Fisiologia della Respirazione 9.Scambi gassosi-ventilazione 1. Carlo Capelli Fisiologia Facoltà di Scienze Motorie- Università di Verona

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1 Fisiologia della Respirazione 9.Scambi gassosi-ventilazione 1 Carlo Capelli Fisiologia Facoltà di Scienze Motorie- Università di Verona

2 Obiettivi Studio delle relazioni quantitative tra ventilazione, flusso di sangue nei polmoni,composizione dell aria ambiente, V O 2, V CO 2 e composizione dell aria alveolare e loro influenza sugli scambi respiratori La cascata dell O 2 Calcolo di V O 2 e V CO 2, RR La ventilazione alveolare determina la composizione dell aria alveolare Equazione dell aria alveolare e curve iso-r dell aria alveolare Curve iso-r del sangue Concetto di rapporto V A/ Q Curva di distribuzione del rapporto V A/Q

3 La cascata dell O 2 La P a O 2 deve rimanere entro determinati limiti Cause di ipossiemia Ipoventilazione alveolare (disturbi del centro ventilatorio, aumento dello spazio morto, etc.etc) causa la diminuzione della P A O 2 e della P a O 2 Ipodiffusione Shunt veno-arterioso Maldistribuzione del rapporto V /Q Il trasporto dell O 2

4 V O 2 e V CO 2 VO 2 = V I F I O 2 - V E F E O 2 VCO 2 = V E F E CO 2 - V I F I CO 2 = V E F E CO 2-0 VN 2 = V I F I N 2 - V E F E N 2 = 0 V I F I N 2 = V E F E N 2 V I = V E F E N 2 F I N 2 VO 2 = V E F E N 2 F I N 2 F I O 2 - V E F E O 2 VO 2 = V E F E N 2 F I O 2 - F E O 2 F I N 2

5 Rapporto di scambio respiratorio (RR) R = R = R = VCO 2 VO 2 F E CO 2 F I O 2 F E N 2 F i N 2 - F E O 2 F A CO 2 F I O 2 F A N 2 F i N 2 - F A O 2 A: componente alveolare; si misura determinando la frazione del gas al termine di una espirazione forzata (Haldane-Priestley). Si può anche indicare con il pedice ET (end tidal) o E o ac

6 V A e composizione dell aria alveolare F A CO 2 /P A CO 2 sono inversamente proporzionali a V A F A O 2 /P A O 2 tendono a F I O 2 / P I O 2 per V A che tende all infinito Le relazioni tra F A CO 2, F A O 2 e V A possono essere descritte in termini quantitativi tenendo in debito conto il metabolismo (V O 2, V CO 2 )

7 Ventilazione alveolare equazione dell aria alveolare per la PCO 2 Produzione di CO 2 divisa per la frazione molare (in volume) di CO 2 dell aria alveolare V A STPD = VCO 2 STPD F A CO 2 V A STPD = VCO 2 STPD P A CO 2 (P B - 47)

8 Ventilazione alveolare equazione dell aria alveolare per la PCO 2 V STPD A P CO A 2 (P B - 47) = VCO STPD 2 VCO 2 STPD = V A BTPS P A CO 2 (P B - 47) P B 760 (P B - 47) P B P A CO 2 = VCO 2 STPD V A BTPS (mm HG litri/ml) V A BTPS = ml/min 40 mm Hg = 4315 ml/min

9 Analisi quantitativa Le Curve Iso-R PACO2 (mmhg) R=1 P A O 2 = P I O 2 - P A CO 2 / R P A CO 2 = P I O 2 - P A O 2 PACO 2 ΔY ΔX K PAO P PAO2 (mmhg) PACO 2 R = ( PAO 2 PIO 2) 2 IO 2 ΔY R = ( ΔX K)

10 V A e P A CO 2 -P A O 2 Eq.e aria alveolare per la CO2 PACO2 (mmhg) P A CO 2 = k V CO 2 /V A V'ACO2 = 250ml/min V'A (ml/min)

11 V A e P A CO 2 -P A O 2 Eq.e aria alveolare per l' O2 PAO2 (mmhg) P I O 2 = 150 mmhg PAO 2 = PIO 2 - k V O 2 /V A V'A (ml/min) V'ACO2 = 250ml/min

12 V A e P A CO 2 -P A O PACO2 (mmhg) VA PAO2 (mmhg)

13 Equazione dell aria alveolare Le relazioni tra V A, F A CO 2 (P A CO 2 ) e F A O 2 (P A O 2 ) possono essere descritte in modo quantitativo Ciò significa: i) descrivere la cosiddetta equazione dell aria alveolare; ii) quindi, descrivere sul diagramma P A CO 2 - P A O 2 le relazioni tra le pressioni parziali dei due gas in funzione di V A Poniamo: V A : volume di aria umida che entra negli alveoli ad ogni inspirazione V A CO 2 : ml di CO 2 (saturo di vapor d acqua) aggiunto a V A nei polmoni V A O 2 : ml di O 2 (saturo di vapor d acqua) sottratto a V A nei polmoni F A : frazione molare dei gas negli alveoli F I : frazione molare dei gas inspirati (F I O 2 = ; F I CO 2 = ) R: V A CO 2 / V A O 2 quoziente respiratorio (respiratory ratio)

14 Equazione dell aria alveolare Per la CO 2 VCO P A CO 2 = STPD 2 BTPS V A Per l O 2 V A O 2 = F I O 2 V A - F A O 2 (V A + V A CO 2 - V A O 2 ) Se R = V A CO 2 / V A O 2 = 1 allora V A CO 2 = V A O 2

15 Equazione dell aria alveolare Ne consegue che V A O 2 = V A (F I O 2 - F A O 2 ) R = V A F A CO 2 / V A (F I O 2 - F A O 2 ) = F A CO 2 / (F I O 2 - F A O 2 )= [(P A CO 2 / (P B - 47)] / [(P I O 2 - P A O 2 ) / (P B - 47)] (P I O 2 - P A O 2 ) = P A CO 2 / R P A O 2 = P I O 2 - P A CO 2 / R (Equazione dell aria alveolare dell O 2 ) Se R = 1 (o F I O 2 = 1) P A CO 2 = P I O 2 - P A O 2

16 Rette iso-r dell aria PACO2 (mmhg) PAO2 (mmhg) 1 2

17 Equazione dell aria alveolare in aria; R 1 Se si respira aria, la relazione tra P A CO 2 e P A O 2 è più complessa P O = - F O F O A 2 I 2 R I 2 PACO 2 + PO I 2 Per qualsiasi valore costante di R, di F I O 2 (di P I O 2 ) esiste una relazione lineare tra P A O 2 e P A CO 2 e la cui pendenza dipende da R (valore costante del primo termine a destra dell uguale), mentre l intercetta a PACO 2 = 0 è rappresentata dal valore di P I O 2

18 V A e P A CO 2 -P A O 2 e Metabolismo

19 V A e PACO2-PAO2

20 Gli scambi gassosi al lato capillare- Equazioni iso-r del sangue V O2 = Q A a C A ao2 - Q a A C vo2 = Q a A ( ) A C ao2 - C vo2 V CO2 = Q A A a C vco2 - Q a A C aco2 = Q a A ( ) A C vco2 - C aco2 A R = C vco 2 - C aco2 A C ao2 - C vo2 A C aco2 = -R C A ao2 + C vco2 + C vo2 R

21 Costruzione delle linee iso-r CaCO2 (ml/l) R = ( C ( C vco vo 2 2 C C aco ao 2 2) ) CaO2 (ml/l)

22 Costruzione delle linee iso-r CaCO2 (ml/l) R=1 ΔY Cv ΔX R = ( C ( C vco vo 2 2 C C aco ao ΔY R = Δ X 2 2) ) CaO2 (ml/l)

23 Linee iso-r CaCO2 (ml/l) Q CaO2 (ml/l)

24 Linee iso-r in termini di pressioni parziali PaCO2 (mmhg) Q PaO2 (mmhg)

25 Costruzione della curva di distribuzione Pressioni parziali dei gas al termine dei capillari e negli alveoli 1. Nel corso del tragitto lungo il capillare, le pressioni parziali di O 2 e CO 2 del sangue si equilibrano con quelle alveolari 2. Le pressioni parziali dei gas al termine del capillare polmonare sono quindi in equilibrio con quelle degli alveoli corrispondenti in tutti i distretti polmonari 3. L R per il sangue deve essere uguale a quella dell aria alveolare

26 Soluzione simultanea delle equazioni per le iso-r di aria e sangue PaCO2 (mmhg) PaO2 (mmhg)

27 Soluzione simultanea delle equazioni per le iso-r di aria e sangue PaCO2 (mmhg) Q V A PaO2 (mmhg) 0

28 Pressioni parziali, R e VA/Q Ogni punto della curva di distribuzione, oltre a dipendere ad un determinato R, corrisponde anche ad un determinato valore del rapporto tra V A e Q P ACO2 = 863 Q V ( C c'co 2 - C ) vco2 P AO2 = P IO2-863 Q V ( C ao 2 - C ) ( vo2 1 - F IO2 R) ( ) V Q = 863 R C ao 2 - C vo2 P ACO2

29 Bibliografia Fisiologia dell Uomo, autori vari, Edi.Ermes, Milano Capitolo 12: Il polmone (Capitolo 12.7) Fisiologia Medica, a cura di Conti F, seconda edizione, Edi.Ermes, Milano Capitolo 51: Scambi gassosi Capitolo 52: Rapporto ventilazione-perfusione West JB, Fisiologia della Respirazione, IV edizione italiana, PICCIN, Padova Dispensa Scambi gassosi