Fisiologia e biofisica - alveoli e surfactant

FISIOLOGIA (17/11/2006) Tartaglia Ernesto

Dodicesima lezione: “alveoli e surfactant”

Per quanto riguarda le pleure, l’esempio è quello del palloncino schiacciato. L’effetto è molto simile. (fa

vedere il video e lo spiega). Dovreste già avere un’idea delle diramazioni del polmone. Qui fa vedere

dall’interno la struttura d un alveolo. Qui ci sono dei macrofagi, o dust cell (cellule della polvere) e in

effetti vediamo il ruolo d queste cellule, che inglobano microbi, polvere e quant’altro. Perché piccolo

particelle possono essere eliminate o distrutte. Poi c’è il sufractant che è prodotto da un altro tipo d

cellule. Il surfactant o surfattante è implicato nella tensione superficiale, perchè è una miscela d

fosfolipidi e lipoproteine prodotte da particolari cellule alveolari che abbassano la tensione superficiale

del liquido alveolare. E’ molto importante il fatto che nell’alveolo s viene a creare quello che avviene

quando c’è un bicchiere d’acqua, tra l’acqua e l’aria. C’è un interfaccia d diversa viscosità. Quindi s crea

una tensione superficiale.

Quando c’è un’interfaccia s crea appunto la tensione superficiale. Finché s parla d bicchiere avremo a

che fare con superficie costante e la tensione è costante. Poiché in superficie esercitano quella forza x cui

le molecole tendono un po’ a curvarsi sapete anche che a contatto del liquido con la parete il liquido

tende a fare il menisco proprio perchè le due forze, l’adesione alla parete e la forza d coesione delle

molecole, tendono a fare una goccia. Trasferiamo questo concetto all’alveolo. Il problema d tutto il

sistema respiratorio soprattutto a livello alveolare sono le continue variazioni: i volumi e le pressioni

sono in continua variazione. Nemmeno un ingegnere può progettare qualcosa che possa sopportare

continue variazioni d pressione. Per effetto della muscolatura liscia i bronchi cambiano diametro e ad

ogni atto respiratorio cambia il volume d ogni alveolo. Gli alveoli non sono tutti uguali tra di loro, hanno

una media, ma non sono tutti uguali. Questo è fisiologico. E ognuno di loro va su e giù, cambia, ed è

questa la complicazione. Questo crea un problema fisico perchè in base alle leggi dei gas, siccome gli

alveoli sono tutti comunicanti tra loro c’è la possibilità che se in un alveolo più piccolo si crea 1

pressione maggiore, questo s dovrebbe svuotare in quello più grande. Ma questo non succede.

Ci deve essere qualcosa altro meccanismo che impedisce questo svuotamento. Guardando la diapositiva,

vedete il disegnino con le palline nere (molecole con attività d superficie) Ad esempio i detersivi che

sciolgono i grassi la stessa cosa accade x la digestione ma lo tratteremo in seguito. Questo c interessa

anche nell’alveolo. In linea generale se quelle molecole che stanno in superficie in base alla loro forza d

coesione esercitano una certa tensione superficiale se però io metto in superficie 4 0 5 molecole d quelle

nere (diverse da quelle dell’acqua) la forza d coesione cambia. E’ evidente che se in superficie c sono 10

molecole e 4 sono diverse, che non esercitano la stessa forza, ma una minore, io ho ridotto la tensione

superficiale.

Se c’è né una sola diversa l’ho ridotta di poco. Questo è quello che accade con i detersivi, che sono

capaci di intromettersi tra le altre molecole diminuendo la tensione superficiale, specialmente per quanto

riguarda i grassi. Questo accade anche per la nostra digestione. Nell'alveolo analogamente abbiamo un

sistema a due viscosità: l’aria e il liquido che è molto più viscoso.

In base alla variazione di volume la tensione superficiale del liquido alveolare è variabile, ritorniamo

quindi al problema della variazione. Quando noi respiriamo entra l’aria, che entra per un fatto meccanico,

aumentando il volume dei polmoni, cioè abbiamo creato una depressione, ridotto la pressione alveolare e

l’aria viene aspirata, a differenza della rana che fa tutto il contrario. Il problema è che questo liquido

particolare che contiene queste sostanze ha la capacità d fare quello che fanno le palline nere (Leggi di

Laplace) se aumenta la pressione dall’interno, quindi dall’alveolo, è evidente che è capace di distendersi

quindi si ha un aumento di diametro cioè un aumento della superficie dell’alveolo, poiché è diventato più

grande. Se c’è un aumento d pressione dall’interno aumenta il diametro. Poiché stiamo nel polmone che

ha una forza elastica di ritorno, più si estende, più tende a tornare indietro questo è vero, però è chiaro

che il limite è dato dalla forza elastica (x = forza elastica d ritorno) però se cambia la superficie lo strato

di surfactant avrà 1 spessore diverso a secondo del diametro perchè se è piccolo sarà più doppio quindi ci

saranno meno molecole in superficie se l’alveolo si espande come fa almeno 16-18 volte al minuto

(frequenza respiratoria) quindi quello strato di liquido nell’aumentare il diametro diventa più sottile: più

cellule tendono a determinare tensione superficiale quindi tutte le cellule si dispongono a livello

superficiale, quindi se la superficie è maggiore più molecole sono in superficie e la tensione superficiale

aumenta . All’aumento della pressione aumenta anche la “controforza” quindi è un meccanismo che però

1

dovrebbe stabilizzare il sistema perchè premo da dentro aumento il diametro più molecole in superficie

più tensione superficiale che tende a chiudere. Quindi se aumenta la pressione c’è una controforza che

automaticamente essendo poste più molecole in superficie tendono ad aumentare la controforza in

rapporto al diametro. Così quando si diminuisce, meno molecole in superficie riduzione della forza. Però

non è molto stabile questo sistema perchè se aumento molto la pressione dall’interno l’alveolo potrebbe

scoppiare, se invece diminuiamo d molto la controforza tenderebbe a schiacciare. Questo è un sistema

che entro certi limiti è abbastanza equilibrato, oltre diventa molto instabile. Il punto è che il surfactant dà

una maggiore stabilità, questo liquido con queste molecole diverse, fa quello che fanno1pò quelle palline

nere, c’è1certa quantità di liquido sulla parete dell’alveolo con un certo numero abbastanza costante di

queste palline nere, x intenderci. Quando aumenta la superficie le molecole che sono in numero fisso

sono relativamente minori e questo favorisce l’abbassamento della tensione superficiale perchè ognuna d

queste palline nere riducono la forza, quindi se ce n’è solo una la ridurranno poco. Quindi se la superficie

aumenta la tensione tende diminuire perchè sono più molecole . Nella diminuzione della superficie

quindi del volume dell’alveolo, sono sempre quelle di numero, quando in rapporto alla superficie hanno

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