Fisiologia - Fisiologia della respirazione

Trasporto dei gas (O2 e CO2) nel sangue

L'ultimo fattore che può influenzare lo scambio dei gas negli alveoli è la solubilità dei gas. Il passaggio dell'aria contenuta nel lume alveolare al sangue che scorre nel capillare polmonare è direttamente proporzionale a 3 fattori:

1. Il gradiente di pressione dei gas: prendendo come esempio l'ossigeno, c'è una differenza tra la pressione parziale dell'O2 all'interno della camera alveolare in fase gassosa (100 mmHg) e la pressione parziale che lo stesso O2 ha nel sangue venoso (40 mmHg).
2. La temperatura: parametro ininfluente perché nel nostro organismo è costante (37°C).
3. La solubilità del gas nel plasma.

La solubilità dell'ossigeno può essere testata sperimentalmente ponendo a contatto un ambiente gassoso, dove la pressione parziale di O2 è 100 mmHg, con una soluzione acquosa dove inizialmente la pressione parziale dell'O2 è 0.

quindi l'O è assente. Grazie al concetto di solubilità si vedono le molecole di ossigeno sciogliersi in un certo quantitativo nell'acqua. All'equilibrio troveremo che la pressione parziale di O in fase gassosa= 1002mmHg verrà uguagliata dalla pressione parziale di O disciolto nella fase acquosa, quindi anch'esso sarà 100 mmHg. Ciò non significa che ci sarà la stessa quantità di ossigeno sia in fase gassosa che in fase liquida: questo dipende dalla solubilità. La solubilità dell'O in fase acquosa è molto bassa: in fase gassosa una pressione parziale di O corrisponde ad avere circa 5,2 mmol/l [millimoli per litro], in fase acquosa una pressione parziale di O corrisponde ad avere circa 0,15 mmol/l. La solubilità della CO nel plasma è 20 volte superiore a quella dell'O: in fase gassosa una pressione parziale di CO corrisponde ad avere circa 5,2 mmol/l.

per litro]in fase acquosa una pressione parziale di CO2 corrisponde ad avere circa 3,00 2mmol/l

La scarsa solubilità in H2O dell’O2 è uno dei motivi dell’evoluzione di proteine2 2trasportatrici dell’O2, come l’emoglobina. Essa ha una grande affinità con l’ossigeno,2perciò permette il passaggio di grandi quantità del gas dalla fase gassosa alla faseliquida.

In assenza di emoglobina, il quantitativo di O2 disciolto nel sangue all’equilibrio ad una2pressione parziale di 100 mmHg equivale a 0.15 mmol/l che corrisponde a 3 ml/l.

Il nostro organismo non sarebbe in grado di funzionare con il quantitativo sopraindicato.

La quantità di O2 che normalmente viaggia nel sangue arterioso, in virtù della2presenza di emoglobina, equivale a 200 ml/l:197 ml/l è il volume di O2 legato all’Hb, 98,5% del totale 23 ml/l è il volume di O2 disciolto nel 2plasma, 1.5% del totale questa minimapercentuale

È di fondamentale importanza perché è il vettore che permette all'O di legarsi all'Hb. L'emoglobina è presente all'interno dell'eritrocita, essa non può legare O se prima questo non è disciolto nel plasma. Sottraendo ossigeno disciolto nel plasma, l'Hb permette che se ne possa sciogliere altro all'interno del fluido. Di quanto O2 ha bisogno il nostro organismo? Si ipotizza una gittata cardiaca di 5 l/min si ha una capacità di trasporto di 15 ml/min. Il sangue arterioso è in grado di trasportare 200 ml O2/l. Il sangue venoso che arriva ai capillari alveolari per essere ossigenato trasporta 80 ml O2/l. Moltiplicando questi valori per la gittata cardiaca trovo il valore di ossigeno trasportato al minuto: trasporto arterioso di O2: 200 ml/l * 5 l/min = 1000 ml/min trasporto venoso di O2: 80 ml/l * 5 l/min = 400 ml/min Sottraendo i due valori ottenuti si ha il consumo effettivo di O2.

dell'organismo: 10002ml/min - 400 ml/mina riposo equivale a 600 ml/min.

L'emoglobina è molto efficacie nel trasporto di ossigeno. Come mai? La risposta risiede nella sua struttura.

Hb è un tetramero costituito da 4 catene proteiche globulari dette globine (2 alfa e 2 beta), ognuna avvolge un gruppo eme contenente ferro.

Il ferro è in grado di legare reversibilmente una molecola di O2, formando ossiemoglobina Hb(O2).

2Hb(O2) il numero 4 indica il livello massimo di saturazione dell'ossiemoglobina, in questo caso essa è legata con 4 molecole di ossigeno. Solitamente questa formula non viene utilizzata, si preferisce quella più semplice.

Il legame in questione è debole, esso può essere rotto senza alterare né l'Hb né l'O2.

L'ossigeno presente nel plasma che si trova disciolto ad una pressione parziale di 100 mmHg va in equilibrio con quello disciolto nel citoplasma delle cellule tissutali.

periferiche con pressione parziale di 40 mmHg, generando un flusso dal plasma al citoplasma. Tutto ciò comporta anche uno spostamento dell'O₂ nell'emoglobina che si dirige nel citoplasma. In breve tempo si crea un equilibrio delle pressioni parziali tra cellule periferiche e plasma. Il sangue venoso fuoriesce dai capillari sistemici con una pressione parziale di O₂ pari a 40 mmHg.

La pressione parziale di O₂ nel sangue arterioso, dopo essere passato attraverso la circolazione polmonare, dipende da:

• composizione aria inspirata
• frequenza ventilazione alveolare
• efficienza scambio gassoso tra alveoli e sangue

Il quantitativo di O₂ che viene trasportato da un sangue arterioso può variare in funzione, ad esempio, del quantitativo di proteina di trasporto. Quando si hanno più eritrociti, di conseguenza più emoglobina, si avranno maggiori quantitativi di O₂ trasportato. Quando si è in carenza di eritrociti, per esempio in una condizione di anemia,

Oppure quando si ha una forma degli eritrociti scorretta, quindi non funzionale al trasporto di ossigeno, si hanno delle difficoltà in termini di ossigenazione dei tessuti periferici: il sangue non è in grado di trasportare il quantitativo necessario di O2 ai distretti periferici, pur avendo la giusta pressione parziale di ossigeno.

Curva dose-risposta: curva di legame ossigeno-emoglobina.

Asse x: pressione parziale di O2 in mmHg

Asse y: percentuale di saturazione di O2 dell'emoglobina

La curva presenta un andamento di tipo sigmoide, è tipica delle reazioni enzimatiche caratterizzate da cooperatività: siamo in presenza di una proteina che ha 4 siti di legame per 4 molecole di O2.

A seconda del numero di molecole legate l'affinità per l'O2 cambia:

La prima molecola di O2 viene legata con difficoltà: è necessario un aumento della pressione parziale di O2 affinché venga legata.

La seconda e la terza vengono legate facilmente:

Per piccoli aumenti della pressione parziale abbiamo forti aumenti della saturazione. La quarta molecola di ossigeno viene legata con difficoltà.

Per avere la certezza che l'emoglobina venga saturata da 4 molecole di ossigeno è necessario avere una pressione parziale di O pari a 650 mmHg. Con PO = 100 mmHg il 98% di Hb è legata a O (quasi satura). Con PO = 650 mmHg Hb è satura al 100%. A PO = 60 mmHg la saturazione dell'Hb è uguale al 90%. Sotto i 60 mmHg la curva diventa più ripida, quindi una piccola diminuzione di PO determina un grande rilascio di O2. Sotto i 40 mmHg la pendenza è massima. Nei tessuti a riposo la PO è di 40 mmHg, mentre nel muscolo ad un livello medio di esercizio la PO è di 20 mmHg.

I fattori che influenzano il legame O2-Hb sono: pH acido, temperatura alta e PCO alta. Queste variazioni si osservano nel muscolo sottoposto ad intenso esercizio fisico, dove l'aumento dell'acidificazione è correlato a un aumento della temperatura e della PCO2.

della glicolisi anaerobica, la CO2, sciogliendosi nell'acqua, forma acido carbonico. Il sfregamento delle miofibrille le une sulle altre genera calore. La CO2 è aumentata grazie all'aumento del ciclo di Krebs. I parametri appena elencati riducono l'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno, quindi shiftano verso destra le curve dose-risposta. Si prende in considerazione una pressione parziale di O2 di 40 mmHg, quella presente nei tessuti periferici in una condizione di riposo. L'effetto del pH sulla curva di saturazione viene chiamato effetto Bohr. Il pH fisiologico equivale ad un valore di 7,4. Durante l'esercizio fisico può scendere a 7,2. Considerando la pressione parziale di O2 di 40 mmHg: - Con pH a 7,4 la saturazione dell'emoglobina è al 75%. - Con pH a 7,2 la saturazione dell'emoglobina è al 60%. Nella condizione di esercizio fisico l'Hb rilascia più facilmente O2. Questo fenomeno.È ancor più considerevole se prendiamo come pressione parziale di riferimento 20 mmHg, condizione probabile nell'intenso esercizio fisico: con pH a 7,4 la saturazione dell'emoglobina è al 40%. Con pH a 7,2 la saturazione dell'emoglobina è al 20%. Una condizione di pH non fisiologico di 7,6 (eccessivamente basico) pone l'emoglobina ad essere particolarmente avida di O2, non stacca mai l'ossigeno → emoglobina che non serve dato che poi non va a cere O2 nei tessuti periferici. Temperatura La temperatura fisiologica dell'organismo è 37°. L'aumento della temperatura crea uno shift verso destra della curva: aumenta la capacità dell'emoglobina di cedere O2. Pressione parziale CO2 La pressione parziale fisiologica di CO2 presente nei tessuti periferici equivale a 40 mmHg. Essa da una saturazione dell'emoglobina al 70%. L'aumento di PCO2 crea uno shift verso destra della curva: aumenta la

La capacità dell'emoglobina di cedere O2 e la saturazione scende al 60%.

2,3 difosfoglicerato (2,3-DPG)

Un altro parametro che influenza, in modo più consistente rispetto ai primi 3, la curva di saturazione dell'emoglobina è il 2,3 difosfoglicerato.