzando prima quelli statici e poi quelli dinamici
Parametri polmonari statici
Di seguito una breve spiegazione dei diversi parametri polmonari statici.
Volume corrente (VC) – Misura il volume di aria inspirato ed espirato in un singolo movimento respiratorio in condizioni di riposo.
Si fornisce generalmente un valore medio, compreso tra 0,4 e 1 L (in questo articolo usiamo per litro la L maiuscola per maggiore leggibilità), con una differenza media di 100 mL tra uomo e donna.
Volume di riserva inspiratoria – Misura il volume d’aria che un soggetto riesce a incamerare alla fine di una inspirazione normale.
In altri termini, si chiede al soggetto di inspirare quanta maggior aria possibile e si calcola il volume di aria che riesce a immettere nei polmoni in più rispetto a una respirazione “normale”. Tale volume può arrivare anche a 3 L per gli uomini mentre è sensibilmente più basso nelle donne (intorno a 2 L).
Volume di riserva espiratoria – È il valore duale rispetto al precedente: viene chiesto al soggetto di espirare (“buttar fuori”) quanta maggior aria possibile e si calcola la differenza rispetto al volume che può espellere rispetto una normale espirazione.
Il volume di riserva espiratoria può raggiungere un massimo di 1,5 L, con valori medi compresi tra 0,8 L (per le donne) e 1,2 L (per gli uomini).
Capacità vitale – Misura la differenza tra il volume di aria corrispondente alla massima inspirazione e a quello corrispondente alla massima espirazione.
Fra i vari parametri polmonari, questo è quello più influenzato dalla morfologia corporea del soggetto, in particolare è legato alla statura.
Valori tipici sono compresi tra 4 e 5 L per gli uomini e tra i 3 e 4 L per le donne, ma si può arrivare anche a valori di 7 L per soggetti di alta statura. Nonostante i valori più alti di capacità vitale siano stati misurati per gli sciatori di fondo (8 L) e i giocatori di football americano (7 L), questo parametro non è influenzato dall’allenamento.
In tali soggetti i valori sono elevati in quanto anche la corporatura è sicuramente poco confrontabile con quella di soggetti con taglie più “normali”. È importante non confondere questo parametro con la capacità vitale forzata(CVF), che invece è un parametro dinamico.
Capacità funzionale residua – Misura il volume di aria rimasta nei polmoni al termine di una espirazione normale. Valori tipici per questo parametro sono attorno a 1,8 L per le donne e 2,4 L per gli uomini.
Volume residuo – Concettualmente analogo alla capacità funzionale residua, misura il volume dell’aria rimasta nei polmoni al termine di una espirazione massimale. Può arrivare a 1,2 L nelle donne e 1,4 L negli uomini, ma può superare i 2 L in maschi di corporatura massiccia e statura elevata (i classici giocatori di football).
La somma del volume residuo e della capacità vitale è un parametro complessivo detto capacità polmonare totale e dà un’idea del volume di aria complessivamente trattenuto ed espirato, a partire da quello inspirato.
Misura dei volumi polmonari statici
I volumi polmonari sono misurati in laboratorio da un particolare apparecchio (spirometro) oppure fornendo ai soggetti una miscela di gas (generalmente aria ed elio) e misurando le concentrazioni di elio e/o il volume dell’aria nello spirometro, a seconda del parametro polmonare misurato e dell’operazione richiesta al soggetto.
Effetto dell’età sui volumi polmonari statici
La dipendenza dei parametri polmonari dal sesso è abbastanza intuitiva, inoltre alcuni sono anche fortemente dipendenti dalla taglia e dalla statura, statisticamente inferiori nelle donne.
Si è visto che un altro fattore che influenza i volumi polmonari è l’età [1]:
Con l’invecchiamento il volume polmonare residuo tende a salire, mentre i volumi di riserva (inspiratoria ed espiratoria) diminuiscono, per effetto della perdita di elasticità del tessuto polmonare.
[1] J. M. Hagberg et al.: Pulmonary function in young and older athletes and undertrained men, J. Applied Physiol., pagg 65-101, 1988.
Parametri polmonari dinamici
Consideriamo ora i volumi polmonari dinamici. Aumentando la profondità del respiro e/o la frequenza di respirazione si ha come effetto l’aumento della ventilazione polmonare. Poiché questa diventa un parametro dipendente dal tempo, è possibile definire, accanto ai parametri polmonari statici, anche quelli dinamici, che esprimono come si modifica la ventilazione polmonare in seguito a precise operazioni effettuate dal soggetto in esame. Da notare che esiste un fenomeno di limitazione che fa sì che, aumentando la frequenza di respirazione e la profondità del respiro, ciò non corrisponde a un aumento costante dei parametri polmonari dinamici; infatti, anche se il soggetto continua ad aumentare la frequenza e/o la profondità del respiro, l’aumento dei flussi di aria corrispondente è limitato dalla resistenza del passaggio dell’aria e del movimento meccanico dell’apparato di respirazione (la gabbia toracica). Anzi, tali meccanismi di resistenza aumentano all’aumentare dei flussi di aria, quindi il meccanismo di limitazione diviene via via sempre più importante, all’aumentare di frequenza e profondità della inspirazione.
Come per i parametri statici, anche i parametri polmonari dinamici sono stati attentamente definiti.
Capacità vitale forzata (CVF1) – A partire dalla massima inspirazione che è in grado di compiere, al soggetto viene chiesto di espirare alla massima velocità possibile. In un secondo si misura la quantità di aria espirata che costituisce appunto la capacità vitale forzata. Il pedice “1″ indica appunto che la misurazione avviene in un secondo.
Massima ventilazione volontaria – Questo parametro introduce in modo dinamico il concetto di ventilazione, intesa come consumo di ossigeno al minuto. Come la capacità vitale indica il volume inspirato ed espirato a ogni respirazione in condizioni “normali”, così la massima ventilazione volontaria esprime la quantità di aria consumata in un intervallo di tempo campione, generalmente 15 s. Al soggetto viene chiesto di respirare al massimo per 15 s, quindi il valore misurato viene riportato al minuto. Questo parametro è legato all’allenamento e alla prestazione fisica, tuttavia sono stati stimati valori tipici medi di 140-180 L m-1 per gli uomini e 80-120 L m-1 per le donne (il dato si riferisce a studenti liceali).
La spirometria consiste nel soffiare vigorosamente e per il maggior tempo possibile (e comunque per un tempo che non deve essere inferiore ai 6 secondi) in un boccaglio sterile collegato a un apparecchio detto spirometro.
Rapporto tra parametri statici e dinamici
Risulta interessante rapportare i due parametri polmonari dinamici ad alcuni parametri polmonari statici, per quantificare il comportamento nel tempo della nostra capacità polmonare.
Rapporto capacità vitale forzata/capacità vitale (CVF1/CV) – Si tratta di due parametri che misurano entrambi differenze tra aria inspirata ed espirata, in differenti condizioni. Poiché il parametro dinamico effettua la misura relativa al flusso di aria in un secondo, mentre quello statico si riferisce alla completa espirazione, la CVF1 è una percentuale della CV.
Si può affermare che [2]
in condizioni non patologiche (assenza di asma, fibrosi polmonare) la capacità vitale forzata è pari all’85% della capacità vitale. Si considera una percentuale del 70% come limite per l’indicazione di presenza di una patologia polmonare.
Questo dato significa che nel primo secondo dell’espirazione un soggetto sano espelle l’85% di aria complessiva che al massimo si riesce a espirare.
Massima ventilazione volontaria e volume corrente – Confrontando il volume corrente (VC) con la massima ventilazione volontaria si vede come rapportando a un minuto il valore del parametro polmonare e chiedendo al soggetto di ventilare “al massimo”, il volume di aria diventa circa trenta volte maggiore (per giovani maschi, 4-5 L di VC contro 140-180 L m-1).
I parametri polmonari dinamici sono particolarmente adatti come indicatori del degrado della capacità polmonare in caso di patologie del polmone (per esempio nel caso dell’asma), mentre per valutare le prestazioni dell’attività fisica i risultati di test specifici non hanno permesso di fornire alcuna indicazione utile (vedi Funzione polmonare e prestazione).
Quest’ultimo punto è veramente molto importante. Sperare di migliorare la prestazione di un atleta di resistenza cercando di migliorare i parametri polmonari si rivela spesso un’inutile (e a volte dannosa) perdita di tempo. Allenatori che spingono giovani atleti a sedute di gonfiamento di camere d’aria di bicicletta o a nuotare in apnea rivelano solo la loro ignoranza della fisiologia dello sport, nonché una tendenza a tentare di tutto con l’illusoria speranza che “tanto male non fa”.
[2] R.M. Schapira et al.: The value of expiratory time in the physical diagnosis of obstructive airwat disease, JAMA, pagg 270-731, 1993.
