Tot ce trebuie să știi despre capacitatea pulmonară totală

Redactor specializat
Studii: Facultatea de Biologie și Masterul în Biochimie.
Alte formări: cursuri acreditate de Lucrător Social, Manager proiect și Antreprenoriat, Hipnoză Clinică, Relaxare și Terapie Ericksoniană.

Capacitatea pulmonară totală este un parametru foarte important, atunci când vorbim despre respirație și funcționarea plămânilor.

 În timpul ventilației pulmonare, care asigură schimbul de gaze dintre organism și mediu, plămânii funcționează ca un ”burduf”,  mărindu-și și micșorându-și volumul, în conformitate cu procesele respiratorii. În inspirație, cutia toracică se dilată, iar plămânii urmează în mod pasiv această mișcare de expansiune, ce permite pătrunderea aerului în plămâni. Un inspir forțat poate introduce o cantitate suplimentară de aer, peste cea care a pătruns în mod pasiv, din cauza diferenței de presiune dintre atmosferă și mediul pulmonar. Expirul apare atunci când presiunea intrapulmonară este mai mare decât presiunea atmosferică. În timpul expirului de repaus, liniştit, presiunea intrapulmonară crește cu cel puţin  3 mmHg peste cea atmosferică, astfel că aerul este expulzat prin căile respiratorii în mod pasiv. Expirul poate avea și o fază activă, forțată, în care se expulzează o cantitate suplimentară de aer.  În plus, o anumită cantitate de aer rămâne permanent în plămâni.

Toate aceste procese respiratorii sunt caracterizate de anumite volume sau capacități, dintre care face parte și capacitatea pulmonară totală. Cunoașterea acestor volume este importantă, pentru că poate da informații despre prezența unor afecțiuni respiratorii mai mult sau mai puțin grave.

Ce este capacitatea pulmonară totală

Capacitatea pulmonară totală este volumul maxim de aer care poate fi găzduit în plămâni, la sfârsitul unui inspir forţat (poziţie inspiratorie maximă). Pentru a calcula capacitatea pulmonară totală, este necesar să cunoaștem valorile altor capacități și volume, respectiv Capacitatea Vitală (CV) și Volumul Rezidual (VR) sau Capacitatea Inspiratorie (CI) și Capacitatea Reziduală Funcțională (CRF).

Capacitatea Pulmonară Totală este legată de procesele de ventilație pulmonară. Ventilaţia pulmonară reprezintă totalitatea proceselor mecanice prin care se asigură schimbul de gaze dintre atmosferă şi plămâni. Datorită ventilaţiei, aerul bogat în oxigen este introdus în alveolele pulmonare prin inspir şi aerul bogat în dioxid de carbon din plămâni este eliminat în atmosferă prin expir. Schimburile gazoase dintre atmosferă şi plămân se desfăşoară datorită diferenţelor de presiune dintre cele două medii. Aceste diferenţe apar ca urmare a variaţiei volumului pulmonar, plămânul urmând la rândul lui, pasiv, mişcările cutiei toracice.

Conform unui protocol de semiologie a aparatului respirator al UMFVC,  plămânii, deşi sunt structuri uşor distensibile şi elastic,  nu pot iniţia singuri modificările de volum caracteristice fazelor respiraţiei, pentru că ei nu posedă elemente musculare. Prin urmare, ei vor urma pasiv mişcările cutiei toracice de care sunt legaţi prin sistemul pleural. În timpul inspirului, aerul atmosferic intră în plămâni, deoarece presiunea gazelor din atmosferă este mai mare decât presiunea intrapulmonară sau intraalveolară. În timpul inspirului de repaus, liniştit, presiunea intrapulmonară scade cu cca. 3 mmHg faţă de cea atmosferică. Expirul apare atunci când presiunea intrapulmonară este mai mare decât presiunea atmosferică.

Inspirul este declanşat de stimulii generaţi de centrul inspirator din bulb care ajung la neuronii motori din coarnele anterioare ale măduvei. Prin intermediul nervilor spinali se comandă contracţia muşchilor inspiratori.  În inspirul de repaus intervin muschiul diafragm şi muşchii intercostali externi. Muschiul diafragm este principalul muşchi inspirator. El separă cavitatea toracică de cea abdominală şi în poziţie de repaus este curbat, cu convexitatea spre cavitatea toracică. Prin contracţie, diafragmul se aplatizează şi se deplasează în jos cu cca. 1,5-2 cm în inspirul de repaus şi cu 7-8 cm în inspirul forţat.  Mărirea de volum obţinută prin contracţia acestui muşchi permite introducerea în plămâni a celei mai mari părţi din Volumul  Curent de aer.

Contracţia muşchilor intercostali externi, determină orizontalizarea coastelor, rotarea lor şi proiectarea anterioară a sternului. Astfel, se produce mărirea diametrelor antero-posterior şi transversal ale cutiei toracice.

Mărirea volumului toraco-pulmonar va determina scăderea presiunii pulmonare la o valoare de 756-757 mmHg care devine astfel inferioară presiunii atmosferice cu aprox. 3 – 4 mmHg. Consecinţa acestor modificări este pătrunderea unui volum de aer în plămâni, până la egalizarea celor două presiuni. Volumul de aer care intră sau iese din plămâni, în condiţii de respiraţie relaxată sau de repaus, se numeşte Volum Curent (VC).  

În inspirul forţat, pe lângă muşchii diafragm şi intercostali externi, mai intră în acţiune şi muşchii accesori: scaleni, pectorali, dinţaţi, sternocleidomastoidieni, trapez. Se mai pot produce contracţii ale muşchilor aripioarelor nazale, ai vălului palatin, ale limbii, uşurând trecerea coloanei de aer prin căile respiratorii superioare.  Muşchii inspiratori accesori realizează o ridicare suplimentară a porţiunii superioare a cutiei toracice, mărind mai mult volumul toraco-pulmonar şi scăzând suplimentar presiunea. Prin aceste modificări, se introduce un volum suplimentar de aer, respective Volumul Inspirator de Rezervă.

Expirul normal, de repaus, reprezintă o fază pasivă (fără consum de energie).  Constă în revenirea la poziţia iniţială a structurilor toraco-pulmonare, după ce forţa deformatoare şi-a încetat acţiunea și se datorează elasticităţii componentelor toracopulmonare.

Ca urmare, plămânul se micşorează, iar presiunea intrapulmonară creşte (763- 764 mmHg), devenind superioară presiunii atmosferice cu 3-4 mmHg. Consecinţa este eliminarea unui volum de aer încărcat cu CO2 din plămâni în atmosferă.

Expirul forţat este o fază activă, producându-se prin contracţia muşchilor expiratori, reprezentaţi în special de muşchii abdominali şi intercostali interni. Prin contracţia muşchilor abdominali, creşte presiunea intraabdominală, se măreşte convexitatea diafragmului şi se reduce suplimentar volumul toraco-pulmonar. Ca urmare, creşte şi mai mult presiunea intrapulmonară şi va fi expirată o cantitate suplimentară de aer , respective Volumul Expirator de Rezerzvă (VER).

Care sunt principalele volume care definesc ventilația pulmonară

Volumele de aer care pot fi ventilate la nivel pulmonar în timpul mișcărilor respiratorii cuprind:

Volumul curent sau Tidal Volume (VT) reprezintă volumul de aer inspirat sau expirat în timpul unei respirații normale, de repaus. Acesta este de circa 500- 800 ml, reprezentând 12% sau mai mult din Capacitatea Vitală.

Volumul Expirator de Rezervă  (VER) este volumul maxim de aer care poate fi eliminat printr-o expiraţie forţată, la finalul unei expiraţii normale. Acesta poate fi între 800- 1500 ml, mai mare sau egal cu 25% din Capacitatea Vitală.

Volumul Inspirator de Rezervă (VIR) reprezintă volumul maxim de aer care poate fi introdus în plămâni printr-o inspiraţie forţată, care urmează după un inspir de repaus. Valoarea acestuia poate fi între 1800- 2600 ml de aer, mai mare sau egală cu 55% din CV.

Pe lângă acestea, există și Volumul Rezidual (VR), respectiv volumul de gaz care rămâne în plămâni la sfirşitul unei expiraţii complete (forţate) și reprezintă circa 1200- 1800 ml, adică aproximativ 25% din Capacitatea Vitală.

Cu alte cuvinte, atunci când inspiram în mod normal, în repaus, aerul ce patrunde în plămâni sau este eliminat, fără nici o forțare, reprezintă Volumul Curent. Inspirația forțată sau expirația forțată suplimentează cantitatea de aer ce pătrunde sau iese din plămâni cu anumite volume, respect Volumul Inspirator de Rezervă și Volumul Expirator de Rezervă. În sfârșit, cantitatea de aer ce se menține permanent în plămâni, chiar și după un expir forțat, poartă numele de Volum Rezidual.

Pe lângă aceste volume, testele spirometrice urmăresc și determinarea capacităților pulmonare, respectiv:

Capacitatea Inspiratorie (CI), care reprezintă cantitatea maximă de aer care poate fi introdusă printr-un inspir forţat, care urmează după un expir de repaus. Practic, aceasta este suma dintre volumul de aer pe care îl inspirăm/expirăm în mod curent (VC) și volumul inspirator de rezervă (introdus printr-o inspirație forțată). Ca și Capacitatea Vitală, scade în sindromul restrictiv.  

Capacitatea Vitală este cantitatea maximă de gaz expirată forţat după un inspir forţat. Capacitatea Vitală poate fi calculată pe spirogramă  ca suma dintre Volumul Curent, Volumul Inspirator de Rezervă și Volumul Expirator de Rezervă (CV= VC + VIR + VER).

Ca și Capacitatea Pulmonară Totală, Capacitatea Vitală poate da informații care ajută în diagnosticarea bolilor de plămâni, precum și a afectării musculaturii respiratorii în cazul unor boli neuromusculare și autoimune. O persoană adultă poate avea Capacitatea Vitală între 3 și  5 litri, variind în funcție de vârstă, sex, înălțime și greutate.

Capacitatea reziduală funcțională (CRF) este volumul de gaz care rămâne în plămâni la sfârşitul unei expirații normale. Practic, această capacitate reziduală reprezintă volumul de gaz rămas în plămâni după expirație,  în care pătrunde, se amestecă şi se diluează aerul inspirat înainte de a intra în schimb cu sângele.

Odată măsurate aceste volume și capacități, putem calcula Capacitatea Pulmonară Totală. Aceasta este suma dintre Capacitatea  Vitală și Volumul Rezidual  (CPT = CV + VR) sau suma dintre Capacitatea Inspiratorie și Capacitatea Reziduală Funcțională  (CPT = CI + CRF). Cu alte cuvinte, Capacitatea Pulmonară Totală ia în considerare cantitatea maximă de  aerul care intră sau iese din plămâni (în inspir sau expir forțate), precum și cantitatea de aer care rămâne în plămâni.

La adulții sănătoși, Capacitatea Pulmonară Totală este de aproximativ 6 litri. Vârsta, sexul, constituția corpului și etnia sunt factori care afectează CPT.  Aceasta crește rapid de la naștere până la adolescență și ajunge la un platou la aproximativ 25 de ani. Bărbații tind să aibă Capacitatea Pulmonară Totală mai mare decât femeile, în timp ce indivizii cu statură înaltă tind să aibă CPT mai mare decât cei scunzi.  Persoanele de origine africană au Capacitatea Pulmonară Totală mai scăzută comparativ cu persoanele de origine europeană. Factorii suplimentari care afectează capacitatea pulmonară a unui individ includ nivelul de activitate fizică, deformările peretelui toracic și bolile respiratorii.

Atât Capacitatea Vitală, cât și Capacitatea Pulmonară Totală sunt scăzute în bolile pulmonare restrictive, precum tuberculoza, fibroza pulmonară, anumite tipuri de pneumonii, sindromul de detresă respiratorie la copii.

Teste pentru determinarea capacității pulmonare totale

Capacitatea Pulmonară Totală poate fi măsurată prin pletismografie, metoda diluției cu Heliu, testele de spălare a  azotului (Metoda lui Fowler) sau metode mai noi, imagistice.  Poate fi determinată, de asemenea, prin calcul, folosind valorile volumelor pulmonare, înregistrate cu ajutorul spirometrului și pletismografului.

Determinarea Capacității Pulmonare Totale prin Calcul

Spirometria

Capacitatea Pulmonară Totală poate fi calculată după ce se înregistrează valorile volumelor pulmonare prin spirometrie. Spirometria este un test obișnuit utilizat în cadrul clinic, pentru evaluarea funcției pulmonare și diagnosticarea bolilor pulmonare prin măsurarea volumului expirator forțat într-o secundă și a capacității vitale forțate.  Pentru a determina Capacitatea Pulmonară Totală nu sunt suficiente, însă, doar valorile determinate spirometric, deoarece spirometria nu poate calcula nici Volumul Rezidual (VR), nici Capacitatea Reziduală Funcțională. De aceea, spirometria trebuie combinată cu pletismografie, diluare de gaze, spălare de gaze sau imagistică radiografică pentru a estima VR sau CRF.

Spirometria este o investigație prin intermediul căreia se măsoară cantitatea de aer inspirată și expirată într-un anumit interval de timp. În acest mod, se evaluează capacitatea respiratorie a unei persoane. Testul este simplu, nedureros și de scurtă durată.

Pacientul este rugat să se așeze pe scaun, iar  medicul va poziționează un clește pe nas pentru ca aerul să circule numai pe gură. În continuare, pacientul va respira printr-un tub, urmând instrucțiunile medicului. Tubul se conectează la un aparat numit spirometru, care va înregistra diferiți parametri. La început, pacientul respiră normal, ulterior va fi rugat să efectueze un inspir maximal forțat, urmat de un expir maximal forțat simte că tot aerul a ieșit din plămâni. Apoi va urma un repaus de 1 minut înainte de efectuarea unei noi măsurători. În total, trebuie efectuate 3 măsurători.

Volumul de aer care alcătuiește Capacitatea Pulmonară Totală poate fi calculat prin măsurarea directă a volumelor pulmonare la diferite faze ale ciclului respirator și prin măsurarea volumului de aer rămas în plămâni după expirația maximă. Așa cum am arătat, CPT e calculează ca suma dintre Capacitatea Vitală și Volumul Rezidual ori dintre Capacitatea Inspiratorie și Capacitatea Reziduală Funcțională.  Capacitatea Inspiratorie se calculează pe spirogramă, dar Capacitatea Reziduală Funcțională este măsurabilă numai prin pletismografie, spălare cu azot gazos sau metode de diluare cu heliu gazos ori folosind tomografie computerizată (CT).

Pletismografia

Pletismografia este utilizată pentru a măsura schimbările de presiune într-un spațiu cu volum și temperatură constante. Acest test necesită ca pacientul să exercite diverse manevre respiratorii în interiorul unei camere sigilate cu aer, în timp ce respiră printr-un spirometru sau un pneumotahograf. În timpul exercițiilor respiratorii, expansiunea și colapsul peretelui toracic determină modificări ale presiunii în cameră, iar un traductor din cameră măsoară aceste modificări. Aceste modificări ale presiunii la diferite faze ale ciclului respirator sunt apoi analizate pentru a calcula Capacitatea Reziduală Funcțională (CRF), în comparație cu rezultatele spirometriei. Principiul de bază pentru calcularea FRC prin pletismografie are ca bază Legea lui Boyle care afirmă că există o relație inversă între volumul și presiunea unui gaz atunci când temperatura gazului respectiv rămâne constant.  Pletismografia este standardul de aur și cel mai precis test pentru măsurarea volumelor pulmonare. După determinarea CRF, poate fi calculată cu precizie Capacitatea Pulmonară Totală. Totuși, dacă se utilizează pletismografia la pacienți cu boli pulmonare obstructive, CPT ar putea fi supraestimată.

Determinarea Capacității Pulmonare Totale folosind metoda diluției cu Heliu

Metoda Diluției cu Heliu  utilizează un amestec gazos cu He, care este un gaz ce nu se resoarbe la nivelul alveolelor pulmonare.  Acest test începe prin a-i indica pacientului să respire un volum și o concentrație cunoscute de amestec de heliu gazos dintr-o cameră de spirometrie, printr-un tub atașat. În acest timp, concentrația de heliu din camera de spirometrie este egală cu concentrația de heliu din plămâni, iar testul se încheie atunci când o modificare a concentrațiilor de gaz este mai mică de 0,02%.  Capacitatea Reziduală Funcțională se calculează știind că concentrația de heliu gazos la inițierea testului va fi egală cu aceeași concentrație de gaz la sfârșitul testului pe baza legii conservării masei. Odată aflată CRF, se poate determina Capacitatea Pulmonară Totală. Metodele de diluare cu heliu și azot pot genera anumite erori la măsurarea volumelor pulmonare sau Capacitații Pulmonare Totale  la pacienții cu obstrucție a fluxului de aer, dat fiind că aceste teste nu pot măsura volumele din zonele slab ventilate ale plămânului.

Metoda de spălare a azotului

Metoda de spălare a  azotului este, de asemenea, o formă a unei tehnici de diluare a gazului, utilizată pentru a măsura Capacitatea Reziduală Funcțională și pentru a calcula Capacitatea Pulmonară Totală , oferind unui pacient 100% oxigen pentru a elimina azotul gazos din plămâni. Acest test necesită ca pacientul să respire printr-un muștiuc care are supape cu două căi, o supapă care permite pacientului să inspire 100% oxigen și o a doua supapă care permite pacientului să expire într-un pneumotahograf ce măsoară concentrația de azot gazos și volumul de aer expirat. Testul durează aproximativ 7 minute, acesta fiind timpul estimat pentru finalizarea spălării azotului din plămâni; testul se poate  întrerupe și după ce concentrația de azot gazos scade la mai puțin de 1,5%.

Testarea spălării gazului azotat rămâne un test mai simplu și mai ușor pentru pacienții care pot avea dificultăți în efectuarea pletismografiei. La pacienții cu boli pulmonare obstructive, acest test poate genera erori, subestimându-se  care valorile volumului pulmonar și Capacității Pulmonare Totale.

Determinarea Capacității Pulmonare Totale prin imagistica CT

Tomografia computerizată a toracelui este o metodă care necesită utilizarea imaginilor radiologice pentru a calcula volumele pulmonare. Acest test necesită ca pacientul să-și țină respirația la inhalare,  în timp ce este culcat în decubit dorsal, în timpul scanării CT a pieptului. Înregistrările CT pot fi utilizate pentru a calcula Capacitatea Pulmonară Totală.  Utilizarea CT pentru măsurarea volumelor pulmonare la pacienții cu testare funcțională pulmonară normală și boli pulmonare restrictive (cauzate de defecte ale peretelui toracic, defecte pulmonare sau boli pleurale) s-au dovedit a avea valori ale CPT, CRF și VR similare cu cele măsurate prin prin pletismografie și tehnicile de diluare cu heliu sau de spălare a azotului.  cât și cu azot. La pacienții cu boli pulmonare obstructive, pletismografia și CT produc măsurători similare ale volumelor pulmonare, în timp ce tehnicile de diluare a gazelor cu heliu gazos în boala pulmonară obstructivă subestimează volumele pulmonare în comparație cu măsurătorile CT.

Metoda de tomografie computerizată pentru măsurarea volumelor pulmonare nu este utilizată pe scară largă în cadrul clinic, deoarece este costisitoare și expune pacienții la radiații inutile.

Boli în care este afectată capacitatea pulmonară totală

Bolile pulmonare restrictive

Așa cum am menționat deja, Capacitatea Pulmonară Totală scade în sindromul restrictiv (fibroze pulmonare, tuberculoză pulmonară, pleurezii, paralizie de diaphragm, pneumonii, sarcoidoză, etc) , ca urmare a scăderiiCapacității Vitale, respectiv a Volumului Inspirator de Rezervă.

Bolile restrictive scad complianța pulmonară și interferează cu expansiunea plămânilor,  reducând volumele / capacitățile pulmonare statice. Ca urmare, CPT poate să scadă cu minim 5% în cazul unei boli pulmonare restrictive.

Efecte similare cu ale bolilor pulmonare restructive pot fi înregistrate în cazul anumitor defecte ale cutiei toracice sau boli neuromusculare. Pectus excavatum, cifoscolioza, miastenia gravis și scleroza laterală amiotrofică pot determina, de asemenea, scăderea Capacității Vitale și a Capacității Pulmonare Totale.

Și obezitatea poate fi o cauză a scăderii CPT, având caracteristicile uunui model restrictiv al bolii pulmonare la testarea funcției pulmonare.  Reducerea volumelor pulmonare legate de obezitate este mai răspândită în rândul bărbaților în comparație cu femeile, din cauza diferenței de în distribuția centrală și periferică a straturilor adipoase, creșterea țesutului adipos abdominal determinând restricționarea expansiunii diafragmei în timpul inhalării.

Bolile pulmonare obstructive

În sindromul obstructiv (astm bronşic, bronşite cronice, BPOC, emfizem), valorile Capacității Vitale și Capacității Pulmonare Totale cresc, pe seama scăderii Volumului Expirator de Rezervă.  

Boala pulmonară obstructivă  reprezintă un defect ventilator,  cu o reducere inegală a fluxului maxim de aer în plămâni în comparație cu volumul maxim de gaz care poate fi îndepărtat din plămâni. Fiziopatologia care stă la baza bolilor pulmonare obstructive rezultă din modificări ale căilor respiratorii, parenchimului pulmonar și vascularizației pulmonare, rezultând hiperinflația și captarea aerului în plămâni asociată cu scăderea aerului expulzat din plămâni în timpul expirației. Ca urmare a hiperinflației, la testarea volumelor și capacităților pulmonare,  Volumul Rezidual și Capacitatea Pulmonară Totală sunt crescute.

Cum putem îmbunătăți Capacitatea Pulmonară Totală

Cu cât capacitatea pulmonară este mai mare, cu atât mai bine oxigenat va fi organismul tau. Oxigenarea slabă poate duce la apariția unor boli cardiovasculare, dar și respiratorii si favorizează starea de rău, în general.Există o serie de strategii care te ajută să iți măresti capacitatea pulmonară, începând de la renunțarea la fumat și până la practicarea sportului sau a unor exerciții de respirație.”, arată dr. Oana Cuzino pe doc.ro.

Așa cum am văzut, Capacitatea Pulmonară Totală depinde de alte tipuri de capacități (Capacitatea Vitală, Capacitatea Inspiratorie sau Capacitatea Reziduală Funcțională), precum și de volumele inspiratorii și expiratorii. Îmbunătățirea volumelor inspiratorii și expiratorii printr-o respirație corectă sau prin eliminarea blocajelor respiratorii are drept consecință creșterea capacității pulmonare.

Atunci când Volumul Curent de aer crește, toate celelalte volume și capacități se îmbunătățesc. Acest lucru se poate realiza prin mai multe practici:

Exercițiile de respirație, în special respirația abdominală, măresc volumul de aer inspirat, prin implicarea eficientă a diafragmului, care reprezintă principalul mușchi respirator.

Inspirația profundă, care ridică abdomenul, urmată de o expirație lină și prelungă au ca urmare creșterea VC și a capacităților pulmonare, îmbunătățirea ventilației pulmonare, creșterea aportului de oxigen în țesuturi, echivalând cu mai multă energie și o stare generală de bine.

Corectarea posturii corporale și activitatea fizică influențează, de asemenea, respirația, permițând ameliorarea pozițiilor defectuoase, ce pot avea un efect restrictiv asupra procesului respirator. Dezvoltarea musculaturii toracice, prevenirea rahitimsului prin suplimentarea vitaminei D, exercițiile de kinetoterapie ce vizează deformările cutiei toracice, toate acestea au efecte pozitive și asupra respirației. Așa cum am arătat, expansiunea plămânilor depinde de mișcarile toracale, astfel încât o postură corectă și exerciții adecvate au ca efect creșterea volumului de aer inspirat și a capacității pulmonare.  

Renunțarea la fumat este, de asemenea, foarte importantă.

Fumul de tigara produce daune permanente plamanilor tai, reducandu-le capacitatea, dar totodata favorizand si bolile respiratorii ori cancerul. Capacitatea pulmonara se imbunatateste cu cel putin 10% dupa 9 luni de la renuntarea la fumat, potrivit datelor obtinute de cercetatori.”, arată dr. Cuzino.

Calitatea aerului respirat influențează, de asemenea, foarte mult sănătatea plămânilor și capacitatea pulmonară totală, așa că este necesară purificarea aerului și evitarea poluării,  astfel încât volumul de oxigen care pătrunde în plămâni să fie corespunzător bunei funcționări a tuturor funcțiilor organismului.

Surse: