Riassunto esame Fisiologia umana, Prof. Rivolta Ilaria, libro consigliato Elementi di fisiologia, Poltrinieri

CONTROLLO DELLA VENTILAZIONE

I muscoli coinvolti nella respirazione sono tutti striati. Tuttavia non siamo sempre consapevoli della respirazione. La modulazione viene regolata da altri fattori oltre alla volontà:

• Riflessi chemocettivi
• Interazione tra centro di controllo polmonare (bulbo, in particolare gruppo ventilatorio ventrale e gruppo ventilatorio dorsale) e centro di controllo cardiovascolare
• Emozioni

Il gruppo ventilatorio dorsale controlla i muscoli dell'inspirazione, mentre il ventrale controlla i muscoli espiratori.

SCAMBIO ALVEOLARE

La circolazione polmonare contiene 500 ml di sangue (10% del volume totale): la quantità che scambia nei capillari è di 75 ml.

La base del polmone risulta maggiormente perfusa rispetto all'apice a causa del gradiente pressorio. Se il sangue che scorre nei capillari non genera una pressione che contrabatte gli alveoli, vengono schiacciati (collabiti). I capillari alla base per fattori gravitazionali hanno pressione.

Fick La legge di Fick descrive il processo di diffusione dei gas attraverso una membrana. La quantità di gas che diffonde dipende dalla differenza di pressione parziale tra i due lati della membrana e dalla permeabilità della membrana stessa. La pressione parziale di un gas è la pressione che eserciterebbe se fosse l'unico gas presente in un dato volume. Nell'aria, la pressione parziale di un gas è proporzionale alla sua concentrazione. La legge di Fick può essere espressa con l'equazione: Flusso di gas = (Area x Coefficiente di diffusione x Differenza di pressione parziale) / Spessore della membrana Dove: - Flusso di gas è la quantità di gas che diffonde attraverso la membrana per unità di tempo - Area è l'area della membrana attraverso la quale avviene la diffusione - Coefficiente di diffusione è una costante che dipende dalla natura del gas e dalla permeabilità della membrana - Differenza di pressione parziale è la differenza di pressione parziale tra i due lati della membrana - Spessore della membrana è lo spessore della membrana attraverso la quale avviene la diffusione La legge di Fick è importante nel processo di scambio di gas nei polmoni. L'ossigeno diffonde dagli alveoli ai capillari sanguigni, mentre il biossido di carbonio diffonde dai capillari agli alveoli. La differenza di pressione parziale tra l'aria negli alveoli e il sangue nei capillari favorisce la diffusione di questi gas attraverso la membrana alveolo-capillare. Inoltre, la legge di Fick è utilizzata per calcolare il flusso di gas attraverso le membrane biologiche in altri processi fisiologici, come ad esempio lo scambio di gas nei tessuti durante la respirazione cellulare.Dalton: riferimento alle quantità relative dei gas. La pressione totale di una miscela dei gas è data dalla somma delle singole pressioni parziali. Su 100 molecole d'aria sono 21 di ossigeno, la pressione parziale di ossigeno è: 760mmHg (pressione a livello del mare) x 0,21 = 160 mmHg. Se l'aria è carica di umidità, la pressione parziale dell'ossigeno diventa più bassa. Il passaggio delle molecole di gas dall'aria nel liquido è direttamente proporzionale a tre fattori: - temperatura - gradiente di pressione dei gas - solubilità del gas nel liquido: facilità con cui il gas si scioglie nel liquido. Se sono poche molecole in soluzione, per avere pressione parziale più elevata è poco solubile. Contenitore riempito per metà di acqua, porzione gassosa 100 mmHg, porzione liquida 0 mmHg. Dalla fase gassosa le molecole di ossigeno passano alla fase liquida: continua fino a che in quella liquida arriva a

100 e ho flusso netto nullo. Servono poche molecole nella fase liquida per avere elevata pressione parziale, perché non si sciolgono e si respingono. L'ossigeno è poco solubile nei liquidi. L'anidride carbonica è più solubile dell'ossigeno di 20 volte. Nell'alveolo ho l'aria con pressione parziale di 100 mmHg. Nel sangue venoso, povero di ossigeno, ho 40 mmHg. Per gradiente pressorio l'aria entra nel circolo finché non arriva a 100. Il continuo apporto di aria consente di avere sempre 100 nell'alveolo. A livello tissutale abbiamo sangue che entra con pressione parziale di 100, mentre i tessuti 40. L'ossigeno passa dal sangue per diffusione semplice e va verso il tessuto finché raggiunge l'equilibrio di 40 mmHg. L'aria che sta nell'alveolo ha pressione parziale di CO2 di 40 mmHg. Il sangue che arriva agli alveoli ha CO2 46 mmHg. L'anidride esce dal sangue si trasferisce.

all'aria fino a che l'aria arriva a 46 e il sangue 40. Torna nei tessuti e le cellule hanno 46mmHg, per cui passa dai tessuti e va al sangue fino a 46. IPOSSIA Ipossia ipossica: la pressione parziale di ossigeno nel sangue arterioso è bassa Ipossia anemica: riduzione della quantità totale di O2 legata all'emoglobina Ipossia ischemica: riduzione del flusso ematico Ipossia istotossica: incapacità della cellula di utilizzare O2 perché le cellule non riescono a sganciare l'ossigeno dall'emoglobina CAUSE CHE DETERMINANO UN BASSO CONTENUTO ARTERIOSO DI OSSIGENO - insufficienza dell'ossigeno che raggiunge gli alveoli: l'aria inspirata ha un basso contenuto di ossigeno o la ventilazione alveolare è inadeguata o ipoventilazione - disturbi dello scambio di ossigeno tra alveoli e capillari polmonari: legge di Fick, fattori fondamentali sono spessore, area e delta P. Lo scambio gassoso nei polmoni è rapido e il flusso ematico.

lungo i capillari polmonari è lento. Se il sangue scorre veloce, non si ossigena perché è maggiore della velocità di scambio.

Area: la distanza di diffusione è modesta perché le cellule sono sottili. L'aumento dello spessore della membrana alveolare o l'aumento della distanza di diffusione tra aria e sangue incide sul processo diffusivo.

Cause:

• Fibrosi polmonare con deposizione di materiale fibrotico tra i setti;
• Edema interstiziale ovvero accumulo di acqua nell'interstizio perché la parte liquida del sangue extravasa e la matrice aumenta insieme allo spessore delta X, grazie al sistema linfatico viene riassorbito e protegge il tessuto da edema;
• Enfisema: attivazione di macrofagi e rilascio di enzimi proteolitici, distruggono le fibre elastiche polmonari e rompono le pareti alveolari, provocano riduzione dell'area di scambio - inadeguatezza del trasporto di ossigeno nel sangue.

TRASPORTO DI GAS NEL SANGUE

L'ossigeno viaggia

disciolto nel sangue o legato all'emoglobina (98%). Il legame tra ossigeno e emoglobina è reversibile. Nei capillari polmonari l'ossigeno si lega all'emoglobina a causa di un'elevata pressione parziale di ossigeno. A livello dei capillari tissutali, dove la pressione è inferiore, l'emoglobina rilascia l'ossigeno.

EMOGLOBINA: 4 catene, ciascuna ha un gruppo eme con ferro, lega 4 ossigeno. Il legame tra CO2 e emoglobina non avviene nello stesso sito, ma in una coda N-terminale. L'emoglobina adulto e fetale differiscono per 2 delle 4 catene: nell'adulto 2 catene alfa e 2 beta, nella fetale 2 alfa e 2 gamma; l'emoglobina fetale è molto affine all'ossigeno.

Tra l'alveolo e il sangue, per gradiente pressorio, l'ossigeno passa dall'alveolo al sangue; siccome è poco solubile, bastano poche molecole per alzare la pressione parziale; il rischio è che non ci sia più diffusione; quindi l'elevata

pressione parziale di ossigeno elevata, dove l'emoglobina è completamente satura e la percentuale di saturazione è del 100%. Man mano che la pressione parziale di ossigeno diminuisce, la percentuale di saturazione diminuisce gradualmente. Questo significa che a pressioni parziali di ossigeno più basse, l'emoglobina ha una minore affinità per l'ossigeno e rilascia più facilmente le molecole di ossigeno ai tessuti. La curva di dissociazione ossigeno-emoglobina è importante perché ci permette di capire come l'emoglobina rilascia l'ossigeno ai tessuti in base alle loro esigenze metaboliche. Ad esempio, durante l'esercizio fisico, i tessuti hanno un maggiore fabbisogno di ossigeno e quindi la pressione parziale di ossigeno nei tessuti diminuisce. Questo porta a una diminuzione della percentuale di saturazione dell'emoglobina e a un maggiore rilascio di ossigeno ai tessuti. Inoltre, la curva di dissociazione ossigeno-emoglobina può essere influenzata da vari fattori come il pH, la temperatura e la concentrazione di ioni diidrogeno. Questi fattori possono spostare la curva verso destra o verso sinistra, influenzando l'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno. In conclusione, la curva di dissociazione ossigeno-emoglobina ci fornisce informazioni importanti sulla capacità dell'emoglobina di legare e rilasciare l'ossigeno in base alle condizioni fisiologiche. Questo ci aiuta a comprendere come il nostro corpo regola il trasporto di ossigeno ai tessuti in modo efficiente.saturazione dell'emoglobina diminuisce. Se il pH diventa leggermente alcalino, la percentuale di saturazione dell'emoglobina aumenta. -Temperatura: se la temperatura aumenta, la percentuale di saturazione dell'emoglobina diminuisce. Se la temperatura diminuisce, la percentuale di saturazione dell'emoglobina aumenta. -Pressione parziale di anidride carbonica (pCO2): se la pCO2 aumenta, la percentuale di saturazione dell'emoglobina diminuisce. Se la pCO2 diminuisce, la percentuale di saturazione dell'emoglobina aumenta. -2,3-difosfoglicerato (2,3-DPG): se la concentrazione di 2,3-DPG aumenta, la percentuale di saturazione dell'emoglobina diminuisce. Se la concentrazione di 2,3-DPG diminuisce, la percentuale di saturazione dell'emoglobina aumenta. -Emoglobina fetale: l'emoglobina fetale ha una maggiore affinità per l'ossigeno rispetto all'emoglobina adulta. Durante la gravidanza, l'emoglobina fetale aiuta a trasferire l'ossigeno dalla madre al feto. -Altitudine: ad alte altitudini, dove la pressione parziale di ossigeno è più bassa, l'emoglobina ha una maggiore affinità per l'ossigeno per favorire il trasporto di ossigeno ai tessuti. -Condizioni patologiche: alcune malattie, come l'anemia o le malattie polmonari, possono influenzare il legame dell'ossigeno con l'emoglobina.

La saturazione scende molto. Invece di essere satura al 75% scende a 60%. Più ossigeno viene liberato. Se il pH diventa leggermente basico, l’affinità aumenta. Esempio: il muscolo fa attività e produce acido lattico, viene rilasciato più ossigeno.

Temperatura: se la temperatura aumenta, riduce l’affinità e l’emoglobina rilascia. Esempio: muscolo che produce calore.

Pressione parziale di CO2: l’aumento di CO2 riduce l’affinità e l’emoglobina rilascia. Esempio: il metabolismo attivo produce CO2.

TRASPORTO DELL’ANIDRIDE CARBONICA: l’elevata produzione di CO2 acidifica l’ambiente, per cui deve essere smaltita. Un’elevata pressione parziale di CO2 causa acidosi; denatura le proteine e deprime il SNC. Una piccola quota è disciolta, circa 7%. Come per l’ossigeno, le molecole di CO2 nel tessuto alzano così tanto la pressione che entrano nel globulo rosso. Qui o si lega all’emoglobina (23%) o viene

convertita in ione bicarbonato (70%) e buttatofuori attraverso un trasportatore. La conversione in ione bicarbonato è importante per non alterare il pH ematico. Il tampone bicarbonato tende a prevenire le variazioni di pH, perché lo ione bicarbonato può legare idrogeno o lo può rilasciare se è troppo poco. Se il sangue è acido lega H+, se il sangue è troppo basico lascia H+.

A livello alveolare, succede la stessa cosa di prima: la pressione nel sangue è 46, nell'alveolo 40; se ne va la quota disciolta, si riduce la pressione, l'emoglobina sganciala Co2, lo ione bicarbonato rientra nel globulo rosso con lo stesso trasportatore, si trasforma in Co2 e esce.

TAMPONE BICARBONATO

La conversione in bicarbonato sposta la Co2 e crea un tampone. La Co2 reagisce con la molecola d'acqua; questa reazione che avviene nel citosol del globulo rosso grazie all'anidrasi carbonica per produrre acido carbonico. Questo è al