Apparato Respiratorio

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1 Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Fisiologia e Biofisica A.A Apparato Respiratorio Prof. Clara Iannuzzi Dipartimento di Biochimica, Biofisica e Patologia Generale [email protected]

2 Ruolo del Sistema Respiratorio: - fornire O 2 - rimuovere CO 2

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4 1 VENTILAZIONE POLMONARE INSPIRAZIONE ESPIRAZIONE 2 RESPIRAZIONE ESTERNA SCAMBIO DIFFUSIVO DI O 2 E CO 2 TRA CAVITA POLMONARI E SANGUE 3 TRASPORTO DI O 2 E CO 2 AI TESSUTI RESPIRAZIONE INTERNA 4 SCAMBIO DIFFUSIVO DI O 2 E CO 2 TRA SANGUE E TESSUTI

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7 FUNZIONI DELLA ZONA DI CONDUZIONE UMIDIFICAZIONE ZONA DI CONDUZIONE RISCALDAMENTO DEPURAZIONE

8 La depurazione avviene ad opera dell epitelio cigliato della trachea

9 La superficie aumenta con l aumentare della ramificazione.

10 ZONA RESPIRATORIA: SCAMBIO DIFFUSIVO DI O 2 E CO 2 TRA CAVITA POLMONARI E SANGUE

11 Cellule di tipo I: struttura della parete Cellule di tipo II: rivolte verso l interno, secernono la sostanza tensioattiva

12 Membrana respiratoria: spessore importante per diffusione libera di O 2 e CO 2.

13 Lo spazio intrapleurico ha un volume molto piccolo ed una funzione molto importante.

14 Processo attivo: richiede il coinvolgimento dei muscoli inspiratori. Processo passivo nella respirazione tranquilla. Avviene attivamente nella respirazione forzata tramite gli intercostali esterni e gli addominali.

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17 PV=nRT P=nRT/V P e V sono inversamente proporzionali. Se il volume si dimezza la pressione raddoppia.

18 Forze che intervengono nella ventilazione polmonare La ventilazione è ottenuta grazie alla presenza di gradienti di pressione tra gli alveoli e l aria esterna (atmosferica). Il movimento dell aria dipende dal gradiente di pressione tra le zone ad alta pressione a quelle di bassa pressione.

19 Forze che intervengono nella ventilazione polmonare A riposo: la parete toracica è compressa e tende ad espandersi, i polmoni a contrarsi. Queste forze tendono ad allontanare i foglietti pleurici, ma ciò non accade in quanto la tensione superficiale del liquido intrapleurico ne impedisce il distacco.

20 In assenza di pressione intrapleurica negativa, i polmoni collassano.

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23 Forze che intervengono nella ventilazione polmonare a) il movimento dell aria dipende dalla differenza di pressione; b) l aria si sposta da zone a pressione maggiore verso zone a pressione minore; a) l inspirazione si ha quando la pressione atmosferica è maggiore di quella alveolare; d) nell espirazione si verifica il contrario p atm <p alv

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25 Essa dipende da: - Elasticità dei polmoni; - Tensione superficiale* del liquido alveolare. *La tensione superficiale di un liquido è una misura del lavoro necessario per aumentare la sua superficie Il tensioattivo polmonare (surfactant) riduce la tensione superficiale e determina un aumento della complianza

26 SP-A SP-B SP-C SP-D

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28 In assenza di tensioattivo, se due alveoli di dimensioni differenti hanno la stessa pressione, l alveolo più piccolo collassa per equilibrarsi con il valore di pressione dell altro alveolo. Il tensioattivo è più concentrato negli alveoli piccoli e questo fa si che essi abbiano una tensione superficiale minore di quelli grandi impedendone il collasso.

29 Resistenza vie respiratorie

30 Resistenza delle vie respiratorie S.N.A. Simpatico Vago Raggio Istamina CO 2

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32 La spirometria consente di misurare la capacità del sistema respiratorio.

33 La composizione dell aria negli alveoli è costante.

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37 L ossigeno diffonde attraverso le cellule alveolari ed endoteliali per entrare e solubilizzarsi nel plasma.

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39 Trasporto di O 2 nel sangue deossigenato = 750 ml/min Trasporto di CO 2 nel sangue deossigenato = 2700 ml/min Velocità di diffusione dell O 2 dagli alveoli al sangue deossigenato = 250 ml/min Velocità di diffusione della CO 2 dal sangue deossigenato agli alveoli = 200 ml/min Trasporto di O 2 nel sangue ossigenato = 1000 ml/min Trasporto di CO 2 nel sangue ossigenato= 2500mL/min

40 1 DIFFUSIONE Lo scambio di O 2 e CO 2 tra polmoni e sangue o tra sangue e cellule segue le regole della diffusione semplice attraverso membrane, descritte dalla legge di Fick: J = PΔC La velocità di diffusione v è data da: v = J x S, dove S è la superficie attraverso cui avviene lo scambio. Pertanto, la velocità di diffusione è direttamente proporzionale alla superficie ed al ΔC, inversamente proporzionale allo spessore della membrana. 2 SOLUBILIZZAZIONE Legge di Henry

41 Se raddoppia la pressione parziale del gas, raddoppia la sua solubilità.

42 Pressione parziale di un gas I gas sono miscibili tra loro in tutte le proporzioni formando dei miscugli omogenei. Se due o più gas vengono mescolati in un recipiente, ogni componente si comporta come se fosse l unico presente nel recipiente esercitando una pressione detta parziale (Legge di Dalton). La pressione parziale di un gas in una miscela è pertanto la pressione che esso eserciterebbe qualora fosse presente da solo nel recipiente che lo contiene.

43 K: costante legge di Henry ad una specifica T All equilibrio le po 2 sono uguali nelle due fasi

44 CO 2 più solubile in acqua rispetto all O 2.

45 Il valore di k per un certo gas dipende dalla temperatura, natura del gas e del solvente. A temperatura costante, l equazione di Henry diventa La concentrazione di ossigeno in acqua è 0.44g / 100 ml soluzione quando la pressione parziale è 150 mm Hg. Se la pressione è ridotta a 56 mm Hg, quale sarà la solubilità del gas? P 1 = 150 mm Hg C 1 = 0.44 g O 2 /100 ml solution P 2 = 56 mm Hg C 2 =? C 2 = 0.15 g O 2 /100 ml solution

46 C è una relazione diretta tra pressione parziale di un gas nel plasma e la concentrazione di quel gas nel plasma (all aumentare della P aumenta anche la concentrazione.) A ciascuna pressione parziale, nel plasma si discioglie più CO 2 che O 2, in quanto la CO 2 è più solubile nel plasma (all aumentare della P aumenta anche la concentrazione). Poiché la conc. di un gas nel plasma è direttamente correlata alla sua pressione parziale, i movimenti di un gas per diffusione avvengono da aree a alta pressione parziale (o alta conc.) ad aree a bassa pressione parziale (o bassa conc.).

47 COEFFICIENTE DI SOLUBILITA DEI GAS IN H 2 O cm 3 gas/dl (H 2 O) x atm 0 37 N 2 2,4 1,3 O 2 4,9 2,5 CO 2 17,0 5,6 COEFFICIENTI DI SOLUBILITA DEI GAS ANESTETIZZANTI A 37 C cm 3 /dl x atm Ciclopropano 41,5 Etere etilico 152,0

48 K= 2,5 cm 3 /dl atm Contenuto di O 2 nel plasma = 0,3 ml/dl Contenuto di O 2 nel sangue= 20,0 ml/dl

49 Hb + 4O 2 = Hb(O 2 ) 4 Il legame della prima molecola di O 2 influenza l affinità di legame delle molecole successive.

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51 Osservazioni A valori di po 2 = 100 mmhg % saturazione Hb=98% Tra 70 e 100 mmhg la curva è piatta. Il 100% di saturazione si raggiunge a 650 mmhg. Tra 60 e 10 mmhg, la pendenza della curva è ripida. Significato Nei tessuti metabolicamente attivi (po 2 40), l HbO 2 si dissocia rapidamente.

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54 Effetto Bohr = spostamento della curva di affinità al variare del ph. Al diminuire del ph l affinità decresce. Hb + O 2 = HbO 2 + H + Hb + CO 2 = HbCO 2 [carbamminohb]

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56 Un effetto analogo a quello della CO 2 è mostrato dal 2,3-DPG. Il 2,3-DPG riduce l affinità dell Hb per l O 2. L ipossia cronica (lungo periodo di carenza di carenza di O 2 ) innesca un aumento della produzione di 2,3-DPG. L elevata altitudine e l anemia innalzano i livelli di 2,3-DPG.

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60 Valori normali dei gas ematici e del ph Sangue arterioso Sangue venoso P O2 95 mmhg (85-100) 40 mmhg P CO2 40 mmhg (35-45) 46 mmhg ph 7,4 (7,38-7,42) 7,37

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64 CONTENUTO TOTALE DI O 2 NEL SANGUE ARTERIOSO % saturazione Hb Numero totale di siti di legame ph pco 2 Temper. 2,3-DPG [Hb]/eritrocita Numero di eritrociti

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66 IPOSSIA Insufficienza di O 2 a Livello alveolare (ipossia ipossica) Disturbi nello scambio di O 2 (ipossia ipossica) Inadeguatezza del trasporto di O 2 nel sangue (ipossia anemica)

67 Insufficienza di O 2 a Livello alveolare (ipossia ipossica) Fisiologica (altitudine) riduzione po 2 alveolare Ipoventilazione

68 Disturbi nello scambio di O 2 (ipossia ipossica)

69 Cause e tipi di ipossia Ipossia ipossica: bassa P O2 arteriosa Fisiologica: elevata altitudine Ipoventilazione alveolare Riduzione della capacità di diffusione alveolare Ipossia anemica: riduzione della quantità totale di O 2 Perdita di sangue ed anemia Inalazione di CO Ipossia ischemica: riduzione del flusso ematico ai tessuti Ipossia istotossica: incapacità delle cellule ad utilizzare O 2 Cianuri ed altri veleni metabolici

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72 Regolazione centrale della ventilazione [mantenimento delle pressioni parziali arteriose dei gas a valori normali] Ventilazione alveolare = volume d aria immesso negli alveoli al minuto Ventilazione alveolare Frequenza Volume Atto respiratorio

73 Inspirazione Processo attivo: contrazione dei muscoli inspiratori: -diaframma -intercostali esterni Atto respiratorio Espirazione Processo passivo nella respirazione tranquilla. Processo attivo nella respirazione intensa: contrazione muscoli intercostali interni.

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75 Neuroni espiratori? Neuroni inspiratori Generatore Centrale Pattern (CPG)

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80 Chemocettori periferici

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