O2: % 84, N2: % 62, % CO2:

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1 Diffusione alveolo-capillare dei gas respiratori

2 La quantità di un gas che diffonde nell unità di tempo (velocità di diffusione) dipende dalla sua pressione parziale (p), che, per la Legge di Dalton è proporzionale alla concentrazione percentuale del gas nella miscela gassosa. p gas = % gas. P miscela P aria atmosferica = 760 mmhg (livello del mare). Composizione: O 2 : 20.84%, N 2 : 78.62%, CO 2 : 0.04% p gas aria atmosferica: po 2 = 159 mmhg pn 2 = 597 mmhg pco 2 = 0.3 mmhg

3 L aria che entra nelle vie aeree viene umidificata. Alla temperatura corporea, la p del vapore acqueo (p H2 O) è 47 mmhg. Con P dell aria = 760 mmhg, la p degli altri gas diminuisce. Aria inspirata p gas = % gas. (P miscela - p H2 O) po 2 = 149 mmhg pn 2 = 563 mmhg pco 2 = 0.3 mmhg 2

4 Aria alveolare: po 2 = 100 mmhg pco 2 = 40 mmhg I valori di po 2 e pco 2 dell aria alveolare sono diversi da quelli dell aria inspirata perchè: Ad ogni atto respiratorio 350 ml di aria inspirata si diluiscono nel volume di aria già presente negli alveoli (CFR, 2300 ml). A livello alveolare O 2 passa continuamente dall alveolo al sangue e CO 2 dal sangue all alveolo.

5 I valori di po 2 e pco 2 dell aria alveolare dipendono dalla ventilazione alveolare Ipoventilazione Iperventilazione P alveolare gas (mmhg) Ventilazione normale 4.2 l/min ventilazione (iperventilazione) po 2 e pco 2 ventilazione (ipoventilazione) po 2 e pco 2 Ventilazione alveolare l/min

6 PO 2 alveolare (mmhg) Il valore di po 2 alveolare dipende dalla ventilazione e dal consumo di O 2 (metabolismo) Ventilazione normale 4.2 l/min po 2 aria inspirata po 2 alveolare normale (100 mmhg) Ventilazione alveolare l/min Consumo O 2 basale 250 ml/min Consumo O 2 in esercizio fisico 1000 ml/min A parità di consumo di O 2, la po 2 alveolare aumenta se aumenta la ventilazione fino al limite rappresentato dalla po 2 dell aria inspirata. A parità di ventilazione, la po 2 alveolare diminuisce se aumenta il consumo di O 2. In queste condizioni è possibile mantenere il valore normale di po 2 solo aumentando la ventilazione (iperventilazione).

7 Il valore di pco 2 alveolare dipende dalla ventilazione e dalla produzione di CO 2 (metabolismo) 150 P alveolare CO 2 (mmhg) Produzione CO 2 basale 200 ml/min Produzione CO 2 in esercizio fisico 800 ml/min pco 2 alveolare normale (40 mmhg) 0 Ventilazione normale 4.2 l/min Ventilazione alveolare l/min A parità di produzione di CO 2 la pco 2 alveolare diminuisce se aumenta la ventilazione. A parità di ventilazione la pco 2 alveolare aumenta se aumenta la produzione di CO 2. In queste condizioni è possibile mantenere il valore normale di pco 2 solo aumentando la ventilazione (iperventilazione).

8 Lo scambio dei gas a livello alveolare avviene per diffusione descritta dalla Legge di Fick Sangue venoso Sangue arterioso Secondo la Legge di Fick: La quantità di gas che diffonde nell unità di tempo (V) = P. A. D P = differenza di p del gas tra alveolo e sangue A = area della superficie di scambio D = coefficiente di diffusione, dipende dalle caratteristiche del gas (solubilità e PM) d = distanza di diffusione (spessore della membrana respiratoria) d

9 Il DP dell O 2 favorisce il suo passaggio dall alveolo al sangue a livello polmonare, e dal sangue ai tessuti a livello dei tessuti Il DP della CO 2 favorisce il suo passaggio dal sangue all alveolo a livello polmonare e dai tessuti al sangue a livello dei tessuti

10 Per arterializzazione del sangue si intendono le modificazioni di po 2 e pco 2 conseguenti agli scambi gassosi polmonari. Il grado di arterializzazione del sangue dipende principalmente dal rapporto tra ventilazione alveolare V A e perfusione polmonare Q. Arteriole Bronchiolo Sangue venoso po 2 = 40 mmhg 2 pco 2 = 46 mmhg po 2 = 100 mmhg pco 2 = 40 mmhg po 2 = 100 mmhg pco 2 = 40 mmhg Sangue arterioso po 2 = 100 mmhg pco 2 = 40 mmhg

11 Il sangue arterializzato a livello polmonare, prima di arrivare all atrio sinistro, si mescola con sangue venoso proveniente dal circolo bronchiale, (parte del circolo sistemico). Questo mescolamento, detto shunt anatomico, modifica i valori di po 2 e pco 2 del sangue arterioso che passa nel circolo sistemico rispetto a quelli alveolari. In condizioni normali, po 2 e pco 2 arteriose (valutate con l emogas analisi) sono rispettivamente: po 2 = 97 mmhg pco 2 = 40.6 mmhg

12 Ventilazione alveolare normale: 4.2 l/min Perfusione normale: 5 l/min PO 2 40 mmhg PCO 2 46 mmhg PO mmhg PCO 2 40 mmhg Rapporto V A /Q = normale (0.84) I valori di po 2 e pco 2 alveolari sono normali PO mmhg PCO 2 40 mmhg Se nel polmone il rapporto V A /Q è normale (~0.84) l arterializzazione del sangue è normale.

13 Occlusione della via aerea Ventilazione = 0 Perfusione normale PO 2 40 mmhg PCO 2 46 mmhg PO 2 40 mmhg PCO 2 46 mmhg Rapporto V A /Q = 0 I valori di po 2 e pco 2 alveolari sono uguali a quelli del sangue venoso, l arterializzazione del sangue non avviene PO 2 40 mmhg PCO 2 46 mmhg Se nel polmone si creano condizione di rapporto V A /Q = 0, si parla di zone di shunt alveolare. Il sangue proveniente da queste zone è sangue venoso che si somma al sangue venoso proveniente dal circolo bronchiale (shunt anatomico). Shunt alveolare + Shunt anatomico = Shunt fisiologico.

14 Ventilazione normale Perfusione = 0 PO mmhg PCO 2 0 mmhg Rapporto V A /Q = I valori di po 2 e pco 2 alveolari sono uguali a quelli dell aria inspirata Occlusione del vaso Se nel polmone si creano condizione di rapporto V A /Q =, si parla di zone di spazio morto alveolare, perché questi alveoli non partecipano agli scambi. Queste zone si sommano allo spazio morto anatomico delle vie aeree di conduzione. Spazio morto alveolare + Spazio morto anatomico = Spazio morto fisiologico.

15 Il grado di arterializzazione del sangue dipende da. capacità di diffusione dei gas a livello alveolare rapporto ventilazione alveolare (V A )-perfusione polmonare (Q). Rapporto V/Q = 0 Rapporto V/Q = normale V A /Q = 0 shunt alveolare Rapporto V/Q = V A /Q = spazio morto alveolare Shunt alveolare + Shunt anatomico = Shunt fisiologico Spazio morto alveolare + Spazio morto anatomico = Spazio morto fisiologico

16 Cause di squilibri V/Q Ventilazione ridotta in seguito a: Aumento della Resistenza delle vie aeree: Patologie ostruttive: asma, bronchiti, compressione per neoplasie Riduzione della Compliance polmonare: Patologie restrittive: fibrosi, riduzione del surfattante, edema polmonare, atelettasia diffusa, compressione per neoplasie Perfusione ridotta in seguito a: Embolia, trombosi, compressione dei vasi polmonari (tumori, essudati, edema, idrotorace)

17 Compensi in caso di squilibri del rapporto V/Q Nel caso di rapporto V/Q maggiore del normale, la ventilazione è inutilizzata la diminuzione di pco 2 nell aria alveolare determina broncocostrizione che permette: Deviazione della ventilazione verso unità con rapporti V/Q normali Nel caso di rapporto V/Q minore del normale, la perfusione è inutilizzata la minore po 2 nell aria alveolare innesca una vasocostrizione che permette: Deviazione flusso ematico verso unità con rapporti V/Q normali