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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PAVIA dip. Fisica nucleare e teorica via Bassi 6, Pavia, Italy tel. 0382/ elio giroletti MEMBRANE equilibri gas- FISICA MEDICA e RADIOPROTEZIONE elio giroletti,, 2005 Classe Lauree di INFERMIERISTICA e OSTETRICIA corso integrato FISICA, STATISTICA e INFORMATICA disciplina: FISICA MEDICA e RADIOPROTEZIONE MEMBRANE equilibri gas- FISICA MEDICA e RADIOPROTEZIONE elio giroletti,, Diffusione gas- - Condizioni di vapore saturo - Compartimento e membrana alveolare - Diffusione azoto - Trasporto ossigeno - Diffusione gas anestetici lucidi di Domenico Scannicchio, rivisti da Elio Giroletti

2 DIFFUSIONE GAS-LIQUIDO 2 diffusione gas gas n i n ingresso p i n uscita V i pv i = n RT i n u V n = RT i p i legge di GRAHAM diffusione attraverso la membrana equilibrio dinamico: n uscita = n ingresso D M = K massa diffusione gas DIFFUSIONE GAS-LIQUIDO 2 gas n i n ingresso p i n uscita V i n u equilibrio dinamico: n uscita = n ingresso V i = volume gas-i (a NTP) sciolto in 100 cm 3 di p i = pressione parziale gas-i s i = coefficiente di solubilità gas-i, cm 3 /atm s i = s i (T) V i = s i p i DIFFUSIONE GAS-LIQUIDO 3 V i = s i p i s i = coefficiente di solubilità gas-i = s (T) i = volume (a STP) disciolto in 100 cm 3 di solubilità di gas in H 2 O (cm 3 atm 1 ) in H 2 O 0 C 40 C O2 azoto s = 4,9 s = 170 s = 2,4 s = 2,3 s = 53 s = 1,2

3 ARIA ALVEOLARE 3 meccanismi di trasporto (gas biologici) aria polmoni (respirazione) (diffusione) (circolazione) tessuti (diffusione) 1 ARIA ALVEOLARE Enciclopedia Rizzoli Larousse, cd-rom, 1998 ARIA ALVEOLARE Enciclopedia del corpo umano, cd-rom, Rizzoli, 1997

4 ARIA INSPIRATA ARIA ALVEOLARE alveoli coperti da un velo di ARIA ALVEOLARE le pressioni esistenti favoriscono lo scambio N2 O2 H2O composiz., % press. parziale % N O H2O vapore saturo % mmhg mmhg 0.3 mmhg mmhg mmhg 99.8 mmhg 40.0 mmhg 47.0 mmhg mmhg 4 alveolo (aria) O 2 CO 2 (0,2 + 0,6) µm membrana basale endotelio strato superficiale (soluzione acquosa) globulo rosso lume capillare (plasma) MEMBRANA ALVEOLARE area totale, A, membrana alveolare r = raggio alveolo = = (50 150) 100 µm = 10 2 cm, N = numero alveoli = = 600 milioni = 0, A = 4πr 2 N = =4π(10 2 ) 2 0, , cm 2 = = 75 m 2 DIFFUSIONE AZOTO 1 quanto azoto abbiamo in corpo? solubilità N2 (in acqua a 37 C) s = 1,2 cm 3 atm 1 V N2 = s p N2 = = 1 cm N2 (1 atm) (in 100 cm 3 H2O) m = 80 kg [67% H2O] V 10 3 litri N2 N2 = 80 x 67% litri N2(1 atm) litri H2O

5 DIFFUSIONE AZOTO 2 5 immersione subacquea: profondità 20 m p = dg h = 1 g cm cm s cm = = barie = 2 atm p effettiva = 1 atm + 2 atm = 3 atm V N2 = 0.55 litri atm 1 3 atm = litri (1 atm) emersione rapida liberati = 1.1 litri gas N2 (bolle di gas) embolia gassosa aria alveolare membrana alveolare TRASPORTO OSSIGENO, O 2, e CO 2 (capillari alveolari) alveolo diffusione trasporto sistema circolatorio (capillari tessuti) membrane capillari membrana cellulare diffusione O2 p O2 interstiziale diffusione cellule 99, (mmhg) p TRASPORTO OSSIGENO 1 quanto ossigeno ci serve? metabolismo basale: 50 kcal 1 m 2 V = minima necessità di ossigeno: 1 litro O 2 4,825 kcal (cal. svilupp. da O 2 ) superficie corporea 2 m 2 V o = 50 kcal 1 m 2 2 m 2 litri O kcal / litro O2 (NTP) t = 37 C=310 K V o T V = = litri O 2

6 TRASPORTO OSSIGENO 2 l apporto della diffusione è sufficiente? 6 solubilità O2 in acqua a 37 C: s = 2,3 cm 3 atm 1 (diffusione) V i =s i p i V O2 = s p O2 = 2,3 99,8 760 = 0,3 cm3 (in 100 mlitri ) V s = 60 cm 3 s s 1 = V O2 = 216 lt 1 3 cm 3 O2 lt 1 = 0, litri ( ai tessuti) litri O2 necessari V 24 litri O2 INSUFFICIENTE TRASPORTO OSSIGENO 3 meccanismo biochimico: cattura O2 da emoglobina (Hb) Hb + 4 O2 HbO2 1 g Hb satura assorbe 1,34 cm 3 O2 0,1 litri contengono 15 g Hb 0,1 litri contengono al massimo: 1,34 cm 3 O2 g 1 15 g = 20 cm 3 O2 V O2 = 216 litri 20 cm 3 O2 = 0,1 litri = 43 litri O2 >> 24 litri O cm 3 O2 = (minimo necessario) SUFFICIENTE! GAS ANESTETICI V i = s i p i gas anestetici sono neutri diffondono secondo la il coefficiente di solubilità è importante: se è piccolo, il satura rapidamente per cui l anestesia è più rapida ciclopropano: : s=41,5 cm 3 /atm, anestesia rapida etere etilico: : s=1520 cm 3 /atm, anestesia lenta

7 MEMBRANE equilibri gas- FISICA MEDICA e RADIOPROTEZIONE elio giroletti,, 2005 dispense su internet webgiro 7 elio giroletti. Università degli Studi di Pavia dip. Fisica nucleare e teorica - tel

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