Fisiologia della Respirazione 1.Introduzione-Leggi dei Gas. FGE aa
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1 Fisiologia della Respirazione 1.Introduzione-Leggi dei Gas FGE aa
2 Obiettivi Trasporto ventilatorio convettivo dei gas integrato con trasporto convettivo circolatorio e respirazione cellulare Cenni di anatomia funzionale Nozioni di fisica-chimica dei gas Equazione di stato dei gas Legge di Avogadro Legge di Dalton Legge di Henry Prima legge di Fick Vapore d acqua (frazioni di gas secche e umide) Correzione dei volumi respiratori (ATPS, STPD, BTPS) Composizione dell aria ambiente
3 Introduzione Convezione Fisiologia della Respirazione: Studia come si attua e viene regolato lo scambio di gas (O 2, CO 2 ) tra ambiente esterno e ambiente cellulare per sostenere il metabolismo energetico Diffusione 1. Ventilazione e meccanica polmonare 2. Scambi gassosi - Diffusione alveolo - capillare - Trasporto dei gas nel sangue - Rapporto ventilazione-perfusione polmonari 3. Controllo della ventilazione 4. Controllo fisiologico del ph
4 Vie aeree e flusso Struttura e funzione
5 Velocità e CSA Nelle vie aeree della zona alveolare o respiratoria si ha solo diffusione Nella zona di transizione si depositano le particelle di pullutants In questa zona, di piccole vie aeree, inizia a svilupparsi la bronchite
6 Interfaccia gas-sangue 300 milioni di alveoli Superficie di scambio = m 2 Ogni alveolo ha un diametro pari a 1/3 mm Spessore della membrana alveolocapillare inferiore a m 0.15 La membrana è polarizzata Nell interstizio troviamo fibroblasti e collagene IV
7 Nozioni di Fisica dei Gas-Equazione di Stato e legge di Avogadro Equazione di stato dei gas PV = NRT PV/T = NR P 1 V 1 /T 1 = P 2 V 2 /T 2 V 2 = V 1 P 1 /P 2 T 2 /T 1 Legge di Avogadro 1 mole di gas perfetto a 0 C (273 K) e ad 1 atm (760 mmhg) occupa l ( molecole) R = 22.4/273 = l atm per grado K e per mole
8 Nozioni di Fisica dei Gas Legge di Dalton Legge di Dalton La pressione di una miscela di gas è uguale alla somma delle pressioni parziali dei gas componenti. La pressione parziale è quella pressione che eserciterebbe ciascun componente se occupasse da solo il volume occupato dalla miscela
9 Nozioni di Fisica dei Gas Legge di Dalton Legge di Dalton Dato che i vapori non seguono le leggi dei gas e che la concentrazione di vapor d acqua varia facilmente, la frazione di un gas (Fx) in una miscela è sempre espressa rispetto al gas secco Fx = Px P tot - P H2 O = Vx V tot - V H2 O
10 t ( C) Tensione di vapore d acqua I vapori non seguono le leggi dei gas La pressione di vapor d acqueo (PH 2 O) dipende dalla temperatura P (mmhg) C (g/m 3 ) t ( C) P (mmhg) C (g/m 3 )
11 Esempi A A Verona: Gas secco: PO 2 = F I O 2 x P B o PO 2 =.2093 x 760 = 159 mmhg
12 Esempi A A La Paz (3650 m slm): Gas secco: PO 2 = F I O 2 x P B o PO 2 =.2093 x 495 = 104 mmhg
13 Esempi B A Verona: Gas Umido: PO 2 = F I O 2 x (P B - P H 2O) o PO 2 =.2093 x (760-47) = 149 mmhg
14 Esempi B A La Paz: Gas Umido: PO 2 = F I O 2 x (P B - P H 2O) o PO 2 =.2093 x (495-47) = 94 mmhg
15 Correzione dei Volumi di Gas 1. STPD Le quantità di gas vengono espresse in moli o in volumi in condizioni standard (gas secco a 0 C e 760 mmhg). Occorre quindi correggere V da ATPS (Ambient Temperature and Pressure, Saturated) a STPD (Standard Temperature and Pressure, Dry).
16 Correzione dei volumi-esempio 1 litro di gas misurato in condizioni ATPS: 25 C 750 mmhg UR 80% (P ih = UR/100 * P 2O SatH (UR: Umidità relativa in %)) 2O 750 mmhg 25 c 80 % UR (P ih 2O = 19 mmhg) secco 750 mmhg compresso 760 mmhg 25 c 25 c 0 % UR 0 % UR raffreddato 760 mmhg 0 c 0 % UR STPD 1000 cc * cc * cc * cc
17 Correzione dei volumi di gas 1. BTPS Volume occupato dai gas in condizioni fisiologiche: BTPS (37 C, pressione ambiente, saturo di vapor d acqua,body Temperature and Pressure, Saturated).
18 Nozioni di fisica dei gas-legge di Henry Legge di Henry Il volume di gas (V) che di scioglie in un volume di liquido (Q) è direttamente proporzionale alla pressione parziale (P) del gas secondo il suo coefficiente di solubilità ( ) in quel liquido Non vale per il gas che reagiscono con l acqua V = Q P : volume di gas sciolto in un volume di liquidi quando la pressione del gas è 760 mmhg aumenta con il diminuire della temperatura
19 Solubilità dei gas di interesse respiratorio (ml di gas STPD/ml H 2 O a 760 mm Hg) Gas 20 C 37 C N O CO He Ar Xe CO N 2 O SO
20 Nozioni di fisica dei gas-legge di Fick Legge di Fick La diffusione avviene nelle tre direzioni dello spazio. Considerando una sola direzione, la versione semplificata della legge di Fick ci indica che la massa di sostanze che passa in un intervallo di tempo infinitesimale (dm/dt) attraverso una sezione (A) perpendicolare al flusso è dm dt = -DA dc dl D: coefficiente di diffusione dc/dl: gradiente di concentrazione
21 Legge di Fick applicata ai gas D dei gas è inversamente proporzionale alla radice quadrata del peso molecolare (Legge di Graham) ed aumenta con il diminuire della pressione ambiente Quando la diffusione di un gas avviene in una fase liquida, dm/dt dipende dal gradiente di pressione parziale* dm dt = -DA dp dl * l attività chimica dipende dalla pressione parziale
22 Composizione dell Aria Ambiente La Pressione barometrica diminuisce in maniera mono- esponenziale con l altitudine slm km mmhg g/l C
23 Composizione dell Aria Ambiente F I O 2 = (20.95 %) F I CO 2 = (0.03 %) F I N 2 = (78.08 %) F I Ar = (0.94 %) Poiché la composizione dell aria rimane costante, la pressione parziale di un gas nell aria ambiente diminuisce con i aumentare dell altitudine con lo stesso andamento della pressione ambiente
24 Bibliografia Fisiologia dell Uomo, autori vari, Edi.Ermes, Milano Capitolo 12: Il Polmone (Capitoli 12.1, 12.2, , ) Fisiologia Medica, a cura di Conti F, seconda edizione, Edi.Ermes, Milano Capitolo 49: Organizzazione generale del sistema respiratorio West JB, Fisiologia della Respirazione, IV edizione italiana, PICCIN, Padova
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