Il sistema respiratorio comprende:
Ventilazione polmonare
Scambio dei gas a livello polmonare e tissutale
(diffusione O2 e CO2)
Trasporto dei gas nel sangue
Regolazione del respiro.
EVENTI COINVOLTI NEL PROCESSO DI SCAMBIO GASSOSO
• VENTILAZIONE POLMONARE
movimento di aria dall'esternoall'interno del polmone e viceversa
• DIFFUSIONE FRA ALVEOLI E SANGUE
movimento di O2 e CO2attraverso la membrana respiratoria
• PERFUSIONE POLMONARE
flusso sanguigno polmonare richiesto per apportare sangue e rimuovere sangue dalla zona discambio
• RAPPORTO VENTILAZIONE-PERFUSIONE
importante per l'efficacia degli scambi gassosi
• TRASPORTO O2 e CO2 NEL SANGUE
• TRASFERIMENTO O2 DAI CAPILLARI ALLE CELLULE E CO2 IN DIREZIONE OPPOSTA
• UTILIZZAZIONE O2 E PRODUZIONE CO2 NELLE CELLULE
VENTILAZIONE POLMONARE
Il respiro si divide in due fasi:
- ispirazione
Aria in entrata nei polmoni
- espirazione
Aria in uscita nei polmoni
MECCANISMO DELLA VENTILAZIONE POLMONARE
Il controllo della ventilazione è regolato da meccanismi che regolano la funzione degli scambi gassosi nel polmone.
Le 2 fasi della ventilazione avviengono mediante 2 gradienti di pressione dei gas:
- nell'ispirazione
La pressione degli alveoli è inferiore alla pressione atmosferica.
- nell'espirazione
La pressione degli alveoli è superiore alla pressione atmosferica.
Il polmone non è dotato di strutture di sostegno o muscolari, ma è adeso alla gabbia toracica attraverso la pleura (parietale e viscerale).
Le variazioni di volume del polmone dipendono dai movimenti della gabbia toracica.
I gradienti pressori vengono stabiliti da cambiamenti nelle dimensioni della cavità toracica mediante contrazione dei muscoli respiratori.
I polmoni si espandono mediante:
- movimenti verso l'alto e verso il basso del diaframma.
- elevazione e abbassamento delle coste.
Lavoro respiratorio si compone di:
Lavoro compiuto dai muscoli per espandere i polmoni
Lavoro per vincere la resistenza tessutale non elastica (viscosità)
Lavoro per vincere la resistenza delle vie aeree
MUSCOLI RESPIRATORI
Inspiratori (Aumentano il volume gabbia toracica)
- Diaframma
- Intercostali esterni
- Sternocleidomastoidei
- Scaleni
Espiratori (Riducono il volume gabbia toracica, attivi nell’espirazione forzata)
- Intercostali interni (esercizio fisico, fonazione, canto, fase espiratoria starnuto e tosse)
- Addominali (Per aumentare la pressione endoaddominale)
- Accessori (Grande dorsale, Dentato posteriore-inferiore, Quadrato dei lombi)
PRESSIONI RESPIRATORIE
La pressione dello spazio pleurico è normalmente compresa tra -10 e -12 mmHg.
Il polmone (struttura elastica) è adeso alla gabbia toracica grazie alle pleure. Non è mai in equilibrio elastico, ed è quindi sottoposto continuamente ad una forza di retrazione, espressa dalla negatività dello spazio pleurico. L’adesione tra polmone e gabbia toracica è mantenuta dalla continua aspirazione del liquido pleurico da parte dei linfatici, che impedendo lo scollamento del polmone dalla parete toracica, contribuiscono al mantenimento della negatività endopleurica.
La forte negatività dello spazio endopleurico è prodotta dalla tendenza che i capillari della pleura hanno di assorbire qualsiasi traccia di liquido o gas dallo spazio pleurico.
La pressione endoalveolare durante un atto respiratorio completo normale varia da -3mmHg a +3mmHg.
Durante un atto respiratorio forzato può arrivare a circa - 80mmHg durante l’inspirazione e +100mmHg durante l’espirazione
PRESSIONE ATMOSFERICA = 760 mmHG
PRESSIONE ATMOSFERICA = 760 mmHG
LEGGE DI BOYLE
Il volume dei gas, a temperatura costante, è inversamente proporzionale alla pressione.
Il movimento di aria dall’esterno all’interno del polmone e viceversa, è assicurato da un gradiente pressorio che si crea tra l’esterno (P atmosferica) e l’interno del polmone (P alveolare).
Per la Legge di Boyle la Pressione Alveolare si modifica attraverso cambiamenti del Volume Polmonare.
Es.
L'aria entra nei polmoni quando nell'espansione del torace, la pressione intratoracica ha un decremento, con diminuzione della pressione intralveolare.
ISPIRAZIONE
Aumento delle dimensioni della cavità toracica mediante:
- Contrazione dei muscoli ispiratori
(diaframma)
- Compliance (elasticità del tessuto polmonare)
L’espansibilità dei polmoni e del torace viene è espressa dall’incremento che subisce il volume polmonare per ogni unità in più di pressione endoalveolare.
Normalmente ammonta a 0,13 litri per centimetro d’acqua di pressione (ogni volta che la pressione alveolare viene aumentata di 1 cm H2O, i polmoni si espandono di 130 ml).
ESPIRAZIONE (processo passivo)
Diminuzione delle dimensioni della cavità toracica mediante:
- rilassamento muscoli ispiratori
- pressione tra pleura viscerale e parietale sempre inferiore alla pressione atmosferica.
- tendenza passiva dei tessuti polmonari a tornare elasticamente alla loro dimensioni iniziali.
Resistenza tessutale non elastica (viscosità)
E’ l’energia richiesta per risistemare le molecole costitutive il parenchima polmonare e la gabbia toracica al fine di disporle in una differente dimensione.
VOLUMI POLMONARI
- VT = volume tidal o volume corrente (v.m.m.a. 500 ml)
E’ la quantità di aria inspirata ed espirata per ogni atto respiratorio normale.
- VER = volume espiratorio di riserva (v.m.m.a. 1100 ml)
È il volume di aria che può essere emessa mediante una espirazione forzata oltre la normale espirazione.
- VIR = volume inspiratorio di riserva (v.m.m.a. 3000 ml)
E’ il volume di aria che può essere inspirato oltre il volume corrente
- VR = volume residuo (v.m.m.a. 1200 ml)
È il volume di aria che rimane nei polmoni al termine di una espirazione forzata (volume minimale)
Assicura la presenza di aria negli alveoli, per areare il sangue, anche nelle pause tra gli atti respiratori.
Si evitano in questo modo oscillazioni delle concentrazioni di O2 e CO2 tra un atto respiratorio e l’altro.
- FR = frequenza respiratoria media fisiologica dell’adulto (12 atti al minuto)
Il sistema respiratorio ha la capacità di aumentare il proprio volume minuto:
Fino a 25 volte (150 l/min) per brevi periodi.
Fino a 20 volte (120 l/min) per lunghi periodi.
- VM = volume minuto (6000 ml/min)
VT x FR (500x12)
- VA = ventilazione alveolare (4200 ml/min)
quantità di aria che arriva negli alveoli ogni minuto
FR x (VT – VSM) 12 x (500 – 150)
- spirometro
Strumento per la misurazione del volume di aria.
CAPACITÀ POLMONARI
- CP = capacità polmonare
Somma di più volumi polmonari
I fattori che modificano le capacità polmonari sono la:
Struttura corporea
Posizione del corpo
Forza dei muscoli respiratori
Compliance polmonare (elasticità del tessuto polmonare)
- CV = capacità vitale (4600 ml)
E’ la massima quantità di aria che si può espellere dai polmoni con una espirazione forzata al massimo alla fine di una inspirazione forzata al massimo.
VIR + VT + VER (3000+500+1100)
- CI = capacità ispiratoria (3500 ml)
Quantità di aria che un soggetto può inspirare alla fine di una espirazione tranquilla fino alla distensione massima dei suoi polmoni.
VIR + VT (3000+500)
- CFR = capacità funzionale residua (2300 ml)
Quantità di aria residua nel polmone alla fine di una espirazione tranquilla
VER + VR (1100+1200)
- CPT = capacità polmonare totale (5800 ml)
E’ il massimo volume di aria che può essere contenuto nei polmoni al termine di una inspirazione forzata
VIR + VT + VER + VR (3000+500+1100+1200)
- VA = Ventilazione alveolare (350 ml)
Volume di aria inspirata che raggiunge gli alveoli utile ai fini dello scambio respiratorio
volume corrente (VT) meno il volume dello spazio morto (500–150)
- Spazio morto anatomico (150 ml)
Aria contenuta nelli vie respiratorie superiori che non partecipano agli scambi gassosi.
Fattori che modificano lo spazio morto
diminuisce: in posizione supina e con l’espirazione forzata
aumenta: con l’età e con la massima espansione polmonare
- Spazio morto fisiologico
Spazio morto anatomico + volume degli alveoli non funzionanti (es. Patologie polmonari).
LEGGI DELLA DIFFUSIONE (LEGGE DI FICK)
La velocità di trasferimento di un gas attraverso una lamina di tessuto è
A = superficie di scambio
K = coefficiente di diffusione α/√PM
d = distanza di diffusione, spessore membrana respiratoria
SCAMBIO DEI GAS NEI POLMONI
TRASPORTO DI OSSIGENO
Il sangue ossigenato contiene circa 0.3 ml di O2 disciolto per 100 ml di sangue.
L'emoglobina aumenta la capacità di trasporto di ossigeno del sangue.
L'ossigeno viaggia in due forme: come O2 disciolto nel plasma e associato all¹emoglobina ossiemoglobina.
L'ossiemoglobina trasporta la maggioranza dell¹ossigeno totale trasportato dal sangue.
Poiché il sangue ossigenato ha una PO2 di 100 mmHg, 100 millilitri contengono disciolti circa 0,3 ml di ossigeno.
La quantità esatta di ossigeno nel sangue, dipende principalmente dalla quantità di emoglobina presente, (di norma 100 ml di sangue contengono circa 15 g di emoglobina)
Per combinarsi con l’emoglobina, naturalmente, l’ossigeno deve diffondersi dal plasma ai globuli rossi.
Diversi fattori influenzano la velocità con cui l’emoglobina si combina con l’ossigeno a livello dei capillari polmonari.
Un aumento della PO2 del sangue accelera l’associazione dell’emoglobina con l’ossigeno.
HB + O2 aumento PO2 = HbO2
L’ossigeno si associa rapidamente con l’emoglobina-così rapidamente che circa il 97% dell’emoglobina si lega all’ossigeno nel tempo che il sangue impiega a lasciare i capillari dei polmoni per ritornare al cuore.
L’ossigeno viaggia in due forme diverse:
-disciolto nel plasma
-legato all’emoglobina (l’emoglobina trasporta la maggior parte dell’ossigeno totale trasportato nel sangue)
TRASPORTO DEL BIOSSIDO DI CARBONIO
Una piccola quantità di CO2 disciolta nel plasma è trasportata come soluto (10%).
Meno di un quarto dell¹anidride carbonica del sangue si combina coi gruppi NH2 (amminici) dell'emoglobina e altre proteine per formare carbaminoemoglobina (20%).
Più di due terzi dell¹anidride carbonica vengono trasportati nel plasma come ione bicarbonato 70%).
Il biossido di carbonio viene trasportato nel sangue per diverse vie
ANIDRIDE CARBONICA DISCIOLTA
Una piccola quantità di CO2 si discioglie nel plasma e viene trasportata come soluto, circa il 10%, è questa CO2 disciolta che produce PCO2 del plasma sanguigno.
COMPOSTI CARBOMINICI
Da un quinto a un quarto della CO2 del sangue si unisce con i gruppi NH2 (amminici) degli aminoacidi che formano le catene polipeptidiche dell’emoglobina e di diverse altre proteine plasmatiche.
Quando il biossido di carbonio si lega con i gruppi amminici, formano composti carbaminici.
BICARBONATO
Più di due terzi della CO2,trasportata dal sangue si trova in forma di ioni bicarbonato.
Quando la CO2 si scioglie nell’acqua,alcune molecole di CO2 si associano all’H2o per formare acido carbonico.
Una volta formate,alcune molecole di H2CO3 si dissociano per formare H+ e ioni carbonio.
SCAMBIO SISTEMICO
Lo scambio dei gas nei tessuti ha luogo tra il sangue arterioso che fluisce attraverso i capillari dei tessuti e le cellule.
L’ossigeno esce dai capillari del sangue arterioso perché il gradiente di pressione dell'ossigeno favorisce questo passaggio.
Appena l'ossigeno disciolto si diffonde dal sangue arterioso, la PO2 del sangue decresce accelerando la dissociazione dell'emoglobina che rilascia più ossigeno al plasma per la diffusione verso le cellule.
Direzioni di scambio
Lo scambio di anidride carbonica tra tessuti e sangue ha luogo in direzione opposta allo scambio di ossigeno.
Effetto Bohr - l'aumento della PCO2 fa diminuire l'affinità tra ossigeno ed emoglobina.
Effetto Haldane - l'aumentato carico di anidride carbonica causa diminuzione della PO2.
REGOLAZIONE DEL RESPIRO
I principali integratori che controllano i nervi destinati ai muscoli inspiratori ed espiratori sono localizzati nel tronco dell’encefalo.
Centri bulbari della ritmicità
I centri bulbari della ritmicità generano il ritmo di base del ciclo respiratorio. Questa area comprende due centri di controllo interconnessi:
il Centro inspiratorio e il Centro espiratorio.
Alterazione della ritmicità
Il ritmo fondamentale del respiro può essere alterato da differenti stimoli diretti ai centri bulbari della ritmicità. Input da:
Centro apneustico del ponte
stimolano i centri inspiratori ad aumentare la durata e profondità dell’inspirazione.
Centro pneumotassico del ponte
inibisce il centro apneustico e il centro ispiratore per prevenire una sovrainsufflazione polmonare.
Fattori che influenzano il respiro
Stimoli sensitivi provenienti dal sistema nervoso rappresentano il meccanismo a feedback per i centri bulbari della ritmicità.
Modificazioni della PO2, PCO2 e pH del sangue arterioso influiscono sull'area bulbare della ritmicità:
- La PO2 del sangue arterioso ha scarsa influenza se resta al di sopra di un certo livello.
- La diminuzione del pH del sangue stimola i chemiorecettori dei corpi carotidei e aortici.
- La PCO2 agisce sui chemiorecettori bulbari. Se aumenta, ne risulta un respiro accelerato e se decresce il respiro rallenta.
Effetto massimo delle variazione di O2, CO2 e pH sulla ventilazione alveolare per:
- Diminuzione di O2 (pO2<60mmHg) corrisponde ad un aumento del 66% sulla ventilazione.
- Diminuzione di pH (pH 7,1) corrisponde ad un aumento del 400% sulla ventilazione.
- Aumento di pH (pH 7,6) corrisponde ad una diminuzione del 80% sulla ventilazione.
- Aumento di pCO2 ha corrisponde ad un aumento del 1000% sulla ventilazione.
La pressione arteriosa controlla il respiro attraverso il meccanismo dei prossoriflessi.
I riflessi di Hering - Breuer concorrono al controllo del respiro regolando la profondità degli atti respiratori e il volume respiratorio (VR).
La corteccia cerebrale influisce (anche coscientemente) sul respiro aumentandone o diminuendone la frequenza e la profondità.
La temperatura corporea: Quando la temperatura del sangue si eleva, l’ipotalamo promuove una serie di reazioni neurogene tendenti ad abbassarla. Una di queste reazioni, evidente negli animali, è l’ansimare.
Scambio dei gas a livello polmonare e tissutale
(diffusione O2 e CO2)
Trasporto dei gas nel sangue
Regolazione del respiro.
EVENTI COINVOLTI NEL PROCESSO DI SCAMBIO GASSOSO
• VENTILAZIONE POLMONARE
movimento di aria dall'esternoall'interno del polmone e viceversa
• DIFFUSIONE FRA ALVEOLI E SANGUE
movimento di O2 e CO2attraverso la membrana respiratoria
• PERFUSIONE POLMONARE
flusso sanguigno polmonare richiesto per apportare sangue e rimuovere sangue dalla zona discambio
• RAPPORTO VENTILAZIONE-PERFUSIONE
importante per l'efficacia degli scambi gassosi
• TRASPORTO O2 e CO2 NEL SANGUE
• TRASFERIMENTO O2 DAI CAPILLARI ALLE CELLULE E CO2 IN DIREZIONE OPPOSTA
• UTILIZZAZIONE O2 E PRODUZIONE CO2 NELLE CELLULE
VENTILAZIONE POLMONARE
Il respiro si divide in due fasi:
- ispirazione
Aria in entrata nei polmoni
- espirazione
Aria in uscita nei polmoni
MECCANISMO DELLA VENTILAZIONE POLMONARE
Il controllo della ventilazione è regolato da meccanismi che regolano la funzione degli scambi gassosi nel polmone.
Le 2 fasi della ventilazione avviengono mediante 2 gradienti di pressione dei gas:
- nell'ispirazione
La pressione degli alveoli è inferiore alla pressione atmosferica.
- nell'espirazione
La pressione degli alveoli è superiore alla pressione atmosferica.
Il polmone non è dotato di strutture di sostegno o muscolari, ma è adeso alla gabbia toracica attraverso la pleura (parietale e viscerale).
Le variazioni di volume del polmone dipendono dai movimenti della gabbia toracica.
I gradienti pressori vengono stabiliti da cambiamenti nelle dimensioni della cavità toracica mediante contrazione dei muscoli respiratori.
I polmoni si espandono mediante:
- movimenti verso l'alto e verso il basso del diaframma.
- elevazione e abbassamento delle coste.
Lavoro respiratorio si compone di:
Lavoro compiuto dai muscoli per espandere i polmoni
Lavoro per vincere la resistenza tessutale non elastica (viscosità)
Lavoro per vincere la resistenza delle vie aeree
MUSCOLI RESPIRATORI
Inspiratori (Aumentano il volume gabbia toracica)
- Diaframma
- Intercostali esterni
- Sternocleidomastoidei
- Scaleni
Espiratori (Riducono il volume gabbia toracica, attivi nell’espirazione forzata)
- Intercostali interni (esercizio fisico, fonazione, canto, fase espiratoria starnuto e tosse)
- Addominali (Per aumentare la pressione endoaddominale)
- Accessori (Grande dorsale, Dentato posteriore-inferiore, Quadrato dei lombi)
PRESSIONI RESPIRATORIE
La pressione dello spazio pleurico è normalmente compresa tra -10 e -12 mmHg.
Il polmone (struttura elastica) è adeso alla gabbia toracica grazie alle pleure. Non è mai in equilibrio elastico, ed è quindi sottoposto continuamente ad una forza di retrazione, espressa dalla negatività dello spazio pleurico. L’adesione tra polmone e gabbia toracica è mantenuta dalla continua aspirazione del liquido pleurico da parte dei linfatici, che impedendo lo scollamento del polmone dalla parete toracica, contribuiscono al mantenimento della negatività endopleurica.
La forte negatività dello spazio endopleurico è prodotta dalla tendenza che i capillari della pleura hanno di assorbire qualsiasi traccia di liquido o gas dallo spazio pleurico.
La pressione endoalveolare durante un atto respiratorio completo normale varia da -3mmHg a +3mmHg.
Durante un atto respiratorio forzato può arrivare a circa - 80mmHg durante l’inspirazione e +100mmHg durante l’espirazione
PRESSIONE ATMOSFERICA = 760 mmHG
PRESSIONE ATMOSFERICA = 760 mmHG
LEGGE DI BOYLE
Il volume dei gas, a temperatura costante, è inversamente proporzionale alla pressione.
Il movimento di aria dall’esterno all’interno del polmone e viceversa, è assicurato da un gradiente pressorio che si crea tra l’esterno (P atmosferica) e l’interno del polmone (P alveolare).
Per la Legge di Boyle la Pressione Alveolare si modifica attraverso cambiamenti del Volume Polmonare.
Es.
L'aria entra nei polmoni quando nell'espansione del torace, la pressione intratoracica ha un decremento, con diminuzione della pressione intralveolare.
ISPIRAZIONE
Aumento delle dimensioni della cavità toracica mediante:
- Contrazione dei muscoli ispiratori
(diaframma)
- Compliance (elasticità del tessuto polmonare)
L’espansibilità dei polmoni e del torace viene è espressa dall’incremento che subisce il volume polmonare per ogni unità in più di pressione endoalveolare.
Normalmente ammonta a 0,13 litri per centimetro d’acqua di pressione (ogni volta che la pressione alveolare viene aumentata di 1 cm H2O, i polmoni si espandono di 130 ml).
ESPIRAZIONE (processo passivo)
Diminuzione delle dimensioni della cavità toracica mediante:
- rilassamento muscoli ispiratori
- pressione tra pleura viscerale e parietale sempre inferiore alla pressione atmosferica.
- tendenza passiva dei tessuti polmonari a tornare elasticamente alla loro dimensioni iniziali.
Resistenza tessutale non elastica (viscosità)
E’ l’energia richiesta per risistemare le molecole costitutive il parenchima polmonare e la gabbia toracica al fine di disporle in una differente dimensione.
VOLUMI POLMONARI
- VT = volume tidal o volume corrente (v.m.m.a. 500 ml)
E’ la quantità di aria inspirata ed espirata per ogni atto respiratorio normale.
- VER = volume espiratorio di riserva (v.m.m.a. 1100 ml)
È il volume di aria che può essere emessa mediante una espirazione forzata oltre la normale espirazione.
- VIR = volume inspiratorio di riserva (v.m.m.a. 3000 ml)
E’ il volume di aria che può essere inspirato oltre il volume corrente
- VR = volume residuo (v.m.m.a. 1200 ml)
È il volume di aria che rimane nei polmoni al termine di una espirazione forzata (volume minimale)
Assicura la presenza di aria negli alveoli, per areare il sangue, anche nelle pause tra gli atti respiratori.
Si evitano in questo modo oscillazioni delle concentrazioni di O2 e CO2 tra un atto respiratorio e l’altro.
- FR = frequenza respiratoria media fisiologica dell’adulto (12 atti al minuto)
Il sistema respiratorio ha la capacità di aumentare il proprio volume minuto:
Fino a 25 volte (150 l/min) per brevi periodi.
Fino a 20 volte (120 l/min) per lunghi periodi.
- VM = volume minuto (6000 ml/min)
VT x FR (500x12)
- VA = ventilazione alveolare (4200 ml/min)
quantità di aria che arriva negli alveoli ogni minuto
FR x (VT – VSM) 12 x (500 – 150)
- spirometro
Strumento per la misurazione del volume di aria.
CAPACITÀ POLMONARI
- CP = capacità polmonare
Somma di più volumi polmonari
I fattori che modificano le capacità polmonari sono la:
Struttura corporea
Posizione del corpo
Forza dei muscoli respiratori
Compliance polmonare (elasticità del tessuto polmonare)
- CV = capacità vitale (4600 ml)
E’ la massima quantità di aria che si può espellere dai polmoni con una espirazione forzata al massimo alla fine di una inspirazione forzata al massimo.
VIR + VT + VER (3000+500+1100)
- CI = capacità ispiratoria (3500 ml)
Quantità di aria che un soggetto può inspirare alla fine di una espirazione tranquilla fino alla distensione massima dei suoi polmoni.
VIR + VT (3000+500)
- CFR = capacità funzionale residua (2300 ml)
Quantità di aria residua nel polmone alla fine di una espirazione tranquilla
VER + VR (1100+1200)
- CPT = capacità polmonare totale (5800 ml)
E’ il massimo volume di aria che può essere contenuto nei polmoni al termine di una inspirazione forzata
VIR + VT + VER + VR (3000+500+1100+1200)
- VA = Ventilazione alveolare (350 ml)
Volume di aria inspirata che raggiunge gli alveoli utile ai fini dello scambio respiratorio
volume corrente (VT) meno il volume dello spazio morto (500–150)
- Spazio morto anatomico (150 ml)
Aria contenuta nelli vie respiratorie superiori che non partecipano agli scambi gassosi.
Fattori che modificano lo spazio morto
diminuisce: in posizione supina e con l’espirazione forzata
aumenta: con l’età e con la massima espansione polmonare
- Spazio morto fisiologico
Spazio morto anatomico + volume degli alveoli non funzionanti (es. Patologie polmonari).
LEGGI DELLA DIFFUSIONE (LEGGE DI FICK)
La velocità di trasferimento di un gas attraverso una lamina di tessuto è
direttamente proporzionale:
- all’area del tessuto
- alla differenza di concentrazione del gas fra i due lati
- al coefficente di diffusione del gas
inversamente proporzionale:
- allo spessore del tessuto
Sulla base di questa legge i fattori che influenzano la diffusione dei gas attraverso la membrana respiratoria sono:
1) lo spessore della membrana
1) lo spessore della membrana
2) la superficie della membrana
3) la differenza di pressione
4) il coefficiente di diffusione dei gas
3) la differenza di pressione
4) il coefficiente di diffusione dei gas
A = superficie di scambio
K = coefficiente di diffusione α/√PM
d = distanza di diffusione, spessore membrana respiratoria
SCAMBIO DEI GAS NEI POLMONI
Lo scambio dei gas nei polmoni ha luogo tra l'aria alveolare e il sangue che attraversa i capillari polmonari.
Lo scambio dei gas respiratori avviene, quindi, a livello dell’unità alveolo-capillare.
Gli alveoli sono circa 300 x 10 elevato alla sesta e formano una superficie di scambio totale di circa 140 metri quadri.
Gli scambi gassosi avvengono a livello della membrana respiratoria (alveolo-capillare).
Lo spessore ridotto della membrana facilita il processo di diffusione dei gas.
Gli alveoli sono circa 300 x 10 elevato alla sesta e formano una superficie di scambio totale di circa 140 metri quadri.
Gli scambi gassosi avvengono a livello della membrana respiratoria (alveolo-capillare).
Lo spessore ridotto della membrana facilita il processo di diffusione dei gas.
SCAMBIO DEI GAS NEL SANGUE
Il sangue trasporta l’ossigeno e l’anidride carbonica come soluti o combinanti con altri composti chimici.
Appena entrati nel circolo ematico la CO2 e O2 si disciolgono nel plasma, poichè i liquidi possono portare solo una piccola quantità di gas in soluzione, per questo si uniscono rapidamente ad altre molecole, come l’emoglobina, oppure a proteine plasmatiche.
Una volta che le molecole gassose si sono unite una con l’altra, la loro concentrazione plasmatica diminuisce e una maggior quantità di gas può diffondere nel plasma.
Il sangue trasporta l’ossigeno e l’anidride carbonica come soluti o combinanti con altri composti chimici.
Appena entrati nel circolo ematico la CO2 e O2 si disciolgono nel plasma, poichè i liquidi possono portare solo una piccola quantità di gas in soluzione, per questo si uniscono rapidamente ad altre molecole, come l’emoglobina, oppure a proteine plasmatiche.
Una volta che le molecole gassose si sono unite una con l’altra, la loro concentrazione plasmatica diminuisce e una maggior quantità di gas può diffondere nel plasma.
EMOGLOBINA
L’emoglobina è un pigmento proteico di colore rosso presente soltanto all’interno dei globuli rossi. È una proteina quaternaria, costituita da quattro differenti catene polipeptidiche-due catene alfa e due catene beta- ciascuna associata ad un gruppo eme contenete ferro.
Una molecola di ossigeno può combinarsi con una molecola di ferro in ciascun gruppo eme.
L’emoglobina, si comporta come una specie di spugna per l’ossigeno.
Le molecole di anidride carbonica si combinano con le catene polipeptidiche alfa e beta.
TRASPORTO DI OSSIGENO
Il sangue ossigenato contiene circa 0.3 ml di O2 disciolto per 100 ml di sangue.
L'emoglobina aumenta la capacità di trasporto di ossigeno del sangue.
L'ossigeno viaggia in due forme: come O2 disciolto nel plasma e associato all¹emoglobina ossiemoglobina.
L'ossiemoglobina trasporta la maggioranza dell¹ossigeno totale trasportato dal sangue.
Poiché il sangue ossigenato ha una PO2 di 100 mmHg, 100 millilitri contengono disciolti circa 0,3 ml di ossigeno.
La quantità esatta di ossigeno nel sangue, dipende principalmente dalla quantità di emoglobina presente, (di norma 100 ml di sangue contengono circa 15 g di emoglobina)
Per combinarsi con l’emoglobina, naturalmente, l’ossigeno deve diffondersi dal plasma ai globuli rossi.
Diversi fattori influenzano la velocità con cui l’emoglobina si combina con l’ossigeno a livello dei capillari polmonari.
Un aumento della PO2 del sangue accelera l’associazione dell’emoglobina con l’ossigeno.
HB + O2 aumento PO2 = HbO2
L’ossigeno si associa rapidamente con l’emoglobina-così rapidamente che circa il 97% dell’emoglobina si lega all’ossigeno nel tempo che il sangue impiega a lasciare i capillari dei polmoni per ritornare al cuore.
L’ossigeno viaggia in due forme diverse:
-disciolto nel plasma
-legato all’emoglobina (l’emoglobina trasporta la maggior parte dell’ossigeno totale trasportato nel sangue)
TRASPORTO DEL BIOSSIDO DI CARBONIO
Una piccola quantità di CO2 disciolta nel plasma è trasportata come soluto (10%).
Meno di un quarto dell¹anidride carbonica del sangue si combina coi gruppi NH2 (amminici) dell'emoglobina e altre proteine per formare carbaminoemoglobina (20%).
Più di due terzi dell¹anidride carbonica vengono trasportati nel plasma come ione bicarbonato 70%).
Il biossido di carbonio viene trasportato nel sangue per diverse vie
ANIDRIDE CARBONICA DISCIOLTA
Una piccola quantità di CO2 si discioglie nel plasma e viene trasportata come soluto, circa il 10%, è questa CO2 disciolta che produce PCO2 del plasma sanguigno.
COMPOSTI CARBOMINICI
Da un quinto a un quarto della CO2 del sangue si unisce con i gruppi NH2 (amminici) degli aminoacidi che formano le catene polipeptidiche dell’emoglobina e di diverse altre proteine plasmatiche.
Quando il biossido di carbonio si lega con i gruppi amminici, formano composti carbaminici.
BICARBONATO
Più di due terzi della CO2,trasportata dal sangue si trova in forma di ioni bicarbonato.
Quando la CO2 si scioglie nell’acqua,alcune molecole di CO2 si associano all’H2o per formare acido carbonico.
Una volta formate,alcune molecole di H2CO3 si dissociano per formare H+ e ioni carbonio.
SCAMBIO SISTEMICO
Lo scambio dei gas nei tessuti ha luogo tra il sangue arterioso che fluisce attraverso i capillari dei tessuti e le cellule.
L’ossigeno esce dai capillari del sangue arterioso perché il gradiente di pressione dell'ossigeno favorisce questo passaggio.
Appena l'ossigeno disciolto si diffonde dal sangue arterioso, la PO2 del sangue decresce accelerando la dissociazione dell'emoglobina che rilascia più ossigeno al plasma per la diffusione verso le cellule.
Direzioni di scambio
Lo scambio di anidride carbonica tra tessuti e sangue ha luogo in direzione opposta allo scambio di ossigeno.
Effetto Bohr - l'aumento della PCO2 fa diminuire l'affinità tra ossigeno ed emoglobina.
Effetto Haldane - l'aumentato carico di anidride carbonica causa diminuzione della PO2.
REGOLAZIONE DEL RESPIRO
I principali integratori che controllano i nervi destinati ai muscoli inspiratori ed espiratori sono localizzati nel tronco dell’encefalo.
Centri bulbari della ritmicità
I centri bulbari della ritmicità generano il ritmo di base del ciclo respiratorio. Questa area comprende due centri di controllo interconnessi:
il Centro inspiratorio e il Centro espiratorio.
Alterazione della ritmicità
Il ritmo fondamentale del respiro può essere alterato da differenti stimoli diretti ai centri bulbari della ritmicità. Input da:
Centro apneustico del ponte
stimolano i centri inspiratori ad aumentare la durata e profondità dell’inspirazione.
Centro pneumotassico del ponte
inibisce il centro apneustico e il centro ispiratore per prevenire una sovrainsufflazione polmonare.
Fattori che influenzano il respiro
Stimoli sensitivi provenienti dal sistema nervoso rappresentano il meccanismo a feedback per i centri bulbari della ritmicità.
Modificazioni della PO2, PCO2 e pH del sangue arterioso influiscono sull'area bulbare della ritmicità:
- La PO2 del sangue arterioso ha scarsa influenza se resta al di sopra di un certo livello.
- La diminuzione del pH del sangue stimola i chemiorecettori dei corpi carotidei e aortici.
- La PCO2 agisce sui chemiorecettori bulbari. Se aumenta, ne risulta un respiro accelerato e se decresce il respiro rallenta.
Effetto massimo delle variazione di O2, CO2 e pH sulla ventilazione alveolare per:
- Diminuzione di O2 (pO2<60mmHg) corrisponde ad un aumento del 66% sulla ventilazione.
- Diminuzione di pH (pH 7,1) corrisponde ad un aumento del 400% sulla ventilazione.
- Aumento di pH (pH 7,6) corrisponde ad una diminuzione del 80% sulla ventilazione.
- Aumento di pCO2 ha corrisponde ad un aumento del 1000% sulla ventilazione.
La pressione arteriosa controlla il respiro attraverso il meccanismo dei prossoriflessi.
I riflessi di Hering - Breuer concorrono al controllo del respiro regolando la profondità degli atti respiratori e il volume respiratorio (VR).
La corteccia cerebrale influisce (anche coscientemente) sul respiro aumentandone o diminuendone la frequenza e la profondità.
La temperatura corporea: Quando la temperatura del sangue si eleva, l’ipotalamo promuove una serie di reazioni neurogene tendenti ad abbassarla. Una di queste reazioni, evidente negli animali, è l’ansimare.
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