Fiiologia Umana (Battezzati) - Completo

Il sistema respiratorio: lo scambio dei gas e la regolazione del respiro

Il sistema respiratorio è così chiamato per la sua funzione di respirazione, ossia il processo di scambio dei gas. Tale scambio avviene a livello di respirazione interna, che si riferisce all'utilizzo di O2 all'interno dei mitocondri per generare ATP, e respirazione esterna, che si riferisce allo scambio di O2 e CO2 tra l'atmosfera e i tessuti del corpo e coinvolge i sistemi respiratorio e circolatorio.

I fattori che influenzano la respirazione esterna sono:

• Superficie di scambio: direttamente proporzionale
• Gradiente di P parziale
• Rapporto ventilazione-perfusione

Il sangue trasporta O2 dai polmoni verso i tessuti e CO2 in senso opposto e nello scambio tra l'aria alveolare e il sangue e il sangue e i tessuti sistemici ciascun gas diffonde in base al proprio gradiente di concentrazione parziale. Le P O2 e P CO2 nell'aria atmosferica sono rispettivamente pari a...

¹⁶⁰ mmHg e ^0,23 mmHg e negli alveoli P è ¹⁰⁰ mmHg e P ⁴⁰ mmHg. Il sangue che entra nei _{O2 CO2} capillari polmonari è deossigenato (P ⁴⁰ mmHg e P ⁴⁶ mmHg) e quando raggiunge gli alveoli _{O2 CO2} O e CO diffondono in base al loro gradiente di P parziale, quindi l'O diffonde dagli alveoli (¹⁰⁰ mmHg) al sangue (⁴⁰ mmHg) e la CO dal sangue (⁴⁶ mmHg) agli alveoli (⁴⁰ mmHg). Quindi il ₂ processo di diffusione fa sì che il sangue che lascia i capillari polmonari e che entra nelle vene polmonari abbia le stesse P riscontrate negli alveoli. Successivamente il sangue fluisce nel ventricolo sinistro che lo pompa verso i capillari sistemici, dove avviene lo scambio tra sangue e cellule del tessuto. Il sangue che entra nei capillari sistemici ha una P di ¹⁰⁰ mmHg e una P di _{O2 CO2} 40 mmHg e nel fluido interstiziale che circonda i capillari, la P è più bassa a causa del consumo di O₂ da parte delle cellule e la P è più alta a causa della produzione di

CO da parte delle cellule₂ CO₂ 2stesse, quindi l'O si muove dal sangue ai tessuti e la CO dai tessuti al sangue. Le P parziali di O e₂ 2 2CO del sangue venoso che lascia i capillari sistemici variano in base all'attività metabolica del₂tessuto e al flusso di sangue al tessuto; durante un'intensa attività fisica P sarà più bassa e PO₂ CO₂più alta.

Il sangue venoso che proviene dai vari distretti torna all'atrio destro mescolandosi prima di esserepompato all'arteria polmonare, quindi è detto sangue venoso misto, e ha una P di 40 mmHg eO₂una P di 46 mmHg. Durante un'intensa attività fisica P diminuisce e P aumenta.CO₂ O₂ CO₂

La relazione tra ventilazione (V , quantità di flusso d'aria diretto agli alveoli) e perfusione (Q,Aquantità di flusso di sangue diretto agli alveoli) è detta rapporto ventilazione-perfusione (V /Q).AIn condizioni normali, la P e la P sono a valori normali,

rispettivamente 100 e 40 mmHg, sia O2 che CO2 negli alveoli che nel sangue che circonda gli alveoli. Quando insorgono possibili differenze nella ventilazione o nella perfusione in alcuni alveoli, dovuti a stati patologici o a causa dell'effetto della gravità, intervengono meccanismi di controllo locale che operano per ripristinare i valori della ventilazione e della perfusione, in modo tale da garantire un efficiente scambio di gas. Cambiamenti della P e della P negli alveoli e nel fluido interstiziale dei polmoni influenzano l'attività contrattile dei muscoli lisci delle vie aeree e dei vasi sanguigni, causando cambiamenti del diametro bronchiale, quindi del flusso d'aria, e cambiamenti del diametro delle arteriole, e quindi della perfusione dei singoli alveoli. Un aumento di P determina una modesta costrizione dei bronchioli e una dilatazione delle arteriole polmonari (riduce V e aumenta Q) e una sua riduzione determina una modesta dilatazione dei bronchioli.e una costrizione delle arteriole polmonari (aumenta V e riduce Q); un aumento di P determina una dilatazione dei bronchioli e una modesta costrizione delle arteriole CO2 polmonari (aumenta V e riduce Q) e una sua riduzione determina una costrizione dei bronchioli e una modesta dilatazione delle arteriole polmonari (riduce V e aumenta Q). L'O2 agisce principalmente sulle arteriole polmonari, mentre CO2 agisce principalmente sui bronchioli. Quindi nelle regioni polmonari con un alto V/Q l'aumento della P e la diminuzione dell'O2 della P causano broncocostrizione e vasodilatazione per diminuire V e aumentare Q e nelle regioni polmonari con un basso V/Q la diminuzione della P e l'aumento della P causano broncodilatazione e vasocostrizione per aumentare V e diminuire Q. Ciascun litro di sangue arterioso contiene ca 200 mL di O2, di cui sono 3 mL sono disciolti nel plasma e i rimanenti 197 mL sono trasportati mediante l'emoglobina, una proteina negli

eritrociti. Essa è formata da 4 subunità, ciascuna delle quali contiene un gruppo eme dotato di ferro e ingrado di legare una molecola di O2; quindi ciascuna molecola di emoglobina può trasportare 4 molecole di O2. Il complesso emoglobina + O2 è definito ossiemoglobina e una molecola priva di O2 è detta deossiemoglobina. L'O2 si diffonde dall'aria alveolare al sangue dei capillari polmonari, dove si lega all'emoglobina per essere trasportato dal sangue; nei capillari sistemici, l'emoglobina rilascia l'O2, che diffonde dal sangue alle cellule dei tessuti. Un'alta P facilita il legame dell'O2 con l'emoglobina, mentre una P bassa ne facilita il rilascio. Nel sangue arterioso la P è normale (100 mmHg) e l'emoglobina è saturata al 98,5%; nel sangue venoso misto la P è 40 mmHg e l'emoglobina è saturata al 75%. La curva di dissociazione dell'ossiemoglobina

valuta la percentuale di saturazione di emoglobina in funzione della P :O2; è una funzione sigmoide, in quanto la capacità dell'emoglobina di legarsi all'O2 dipende da quante molecole di O2 sono già legate ad essa, infatti il legame di una molecola di O2 all'emoglobina aumenta la sua affinità per l'O2 (cooperazione positiva). A P < 15 mmHg molte molecole di emoglobina non hanno alcun O2 legato e la loro affinità per l'O2 è relativamente bassa, un aumento di P porta ad un piccolo aumento della percentuale di saturazione. Al crescere di P, più molecole di O2 emoglobina legano almeno una molecola di O2, determinando un aumento dell'affinità dell'ossiemoglobina per altre molecole di O2. A valori > 60 mmHg, la pendenza della curva diminuisce, in quanto, all'aumentare della saturazione, sono disponibili meno siti di legame per l'O2 e a un valore > 80 mmHg la curva.

si2appiattisce. Uno spostamento della curva verso destra indica una diminuzione dell'affinità dell'emoglobina per l'O2 e quindi indica che l'O2 viene liberato più facilmente dall'emoglobina, rendendolo più disponibile ai tessuti.

Oltre alla P, l'affinità dell'emoglobina per l'O2 è influenzata da:

• T: all'aumentare del metabolismo dei tessuti la T sale, diminuendo l'affinità dell'emoglobina per l'O2, promuovendo il rilascio ai tessuti; la diminuzione della T del sangue durante il passaggio dei polmoni aumenta l'affinità dell'emoglobina per l'O2, promuovendone il legame.
• pH: una riduzione del pH determina, quando l'O2 si lega all'emoglobina, il rilascio da parte di aa2+ dell'emoglobina di H+, che si legano ad essa, diminuendone l'affinità O2, che quindi viene rilasciato (effetto Bohr).
• P: CO agisce in

modo reversibile con alcuni gruppi amminici dell'emoglobina per formare CO2 2carbamminoemoglobina (HbCO). Quando CO si lega all'emoglobina, la conformazione della2 2proteina si modifica, diminuendo la sua affinità per l'O (effetto carbamminico)2. 2,3-DPG (2,3-difosfoglicerato): se i livelli di ossiemoglobina sono alti essa inibisce 2,3-DPG; se invece i suoi livelli sono bassi, interviene la sintesi di 2,3-DPG che determina una diminuzione dell'affinità dell'emoglobina per l'O e quindi ne favorisce il rilascio ai tessuti. I primi 3 fattori favoriscono il passaggio dell'O dall'emoglobina ai tessuti e il legame dell'O2 2all'emoglobina nei tessuti, aumentando l'efficienza dello scambio di O e il trasporto di esso ai2tessuti che lo richiedono. Il legame dell'O all'emoglobina è influenzato anche dal monossido di2carbonio, un fattore tossico che si lega all'emoglobina più

velocemente dell'O, impedendone il legame e diminuendo la capacità del sangue di trasportare l'O. La CO per il 5-6% è disciolta nel sangue, il 5-8% è legato all'emoglobina come 3-carbamminoemoglobina e l'86-90% è disciolto nel sangue sotto forma di ioni bicarbonato (HCO₃^-), che è ottenuto dall'anidrasi carbonica (CO₂ + H₂O → H₂CO₃ → H⁺ + HCO₃^-); questa reazione rimuove la CO disciolta nel sangue e diminuisce la P, creando un maggior gradiente per la diffusione della CO dai tessuti al sangue.

Quando il livello di HCO₃^- e H⁺ negli eritrociti aumenta, HCO₃^- vengono trasportati nel plasma e H⁺ vengono neutralizzati legandosi all'emoglobina. A questo punto, gran parte della CO viene trasportata nel sangue come HCO₃^- disciolti nel plasma.

Nei polmoni la CO diffonde secondo il proprio gradiente di P dal sangue dei capillari polmonari agli alveoli per essere espirata. La perdita di CO fa in modo

che HCO3- e H+ negli eritrociti si combinino per formare H2CO3, che viene convertito dall'anidrasi carbonica in H2O e CO2, che vanno negli alveoli e vengono espulsi. L'affinità dell'emoglobina per la CO2, e quindi la capacità del sangue di trasportare CO2, è influenzata dalla PO2: la CO2 totale nel sangue cresce all'aumentare della PO2, ma ad una certa PO2, il contenuto di CO2 nel sangue si riduce all'aumentare di PO2 (effetto Haldane). Questo perché il legame dell'O2 con l'emoglobina diminuisce la sua affinità per la CO2; quindi se la PO2 aumenta, la quantità di CO2