Fisiologia e biofisica - la respirazione

Undicesima lezione: "La respirazione"

La legge di Poseuille interessa non solo il sistema circolatorio, ma anche quello bronchiale. I flussi d'aria, infatti, hanno la stessa intensità dei flussi dei liquidi. Il flusso d'aria laminare è come il flusso sanguineo che si stratifica con una configurazione a cilindri concentrici in base alla viscosità. La parte centrale abbiamo visto è più veloce rispetto agli altri strati più in periferia. In qualunque vaso, tranne nei capillari, si stabilisce un flusso laminare.

Ora, il globulo rosso o una particella di polvere nell'aria sono corpuscoli che vengono trascinati dalla spinta. C'è la tendenza nei globuli rossi, ma diciamo in tutti i corpuscoli ematici, a convergere verso il centro perché questa è quella che ha velocità maggiore. I globuli rossi tenderanno a concentrarsi verso il centro; quindi se facciamo

Un prelievo di sangue: i globuli rossi tenderanno a concentrarsi verso il centro piuttosto che alla periferia. Consideriamo le ramificazioni di un vaso e consideriamo più specificamente una ramificazione laterale. Questa "pescherà" la porzione periferica di sangue, quindi in questa ramificazione arriverà del sangue un po' meno carico di globuli rossi.

Nell'utero ci sono diramazioni di arterie, arteriole. Le sue diramazioni non pescano alla periferia ma al centro. Il tubo laterale (la diramazione laterale) sporge nell'arteriola quindi prende sangue dalla parte più centrale. Questo perché l'utero diventa più grande durante la gravidanza e le sue cellule devono far fronte a quelle richieste maggiori durante la gravidanza. In linea generale, negli altri organi questa particolarità non si osserva. Anche nei bronchi abbiamo la distribuzione del flusso di tipo laminare.

Quando ci troviamo nelle condizioni di flusso turbolento?

Non ci troviamo più in quel tipo di organizzazione a lamine, ma è irregolare. Per esempio, se il flusso si scontra con uno scoglio, diventa irregolare. Nel sistema circolatorio la diramazione crea condizioni di turbolenza; qualunque ostacolo, un restringimento, anche nei bronchi, crea una variazione del flusso da laminare a turbolento. Ad esempio, se si preme su un vaso o su un bronco valutiamo la trasformazione da laminare a turbolento, quindi valutiamo una alterazione di quella organizzazione. La legge di Poiseuille, applicata al sangue è definita dalla variazione di viscosità. Il concetto è lo stesso per quanto concerne il sistema bronchiale. Q = ??Pr^4--8l? Ora consideriamo un tubo di lunghezza 10, raggio 2 e misuriamo la differenza di pressione tra due punti. Se cambia la lunghezza o il raggio, come cambia il ?P? Questo concetto è applicabile sia al sistema circolatorio che a quello bronchiale. Per esempio se io dimezzo il raggio, r = 1, avrò che il ?P? sarà quadruplicato.

sarà 16 volte maggiore del valore precedente. Ho ridotto il raggio alla metà e ho incrementato la pressione di 16 volte. Quindi, se il raggio si riduce ho una variazione della pressione e del flusso. Se invece prendo lo stesso tubo, mantengo costante il raggio, ma aumento di 4 volte la lunghezza del tubo, valuto che il ΔP è aumentato anche di 4 volte perché è direttamente proporzionale a l. La lunghezza di un bronco o di un vaso cambia? Se io passo da un vaso a una diramazione, quest'ultima ha una lunghezza e un raggio più piccolo. Ci dovremmo aspettare che passando da un bronco con un raggio maggiore a un bronco con un raggio minore viene incrementata la resistenza; invece, abbiamo sì un incremento della resistenza, ma man mano diventano più corti. Questi concetti sono applicabili, lo ripeto, sia al sistema circolatorio che a quello bronchiale. Tra i due sistemi cambia solo la viscosità. Nel sistema circolatorio

mmHg e la pressione parziale di anidride carbonica è di 0.3 mmHg. Quando l'aria arriva all'alveolo, la pressione parziale di ossigeno diminuisce a causa dello scambio gassoso con il sangue, mentre la pressione parziale di anidride carbonica aumenta a causa del rilascio di CO2 dal sangue. La pressione parziale di vapore acqueo rimane costante a 47 mmHg.mmHg, nell'aria inspirata 149mmHg, mentre la pressione parziale di azoto passa da 597 a 563 mmHg. A livello dei bronchi e degli alveoli la pressione passa a 100-102 mmHg da 150 mmHg che è fuoriperché c'è la mescolanza dei gas che entrano con quelli che già ci sono. Se io vado a 2000 metri che succede? La pressione atmosferica diminuisce e partiamo da 700mmHg; quindi negli alveoli avrò un valore di PO2 più basso. Abbiamo visto che nell'aria abbiamo una quantità di ossigeno che è sempre dell'ordine del 20%; quindi non è questa la causa di affanno in condizioni di altitudine, ma le particelle di ossigeno sono più lontane, di conseguenza la pressione parziale è minore. Quindi man mano che salgo in altitudine diminuisce la pressione esterna di ossigeno, quella interna fino a che quest'ultima diventa uguale a quella sanguinea e quindi non possono più avvenire gli scambi; proprio perquesto utilizzeremo bombole per incrementare la pressione parziale, dal momento in cui non c'è più gradiente tra l'aria alveolare e la PO2 che sta nel sangue che circola. I gas si muovono da una parte all'altra fino a che hanno un gradiente di pressione. Nei nostri alveoli c'è una Po2 di circa 100, mentre nei capillari dei nostri alveoli l'ossigeno che sta nel sangue venoso che viene dalla periferia ha una PO2 che, a riposo, ha un valore di 40; quindi da una parte c'è 100, dall'altra 40. I gas tendono ad andare dal più al meno; fino a che c'è un gradiente tenderanno a spostarsi. Quindi, con un gradiente di 140 e una differenza di pressione di 60, avremo un certo passaggio di gas a una determinata velocità; nel momento in cui la differenza di pressione sarà di 20, il passaggio del gas è molto più lento e quindi per far passare la stessa quantità di ossigeno.dellecondizione precedente ci vuole molto più tempo. Il sangue venoso avrà più CO2 prodotto dalle cellule. Nell'alveolo la PCO2 è circa 40, nel sangue venoso è circa 46. La differenza di CO2 è circa di 6 mmHg, mentre per l'ossigeno è 60 mmHg quindi circa 10 volte in più. Per l'anidride carbonica, che è molto diffusibile, ci basta una differenza di pressione di 6 mmHg, per l'ossigeno 60 mmHg. Il fatto che l'anidride carbonica è molto più diffusibile è un vantaggio o una svantaggio? Il fatto che si diffonde facilmente implica che non abbiamo difficoltà ad eliminarla. Ma se la quantità di CO2 esterna aumenta, la CO2 entra nel nostro sangue perché il gradiente si inverte. Se il gradiente si inverte, non abbiamo un carrier molecolare che ripristina i valori dal momento in cui in queste condizioni per portare avanti un trasporto attivo abbiamo bisogno di molte.la respirazione, l'ossigeno viene inalato e trasportato nel sangue arterioso. Qui, l'ossigeno si lega all'emoglobina presente nei globuli rossi e viene trasportato alle cellule del corpo. Durante la respirazione cellulare, l'ossigeno viene utilizzato per produrre energia sotto forma di ATP (adenosina trifosfato). Questo processo avviene nelle mitocondri delle cellule. Nel sangue arterioso, la quantità di ossigeno è di circa 20 ml per 100 ml di sangue. Nel sangue venoso, invece, troviamo circa 15 ml di ossigeno. Il consumo reale delle cellule, in condizioni di riposo, è di circa un quarto di quella disponibile. Quindi, il sangue venoso, che è considerato povero di ossigeno, in realtà rappresenta una riserva funzionale. In altre condizioni, come durante una corsa, consumiamo più ossigeno e quindi questi 15 ml rappresentano la nostra riserva funzionale. È importante notare che il grasso nel nostro corpo funziona come una riserva energetica. Dopo un'ora dalla nostra ultima digestione, non troveremo glucosio nelle nostre urine perché viene trasformato in grasso. Questo avviene perché il nostro metabolismo è primitivo e non sa quando mangeremo di nuovo, quindi il corpo risponde accumulando una riserva energetica. In conclusione, durante la respirazione, l'ossigeno viene inalato e trasportato nel sangue arterioso per essere utilizzato dalle cellule per produrre energia sotto forma di ATP. Il sangue venoso, che contiene meno ossigeno, rappresenta una riserva funzionale. Il grasso nel nostro corpo funziona come una riserva energetica.l'inspirazione, voglio capire come cambia la pressione intrapleurica, transpolmonare, la variazione del polso d'aria, la variazione della pressione alveolare e pleurica, il volume polmonare. Osserviamo il grafico (pag 442 Guyton) questo mi descrive la pressione transpolmonare cioè la differenza tra la pressione alveolare e pleurica. Metto in parallelo 3-4 parametri; questo è il volume corrente nella respirazione tranquilla che stiamo facendo, 0.5 l in espirazione - inspirazione. Nel momento in cui inspiriamo, cioè facciamo entrare una certa quantità di aria, valtiamo la pressione intrapleurica. Questa risulta essere circa 5-6 mmHg in meno rispetto alla pressione che c'è fuori. Ma perché si crea a quel livello questa depressione, detta depressione intrapleurica, negativa. (Negativa non perché ha un valore negativo, ma perché risulta essere negativa rispetto all'esterno.) In base alla meccanica respiratoria, i muscoliinspiratori aumentano i diametri toracici, quindi diminuiscono la pressione interna. Alla fine della inspirazione da -5mmHg, la pressione intrapleurica risulta essere -7, -8 mmHg in meno; avrà quindi un valore più basso. Facciamo un esempio: Un medico mette un ago tra le coste per andare nello spazio pleurico. Per accorgersi se si trova nello spazio pleurico, necessita di silenzio attorno a sé perché deve sentire un flusso d'aria che entra dall'esterno in questo spazio. Questo ci dimostra ulteriormente che la pressione all'esterno è maggiore di quella interna. I due foglietti pleurici come sono disposti? Quello parietale aderisce alla superficie interna intercostale poi ripiegandosi riveste il polmone descrivendosi come pleura viscerale. Da una parte abbiamo le coste che tendono ad allargare la gabbia toracica, dall'altra parte abbiamo la pleura parietale che segue il movimento delle coste. Il liquido pleurico è molto viscoso tanto dadefinirsi come una cola pleurica. Abbiamo visto che la gabbia toracica si espande, le coste si portano la pleura parietale mentre il liquido viscoso, il liquido pleurico, tende a trascinare con sé.