COMPOSIZIONE DELL ARIA ATMOSFERICA SECCA E PRESSIONI PARZIALI DEI GAS - (760 TORR, 15 C)

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1 COMPOSIZIONE DELL ARIA ATMOSFERICA SECCA E PRESSIONI PARZIALI DEI GAS - (760 TORR, 15 C)

2 COMPOSIZIONE ARIA NELL ATMOSFERA = COSTANTE A PARTE LE VARIAZIONI DELLA QUANTITA DI VAPORE ACQUEO A 0 C 1 torr = 760 mm Hg 1 N m -2 = 1 Pa (SI) 1 mm Hg = 133,3 Pa h (composizione costante) P atm p(..) h = 5000 m, po 2 = 88 mm Hg h = 0 m, po 2 = 159 mm Hg NELL ARIA ATMOSFERICA È CONTENUTA UNA QUANTITÀ VARIABILE DI VAPORE ACQUEO QUANDO L ARIA È SATURA DI VAPORE ACQUEO SI DICE CHE L UMIDITÀ RELATIVA È IL 100% ES. UMIDITÀ RELATIVA = 70 SIGNIFICA CHE L ARIA, A QUELLA T, CONTIENE I 7/10 DELLA QUANTITÀ NECESSARIA PER ARRIVARE ALLA SATURAZIONE

3 VAPORE ACQUEO E PRESSIONI PARZIALI pressione parziale di un gas atmosferico = P atm % del gas nell atmosfera pressione parziale dell ossigeno (P O2 ) = 760 mm Hg 20,9% = 159 mm Hg = 101,325 kpa 20,9% = 21,18 kpa

4 NEI LIQUIDI: SOLUBILITÀ CO 2 > O 2 IN H 2 O p(..) T quantità di gas disciolto in un volume fissato salinità Aria H 2 O H 2 O mare (salinità 35 ) T [ C] [O 2 ] [ml L -1 ] ,2

5 ANIDRIDE CARBONICA 2 1 pco CO (aria) CO (disciolta) CO (disciolta) + H O H CO H CO H + HCO k HCO H + CO k ph 7 ph 8 0,49 ml CO 2 /L H 2 O 45 ml CO 2 /L H 2 O marina

6 protozoi esterno interno esterno int esterno interno po 2 O 2 CO 2 pco 2 respirazione statica cutanea branchiale polmonare Respirazione branchiale spessore pareti di scambio 1-4 µm polmonare cutanea 0,2% nell uomo

7 Respirazione cutanea Respirazione polmonare [O 2 ] [CO 2 ] [CO 2 ]/ [O 2 ] [O 2 ] [CO 2 ] [CO 2 ]/ [O 2 ] [ml kg -1 h -1 ] [ml kg -1 h -1 ] [ml kg -1 h -1 ] [ml kg -1 h -1 ] Rana esculenta , ,32 Rana fusca , ,43 Rana esculenta

8 SCHEMA GENERALE DEGLI SCAMBI GASSOSI diffusione diffusione

9 Fisiologia della respirazione a) respirazione polmonare b) funzione respiratoria del sangue c) respirazione cellulare (chimica biologica) a) + b) coordinamento movimenti respiratori e circolazione

10 POLMONI DI VENTILAZIONE (vertebrati) variazione volume polmonare trasporto meccanico dei gas (inspirazione espirazione) uomo: 10,9 cm 2 di superficie polmonare/g peso forme superiori: 75% superficie alveolare ricoperta da capillari efficienza polmonare = superficie di scambio [cm volume di sangue [ml] 2 ] anfibi inferiori: < 1 rana: 8 uomo: 150 (volume: 5 L, superficie: 75 m 2 ) Distanza fra superficie di scambio e vasi: Proteus: 4 µm rettili: 1 µm mammiferi: 0,2 µm J = D c x

11 VIE RESPIRATORIE

12 VIE AEREE INFERIORI

13 L ATTO RESPIRATORIO (inspirazione - espirazione) inspirazione espirazione contrazione muscoli inspiratori volume toracico (pressione intrapleurica: -2,5-6 mm Hg) espansione polmonare (l aria entra) retrazione elastica dei polmoni l aria esce persistenza contrazione muscoli inspiratori rallentamento fase espiratoria 75% volume intratoracico dovuto al movimento del diaframma

14 I MUSCOLI RESPIRATORI E LA LORO AZIONE

15 PARETE TORACICA, SACCO PLEURICO, POLMONI

16 MODIFICAZIONI DI: PRESSIONE PLEURICA, PRESSIONE ALVEOLARE E VOLUME RESPIRATORIO (respirazione tranquilla)

17 LEGGE DI BOYLE P 1 V 1 = P 2 V 2 T, n costanti numero collisioni

18 GRADIENTI PRESSORI TRANSMURALI

19 PRESSIONE NELLA CAVITÀ PLEURICA

20 MODELLO FISIOLOGICO (volume polmonare e pressioni)

21 TENSIONE SUPERFICIALE E STABILITÀ DEGLI ALVEOLI

22 SPIROMETRO boccaglio campana aria acqua tracciato

23 SPIROMETRIA (misura i volumi e le capacità polmonari)

24 VOLUMI POLMONARI 5800 volume di riserva inspiratoria 3000 ml capacità inspiratoria capacità vitale 4600 ml volume corrente 500 ml Volume [ml] capacità funzionale residua volume residuo 1200 ml volume di riserva espiratoria 1100 ml capacità polmonare totale

25 VOLUMI POLMONARI [ml] [ml] volume corrente o di ventilazione V c ~500 volume inspiratorio di riserva V ir 3000 capacità respiratoria C R = V c + V ir 3500 volume espiratorio di riserva V er 1100 capacità vitale C V = C R + V er volume residuo V r 1600 capacità polmonare totale C PT = C V + V r 6200

26 METODO DELLA DILUIZIONE DELL ELIO (volume residuo, capacità funzionale residua)

27 MODIFICAZIONI DELL ARIA RESPIRATA A riposo: atti respiratori min -1 Aria atmosferica 500 ml (12-16) atti min -1 = 6-8 L min -1 t ambiente CO 2 0,03% O 2 20,95% A livello faringeo saturazione H 2 O t 34 C Aria espirata t 35,5 C 90% satura di H 2 O CO 2 3-4,5% O ,5%

28 STRUTTURA DELLA MEMBRANA RESPIRATORIA

29 DIFFUSIONE DEI GAS RESPIRATORI. BARRIERA ALVEOLO-CAPILLARE La barriera alveolo-capillare, che separa la fase gassosa dal sangue, è di spessore 0,5 1 µm. interstizio Le resistenze alla diffusione dei gas respiratori sono dovute a: - epitelio alveolare, - interstizio, - endotelio capillare, - plasma sanguigno, - membrana dell eritrocita, - ambiente interno dell eritrocita. Un singolo globulo rosso, durante il passaggio in un capillare polmonare, resta in contatto di diffusione per un tempo di circa 0,3 s.

30 SCAMBIO DEI GAS RESPIRATORI f(lunghezza dei capillari)

31 GAS RESPIRATORI PRESSIONI PARZIALI NEI VARI COMPARTIMENTI

32 SHUNT FISIOLOGICO Arterie polmonari Rami aorta toracica Parenchima polmonare Vene polmonari Cuore 2% del sangue nelle arterie è ancora venoso Circolo bronchiale

33 TRASPORTO DEI GAS NEL SANGUE Fenomeni fondamentali convezione 1 3 vie aeree sangue (disciolti o chim. legati) diffusione 2 4 alveoli sangue sangue tessuti

34 TRASPORTO DELL OSSIGENO O 2 fisicamente disciolto: 0,3 ml/100 ml di plasma O 2 totale: 20 ml/100 ml di sangue O 2 è, per la maggior parte, chimicamente legato Hb + O HbO k all'equilibrio: k 2 k [Hb] [O ] = k [HbO ] [HbO ] = k α [Hb] po k se T = cost, α = f(liquido, gas) [HbO ] = f(po ) 2 2 Legge di Henry: po 2 [O 2] = α 760 α = coefficiente di solubilità

35 EMOGLOBINA lega 4 O 2 Proteina coniugata oligomerica (PM 64500) 4 unità polipeptidiche (protomeri) 1 unità: una proteina + 1 eme 1 eme: Fe(II) + 1 protoporfirina

36 REAZIONI DELL EMOGLOBINA Reazione di ossigenazione: Hb + O 2 HbO 2 Reazione di deossigenazione: HbO 2 Hb + O 2 Reazione di ossidazione: Fe(II) Fe(III) Con ferricianuro metaemoglobina (reazione non reversibile O 2 Affinità per Hb: CO > O 2

37 CURVA DI DISSOCIAZIONE DELL OSSIEMOGLOBINA

38 CURVA DI DISSOCIAZIONE DELL OSSIEMOGLOBINA

39 2,3-difosfoglicerato metabolita prodotto dai GR

40 emoglobina fetale (catene: 2α + 2γ) gradualmente emoglobina adulta (catene: 2α + 2β) facilita il trasporto di O 2 attraverso la placenta

41 TRASPORTO DELL ANIDRIDE CARBONICA sangue venoso arterioso (venoso arterioso) CO 2 [mm L -1 ] 23,2 21,5 1,7 CO 2 presente > CO 2 disciolta

42 FORME DI TRASPORTO DELLA CO 2 AC + + H2O H 2CO3 H + 3 CO2 HCO Reazione con le proteine: formazione di composti carboaminici R NH2 + CO2 R NH COO + H +

43 TRASPORTO DELLA CO2

44 FORME DI TRASPORTO DELLA CO 2 (tessuti polmoni)

45

46 SCAMBI GASSOSI A LIVELLO POLMONARE

47 LOCALIZZAZIONE DEI CORPI CAROTIDEI E AORTICI

48 VOLUME DELLO SPAZIO MORTO ANATOMICO (VM) frequenza respiratoria volume corrente (VT) = ventilazione polmonare totale frequenza respiratoria (VT VM) = ventilazione alveolare

49 VENTILAZIONE ALVEOLARE E PRESSIONI PARZIALI

50 NUCLEI RESPIRATORI DEL TRONCO ENCEFALICO (genesi e regolazione del ritmo)

51 RAPPORTI FUNZIONALI FRA I PRINCIPALI NUCLEI RESPIRATORI DEL TRONCO ENCEFALICO

52 ATTIVITÀ DEI NERVI RESPIRATORI DURANTE IL CICLO

53 FASI DEL CICLO RESPIRATORIO (attività neuronale in rapporto all attività del nervo frenico)

54 TRASPORTO O 2 sangue cellule O 2 offerto = O 2 a disposizione di un tessuto nell unità di tempo O 2 rifiutato = O 2 che lascia i capillari per le vene nell unità di tempo O 2 utilizzato = O 2 offerto - O 2 rifiutato (C Cv O2 a ) = differenza di concentrazione (O2) atero venosa O 2 utilizzato = flusso sanguigno (Ca Cv ) O 2 utilizzazione O 2 [%] utilizzazione O 2 = O2 utilizzato O offerto 2 = (C a (C C a ) v O 2 ) O 2 reni muscolo a riposo muscolo che lavora cuore pulsante globalmente (a riposo) 25