Fisiologia generale

RECETTORE

RECETTORE

RECETTORE

APPARATO RESPIRATORIO:

Esistono due gradienti pressori che muovono rispettivamente l'ossigeno dall'aria atmosferica verso

i tessuti e l'anidride carbonica dai tessuti verso l'aria atmosferica. Entrambi sono originati dal fatto

che nelle cellule la pressione parziale di CO (che viene prodotta) è maggiore e quella di O (che

2 2

viene consumato) è minore rispetto all'aria atmosferica; che contiene una minima percentuale di

CO ed il 21% di O . Lo scambio dei gas tra il sangue e l'aria atmosferica avviene a livello degli

2 2

alveoli polmonari, le unità funzionali dei polmoni, secondo la legge di Fick:

L'efficienza di questo scambio è aumentata da alcune caratteristiche morfologiche dei polmoni e

dei capillari:

l'arborizzazione dei vasi bronchiali, che trasportano i gas inalati, in bronchioli e successivamente

• 2

in alveoli polmonari, aumentando la superficie totale di scambio (40-100 m )

il singolo strato di cellule endoteliali che costituiscono la parete dei capillari diminuendo lo

• spessore della superficie di scambio (1 um)

l'appiattimento degli pneumo-citi, diminuendo lo spessore e la superficie totale di scambio

•

I gas si disciolgono nello strato d'acqua che circonda l'alveolo polmonare passando dallo stato

gassoso (atmosferico) allo stato disciolto nel sangue. acqua

O

2 alveolo aria atmosferica

CO

2

Lo scambio dei gas è inoltre influenzato dalla legge di Henry, la quale stabilisce che la quantità di

gas che si discioglie in un liquido è direttamente proporzionale alla sua pressione parziale ed alle

proprietà intrinseche del gas e del liquido. Quindi secondo la legge di Henry la solubilità dell'O

2

sarebbe solamente di 0,3 ml su 100 ml di plasma, non sufficiente per il fabbisogno individuale. La

solubilità reale misurata è però effettivamente maggiore, 20 ml su 100 ml di plasma, attraverso il

legame dell'ossigeno ad una proteina, l'emoglobina, contenuta nei globuli rossi (che contengono

solo quella per massimizzare il legame con l'ossigeno) formando ossi-emoglobina. L'O legato

2

all'emo-globina viene successivamente trasportato dal sangue fino ai tessuti periferici dove,

essendo il legame O -eme reversibile, vari fattori ne promuovono il rilascio dai globuli rossi:

2 O2 + eme O2-eme

- la pressione parziale di O risulta bassa nei tessuti, spostando l'equilibrio di reazione verso i

2

reagenti e causando il rilascio dell'ossigeno, mentre risulta alta nei polmoni, spostando qui

l'equilibrio di reazione verso i prodotti e causando il legame dell'O all'emoglobina.

2

- più il ph è basso e più l'ossigeno tende a staccarsi dall'emo-globina (effetto Bohr). A livello dei

tessuti viene consumato ossigeno e prodotta anidride carbonica, quest'ultima viene combinata

con l'acqua dall'enzima anidrasi carbonica nel citosol cellulare, generando acido carbonico, il

quale a sua volta si dissocia in bicarbonato e H+, poichè molto instabile, abbassando il ph.

CO + H O H CO HCO + H+

2 2 2 3 3

Anidrasi carbonica

- più aumenta la temperatura e più l'ossigeno tende a staccarsi dall'emo-globina. Le cellule dei

tessuti consumano molta energia aumentando la temperatura nel micro-ambiente che le

circonda

Le cellule che lavorano più intensamente quindi provvedono al proprio fabbisogno creando intorno

a loro un micro-ambiente molto acido e caldo, che provoca un maggior rilascio di ossigeno dai

globuli rossi a livello di queste cellule.

Anche se la CO avrebbe una solubilità 20 volte maggiore di quella dell'ossigeno nel plasma, il

2

93% della CO circolante è legata chimicamente. Di questo 93%:

2

il 5% è disciolto nel plasma sottoforma di ione bicarbinato, generato dalla reazione catalizzata

• dall'anidrasi carbonica dei globuli rossi, molto più solubile della CO nel plasma ematico, che si

2

complessa con ioni potassio e sodio. Gli ioni H+ prodotti dalla dissociazione dell'acido carbonico

vengono tamponati nei globuli rossi legandosi a specifiche proteine tamponanti accettrici di ioni

H+.

l'88% è legato all'emoglobina dei globuli rossi, non compete con l'O per il legame all'atomo

• 2

centrale di ferro ma si lega al residuo ammino-terminale dell'emoglobina, formando carbo-

emoglobina.

O2 GLOBULO

E

CO2

LA DEL

TRA ALL'INTERNO

INTERAZIONI ROSSO:

Effetto di Hamburger: Quando lo ione bicarbonato viene spinto fuori dal globulo rosso si porta

dietro una carica negativa, il globulo rosso richiama quindi dall'esterno altre cariche negative Cl-

per compensare lo squilibrio elettro-statico interno. Gli ioni Cl- che entrano nel globulo rosso si

portano però dietro un'alone di solvatazione maggiore rispetto a quello che si è portato dietro lo

ione bicarbonato uscente, determinando il rigonfiamento della cellula e la perdita della forma

biconcava (entra più acqua di quella che esce). La forma biconcava aumentava la superficie di

scambio del globulo rosso, causando il rilascio di una parte dell'ossigeno.

L'inspirazione e l'espirazione sono temporanee variazioni del volume della cassa toracica che

generano gradienti di pressione per la legge di Boyle (P*V=K). Aumentando il suo volume, la cassa

toracica diminuisce la pressione dell'aria al suo interno generando un gradiente di aria dall'esterno

verso l'interno (inspirazione). Viceversa tornando al volume di partenza la cassa toracica aumenta

la pressione di aria al suo interno generando un gradiente di aria dall'interno verso l'esterno

(espirazione).

La superficie del polmone è rivestita esternamente da un rivestimento sieroso (come tutti i visceri),

detto pleura, che risulta attaccato alla pleura parietale che riveste la cavità interna della cassa

toracica. L'assenza di aria tra questi 2 strati sierosi genera una pressione negativa tra di essi, e di

conseguenza una forza di adesione che permette al polmone di seguire i movimenti della cassa

toracica. Se entrasse aria tra le due pleure a causa di un trauma (pneumotorace), il polmone

collasserebbe su se stesso per le forze passive che riducono naturalmente il suo volume.

INSPIRAZIONE (fase attiva): richiede una contrazione muscolare per verificarsi, in particolare il

• diaframma contraendosi media l'aumento verticale del volume mentre i muscoli inter-costali

esterni contraendosi mediano l'aumento laterale di volume della cassa toracica.

ESPIRAZIONE (fase passiva): non richiede una contrazione muscolare, è dovuta a forze passive

• che tendono a ripristinare il volume di riposo del polmone. L'adesione del polmone alla cassa

toracica evita che questo collassi su se stesso attraverso queste forze. Tali forze passive sono:

- la natura elastica del parenchima polmonare

- la tensione superficiale esercitata sugli alveoli dallo strato acquoso che li riveste sulla

superficie esterna

Gli alveoli sono infatti rivestiti esternamente da uno strato acquoso che svolge una duplice

funzione:

A. costituisce la vera e propria superficie di scambio dei gas, che passano dallo stato gassoso

(atomosferico) allo stato disciolto nel sangue e viceversa.

B. genera una tensione superficiale molto forte che tende a far collassare l'alveolo su se stesso.

Le molecole di liquido a contatto con una superficie tendono a raggrupparsi tra loro esponendo

la minore superficie possibile (generalmente in una sfera). La forza che tende a raggruppare le

molecole di liquido (acqua in questo caso) è detta appunto tensione superficiale, e tenderebbe

perciò a fare collassare ogni alveolo su se stesso.

alveolo

acqua

Questa tensione superficiale è una forza talmente forte che per ridurla, gli pneumociti di tipo II

presenti nell'epitelio polmonare secernono surfactante, una lipo-proteina tensioattiva, che

diminuisce la tensione superficiale di questo strato d'acqua.

ESPIRAZIONE FORZATA (es. tosse): richiede la contrazione volontaria dei muscoli inter-costali

• interni

La respirazione è soggetta ad una regolazione sia volontaria che involontaria. Quest'ultima viene

principalmente esercitata dai centri bulbari respiratori attraverso un riflesso, che comincia con

l'eccitazione di particolari chemocettori localizzati sia a livello periferico (arco dell'aorta e seno

carotideo) che centrale (cervello). Questi chemocettori monitorano i livelli di ossigeno ematici nei

distretti in cui si trovano, depolarizzandosi e determinando l'aumento del ritmo delle respirazioni in

caso di bassa ossigenazione:

CHEMO-CETTORI PERIFRICI: sono direttamente sensibili ai livelli ematici di ossigeno per mezzo

di canali K+ associati a proteine che legano l'ossigeno (sensori della pressione parziale di O ). In

2

condizioni di elevata ossigenazione, l'O si lega a molte di queste proteine determinandovi un

2

cambio conformazionale che provoca l'apertura di tanti canali K+. Questo causa l'uscita di molti

ioni potassio dalla cellula e di conseguenza un aumento del potenziale di membrana, a cui segue

la generazione di un P.A. poco intenso. Viceversa se è presente poco O nel circolo ematico pochi

2

canali K+ verranno aperti e di conseguenza il potenziale generato da questi recettori sarà molto

più intenso. L'intensità del P.A. generato determina la secrezione di un certo numero di vescicole

contenenti dopamina nel vallo sinaptico recepite dal neurone afferente, il quale eccita direttamente

i centri bulbari respiratori, che a loro volta eccitano i muscoli inter-costali esterni, aumentando

proporzionalmente al P.A. inizialmente generato il ritmo delle respirazioni.

CHEMO-CETTORI CENTRALI: sono posti sulla faccia inferiore del bulbo a contatto con il liquido

cerebro-spinale, di cui monitorano indirettamente il livello di O . [il cervello all'interno del cranio è

2

immerso nel liquido cerebro-spinale, che lubrifica la superficie cerebrale esterna impedendo il suo

attrito contro i rivestimenti sierosi del cranio. In questo liquido inoltre si accumulano le sostanze di

scarto dei neuroni come la CO ]. I chemo-cettori centrali non sono direttamente sensibili alla

2

pressione parziale di ossigeno presente nel liquido cerebro-spinale ma al ph di quest'ultimo. Il ph

infatti diminuisce con un elevata pressione parziale di CO , in seguito alla reazione:

2

Quindi più il ph è basso e meno ossigeno è presente nel liquido cerebro-spinale. Di conseguenza

più un ph è acido e più provoca la depolarizzazione di questi recettori, che eccitano i centri bulbari

respiratori aumentando la frequenza delle respirazioni.

centri bulbari respiratori aumento ritmo delle respirazioni

Oltre a questo