Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Fisiologia e Biofisica A.A. 2016-2017 Apparato Respiratorio Prof. Clara Iannuzzi Dipartimento di Biochimica, Biofisica e Patologia Generale clara.iannuzzi@unina2.it
Ruolo del Sistema Respiratorio: - fornire O 2 - rimuovere CO 2
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
FUNZIONI DELLA ZONA DI CONDUZIONE UMIDIFICAZIONE ZONA DI CONDUZIONE RISCALDAMENTO DEPURAZIONE
La depurazione avviene ad opera dell epitelio cigliato della trachea
La superficie aumenta con l aumentare della ramificazione.
ZONA RESPIRATORIA: SCAMBIO DIFFUSIVO DI O 2 E CO 2 TRA CAVITA POLMONARI E SANGUE
Cellule di tipo I: struttura della parete Cellule di tipo II: rivolte verso l interno, secernono la sostanza tensioattiva
Membrana respiratoria: spessore importante per diffusione libera di O 2 e CO 2.
Lo spazio intrapleurico ha un volume molto piccolo ed una funzione molto importante.
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.
PV=nRT P=nRT/V P e V sono inversamente proporzionali. Se il volume si dimezza la pressione raddoppia.
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.
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.
In assenza di pressione intrapleurica negativa, i polmoni collassano.
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
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
SP-A SP-B SP-C SP-D
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.
Resistenza vie respiratorie
Resistenza delle vie respiratorie S.N.A. Simpatico Vago Raggio Istamina CO 2
La spirometria consente di misurare la capacità del sistema respiratorio.
La composizione dell aria negli alveoli è costante.
L ossigeno diffonde attraverso le cellule alveolari ed endoteliali per entrare e solubilizzarsi nel plasma.
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
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
Se raddoppia la pressione parziale del gas, raddoppia la sua solubilità.
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.
K: costante legge di Henry ad una specifica T All equilibrio le po 2 sono uguali nelle due fasi
CO 2 più solubile in acqua rispetto all O 2.
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
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.).
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
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
Hb + 4O 2 = Hb(O 2 ) 4 Il legame della prima molecola di O 2 influenza l affinità di legame delle molecole successive.
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.
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]
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.
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
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
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)
Insufficienza di O 2 a Livello alveolare (ipossia ipossica) Fisiologica (altitudine) riduzione po 2 alveolare Ipoventilazione
Disturbi nello scambio di O 2 (ipossia ipossica)
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
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
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.
Neuroni espiratori? Neuroni inspiratori Generatore Centrale Pattern (CPG)
Chemocettori periferici