Fisiologia

Il trasporto dell’ossigeno nel sangue.

Il sangue arterioso trasporta ca. 200 ml/L di O2. 3ml sono disciolti nel plasma e contribuiscono alla PO2

nel sangue, mentre i restanti 197 ml sono trasportati legati all’emoglobina degli eritrociti. Affinché

l’emoglobina trasporti l’ossigeno, è necessario che si leghi con esso in modo reversibile, in funzione della

PO2 dell’ambiente che circonda l’emoglobina. Infatti, nei capillari polmonari dove la PO2 è più alta viene

prodotta più ossiemoglobina e viceversa, nei capillari sistemici si ha liberazione di O2 e, quindi, maggiore

deossiemoglobina.

L’emoglobina può legare 4 molecole di O2; quando tutti i siti di legame sono legati ad una molecola di O2

ciascuno, si dice che l’Hb è satura al 100%.

Quando l’Hb è satura al 100%, essa trasporta 1,34 ml di O2 / 1g di Hb; siccome i valori di Hb nel sangue

sono compresi tra 12-17 g/dl (in media, 150 g/L), la capacità di trasporto di O2 dell’Hb nel sangue è di

200 ml di O2 / L di sangue (1,34 ml/g x 150 g/L).

In una gittata cardiaca che eietta ca. 5L/min. di sangue, esso fornisce 1000 ml/min. di O2. I tessuti

necessitano di 250 ml/min. di O2 (25%), per cui l’emoglobina è ancora satura al 75% quando lascia i

tessuti ( con PO2= 40 mmHg).

N.B. Quando la PO2 alveolare= 100 mmHg, l’emoglobina è satura al 98%; per essere satura al 100%, la

PO2 dovrebbe essere di 250 mmHg.

L’affinità dell’ossigeno per l’emoglobina è influenzata, oltre che dal gradiente di pressione e dalla sua

solubilità, da altri 3 fattori:

1) Temperatura: al suo aumentare, diminuisce l’affinità dell’ossigeno per l’emoglobina, e viceversa.

2) pH: all’aumentare della concentrazione di ioni H+, diminuisce l’affinità dell’O2 per l’Hb (es. nei

tessuti), e viceversa (effetto Bohr).

3) PCO2: all’aumentare della concentrazione di CO2, essa si lega maggiormente con l’emoglobina per

formare carbaminoemoglobina (HbCO2); questo legame diminuisce l‘affinità dell?ossigeno per l’Hb

( effetto carbaminico).

Il trasporto dell’anidride carbonica nel sangue.

Dell’anidride carbonica presente nel sangue, ca. il 5-10% rimane disciolta nel plasma, mentre il 20% si

lega all’emoglobina (= carbaminoemoglobina) e il restante 65% si lega all’H2O formando H2CO3 (acido

-

carbonico), che si dissocia in ioni H+ e HCO3 . Questa reazione, che porta prima alla formazione di acido

carbonico e poi alla sua dissociazione in ioni idrogeno e bicarbonato, è guidata dall’enzima anidrasi

carbonica presente negli eritrociti che, quindi, è implicata anche nel mantenimento dell’equilibrio acido-

base, in quanto regola la PCO2 nel sangue.

Tuttavia, quando il livello di ioni bicarbonato negli eritrociti aumenta, essi vengono trasportati nel plasma

e scambiati con ioni cloro, che si spostano all’interno dei globuli rossi (scambio dei cloruri), mentre gli

ioni idrogeno in eccesso vengono tamponati legandosi dall’emoglobina. Questi meccanismi vengono

messi in atto per impedire che, l’aumento di ioni idrogeno e bicarbonato negli eritrociti, porti ad una

situazione di equilibrio per la quale la reazione dell’anidride carbonica con l’acqua verrebbe rallentata

fino a fermarsi, portando ad un accumulo di CO2 disciolta.

Il controllo nervoso della respirazione.

Durante la respirazione tranquilla, il ciclo respiratorio consiste nella contrazione dei muscoli inspiratori

per inspirare, e nel loro rilassamento per espirare(processo passivo); durante la respirazione attiva,

invece, vengono reclutati anche dei muscoli espiratori, che si rilassano durante l’inspirazione e si

contraggono durante l’espirazione.

Siccome i muscoli respiratori sono muscoli scheletrici, essi sono innervati da motoneuroni; quindi, il

nervo frenico innerva il diaframma e i nervi intercostali interni ed esterni innervano i rispettivi muscoli

intercostali. I segnali nervosi che controllano i muscoli respiratori vengono generati dai centri respiratori.

Centri respiratori.

1) contiene

Nel bulbo: -gruppo respiratorio ventrale(VRG) per lo più neuroni espiratori, e

qualche neurone inspiratorio; contiene

-gruppo respiratorio dorsale(DRG) principalmente neuroni inspiratori,

e qualche neurone espiratorio.

2) sono

Nel ponte: -gruppo respiratorio pontino(PRG) costituiti da un centro apneustico(=

eccitatorio) e da un centro pneumotassico (= inibitorio) ;

esso contiene neuroni inspiratori, espiratori e neuroni misti, implicati sia nella

inspirazione che nella espirazione.

3) con

Generatore centrale di pattern(CPG) sede sconosciuta, esso è una rete di neuroni che dà luogo

al ritmo respiratorio; un’ipotesi suggerisce che esso abbia attività autoritmica, simile alle cellule

pacemaker del cuore.

Controllo della ventilazione da parte dei chemocettori.

La diminuzione o l’aumento della ventilazione alveolare causa cambiamenti delle pressioni parziali dei

gas nell’aria alveolare, determinando corrispondenti cambiamenti nel sangue arterioso. Questi

cambiamenti vengono individuati dai chemocettori localizzati nelle principali arterie e nel cervello, che

inviano segnali ai centri respriratori per adeguare la frequenza respiratoria e riportare le pressioni parziali

dei gas a valori normali.

Chemocettori periferici: si trovano vicino al seno carotideo, nei glomi carotidei, e nel glomo aortico;

essi comunicano attraverso neuroni afferenti con i centri respiratori bulbari. Rispondono indirettamente a

modificazioni arteriose di PO2 (se scende al di sotto dei 60mmHg) e PCO2 (solo se prima è stata

convertita il ioni idrogeno e bicarbonato), ma possono rispondere direttamente a modificazioni del pH,

quando vi è un aumento della concentrazione di ioni idrogeno.

Chemocettori centrali: si trovano nel bulbo tronco encefalico; sono attivati dagli ioni idrogeno, che

passano la barriera ematoencefalica sotto forma di anidride carbonica, per poi venire convertiti in ioni

idrogeno e bicarbonato dall’anidrasi carbonica presente nel liquido celebrospinale. Sono; quindi,

indirettamente sensibili alle modificazioni della PCO2 nel sangue.

Il sistema respiratorio nell’equilibrio acido-base.

Il normale pH del sangue arterioso è di 7,4 e può variare al massimo entro un intervallo di vlori compresi

tra 7,38 e 7,42.

Se il pH scende al di sotto dei 7,35 si parla di acidosi, una condizione che porta alla depressione del

SNC, correlata a coma e insufficienza respiratoria fatale.

Se il pH sale al di sopra dei 7,45 si parla di alcalosi, una condizione che porta ad ipereccitazione del

SNC, che comporta movimenti muscolari incontrollati, convulsioni e morte correlata a contrazioni

spasmodiche dei muscoli respiratori.

Come già detto in precedenza, l’emoglobina è un sistema tampone, in quanto può legare o liberare ioni

idrogeno. Nei tessuti, l’emoglobina libera O2 e lega gli ioni idrogeno che derivano dalla reazione della

CO2 con l’acqua, impedendo che il pH diventi troppo acido. Nei polmoni, l’emoglobina rilascia ioni

idrogeno e lega ossigeno; la clearance dell’anidride carbonica tende a eliminare ioni idrogeno, un effetto

controbilanciato dal rilascio degli stessi ioni da parte dell’emoglobina quando essa lega l’ossigeno.

Anche gli ioni bicarbonato sono considerati un sistema tampone: se la concentrazione degli ioni idrogeno

aumenta, essi si legano al bicarbonato per formare anidride carbonica, mentre se aumenta l’anidride

carbonica nel sangue, essa può essere convertita in bicarbonato e ioni idrogeno.

Per mantenere il pH del sangue a valori compresi tra 7,38 e 7,42 è necessario che il rapporto tra

bicarbonato e anidride carbonica rimanga costante a 20:1 (vedi equazione di Henderson-Hasselbach

sulla relazione tra anidride carbonica e acidità!); mentre i polmoni regolano la concentrazione di anidride

carbonica, i reni regolano quella di ioni bicarbonato.

N.B. Si può parlare, quindi, di acidosi respiratoria o acidosi metabolica, e di alcalosi respiratoria o

alcalosi metabolica!

App. Urinario.

Funzioni del sist.urinario.

I reni svolgono numerosissime funzioni, tra cui:

1) Regolazione della composizione ionica del plasma aumentando o diminuendo l’escrezione urinaria

di soluti, in particolare sodio, potassio, calcio, magnesio, cloro, bicarbonato e fosfati;

2) Regolazione del volume plasmatico controllando la velocità di escrezione di acqua con l’urina, con

effetto diretto sulla pressione arteriosa;

3) Regolazione dell’osmolarità plasmatica capacità di regolare la concentrazione di soluti nel plasma;

4) Regolazione della concentrazione di idrogenioni (pH) i reni collaborano con i polmoni nella

regolazione del pH del sangue, aumentando o diminuendo la concentrazione di ioni idrogeno e

bicarbonato;

5) Rimozione dei prodotti di scarto del metabolismo e di sostanze estranee dal plasma eliminazione

prodotti di scarto (ureacatabolismo proteine, acido uricocatabolismo acidi nucleici) e sostanze

estranee (additivi alimentari, farmaci, etc.)

6) Regolazione dell’ematocrito attraverso l’apparato juxtaglomerulare.

Anatomia del sist.urinario.

Nefrone: unità anatomica e funzionale del rene; sono formati da:

1) Corpuscolo renale a sua volta comporto da glomerulo arterioso + capsula di Bowman.

2) Tubulo renale a sua volta composto da tubulo contorto prossimale + ansa di Henle + tubulo

contorto distale.

3) Dotto collettore

Nei nefroni si verificano i seguenti processi di scambio:

- Filtrazione glomerulare: consente al plasma deproteinato di passare di capillari glomerulari nella

capsula di Bowman. Il filtrato ha la stessa composizione del plasma, tranne per la componente

proteiche che è scarsa; esso deve attraversare membrana glomerulare o barriera di filtrazione

(cell.endoteliali del capillare + membrana basale + cell.epiteliali della capsula), prima di entrare nella

capsula di Bowman. La filtrazione glomerulare è sotto il controllo di gradienti di pressione idrostatica

e osmotica (Forze di Starling) che sono:

1) Pressione idrostatica nel capillare glomerulare(Pgc) ca. 60 mmHg; è più alta rispetto agli

altri capillari sistemici a causa dell’elevata resistenza nell’arteriola afferente del glomerulo;

2) Pressione oncotica nella capsula di Bowman(πbc) favorisce la filtrazione ed è dovuta alla

presenza di soluti non permeanti, in particolare le proteine; siccome la loro concentrazione nella

capsula di Bowman è bassa, la pressione oncotica è trascurabile(0 mmHg). La pressione nel

corpuscolo renale che favorisce la filtrazione normalmente è: Pgc + πbc = 60 mmHg.

3) Pressione idrostatica nella capsula di Bowman(Pbc) ca. 15 mmHg; si oppone alla filtrazione.

4) Pressione oncotica