Fisiologia completa e schematica 2 parte

L’O

che la sua pressione parziale sarà data dal 79% di 760, cioè 600 mmHg. rappresenta il 21% di

2

760 mmHg e cioè 160 mmHG.

Quindi la Pressione Parziale di un gas è la singola pressione esercitata da quel gas in una miscela gassosa,

denominata P seguita dal nome del gas. Esempio:

= pressione parziale dell’ossigeno 21%

PO di 760 = 160 mmHg

2 = pressione parziale dell’anidride carbonica è 0,23 mmHg , trascurabile

PCO

2

PN = pressione parziale dell’azoto 79% di 760 = 600 mmHg 55

Si è visto quindi che lo scopo ultimo della respirazione è quello di fornire un apporto continuo di O ai

2

tessuti e di rimuovere continuamente la CO dal sangue. Il sangue funge da sistema di trasporto di O e

2 2

CO tra i polmoni ed i tessuti. Le cellule tissutali riversano la CO nel sangue ed estraggono O dal sangue

2 2 2

stesso. Questi scambi quindi avvengono per diffusione attraverso un gradiente di pressione parziale dei

gas. Esistono gradienti di pressione tra aria atmosferica ed alveoli, tra alveoli e sangue e tra sangue e tessuti.

Non esiste un meccanismo di trasporto attivo.

Come avvengono questi scambi?

L’O presente nell’aria atmosferica ha una pressione parziale di 160 mmHg, mentre negli alveoli è di

1. 2

100 mmHg . Esiste quindi un gradiente di pressione parziale di O che permette il suo passaggio

2

– nell’aria

negli alveoli ( 160 100 = 60 mmHg). Viceversa la pressione parziale della CO

2

atmosferica è trascurabile, mentre negli alveoli la PCO è di 40 mmHg. Questo gradiente di

2

pressione permette l’eliminazione della CO nell’aria.

2

2. Negli alveoli quindi la PO è di 100 mmHg e la PCO è di 40 mmHg. Nei capillari polmonari la PO è

2 2 2

di 40 mmHg e la PCO è di 46 mmHg. Il gradiente di pressione parziale di O e CO permette

2 2

2

quindi il passaggio di O nei capillari polmonari e della CO negli alveoli.

2 2

3. A livello dei capillari venosi tissutali la PO è sempre di 100 mmHG e la PCO è di 40 mmHg. Nei

2 2

tessuti la PO è di 40 mmHg e la PCO è di 46 mmHG. Il gradiente di pressione parziale che si crea

2 2

permette il passaggio di O nelle cellule tissutali e della CO nei capillari venosi tissutali.

2 2

4. A livello dei capillari venosi la PO sarà quindi di 40 mmHG e la PCO sarà di 46 mmHg. Con queste

2 2

pressioni parziali i due gas ritorneranno al cuore e poi ai polmoni per iniziare un nuovo ciclo di scambi

respiratori.

Si è detto che la velocità di diffusione dei gas dipende dal gradiente di pressione parziale dei gas.

Questo è il fattore principale ma esistono altri due fattori che la influenzano:

 L’area della superficie di scambio: più è grande l’area di scambio e più è alta la velocità di diffusione

durante l’attività fisica, quando cioè i capillari polmonari prima chiusi si aprono

dei gas. Questo avviene

ed aumentano l’area di scambio di gas. Alcune malattie come l’enfisema polmonare riducono l’area.

 Lo spessore della barriera tra sangue ed aria: se aumenta si riduce la velocità di scambio. Questo

accade in alcune malattie come la fibrosi polmonare, la polmonite e lo scompenso cardiaco.

Questa diffusione dei gas attraverso un gradiente di pressione viene denominata diffusione netta dei gas,

cioè il passaggio di O prima tra aria e sangue e poi tra sangue e tessuti. Lo stesso vale per la CO , con

2 2

passaggi inversi. 56

Trasporto di O nel sangue

2

L’ossigeno è presente nel sangue in due forme: rimane disciolto nell’acqua plasmatica perché l’O

1. Disciolto liberamente nel plasma: pochissimo O

2 2

è scarsamente solubile nei liquidi organici

L’emoglobina (Hb) è una proteina costituta dall’unione di due

2. Ossigeno legato alla emoglobina: All’interno di

catene alfa identiche e due catene beta identiche, formando così un tetramero.

ciascuna catena alfa e beta, in una tasca protetta, si inserisce una molecola non proteica: il

gruppo eme. Questa molecola contiene al suo interno, esattamente al centro, un atomo di

E’ proprio

ferro (FE). Quindi ogni gruppo molecola di emoglobina contiene 4 atomi di ferro.

l’atomo di ferro in grado di legare l’O , che viene così veicolato nel sangue e trasportato dai

2

polmoni ai tessuti. L’emoglobina viene considerata completamente satura quando tutta

l’emoglobina presente trasporta il massimo di O2. L’O legato alla emoglobina non contribuisce

2

a determinare la PO Uno dei problemi maggiori nel funzionamento di questa proteina è quello

2 .

affine all’ossigeno per legarlo saldamente nei polmoni, ma di non esserlo

di essere abbastanza

troppo nei tessuti per rilasciarlo facilmente alle cellule (percentuale di saturazione della

emoglobina).

Trasporto della CO nel sangue

2

La CO prodotta dal metabolismo cellulare nei tessuti viene convogliata nei capillari sistemici per

2

semplice diffusione passiva. La CO viene trasportata nel sangue in tre modi:

2

Disciolta nel plasma: come per l’O

1. anche la CO disciolta nel sangue dipende dalla PCO . La CO2

2 2 2

è più solubile dell’O2 nell’acqua plasmatica, per cui la percentuale di CO disciolta è maggiore

2

rispetto l’O2. Nonostante questo la percentuale di CO disciolta è del 10%.

2

2. Legata alla emoglobina: la CO si combina con la Hb per un 30% a formare la

2

carbaminoemoglobina (HbCO )

2 3-

3. Sotto forma di ione bicarbonato (HCO ): è la forma più importante di trasporto della CO , in

2

percentuale del 60%. La CO viene convertita in HCO - mediante la reazione:

2 3

Anidride carbonica + acqua = acido carbonico = dissociazione in ione idrogeno + ione bicarbonato

57

Regolazione della respirazione

1. Controllo nervoso della respirazione

I processi automatici della respirazione prendono origine da impulsi nervosi che provengono dal

tronco encefalico, in gruppi di neuroni situati nel bulbo e nel ponte, detti CENTRI

RESPIRATORI. Si possono distinguere 3 gruppi principali di neuroni respiratori:

- Centro respiratorio bulbare:

E’ costituito da due gruppi di neuroni che sono:

a) Gruppo respiratorio dorsale, situato nella regione più dorsale del bulbo, è costituito in prevalenza

da neuroni inspiratori, le cui fibre discendenti terminano nei motoneuroni che innervano i muscoli

inspiratori. Lo stimolo portato dai motoneuroni provoca il meccanismo della inspirazione, cessato

il quale segue il processo della espirazione.

b) Gruppo respiratorio ventrale, situato nella parte ventrale del bulbo, è costituito da neuroni

inspiratori e da neuroni espiratori. Questi neuroni durante la respirazione tranquilla non

intervengono, soltanto nei momenti in cui è richiesta una iperventilazione e soprattutto durante

l’espirazione attiva, i neuroni espiratori stimolano i motoneuroni che innervano i muscoli espiratori

(cioè i muscoli addominali ed intercostali interni)

- Centri respiratori del Ponte:

a) Centro Pneumotassico: esercita una regolazione fine sul centro respiratorio bulbare, inviando

impulsi che contribuiscono a disattivare i neuroni inspiratori, limitando la durata della inspirazione

b) Centro Apneustico: esercita una azione opposta al centro Pneumotassico, impedendo la

inspiratori, aumentando così l’inspirazione.

inattivazione dei neuroni

Nella respirazione tranquilla il centro pneumotassico prevale su quello apneustico, arrestando la

inspirazione e permettendo la normale espirazione. In alcuni casi di gravi lesioni encefaliche il centro

pneumotassico non funziona e la respirazione è caratterizzata da inspirazioni profonde ed espirazioni

molto brevi. Questo tipo di respiro è chiamato Apneusi.

–

Riflesso di Hering Breuer

Questo riflesso interviene per impedire una eccessiva espansione dei polmoni. Quando si fanno dei volumi

correnti grandi (maggiori di 1 litro), la distensione dei polmoni attiva i recettori di stiramento polmonare,

localizzati nel muscolo liscio delle vie aeree. I potenziali d’azione generati da questi recettori si propagano

58

lungo fibre nervose dirette verso il centro bulbare, inibendo i neuroni inspiratori. Questo riduce l’inspirazione

prima che diventi eccessiva. 59

Controllo chimico della respirazione

Lo scopo della respirazione è il mantenimento dell’omeostasi dei gas nel sangue arterioso, ossia il

nell’aria alveolare con cui il sangue del circolo

mantenimento di livelli costanti di PO e pCO

2 2

polmonare si mette in equilibrio.La ventilazione polmonare deve essere quindi regolata in modo che

nell’unità di tempo arrivi agli alveoli una quantità di O rapportata a quanta ne viene ceduta ai tessuti,

2

e che, sempre nell’unità di tempo, venga eliminata nell’aria alveolare la quantità di CO che si produce

2

nei processi metabolici. Esiste un sistema di autoregolazione, attraverso cui PO e PCO regolano in

2 2

Appena l’omeostasi gassosa viene per qualsiasi motivo turbata ( es.

definitiva se stesse. durante l’esercizio fisico ), deve essere ristabilita

maggior consumo di O e maggior produzione di CO

2 2

mediante apposite modificazioni della ventilazione (frequenza e profondità degli atti respiratori). La

regolazione della frequenza e profondità degli atti respiratori è possibile perchè le sedi cerebrali che

hanno funzione regolatrice ricevono continuamente informazioni sulle esigenze gassose

dell’organismo da recettori particolari, detti Chemocettori. +

I chemocettori sono sensibili a variazioni di PO , PCO e ioni H del sangue arterioso, soprattutto

2 2

ed all’aumento della PCO

sono sensibili alla riduzione della PO .

2 2

I chemocettori si dividono in : sono detti Glomi Aortici e Glomi Carotidei, situati nell’arco dell’arteria

5- Chemocettori periferici:

aorta e alla biforcazione della arteria carotide comune

6- Chemocettori centrali: non sono radunati in Glomi, ma si trovano in aree chemiosensibili, situate

a livello della parete ventrale del bulbo, lateralmente alle piramidi, e sono a contatto con il liquido

cerebrospinale. Questo liquido ha una composizione simile a quella del plasma, ma è povero di

proteine, e si trova nei ventricoli cerebrali e lungo la colonna vertebrale. Tra il sangue e questo

–

liquido si pone una barriera, detta barriera emato encefalica, che viene oltrepassata da

pochissime sostanze, tra cui proprio la CO2 60

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Adattamenti della respirazione alla attività fisica :

La ventilazione alveolare può aumentare fino a 20 volte durante un esercizio fisico inte