SCAMBI RESPIRATORI E TRASPORTO DEI GAS

1. SCAMBI RESPIRATORI E TRASPORTO DEI GAS

2. Funzione principale dell’apparato respiratorio è quella di: • prelevare ossigeno (O2) dall’ambiente (aria atmosferica) • distribuirlo alle cellule dell’organismo (sistema circolatorio) • asportare dalle cellule l’anidride carbonica (CO2)

3. FISICA DEGLI SCAMBI GASSOSI Sostanze liposolubili: una sostanza liposolubile diffonde attraverso la membrana. L’O2 e la CO2 sono sostanzeliposolubili Il gradiente di concentrazione è l’energia che permette la diffusione di una sostanza. La Velocità di diffusione oltre a essere direttamente proporzionale al gradiente di pressione e alla superficie di scambio è direttamente proporzionale alla solubilità e inversamente alla radice quadrata del peso molecolare del gas. La diffusione netta avviene dal punto dove il gas è più concentrato ( > pressione) verso il punto con minor concentrazione ( < pressione).

8. COMPOSIZIONE DELL'ARIA e DEL SANGUE Valori approssimativi di un soggetto maschio sano al livello del mare.

9. ARIA ESPIRATA L’aria espirata è una miscela di aria dello spazio morto e di aria alveolare. Durante l’espirazione la prima porzione di aria è semplicemente aria atmosferica umidificata (spazio morto). Con il procedere dell’espirazione l’aria dello spazio morto si mescola all’aria alveolare. Al termine dell’espirazione l’aria espirata corrisponde all’aria alveolare.

10. DIFFUSIONE ALVEOLO-CAPILLARE O2 CO2 L’Ossigeno diffonde dall’alveolo (PO2 = 104 mmHg) al capillare polmonare (PO2 = 40 mm/Hg).La PO2 del sangue aumenta fino ad eguagliare la PO2 alveolare. Questo a riposo avviene in circa 1/3 del tempo che il sangue impiega a percorrere il capillare. La CO2 diffonde dal capillare (PCO2 = 45 mm/Hg) all’alveolo (PCO2 = 40 mm/Hg) La PCO2 del sangue diminuisce fino ad eguagliare la PCO2 alveolare. Questo avviene in circa 1/10 del tempo che il sangue impiega a percorrere il capillare. Sangue arterioso: PO2 100 mm/Hg; PCO2 40 mm/Hg

11. SCAMBI GASSOSI A LIVELLO DEI CAPILLARI O2 CO2 La PO2 nell’estremo arterioso del capillare è circa 100 mm/Hg. La PO2 nel liquido interstizale è circa 40 mm/Hg. L’O2 diffonde nel liquido e la PO2 all’estremo venoso è circa a 40 mm/Hg La PCO2 nell’estremo arterioso del capillare è circa 40 mm/Hg. La PCO2 nel liquido interstizale è circa 45 mm/Hg. La CO2 diffonde nel sangue e la PCO2 all’estremo venoso è circa 45 mm/Hg Sangue venoso misto: PO2 40mm/Hg; PCO2 45mm/Hg

12. TRASPORTO OSSIGENO La solubilità dell’Ossigeno nell’acqua (plasma) è molto bassa. La concentrazione di O2 nel plasma arterioso è circa 0.3 vol%. All’interno dei globuli rossi vi è una molecola in grado di legare l’O2: l’EMOGLOBINA (Hb) Nel Sangue il 97% dell’Ossigeno è legato all’Hb (HbO ossiemoglobina) Ogni molecola di Hb può legare 4 molecole di O2 Nel sangue ci sono 15 g/100ml di Hb L’Hb ha una capacità di legare l’ossigeno pari a 1.34 ml/g Il contenuto di ossigeno del sangue quando l'emoglobina è satura è 20.1 ml/100 ml (15*1.34)

13. CURVA DI DISSOCIAZIONE dell’HbO A B A: Sangue arterioso normale B: Sangue venoso normale C C: Sangue venoso durante sorzo A: PO2 = 100 mm/Hg saturazione Hb = 97% O2 legato = 19.4 vol% B: PO2 = 40 mm/Hg saturazione Hb = 75% O2 legato = 14.4 vol% differenza artero-venosa = 5 vol% in questo caso ad ogni passaggio nei capillari 100ml di sangue cedono 5ml di ossigeno ai tessuti. C: PO2 = 15 mm/Hg saturazione Hb < 20% O2 legato = 4.4 vol% differenza artero-venosa = 15 vol% in questo caso ad ogni passaggio nei capillari 100ml di sangue cedono 15ml di ossigeno ai tessuti.

14. EFFETTO BOHR Fattori che spostano a destra la curva di dissociazione dell’HbO: 1) >PCO2: 2) <PH ( > H+); 3) > temperatura; 4) > 2.3 DPG; Durante attività fisica I muscoli in attività liberano CO2 e cataboliti acidi facendo aumentare la concentrazione di H+ e diminuendo il PH. Inoltre la temperatura nel muscolo attivo può aumentare di 2-3°C. lo spostamento a destra RIDUCE l’affinità e quindi AUMENTA la cessione di O2.

15. TRASPORTO ANIDRIDE CARBONICA La CO2 è molto più solubile dell’O2. Circa il 10% è disciolta nel plasma Circa il 30 % si lega alle proteine plasmatiche e all’Hb Circa il 70% viene trasportato sotto forma di ioni bicarbonato (HCO3-)

16. CO2 + H2O ↔ H2CO3 H2CO3 ↔ HCO3- + H+ (la reazione d’idratazione dell’anidride carbonica è catalizzata dall’enzima anidasi carbonica, di cui sono ricchi i globuli rossi) H+ + Hb ↔ HHb (emoglobina ridotta) HCO3- abbandona il globulo rosso per diffusione asportando cariche negative Uno ione cloro (Cl-) si scambia con il bicarbonato (entra nel globulo rosso) per il mantenimento della neutralità elettrica Una molecola d’acqua segue il cloro per il mantenimento dell’equilibrio osmotico Tutte queste reazioni sono reversibili: la direzione delle reazioni dipende dai gradienti di concentrazione di CO2 e di H+

19. EFFETTO HALDANE

21. Il controllo del respiro

22. Il sistema respiratorio è servito da muscoli volontari, ma il loro funzionamento è controllato automaticamente dal sistema nervoso centrale Il sistema nervoso centrale controlla sia il ritmo del respiro sia la ventilazione polmonare: Come si respira: centri bulbari Quanto si respira: chemocettori centrali e periferici

23. Centro pneumotassico Centro apneustico C. inspiratorio ed espiratorio Mesencefalo Ponte Bulbo Mid. spinale

24. - - Respiro “stertoroso” Centro respiratorio bulbare E I

25. + + - - n. vaghi Rifl. di Hering e Breuer ai m. respiratori P A I E

26. Regolazione chimica del respiro Il pavimento del IV° ventricolo ha proprietà chemocettive: >pCO2 >> profondità e frequenza respiratorie; <pO2 non stimola il respiro I glomi aortici e carotidei sentono le alterazioni della PO2

28. I chemocettori periferici sono i corpi (glomi) aortici e carotidei, che si trovano rispettivamente sull’arco aortico e alla biforcazione delle carotidi I corpi (glomi) aortici e carotideisono dei veri piccoli organi, con arteria afferente, vena efferente ed una rete capillare molto ricca Perciò, le cellule di corpi ricevono molto più sangue di toutte le altre cellule: in questo modo, utilizzano l’ossigeno disciolto nel plasma La concentrazione dell’ossigeno disciolto nel plasma è proporzionale alla PO2. I corpi «misurano»  la PO2

29. I corpi «misurano»  la PO2, ma sono stimolati anche dalla PCO2 e dal pH. I centri bulbari sono sensibili alla PCO2 e ai pH, ma sono inibiti dalla caduta della PO2 Nell’esercizio fisico gli stimoli ai corpi sono coerenti ( PCO2 pH  PO2). In questo caso la respirazione è regolata soprattutto dai centri bulbari Nel sonno e ad alta quota prevalgono invece i corpi

30. Dispnea: quando ci si accorge di respirare Apnea: quando si trattiene il respiro Iperpnea: quando si respira più del normale • Anossia o ipossia: quando diminuisce il consumo d’ossigeno delle cellule; 4 forme: • Ipossica • Anemica • Stagnante • Istotossica

31. Anossia ipossica: la PO2 del sangue arterioso è più bassa del normale. Cause: • ridotta pressione atmosferica (in alta quota) • Ridotta capacità di diffusione dei polmoni (polmonite) • I corpi aortici e carotidei sono stimolati; I centri bulbari sono inibiti. Può presentarsi la respirazione periodica.

32. RESPIRAZIONE PERIODICA Può manifestarsi anche dopo un’iperventilazione volontaria: il contento di CO2 e di O2 del sangue arterioso cambia, nel tempo, con velocità diverse Respirazione di Cheine-Stocks: respirazione periodica patologica, in caso di trauma o tumore bulbare. Coma grave

33. Anossia anemica: la capacità del sangue per l’ossigeno è sub-normale: • emorragie • anemia ipocromica • anemia mediterranea • Avvelenamento da CO (ossido di carbonio) • I chemocettori periferici non sono stimolati perché la PO2 è normale • In caso di emorragia i reni producono più eritropoietina, che stimola il midollo emopoietico. Si formano eritrociti nuovi, che compaiono nel sangue come reticolociti

34. Ipossia stagnante: quando la circulazione del sangue è insufficiente: • insufficienza cardiaca • trombosi venosa • Ipossia istotossica: avvelenamento della catena respiratoria: gli enzimi respiratori dei mitocondri sono bloccati: • avvelenamento da cianuro

35. REGOLAZIONE DEL RESPIRO DURANTE L’ESERCIZIO FISICO I comandi nervosi che fanno contrarre i muscoli fanno anche aumentare la respirazione Segnali riflessi dai recettori muscolari ed articolari sostengono l’iperventilazione I chemocettori centrali (e periferici) regolano la ventilazione alveolare al fine di mantenere costante la PCO2 arteriosa Nell’uomo i riflessi spinali che partono dai muscoli intercostali e dal diaframma sono molto importanti per la regolazione della profondità del respiro (regolazione del volume corrente).