Apparato Respiratorio

Corso di Laurea Magistrale in

“Medicina e Chirurgia”

Prof. Clara Iannuzzi

Dipartimento di Biochimica, Biofisica e Patologia Generale

clara.iannuzzi@unina2.it

Fisiologia e Biofisica

A.A. 2016-2017

Ruolo del Sistema

Respiratorio:

- fornire O2

- rimuovere CO2

RESPIRAZIONE ESTERNA

VENTILAZIONE POLMONARE

INSPIRAZIONE

ESPIRAZIONE

SCAMBIO DIFFUSIVO DI O2 E CO2

TRA CAVITA’ POLMONARI E SANGUE

TRASPORTO DI O2 E CO2

AI TESSUTI

SCAMBIO DIFFUSIVO DI O2 E CO2 TRA

SANGUE E TESSUTI

1

2

3

4

RESPIRAZIONE INTERNA

ZONA DI CONDUZIONE

UMIDIFICAZIONE

RISCALDAMENTO

DEPURAZIONE

FUNZIONI DELLA ZONA DI CONDUZIONE

La depurazione avviene ad opera dell’epitelio cigliato della trachea

La superficie aumenta con l’aumentare della ramificazione.

ZONA RESPIRATORIA: SCAMBIO DIFFUSIVO DI O2 E CO2

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 O2 e CO2.

Lo spazio intrapleurico ha un volume molto piccolo ed unafunzione molto importante.

Processo attivo: richiede il coinvolgimento dei muscoli inspiratori.

Processo passivo nella respirazione tranquilla.Avviene attivamente nella respirazioneforzata tramite gli intercostali esterni e gliaddominali.

PV=nRT

P=nRT/V

P e V sono inversamente proporzionali. Se il volume si dimezzala pressione raddoppia.

Forze che intervengono nella ventilazione polmonare

La ventilazione è ottenuta grazie allapresenza di gradienti di pressione tra glialveoli e l’aria esterna (atmosferica).

Il movimento dell’aria dipende dal gradientedi pressione tra le zone ad alta pressione aquelle di bassa pressione.

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.

Forze che intervengono nella ventilazione polmonare

In assenza di pressioneintrapleurica negativa,i polmoni collassano.

Forze che intervengononella 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 patm<palv

Essa dipende da:

- Elasticità dei polmoni;

- Tensione superficiale* del liquido alveolare.

*La tensione superficiale di un liquido è una misuradel 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 alveolidi dimensioni differenti hanno la stessapressione, l’alveolo più piccolo collassaper equilibrarsi con il valore di pressionedell’altro alveolo.

Il tensioattivo è più concentrato neglialveoli piccoli e questo fa si che essiabbiano una tensione superficiale minoredi quelli grandi impedendone il collasso.

Resistenza vie respiratorie

Resistenza delle vie respiratorie

Raggio

S.N.A.

Simpatico

Vago

Istamina

CO2

La spirometria consente di misurare lacapacità 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 O2 nel sangue deossigenato = 750 mL/min

Trasporto di CO2 nel sangue deossigenato = 2700 mL/min

Velocità di diffusione dell’O2

dagli alveoli al sangue deossigenato = 250 mL/min

Velocità di diffusione della CO2

dal sangue deossigenato agli alveoli = 200 mL/min

Trasporto di O2 nel sangue ossigenato = 1000 mL/min

Trasporto di CO2 nel sangue ossigenato= 2500mL/min

DIFFUSIONE

Lo scambio di O2 e CO2 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.

1

2SOLUBILIZZAZIONE

Legge di Henry

Se raddoppia la pressione parziale delgas, raddoppia la sua solubilità.

Pressione parziale di un gas

I gas sono miscibili tra loro in tutte le proporzioni formando deimiscugli omogenei. Se due o più gas vengono mescolati in unrecipiente, ogni componente si comporta come se fosse l’unicopresente nel recipiente esercitando una pressione detta parziale(Legge di Dalton).

La pressione parziale di un gas in una miscela è pertanto lapressione che esso eserciterebbe qualora fosse presente da solonel recipiente che lo contiene.

All’equilibrio

le pO2 sono

uguali nelle

due fasi

K: costante legge di Henry

ad una specifica T

CO2 più solubile in acqua rispetto all’O2.

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?

P1 = 150 mm Hg C1 = 0.44 g O2 /100 mL

solution

P2 = 56 mm Hg C2 = ?

C2 = 0.15 g O2 /100 mL solution

C’è una relazione diretta tra pressione parziale di un gas nelplasma e la concentrazione di quel gas nel plasma (all’aumentaredella P aumenta anche la concentrazione.)

A ciascuna pressione parziale, nel plasma si discioglie più CO2

che O2, in quanto la CO2 è più solubile nel plasma (all’aumentaredella P aumenta anche la concentrazione).

Poiché la conc. di un gas nel plasma è direttamente correlata allasua pressione parziale, i movimenti di un gas per diffusioneavvengono da aree a alta pressione parziale (o alta conc.) ad areea bassa pressione parziale (o bassa conc.).

COEFFICIENTE DI SOLUBILITA’ DEI GAS IN H2O

cm3 gas/dL (H2O) x atm

0° 37°

N2 2,4

O2

CO2

1,3

2,5

5,6

4,9

17,0

COEFFICIENTI DI SOLUBILITA’ DEI GAS ANESTETIZZANTI A 37°C

cm3/dL x atm

Ciclopropano 41,5

Etere etilico 152,0

K= 2,5 cm3/dL atm

Contenuto di O2 nel plasma = 0,3 mL/dL Contenuto di O2 nel sangue= 20,0 mL/dL

Hb + 4O2 = Hb(O2)4

Il legame della prima molecola di

O2 influenza l’affinità di legame

delle molecole successive.

Osservazioni

A valori di

pO2 = 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 metabolica-

mente attivi (pO2 ≤ 40),

l’HbO2 si dissocia

rapidamente.

Effetto Bohr = spostamento della curva di affinità al variare del

pH. Al diminuire del pH l’affinità decresce.

Hb + O2 = HbO2 + H+

Hb + CO2 = HbCO2

[carbamminoHb]

Un effetto analogo a quello della

CO2 è mostrato dal 2,3-DPG. Il

2,3-DPG riduce

l’affinità dell’Hb per l’O2.

L’ipossia cronica (lungo periodo

di carenza di carenza di O2)

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

PO2 95 mmHg (85-100) 40 mmHg

PCO2 40 mmHg (35-45) 46 mmHg

pH 7,4 (7,38-7,42) 7,37

CONTENUTO TOTALE DI O2

NEL SANGUE ARTERIOSO

% saturazione

Hb

Numero totale di

siti di legame

pH Temper. 2,3-DPG[Hb]/eritrocita

Numero di

eritrocitipCO2

IPOSSIA

Insufficienza di O2 a

Livello alveolare

(ipossia ipossica)

Disturbi nello scambio di O2

(ipossia ipossica)

Inadeguatezza del trasporto

di O2 nel sangue

(ipossia anemica)

Fisiologica (altitudine)

riduzione pO2 alveolareIpoventilazione

Insufficienza di O2 a

Livello alveolare

(ipossia ipossica)

Disturbi nello scambio di O2

(ipossia ipossica)

Cause e tipi di ipossia

Ipossia ipossica: bassa PO2 arteriosa

●Fisiologica: elevata altitudine

● Ipoventilazione alveolare

● Riduzione della capacità di diffusione alveolare

Ipossia anemica: riduzione della quantità totale di O2

●Perdita di sangue ed anemia

●Inalazione di CO

Ipossia ischemica: riduzione del flusso ematico ai tessuti

Ipossia istotossica: incapacità delle cellule ad utilizzare O2

●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

Atto respiratorio

Inspirazione

Espirazione

Processo attivo:

contrazione dei muscoli

inspiratori:

-diaframma

-intercostali esterni

Processo passivo nella

respirazione tranquilla.

Processo attivo nella

respirazione intensa:

contrazione muscoli

intercostali interni.

Neuroni espiratori

Neuroni inspiratori

Generatore

Centrale

Pattern (CPG)

?

Chemocettoriperiferici