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Fisiologia II - muscolo, cardiocircolatorio, reni, respiratorio

Appunti di Fisiologia veterinaria su: muscolo, cardiocircolatorio, reni, respiratorio basati su appunti personali del publisher presi alle lezioni del prof. Tamanini dell’università degli Studi di Bologna - Unibo, Facoltà di Medicina veterinaria. Scarica il file in formato PDF!

Esame di Fisiologia veterinaria docente Prof. C. Tamanini

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ESTRATTO DOCUMENTO

I RENI

Sono organi pari particolarmente irrorati: all’arteria renale si dipartono le arterie lobari;

dalle lobari si staccano le arterie interlobari, quindi le arciformi, le interlobulari ed infine

le arteriole afferenti al glomerulo; da queste ultime parte la RETE MIRABILE RENALE.

Caratteristica importante è che tutti i vasi si distaccano AD ANGOLO RETTO l’uno

dall’altro!

Il rene è suddiviso in:

a) Corticale (esterna)

b) Midollare (midollare)

Presenta anche la papilla renale e il bacinetto renale da cui originano gli ureteri che

sboccano a livello di vescica renale senza nessuno sfintere interposto.

Funzioni del rene

1) Equilibrio idrico: potenzialmente potremmo eliminare 170 litri di urina al giorno; ne riassorbiamo però la maggior parte

e ne eliminiamo solo 1-2 litri al giorno (ma anche di più o di meno a seconda delle esigenze)

2) Regolazione della composizione ionica e pressione osmotica del sangue (riassorbimento degli ioni Na e Cl)

3) Riassorbimento del glucosio e di tutte le sostanze utili per l’organismo

4) Eliminazione delle sostanze di rifiuto, dei farmaci e delle sostanze tossiche in genere (la via urinaria è preferita

all’eliminazione rispetto alla fecale)

5) Regolazione del pH (assieme al sangue e al respiro)

Unità funzionale del rene: IL NEFRONE

L’unità funzionale del rene è rappresentata dal NEFRONE (in un rene umano sono 1milione) che è costituito da:

a. Glomerulo del Malpighi

b. Capsula di Bowmann: avvolge il glomerulo

c. Tubulo contorto prossimale

d. Ansa di Henle: branca discendente e ascendente

e. Tubulo contorto distale

f. Tubulo collettore: riceve lo sbocco di tanti tubuli contorti distali. Sbocca a livello di papilla renale.

Esistono 2 tipi di nefroni (in base alla loro posizione) che hanno una grande differenza nell’irrorazione:

1) Corticali: sono presenti quasi totalmente solo nella zona corticale e quindi nella parte più esterna, solo l’apice dell’ansa

di Henle può penetrare per un breve tratto nella midollare. Sono irrorati dai capillari peritubulari che hanno un

andamento CIRCONVOLUTO.

2) Iuxtamidollari: hanno il glomerulo, il TCP, il TCD in corticale mentre l’ansa di Henle si approfonda sino nelle porzioni più

profonde della midollare. Questi nefroni sono alla base del meccanismo della “CONTROCORRENTE RENALE”. Sono

irrorati dai vasa recta che hanno un andamento LINEARE (parallelamente all’ansa di Henle, che irrorano).

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Formazione dell’ULTRAFILTRATO RENALE

L’ultrafiltrato rappresenta una quota del sangue (in realtà del plasma) che fuoriesce dai capillari glomerulari e viene

immesso nel TCP; viene definito PLASMA DEPROTEINIZZATO (non ha proteine plasmatiche, leucociti, eritrociti, piastrine).

L’ultrafiltrazione avviene a livello dei capillari glomerulari che derivano dall’arteriola afferente al glomerulo (ogni arteriola

afferente dà origine a circa 50 capillari glomerulari che poi si rianastomizzano in un’altra arteriola efferente).

I reni ricevono il 25% della portata cardiaca nonostante rappresentino meno dell’1% del peso corporeo: essendo che la

portata cardiaca in un uomo è di 5 litri il rene riceve 1200 ml/min di sangue (per un normale valore ematocrito di 45% è

costituito per 660ml di plasma e 540ml di parte corpuscolata) quindi in un rene umano passano 1720 litri di sangue al

giorno; di questi 1720 litri ne vengono ultrafiltrati (fuoriescono cioè dal sangue passando nei tubuli renali) 172 litri (10%) al

giorno che rappresentano ”urina potenziale” (dai capillari glomerulari escono 120ml/min e vengono riversati nei tubuli

renali come ULTRAFILTRATO che rappresenta quindi il 10% della portata renale) infatti di questi 172 litri ne riassorbiamo il

99%, eliminando come urina vera e propria solo 1-2 litri.

L’ultrafiltrato rappresenta il 10% della portata renale (120ml su

1200ml) e il 20% della portata plasmatica (è 120ml su 660ml) di

conseguenza il sangue che esce dall’arteriola efferente sarà 1080

ml/min (1200ml-120ml) che si diversifica dai 1200ml in entrata

solo per una minor quantità di plasma che passa a 540 ml (660ml-

120ml di l’ultrafiltrato); cambia quindi il valore dell’ematocrito che

passa al 50% (> viscosità, > resistenza al flusso).

Conoscendo di ogni animale frequenza cardiaca, gittate e portata

automaticamente conosco la portata renale (25%) e quindi la

quantità di ultra filtrato (è il 10% della portata renale). Es. bovino:

portata = gittata (600ml) * frequenza (60) = 36.000ml; la portata

renale è il 25% di 36.000 cioè 9.000ml/min quindi la quantità di

ultrafiltrato è 900ml/min! Es. cane: portata = gittata (20ml) *

frequenza (100) = 2.000ml; la portata renale è il 25% di 2.000 cioè

500ml/min quindi la quantità di ultrafiltrato è 50ml/min!

Fattori che permettono la formazione dell’ultrafiltrato

A. Elevata pressione di spinta nei capillari glomerulari: il sangue che giunge ai capillari glomerulari presenta una pressione

di spinta elevata, pari a 70-100 mmHg, contro i 40 mmHg del sangue che arriva ai capillari sistemici. La differenza di

pressione condiziona il processo dell’ultrafiltrazione. Abbiamo una pressione elevata a causa:

1. Vicinanza dell’arteria renale all’aorta: l’aorta è il vaso con maggior pressione (in un cavallo 160-180 mmHg) e con

bassissima resistenza al flusso (4%) quindi per la legge di Poiseuille il sangue avrà una bassa caduta di pressione;

quindi il sangue che imbocca l’arteria renale (che si distacca dai primi tratti dell’aorta) avrà ancora un’alta

pressione.

2. Scrematura del sangue: i vasi dell’arteria renale (tutte le ramificazioni) si

dipartono ad ANGOLO RETTO quindi essendo il flusso sanguigno

caratterizzato da un flusso laminare (parte cospuscolata al centro e il

plasma in periferia), nei capillari si impegna una quota maggiore di

plasma (che è quello ai lati) diminuendo il valore dell’ematocrito (es. 42-

43% invece di 45%) e quindi le resistenze (perché ho minore viscosità)

con conseguente minore caduta di pressione (il sangue a livello di

arteriola efferente avrà una maggiore pressione rispetto ad una normale

arteriola).

3. Disposizione in SERIE dei vasi renali: sistema a doppia capillarizzazione (RETE MIRABILE): la rete mirabile è

costituita da un’arteriola afferente, dai capillari glomerulari, dalla arteriola efferente dalla quale si origina la

seconda capillarizzazione (o capillari peritubulari per i nefroni corticali o vasa recta per i nefroni iuxtamidollari) che

si rende poi ad una venula renale. Per la legge di Poiseuille (R=∆P/F), che differisce a seconda che i vasi siano in

serie o in parallelo: se sono in parallelo nella formula scrivo *1/N (la resistenza diminuisce all’aumentare del

numero dei vasi in parallelo), mentre per i vasi in serie scrivo solo *N (la resistenza è direttamente proporzionale al

numero dei vasi: è tanto maggiore quanto maggiore è il loro numero). Rispetto ad un sistema circolatorio normale

nel sistema renale ho in più un’arteriola efferente e i capillari peritubulari/i vasa recta quindi strutture che hanno

un grandissima resistenza al flusso: la rete mirabile quindi ha delle resistenze molto più ampie rispetto ad un

sistema circolatorio normale. 50/90

grafico a lato: nel circolo sistemico a livello di arteriola la pressione sarà

alta perché a valle ho i capillari che mi stanno dando resistenza periferica, a

livello del capillare starà scendendo perché a valle non ho resistenza, le

venule avranno una pressione bassa. Nel circolo renale invece la pressione

a causa della alte resistenza a valle dei capillari glomerulari (R=43%) fa si

che questi abbiano un’alta pressione e che la pressione cali solo dopo i

capillari glomerulari; la rete mirabile renale pospone la caduta di pressione

rispetto ad un sistema circolatorio normale, la caduta di pressione poi però

sarà maggiore a livello di venule perché ho maggiori resistenze prima!!

4. Effetto della gravità (III legge di Pascal dice che la pressione aumenta di 0,8mmHg/cm di altezza al di sotto del

cuore). Nell’uomo i reni sono al di sotto del cuore quindi il circolo renale avrà una pressione maggiore; negli

animali domestici invece i reni sono all’altezza o sopra il cuore quindi può addirittura diminuire!

B. Setaccio molecolare: strutture che si interpongono al passaggio dell’ultrafiltrato dal capillare al tubulo; è una struttura

che va dall’interno del capillare glomerulare verso la capsula del Bowmann. Partendo dall’interno (lume del vaso) ho:

 endotelio (endotelio di tipo fenestrato/1000 A°, al contrario dell’endotelio normale che è continuo)

 membrana basale (presenta delle porosità di 50-70 A°): potranno passare questo setaccio solo molecole con

diametro inferiore a 50-70 A°, quindi la struttura davvero filtrante è la membrana basale!

 spazio tra i podociti (estroflessioni della capsula del bowmann che sostengono i capillari glomerulari (in

numero di 50) all’interno della capsula. Tra i podociti ci cono porosità di 70-100 A°)

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 Non vengono sicuramente filtrate le proteine plasmatiche, ma l’albumina (69-70.000 Dalton) è talmente al limite

che basta una piccola infiammazione renale (nefrosi) per farla filtrare (ALBUMINURIA; ALBUMINURIA

ORTOSTATICA: tracce di albumina nelle urine nelle persone che stanno molto in piedi (3°legge di pascal = mantiene

alta la pressione filtrante netta durante tutto il giorno; anche in gravidanza posso avere albuminuria!). Se in poca

quantità viene riassorbita a livello di TCP.

 L’emoglobina (PM 65-70.000 D) potenzialmente può essere ultrafiltrata per circa il 3%, ma normalmente non si ha

emoglobinuria; se siamo in EMOLISI posso avere la sua presenza, perché altrimenti è legata al globulo rosso che

non può essere ultrafiltrato.

 La mioglobina (PM 16.000 D perché ha 1 solo atomo di Fe) può essere filtrata anche per il 75%.

 L’inulina (PM 5.500 D) è un polisaccaride esogeno che serve per fare delle prove di funzionalità renale (è una

sostanza esogena). È ultrafiltrata per il 99-100%. Al di sotto di 5.500 tutte le molecole sono ultra filtrate per il 100%

(es. glucosio ha 181 di PM quindi passa liberamente!!)

La membrana glomerulare è da 100 a 500 volte più permeabile dei comuni capillari ma nonostante questo, oltre al

peso molecolare ho altri impedimenti al passaggio:

1. IMPEDIMENTO STERICO: una molecola più è grande più fa fatica a penetrare il poro di membrana

2. IMPEDIMENTO VISCOSO: maggiore è il PM più fatica fa a percorrere il poro di membrana pur entrandoci

3. PROTEOGLICANI: le proteine fanno fatica a passare non solo per il loro PM ma anche per i proteoglicani

presenti sui pori di membrana (molecole cariche negativamente che respingono le proteine plasmatiche che

sono cariche negativamente)

Fattori in grado di modificare il volume dell’ultrafiltrato

A livello glomerulare sono coinvolti 3 FATTORI PRESSORI:

1) Pressione di spinta (e idrostatica): 70-100 mmHg / 60-70mmHg

(detto dal prof) che fa uscire il plasma dai vasi (10%) cioè 120

ml/min

2) Pressione colloidosmotica: data dalle proteine plasmatiche (25-

30mmHg), ostacola la fuoriuscita del plasma

3) Pressione endocapsulare (5-10mmHg): data dal liquido già

filtrato all’interno della capsula di Bowmann che tende ad

impedire l’arrivo di nuovo liquido e dalle strutture che tengono i

capillari sospesi nella capsula (PODOCITI); se il liquido non

defluisce aumenta la quantità di liquido a livello di capsula di

Bowmann e quindi aumento la pressione da 5mmHg a 10 o

anche 15.

La pressione effettiva di filtrazione o PRESSIONE FILTRANTE NETTA è

pari a 40-70mmHg ed è data dalla risultante di tre pressioni:

pressione di spinta (100/70) – pressione colloidosmotica (25) –

pressione endocapsulare (5) = 40-70mmHg (scritto sulle slide).. lui

dice 60/70-25-5= 30-40mmHg; in base a questa pressione abbiamo la

fuoriuscita di 120 ml/min (10% della portata renale e 20% della

portata plasmatica renale) di liquido (PLASMA DEPROTEINIZZATO) dal

capillare glomerulare.

Abbiamo inoltre una resistenza di 20mmHg per il passaggio tramite

l’endotelio fenestrato (setaccio molecolare) quindi alla pressione

filtrante netta devo togliere ancora 20mmHg, la pressione quindi a

livello dell’entrata del TCP diventa 20-50mmHg. 52/90

Il VOLUME dipende dai fattori che determinano l’ultrafiltrazione/che incidono sulla pressione filtrante netta:

a) Influenza della pressione di spinta e/o idrostatica

1) Autoregolazione del flusso renale di sangue: F (portata renale) = AP/R (legge di Poiseulle) è direttamente

proporzionale alla variazione pressoria e inversamente alla resistenza del flusso. Quindi la portata dipende dalla

pressione del sangue che irrora il rene e dalla resistenza che questo sangue incontra! La portata renale è però

correlata alla quantità di ultrafiltrato (120ml/min): la quota di ultrafiltrato è il 10% della portata renale, quindi se

aumenta la pressione aumenterà anche la portata renale e quindi dovrebbe aumentare anche la quota di

ultrafiltrato (iperteso dovrebbe andare in contro a poliùria!) ma in condizioni fisiologiche NON ho poliuria perché

ho un autoregolazione fisiologica del flusso renale di sangue tramite 2 meccanismi:

1. Meccanismo miogeno: varia l’attività della muscolatura miogenica automatica dell’arteriola afferente al

glomerulo al variare della pressione arteriosa.

Grafico sotto: parto da 100mmHg (pressione appena prima di arteriole afferenti). Se la pressione aumenta fino

a 200mmHg l’urina prodotta rimane normale pur aumentando la pressione (questo perchè cambia la

resistenza al flusso: la distensione della parete vasale, data dalla maggior pressione, distende la muscolatura

miogenica automatica che quindi viene attivata e provoca VASOCOSTRIZIONE a livello di arteriola afferente).

Oltre i 200mmHg la quantità di urina aumenta perché si altera la porosità del setaccio molecolare che quindi fa

passare molte più molecole; quindi al di sopra dei 200 l’autoregolazione non si attua/è meno efficiente. Se la

pressione scende tra 100-60mmHg la quota di utrafiltrato rimane costante perché ho una VASODILATAZIONE

dell’arteriola afferente per cui diminuisce la resistenza e il flusso rimane costante. Se vado sotto i 60mmHg la

vasodilatazione dell’arteriola afferente è già arrivata al limite quindi ho OLIGÙRIA (poca urina prodotta). A

40mmHg o sotto ho ANÙRIA (40mmHg -25-5-10= 0) quindi non ho eliminazione di NPN (urea, creatina,

creatinina)che porta a COMA UREMICO. L’autoregolazione si attua quindi tra 60-200 mmHg.

2. Teoria iuxtaglomerulare: al diminuire della pressione come risposta ho l’attivazione dell’apparato

iuxtaglomerulare. Ho la liberazione di un optapeptide (ANGIOTENSINA II) che è il più potente vasocostrittore

dell’arteriola EFFERENTE!; a monte avrò quindi un aumento di pressione che provoca una costanza nella

produzione dell’ultrafiltrato anche se la pressione è calata!

b) Influenza della pressione colloidosmotica: IPOPROTIDEMIA (fame o digiuno: aumenta la pressione filtrante netta

perché la pressione data dalle proteine plasmatiche diminuisce e quindi aumenta anche la quota dell’ultrafiltrato),

IPERPROTIDEMIA (cala la pressione filtrante netta)

c) Influenza della pressione endocapsulare: è quella data dal liquido già filtrato; può aumentare per ostacoli al flusso

dell’ultrafiltrato a livello tubulare o ureterale (aumenta quindi la pressione a monte!) o per la trasfusione di sangue

incompatibile (andiamo incontro ad una emolisi dovuta a emoagglutinazione, l’emoglobina si troverà quindi libera in

circolo, aumenta quindi la viscosità del sangue e per la legge di Poiseuille aumenta la resistenza al flusso e quindi ho

una caduta di pressione; inoltre se l’emo è libera può essere ultrafiltrata per il 3% di quella libera che in emolisi è

tanta!, raggiunge il TCD dove avviene la regolazione del pH a livello renale, qui trova un pH corrispondente al suo punto

isoelettrico (6,6-6,8) e quindi precipita sottoforma di cristalli solidi di EMATINA ACIDA che vanno ad ostacolare fino a

bloccare il deflusso dell’ultrafiltrato a livello del TCD, quindi ho un aumento della pressione endocapsulare che può

arrivare (30-40mmHg) ad annullare la pressione filtrante netta con conseguente OLIGURIA o ANURIA (coma-morte).

d) permeabilità del setaccio molecolare: quando aumenta la permeabilità/porosità possono passare anche le proteine

plasmatiche, quindi cala la pressione colloidosmotica e aumenta la pressione filtrante netta.

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TUBULO CONTORTO PROSSIMALE

Al tubulo arrivano nell’uomo 120ml/min (10% della portata renale e 20% della portata plasmatica renale). L’ultrafiltrato

(PLASMA DEPROTEINIZZATO) ha un pH 7.2 – 7.4 ed è isotonico (300mOsm). I TCP sono circa 1 milione per rene; il TCP ha un

diametro di 55micron ed è tappezzato da cellule cuboidi ricche di microvilli (facilitano i riassorbimenti perché aumentano la

superficie), microdotti (sono tra cellula e cellula e servono per facilitare il deflusso di liquido) e mitocondri.

A livello del TCP avviene il riassorbimento di sostanze utili che ritorneranno in circolo (tubulo - MEMBRANA LUMINALE –

cellula - MEMBRANA SEROSALE - interstizio-sangue). I riassorbimenti si dividono in 4 categorie:

1) passivi: solo se avvengono secondo le leggi della diffusione (gradiente elettrico, osmotico o di concentrazione)

2) attivi: necessitano di energia (pompe/ATP/carriers)

3) fissi/obbligatori: non sono modulabili

4) facoltativi: possono essere modulati ad esempio da ormoni

Il riassorbimento può avvenire con meccanismi diversi:

a) uniporto (sodio)

b) simporto (sodio/glucosio)

c) antiporto (sodio/idrogeno)

Riassorbimenti

Sodio

Il sodio per il suo bassissimo peso molecolare passa liberamente quindi livello di TCP il Na è pari a quello in circolo perché

passa liberamente. È un recupero attivo FISSO (NON ormono-dipendente, quindi l’insulina NON agisce) inizialmente e poi

passivo quindi in generale è MISTO! A livello di membrana serosale/antiluminale un pompa specifica fa passare il sodio

attivamente dalla cellula al sangue; di conseguenza cala il sodio a livello endocellulare mentre aumenta a livello di

interstizio, quindi si crea un gradiente di concentrazione tra il Na presente nel lume e quello nella cellula e quindi il sodio

per gradiente di concentrazione passa dal lume del tubulo alla cellula (meccanismo passivo). Il recupero attivo iniziale

tramite pompa condiziona il recupero passivo per gradiente di concentrazione (in tutto recupero l’85% del Na).

Cloro

Recuperando Na (carica +) si viene a creare un accumulo di cariche +

all’interno dell’interstizio e si forma quindi una DDP di 20mmV (l’interstizio

è più positivo del tubulo di 20mmV e questo condiziona un richiamo di Cl

(85%) in pari quantità del Na (85%) per gradiente elettrico).

Acqua

Conseguentemente ai recuperi avrò nell’interstizio più Cl e Na quindi la

pressione osmotica dell’interstizio, data dagli ioni, aumenterà e quindi

richiamerà acqua per una quantità pari all’85% (all’uscita del TCP

rimangono solo 17ml/min)! 54/90

Glucosio

Viene riassorbito con un MECCANISMO A TRASPORTO MASSIMO LIMITATO: è un trasporto che dipende dalla

concentrazione della molecola, cioè se aumenta troppo la sua concentrazione la molecola non potrà essere riassorbita

completamente. La glicemia normalmente è intorno a 70-100 mg/100ml (con queste concentrazioni il glucosio viene

completamente riassorbito a livello di TCP): il trasportatore è saturato con glicemie intorno a 250mg/100ml (quindi il

trasportatore riassorbe anche a valori di iperglicemia, cioè sopra 100mg/100ml, ma devono essere inferiori a

250mg/100ml!).

grafico a lato: a livello di TCP è presente un carrier di

membrana che specificatamente recupera il glucosio che arriva

a livello di TCP e lo trasporta nell’interstizio (e quindi nel

sangue): se la glicemia ha valori normali il glucosio viene

completamente riversato nel sangue (non ci sarà glicosuria), se

siamo in iperglicemia il glucosio viene comunque riassorbito

fino a valori di 250mg/100ml di sangue (oltre questi valori il

carrier è saturo quindi andrò in contro a GLICOSURIA!). La

glicosuria è sempre accompagnata a POLIÙRIA perché la

presenza di glucosio a livello di TCP (che normalmente NON c’è

perché viene riassorbito) crea un controgradiente di pressione

osmotica che ostacola il normale recupero di acqua che

normalmente si verifica per la presenza di NaCl nell’interstizio

(la poliuria comporta un progressivo aumento del valore

dell’ematocrito perché l’acqua viene dal plasma, quindi una

maggiore resistenza al flusso quindi e una progressiva caduta

di pressione che dapprima sarà riequilibrata dal meccanismo

dell’autoregolazione del flusso renale di sangue sino a valori di

circa 60mmHg, dopodiché andiamo in contro a OLIGURIA ed

ANURIA (coma uremico=morte)).

Fosfati

A livello di TCP avviene il recupero dei fosfati (70-80%) con un meccanismo Na dipendente (simporto con il Na). Il recupero

ha la caratteristica di essere ORMONO-DIPENDENTE ed è controllato da PTH (paratormone prodotto dalle paratiroidi) e

CALCITONINA (ormone polipeptidico prodotto dalle cellule C o parafollicolari della tiroide). Il PTH è un ormone

ipercalcemizzante mentre la calcitonina è ipocalcemizzante; sul fosfato invece hanno un effetto sinergico, cioè sono

entrambi FOSFATURICI (fanno perdere fosfati con le urine). Il recupero è invece facilitato da STH (ormone somatòtropo

prodotto a livello di adenoipofisi), dal T3 (triiodotironina) da T4 (tiroxina) che sono ormoni antifosfaturici.

Calcio, potassio, urea, bicarbonati

Il calcio è recuperato per il 95-100% tramite simporto con il Na. Il recupero è facilitato dal PTH (ipercalcemizzante), mentre

è ostacolato da STH, calcitonina e glicocorticoidi.

Il K è riassorbito per l’80% tramite un trasporto attivo. Viene escreto con le urine in quanto viene eliminato a livello di TCD

in particolare negli erbivori (REGOLAZIONE DEL pH A LIVELLO RENALE).

L’urea è recuperata per il 50% tramite un meccanismo passivo (gradiente di concentrazione).

I bicarbonati sono riassorbiti per l’80-90% con un “meccanismo del tubulo contorto distale” (vedi TCD).

Proteine e amminoacidi

Le proteine (le albumine possono passare in quota dell’1%) vengono recuperate tramite pinocitosi inversa (EMEIOCITOSI).

Gli aminoacidi hanno 4 sistemi di recupero:

1. Per gli AA neutri (alifatici, aromatici, metionina, cisteina)

2. Per gli AA basici (diamino – monocarbossilici)

3. Per AA (monoamino – dicarbossilici)

4. Per gli aminoacidi (prolina) e glicina

Per gli aminoacidi vale il concetto dell’INBIZIONE COMPETITIVA SU CARRIER (questi AA o sono recuperati dallo stesso carrier

o sfruttano la medesima energia per essere recuperati; se aumenta eccessivamente uno di questi 4 carrier gli altri verranno

quindi riassorbiti in quantità minore perché l’energia vale per tutti e 4). Questo meccanismo riguarda anche glucosio, solfati

e fosfati.

In conclusione: l’ultrafiltrato entra nel TCP con una pressione osmotica di 300mOsm, una pressione di spinta di 15-20

mmHg, un pH di 7,2-7,4 e un volume di 120ml/min (uomo). In uscita dal TCP abbiamo che la quantità del liquido è diminuita

dell’85% quindi dei 120ml/min ne rimangono circa 17-18ml/min (15%). La pressione osmotica dell’ultrafiltrato non cambia

perché ho recuperato pari quantità di elettroliti e di acqua., il pH non cambia e scende leggermente solo la pressione

osmotica di spinta. 55/90

ANSA DI HENLE : meccanismo della “controcorrente renale”

CONTROCORRENTE RENALE: meccanismo mediante il quale la midollare diventa ipertonica (NaCl e urea).

La midollare da valori di isosmoticità mano a mano che ci portiamo verso la papilla diventa ipertonica con valori cha vanno

da 1.200mOsm fino a 6.600mOsm grazie all’azione di nefroni iuxtamidollari cioè quelli la cui ansa di Henle si porta fino alle

porzioni più interne della midollare. L’ipertonicità è strettamente correlata alla lunghezza dell’ansa di Henle dei nefroni

iuxtaglomerulari (>lunghezza = >ipertonicità midollare= > possibilità che ci sia un risparmio di acqua da parte del rene e

quindi dell’organismo perché recupero più acqua a livello del tubulo collettore); la lunghezza sarà quindi maggiore negli

animali che hanno bisogno di trattenere acqua (6.600mOsm nel ratto canguro del deserto). La corticale invece rimane

sempre isotonica (300mOsm).

L’ipertonicità della midollare è importante perché altrimenti tra due compartimenti che hanno 300mOsm (i tubuli collettori

e l’ansa) non ci potrebbe essere recupero di acqua!! La midollare ipertonica (1.200mOsm) richiama quindi acqua

dall’isotonicità del liquido contenuto nel tubulo collettore (richiamo tanto più acqua quanto maggiore è la differenza

osmosi). L’ipertonicità è fissa, quindi la possibilità di recupero di acqua è fissa anche se l’organismo ha esigenze diverse, per

questo a questo livello agisce l’ADH (ormone antidiuretico, prodotto in concentrazioni diverse a seconda della pressione

osmotica del sangue): questo ormone va ad aumentare il numero e il diametro dei pori di membrana del tubulo collettore

di modo che possa passare più o meno acqua (che comunque è richiamata dall’ipertonicità della midollare, l’ADH agisce

semplicemente sui pori). N.B: Se voglio aumentare la pressione osmotica del sangue devo non bere o mangiare sale.

L’ansa di Henle è costituita da una banca discendente e una ascendente collegate e molto accollate (tipo forcina per

capelli); la branca discendente è PERMEABILE agli elettroliti e all’acqua mentre la ascendente è IMPERMEABILE ALL’ACQUA

e POCO permeabile agli elettroliti. 56/90

Es. Situazione alla nascita: cosa succede la prima volta che l’ultrafiltrato passa nell’ansa di Henle??

A livello della branca discendente dell’ansa di Henle arriva l’ultrafiltrato (è circa il 15% di quello iniziale perché l’85% è stato

recuperato a livello di TCP); questo percorre l’ansa discendente arrivando a livello di primi tratti della branca ascendente: a

questo livello trova una pompa attiva ORMONO-DIPENDENTE (è controllata da un mineralcorticoide, l’ALDOSTERONE,

prodotto dalla corteccia delle surrenali) che prende il Na e lo trasporta dalla branca ascendente all’interstizio midollare

(serve un trasporto attivo perché è POCO permeabile!).

Questo Na recuperato richiamerà per gradiente elettrico (in modo passivo) il Cl in quantità uguale e si viene a formare NaCl

(la tonicità quindi nell’interstizio inizia ad aumentare es. da 300 passa a 450).

A questo punto mi aspetterei che l’acqua venga trascinata dall’NaCl MA la branca ascendente è IMPERMEABILE all’acqua

quindi i 450mOsm NON sono riequilibrati da un passaggio di acqua dalla branca ascendente. A livello di branca ascendente

ho anche un recupero di UREA che viene portata nell’interstizio e collabora all’ipertonicità della midollare. L’acqua quindi

viene richiamata grazie alla differenza di pressione osmotica dalla branca discendente (che è permeabile) a livello midollare

e dovrebbe riequilibrare l’ipertonicità parziale della midollare (portarla all’isotonicità), ma questo recupero di acqua che

avviene dalla branca discendente è INSUFFICIENTE per riequilibrare perché:

a) l’acqua può uscire solo dalla branca discendente (fattore di superficie, che è scarsa)

b) l’ultrafiltrato percorre l’ansa con una certa velocità e non ha tanto tempo per far uscire l’acqua a questo livello

c) l’NaCl che si è accumulato, per gradiente di concentrazione andrà a finire nella branca discendente che diventa

quindi 400 invece di 300 (fino all’inizio della branca ascendente, poi torna a 300 perché ci sono le pompe della

ascendente che lo buttano fuori). Non lo porta a 450 perché l’acqua un po’ va ad equilibrare (quindi aumenta un po’

meno dell’interstizio).

A livello di branca ascendente arriva a 400 e si compie lo stesso processo e nella midollare ad esempio arrivo a 650, ecc.. si

arriva ad una situazione in cui ad esempio a livello di curvatura dell’ansa di Henle ho 1200 mOsm: la pompa (geneticamente

codificata e quindi diversa per ogni specie) presente nella branca ascendente si accorge che abbiamo raggiunto una

osmolarità corretta e quindi si spegne di modo da non aumentare ulteriormente l’osmolarità della midollare.

N.B: La branca discendente e ascendente essendo molto vicine possono “scambiare

materiale” (es. tubo di acqua calda ripiegato tipo ansa di Henle: nel punto più in basso

in cui sono a contatto con la sorgente di calore avrò una maggiore temperatura;

l’acqua che sta uscendo cede calore all’acqua che si sta invece portando verso la fonte

di calore)

L’ultrafiltrato può uscire isotonico (300mOsm) o ipotonico (<300mOsm) a seconda che

la pompa nel tratto ascendente sia più o meno attiva: se la pompa per il Na è attiva

asporta Na dal tubulo e lo porta nell’interstizio e quindi usciamo con un ultrafiltrato

ipotonico; se è inattiva esce isotonico o al limite un po’ ipertonico).

57/90

Irrorazione della midollare

La midollare è irrorata dai vasa recta i quali per la loro peculiarità asportano POCO NaCl dalla midollare per cui l’ipertonicità

della midollare in funzione del tempo tende a calare, quindi ogni tanto dobbiamo riattivare la pompa del Na per riportarla a

1200mOsm (cioè al valore corretto). La pompa è attiva nel caso in cui dobbiamo ristabilire il contenuto fisiologico di NaCl

nella midollare.

 Se la midollare fosse irrorata da un comune capillare (es.

capillare peritubulare). Quando il sangue lascia la corticale

e inizia ad irrorare la midollare sarà isotonico (300mOsm),

entrando nella midollare trova un’ipertonicità creata dalla

controcorrente renale (trova una maggiore concentrazione

di NaCl); l’NaCl richiama acqua dal capillare per osmosi

(aumenta il valore dell’ematocrito) e per gradiente di

concentrazione entra nel capillare (la midollare piano

piano tende a tornare a 300mOsm perché gli viene rubato

NaCl ed è aggiunta acqua quindi faremmo tantissima

urina!!): il sangue del capillare diventa quindi ipertonico

perché perde acqua e acquista NaCl (il sangue scendendo

si porta in equilibrio con l’interstizio!!). Quindi un capillare

con un normale flusso uscirebbe a 1200mOsm!!

 L’irrorazione avviene tramite i vasa recta che hanno la funzione di mantenere l’ipertonicità creata dalla controcorrente

renale. I vasa recta originano dall’arteriola afferente e seguono il decorso dell’ansa di Henle (sono speculari). Il sangue

che scorre nei vasa recta ha delle particolarità:

1. è poco (il sangue dell’arteriola efferente va per la maggior parte nei capillari peritubulari e solo il 15-20% va nei

vasa recta!) quindi la midollare è poco irrorata.

2. ha un valore di ematocrito del 50% quindi ha un’elevata viscosità, quindi maggiore resistenza al flusso, quindi

flusso lento (è un vantaggio perché permette gli scambi!)

Il sangue entra nella midollare isotonico e trova un ambiente ipertonico quindi si arricchisce di NaCl per gradiente di

concentrazione e perde acqua per gradiente osmotico (il flusso diventa così ancora più lento per cui questo sangue

riesce a mettersi in equilibrio con la midollare arrivando all’apice a 1200mOsm). Il vasa recta è ripiegato su se stesso

quindi quando torna dai 1200 verso la corticale trova un ambiente ipotonico rispetto a se stesso (quindi una minore

concentrazione di NaCl) quindi l’NaCl presente all’interno del vaso viene ceduto all’interstizio e nel contempo l’acqua

entra per gradiente osmotico.

La pressione osmotica a livello dell’uscita della branca acsendente sarebbe 300mOsm se il meccanismo fosse perfetto

ma in realtà la pressione osmotica in uscita è 350mOsm (esce leggermente ipertonico perché rimane al suo interno un

po’ di NaCl dato dal fatto che il rientro dell’acqua nella branca ascendente del vasa recta rivelocizza il flusso del sangue

e quindi questo non fa in tempo a cedere tutto il NaCl che aveva preso nella branca discendente). Questo “rubare

continuo” è il motivo per cui ogni tanto deve accendersi la pompa nella branca ascendente dell’ansa di Henle perché

deve riportare la corretta ipertonicità midollare. 58/90

ADH o Vasopressina o Ormone antidiuretico

L’ipertonicità della midollare serve per richiamare l’acqua dal tubulo collettore: se l’ipertonicità è costante il recupero di

acqua sarà costante ma questo non andrebbe bene perché non rispetterebbe le esigenze dell’organismo, per questo a

questo livello agisce l’ADH o vasopressina. L’ADH è un ormone prodotto a livello del NUCLEO SOPRAOTTICO (5/6) e

PARAVENTRICOLARE (1/6) dell’ipotalamo assieme all’ossitocina; è un nonapèptide che con un meccanismo di

neurosecrezione (corpi di herring) migra lungo gli assoni del tratto ipotalamico-neuro-ipofisario fino a raggiungere la

neuroipofisi/ipofisi posteriore in cui viene depositato. L’azione dell’ADH si esercita a livello del TCD e del

tubulo collettore: l’ADH determina un aumento del

numero e del diametro dei pori di membrana, ma NON

fa passare l’acqua!!; nello specifico l’ADH determina la

sintesi di ACQUAPORINE (proteine con un PM DI 36-

78.000, si trovano a livello dei lipidi di membrana), in

particolare l’acquaporina 2 che è un canale proteico

specifico per il trasporto dell’acqua. Pur in presenza di

ADH ma in assenza di acquaporine si va in contro a

DIABETE INSIPIDO NEFROGENICO (diverso dal diabete

neurogenetico dovuto alla carenza di ADH). L’ADH agisce

a livello di TCD e di tubulo collettore ma il passaggio di

acqua è praticamente solo nel tubulo collettore perché

questo si trova nella midollare in cui abbiamo un’alta

differenza di pressione osmotica (il TCD è in corticale in

cui non abbiamo differenza di pressione osmotica quindi

l’acqua non si sposterà!!)

Regolazione della produzione di ADH

Gli stimoli adeguati che determinano la produzione di ADH a livello dei nuclei sono gli stessi che determinano la sua

liberazione a livello di neuroipofisi (di quello già depositato).

 Il nucleo sopraottico e paraventricolare sono degli osmocettori (risentono della pressione osmotica del sangue): nel

caso dell’aumento di pressione osmotica del sangue (tanti soluti) determinano un aumento della produzione/rilascio di

ADH determinando ritenzione di acqua (e viceversa la fanno eliminare nel caso in cui il sangue abbia una bassa

pressione osmotica).

 A livello atriale (in particolare atrio sinistro) abbiamo dei volocettori cardiaci che a pari pressione osmotica quando

aumenta il volume di sangue inibiscono la produzione di ADH per aumentare la diuresi, e viceversa se ho poco volume

aumentano la produzione di ADH che quindi fa riassorbire l’acqua.

 Esercizio fisico: aumenta la produzione di ADH perché così recupero l’acqua che ho perso con il sudore.

 Fattori stressanti blandi: POLLACHIURIA (urinare poco e spesso); il simpatico dà lo stimolo della minzione ma l’urina

prodotta è poca

 Aumentano la produzione/liberazione di ADH anche morfina, nicotina, barbiturici, istamina..

Se aumenta l’ADH produco poca urina e con osmolarità alta (arriverà al massimo a 1200mOsm nel tubulo collettore cioè

pari a quella della midollare). Se l’ADH non agisce eliminerò tanta urina ipotonica (perché non ho riassorbimento di acqua),

a 100-200mOsm. 59/90

TUBULO CONTORTO DISTALE

Qui avviene:

1) il riassorbimento di acqua ed elettroliti (controllato da ALDOSTERONE). L’aldosterone è un mineralcorticoide

(“cortical” perché agisce sulla corticale e “mineral” perché agisce sullo scambio di minerali) che fa recuperare Na e

quindi Cl e quindi acqua, accompagnato dall’eliminazione di K

2) Regolazione renale del pH

Surrenali

Ghiandole endocrine presenti a livello di polo renale e sono direttamente innervate. Sono formate da:

A. Midollare: produce le CATECOLAMINE (adrenalina e noradrenalina che sono i neuro mediatori del simpatico;

tendenzialmente producono più adrenalina).

B. Corticale:

 la porzione più esterna è la zona glomerulosa (produce MINERALCORTICOIDI: quale l’ALDOSTERONE)

 la porzione intermedia è la zona fascicolata (produce GLICOCORTICOIDI: il più comune è il cortisolo)

 la porzione più interna è la zona reticolare (produce ORMONI SESSUALI: estrogeni ed androgeni)

Per produrre questi ormoni dobbiamo attivare l’asse ipotalamo-ipofisi-surrene (costituito dall’ipotalamo che produce il

CRH cioè l’ormone liberante la corticotropina (ACTH); l’ACTH è prodotto a livello di adenoipofisi e agisce a livello di

surrenali determinando la sintesi e la produzione di tutti gli ormoni della corticale).

Asse ipotalamo-ipofisi-surrene

IPOTALAMO = CRH (corticotropin releasing hormone)

In seguito a fattori stressanti il CRH (41aa) è prodotto con un ritmo circadiano o

nictemerale (giorno-notte); questo polipeptide con un meccanismo di

neurosecrezione dai nuclei paraventricolari raggiunge l’eminenza mediana (è molto

irrorata!!) e quindi viene immesso nella prima rete capillare che deriva dalla

capillarizzazione dell’arteria ipotalamica, quindi viene immesso nel sistema portale

ipofisario, cioè in una venula la quale si ricapillarizza nell’ipofisi anteriore: qui

determina la liberazione di ACTH. Grazie al sistema portale ipofisario appena

prodotto NON viene filtrato ed eliminato subito dal rene ma ha come primo

bersaglio le cellule dell’adenoipofisi, e solo dopo viene immesso nel circolo

sistemico ma tanto la sua funzione di attivare ACTH l’ha già fatta!!

ACTH

IPOFISI ANTERIORE = (ormone adrenocorticotropo)

L’ACTH deriva dalla proteina proopiomelanocortina, da cui derivano anche MSH

(ormone melanocita stimolante), beta-endorfine/oppioidi endogeni, lipotropina

(stimola il catabolismo lipidico). L’ACTH è un polipèptide di 39aa prodotto dalle

cellule cromofobe dell’adenoipofisi ed è POCO specie specifico perchè i primi 23aa

sono uguali in tutte le specie.

CORTICALE DELLE SURRENALI = ORMONI SURRENALICI

Gli ormoni surrenalici sono degli idrocarburi policiclici che come struttura base

hanno il ciclopentanoperiidrofenantrene (dato da tre anelli esatomici e da un anello

pentatomico). Gli steroidi surrenalici si diversificano a seconda del numero degli

atomi di carbonio:

 estrogeni C18

 testosterone C19

 progesterone C21

 aldosterone e cortisolo C21

L’azione dell’ACTH è quella di facilitare l’incorporazione del colesterolo (C27) a livello di cellule delle surrenali e di

promuovere la sua trasformazione (tramite eliminazione della catena laterale) in PREGNENOLONE (C21) che è il precursore

di tutti gli altri ormoni surrenalici: si trasforma maggiormente nelle tre categorie di ormoni a seconda della presenza o meno

di specifici enzimi limitanti (enzimi che permettono a livello di surrenali trasformazioni o di tipo verticale o di tipo orizzontali

(es. il pregnenolone se ha a disposizione solo enzimi verticali va a fare i mineralcorticoidi).

L’ACTH fa produrre gli ormoni surrenalici; a questo punto si manifestano dei FEEDBACK NEGATIVI:

 lungo: nel caso in cui il cortisolo (che è già aumentato in circolo) eserciti un feedback negativo sia sull’adenoipofisi

che sull’ipotalamo

 corto: l’ACTH una volta prodotto esercita il feedback negativo sull’ipotalamo (modula la produzione di CRH)

 ultracorto: è esercitato dal CRH sull’ipotalamo limitando la sua stessa produzione

60/90

Aldosterone

Biosintesi (zona glomerulosa)

I. Il pregnenolone (C21) subisce l’attacco dell’enzima 3-

beta-deidrogenasi che agisce a livello dell’anello A in

posizione 3: trasforma in posizione 3 un gruppo

ossidrilico (-OH) in un gruppo chetonico (=O)

formando così il progesterone (la PGF2-α è una

prostaglandina con azione luteolitica (crea

vasocostrizione mandando in necrosi il corpo luteo) e

inoltre agisce sull’enzima che trasforma il

pregnenolone in progesterone, bloccando così la

formazione di quest’ultimo).

II. Il progesterone subisce l’azione della 21-beta-

idrossilasi che aggiunge un -OH in posizione 21

formando l’11-desossi-corticosterone (il corpo luteo

quindi NON avrà la 21-beta-idrossilasi altrimenti il

progesterone sarebbe subito trasformato e non

avrebbe più la sua funzione!).

III. A questo punto l’11-beta-idrossilasi unisce un -OH in

posizione 11 originando il corticosterone che è il

primo steroide con una certa azione mineralcorticoide.

IV. La 18-beta-idrossilasi a questo punto aggiunge un -OH

in posizione 18 formando il 18-idrossi-corticosterone.

V. L’enzima 18-beta-deidrogenasi toglie a questo punto

un- OH in posizione 18 formando ALDOSTERONE.

Per far si che il pregnenolone prenda solo la via verticale, e quindi produca solo aldosterone, devo bloccare la 17-alfa-

idrossilasi perché altrimenti il pregnenolone tramite questo enzima viene trasformato in 17-alfa-idrossi-pregnenolone dal

quale deriveranno i glicocorticoidi; per inibire l’enzima deve essere presente l’ANGIOTENSINA III.

61/90

Regolazione della secrezione dell’aldosterone: Sistema renina-angiotensina (apparato iuxtaglomerulare)

L’apparato iuxtaglomerulare è formato dalle cellule

iuxtaglomerulari e dalle cellule della macula densa:

 a livello di arteriola afferente in prossimità del

glomerulo le cellule dell’arteriole vengono trasformate in cellule

epitelioidi/cellule iuxtaglomerulari che in base a stimoli adeguati

producono un particolare enzima chiamato RENINA.

 il tubulo contorto distale durante il suo percorso passa

per il polo vascolare cioè sopra all’arteriola afferente ed

efferente; le cellule del tubulo contorto distale in rapporto con

l’arteriola afferente si trasformano in cellule epitelioidi

formando le cellule della macula densa.

Gli stimoli adeguati per la liberazione di renina dalle cellule

iuxtaglomerulari sono ipotensione e ipovolemia, catecolamine

in circolo e fibre simpatiche (le attivano).

Le cellule della macula densa come stimolo adeguato risentono

della bassa concentrazione di elettroliti (in particolare Na

nell’ULTRAFILTRATO!) che rispecchia un IPONATREMIA (cioè

poco Na anche in circolo); le cellule della macula densa

rispondendo alla concentrazione del Na (stimolo adeguato)

tramite la produzione di prostaglandine (PGF2α) fanno si che le

cellule iuxtaglomerulari producano renina.

La renina è un enzima proteolitico che trova in circolo

un’α2-globulina chiamata angiotensinogeno (prodotto dal

fegato); distacca da quest’ultimo una sequenza di 10aa

(angiotensina I); questa angiotensina I nella sua

migrazione in circolo raggiunge il polmone e qui trova il

converting-enzyme (enzima di conversione) che distacca da

questo decapeptide 2aa (una istidina e una leucina).

L’angiotensina I diventa quindi un ottapeptide chiamato

angiotensina II che è un POTENTISSIMO vasocostrittore,

per lo più arteriolare (4-8x più potente della

noradrenalina), determina quindi un aumento pressorio (a

questo punto avrò un FEEDBACK NEGATIVO perché lo

stimolo adeguato per le cellule iuxtaglomerulari è proprio

una ipotensione e qui faccio aumentare la pressione!

L’angiotensina II inoltre ha un’azione facilitatoria sulla

produzione di noradrenalina, determina una riduzione

della sensibilità dei sistemi barocettivi antiipertensivi a

livello di arco aortico (fa in modo che non si instaurino dei

sistemi antiipertensivi, in questo modo la pressione può

crescere tanto!), determina un aumento della secrezione

di ADH (e quindi faremo trattenere più acqua con iniziale feedback negativo perché ho ipervolemia), stimola la sete

(assorbiamo più acqua e quindi altro feedback negativo; NB: area della sete nel nucleo paraventricolare) e determina una

certa inibizione dell’enzima 17-α-idrossilasi e quindi il pregnenolone non va verso la via dei glicocorticoidi ma preferisce

quella dei mineralcorticoidi. I più potenti farmaci antiipertensivi sono degli inibitori dell’enzima polmonare (quindi

inibiscono la trasformazione in angiotensina II)

L’angiotensina II una volta prodotto trova in circolo l’angiotensinasi che determina il distacco di un altro aa (asparagina)

trasformando così la molecola in un eptapeptide (angiotensina III); l’angiotensina III blocca la 17-alfa-idrossilasi di modo

che il pregnenolone prenda solo la via dei mineralcorticoidi.

62/90

Azione dell’aldosterone

L’aldosterone una volta prodotto agisce a livello di cellule del TCD (che presenta dei recettori) dove determina il recupero

di Na (seguito dal Cl e dall’acqua) e la contemporanea escrezione/ eliminazione di ioni K che erano stati recuperati a livello

del TCP. La quantità di questo recupero è, a differenza del TCP, ORMONO-DIPENDENTE perché dipende dall’aldosterone, la

cui produzione dipende dagli stimoli adeguati cioè le variazioni del Na (risentite dalla macula densa) o dalla variazione di

pressione/di volume (risentita dalle cellule iuxtaglomerulari).

Con un maggior recupero di Na e Cl abbiamo che la pressione osmotica a livello di interstizio aumenta andando così a

stimolare il nucleo sopraottico e paraventricolare che sono quelli che determinano la secrezione di ADH e quindi

recupereremo più acqua; viene stimolata anche l’area della sete e aumenta quindi anche la ritenzione idrica (cerchiamo di

portare il volume e la pressione del sangue a livelli normali,

cosa che l’angiotensina II cerca di fare direttamente e che

l’aldosterone cerca di fare per via indiretta recuperando Na,

Cl, acqua ed espellendo K).

Il Na e il Cl passano in circolo e dopo essere stati filtrati con

l’ultrafiltrato percorrono i tubuli e vanno fino al TCD, le

cellule della macula densa quindi diminuiranno la secrezione

di PGF2-α che andava a stimolare le cellule iuxtaglomerulari

(con un feedback negativo facciamo diminuire la produzione

di renina).

Si ripristina così la volemia e la pressione, si disattivano le

cellule iuxtaglomerulari e quindi progressivamente anche

quelle della macula densa perché vuol dire che l’aldosterone

agendo insieme all’angiotensina II ha fatto riportare a valori

normali la volemia, la pressione e la quantità di Na e Cl in

circolo (NATREMIA e CLOREMIA)

Questi meccanismi a feedback sono fondamentali per evitare

che un’eccesiva stimolazione della secrezione di aldosterone

porti ad un iper-aldosteronismo (SINDROME DI CONN). 63/90

Peptide Natriouretico Atriale (PNA)

È un polipeptide prodotto a livello di atri, in

particolare il sinistro, in seguito all’aumento

della volemia. Ha un’azione opposta a quella

dell’aldosterone:

 inibisce la liberazione di aldosterone

 inibisce le risposte tubulari all’ADH

 dà una vasodilatazione dell’arteriola

afferente e quindi una maggiore quota

di ultrafiltrato (determinando così una

maggiore perdita di acqua e quindi una

maggiore perdita di Na, entrambi effetti

opposti all’aldosterone)

Equilibrio idrico dell’organismo

A livello renale si crea l’ultrafiltrato che in condizioni

fisiologiche è il 10% della portata renale e quindi 120ml/min

nell’uomo; di questi 120ml/min ne eliminiamo 1-1,5 ml/min

(perché ne riassorbiamo il 99%) e quindi circa 1,5 l/giorno.

 A livello del TCP abbiamo il recupero dell’85% NON

ormono-dipendente perché dipende dalla forza osmotica

dell’interstizio, e quindi da quanto Na e Cl abbiamo

riassorbito (l’85% può diminuire se calano gli elettroliti in

circolo), e dalla forza osmotica del tubulo (può aumentare

nel caso del diabete quando supero i valori di trasporto

massimo del glucosio: rimane del glucosio del tubulo che

crea un controgradiente di pressione osmotica che

ostacola il normale recupero di acqua)

 A livello dell’ansa di Henle non abbiamo grossi recuperi di

acqua (2-3%) perché altrimenti non avremmo l’ipertonicità

della midollare. L’acqua a livello di interstizio viene drenata

dai vasa recta e quindi dipende dal flusso del sangue.

 A livello del TCD agisce l’ADH ma determina un effetto

quasi nullo sul recupero di acqua perché essendo in

corticale non ho un grande gradiente di pressione

osmotica. Ho un recupero di acqua aldosterone-

dipendente

 In genere imboccano il tubulo collettore circa 10 ml/min di

urina: questi normalmente vengono recuperati in base

all’ipertonicità della midollare e all’azione dell’ADH. Ne

rimane solo l’1% (1ml/min).

Ormoni prodotti dal rene

Eritropoietina

Glicoproteina circolante prodotta in caso di ipossia. L’azione è di aumentare le cellule staminali destinate ad essere

convertite in eritrociti nel midollo osseo. 64/90

Regolazione renale del pH Il pH è il reciproco del logaritmo in base 10 della concentrazione

idrogenionica, fisiologicamente è intorno a 7.2-7.4 (i limiti per la

sopravvivenza vanno da 7 a 7.8). Il rene partecipa alla regolazione del pH in

sinergia con il sangue, il polmone e l’osso.

Dato che il pH DEVE essere mantenuto in un certo range esistono dei sistemi

tampone: bicarbonati, fosfati e proteine (es. se in un cane di circa 20kg

inietto in vena HCl va in contro ad una certa acidosi ma il pH non crolla

troppo proprio grazie a questi sistemi tampone). Il sistema tampone è quello

per cui in seguito all’aggiunta di un acido forte si forma un acido debole e

quindi il pH si abbassa solo di poco, se invece ad un tampone di acido

carbonico aggiungo una base forte avrò la formazione di una base debole

con conseguenti scarse modificazioni del valore di pH.

L’efficienza di un sistema tampone è data dal suo valore di pk: in un sistema

tampone ideale dovrebbe essere molto vicino o uguale al pH del sangue

(equazione di Henderson-Hasselbach: pH=pk+log (sale/acido)) perché in

questo modo il rapporto sale/acido è uguale a 1 (-Log 1= 0) e quindi pk=pH.

K= grado/costante di dissociazione: tutti gli acidi sono più o meno ionizzati e

la percentuale di ionizzazione si dice grado si dissociazione. I sistemi

tampone dell’organismo sono acidi deboli e per tanto hanno bassa tendenza

a dissociarsi in soluzione acquosa. La K è data dal rapporto tra la forma

-

dissociata/o salina (Es. HCO ) e la forma in dissociata/o acida (Es. H CO ).

3 2 3

pK= è quel valore di pH al quale il rapporto tra la forma dissociata/o salina e

la forma in dissociata/o acida è uguale a 1.

Sistemi tampone

1. Bicarbonati

-

Il rapporto HCO e H CO è uguale a 1 per un pk di 6,1 (6,1 è cioè è il

3 2 3

valore di pH al quale il rapporto tra la forma dissociata e indissociata è

uguale a 1).

I bicarbonati sopperiscono ad un valore di pk non ideale, cioè lontano a

quello del sangue, con un diverso rapporto in circolo tra la forma salina

e la forma acida; il rapporto è di 20:1 (ph=pk+log sale/acido…7,4= 6,1 +

log 20/1 (=1,3)= 7,4. Il rapporto sarà tanto più alto quanto più è lontano

dal pH ideale!!

SOLO il sistema dei bicarbonati riesce a coinvolgere in caso di acidosi altri

apparati, quali il respiratorio (in acidosi si forma CO che va a stimolare i

2

glomi aortici e carotidei stimolando la respirazione). Per questo dal

punto di vista fisiologico sono il sistema tampone ideale!!

2. Fosfati - - -

Il rapporto HPO (fosfato monoacido) e H PO (fosfato biacido) è

4 2 4

uguale a 1 per un pk di 6.8, quindi i fosfati idealmente sono meglio come

sistema tampone perché sono vicini al valore di pH del sangue. Anche il

loro rapporto è diverso = 4:1!! 65/90

I meccanismi di regolazione del pH differiscono a seconda delle specie: i carnivori per il tipo di dieta proteica hanno la

formazione di radicali acidi mentre gli erbivori formano radicali basici. Nella tendenza all’acidosi il rene aumenta

l’eliminazione di radicali acidi con le urine e trattiene nel sangue radicali basici; gli erbivori che tenderebbero ad andare

incontro ad un’alcalosi faranno il contrario: eliminano radicali basici e recuperano meno radicali basici.

CARNIVORI

Con tutti e tre i meccanismi il tubulo avrà diminuzione di pH mentre la cellula andrà in alcalosi (perde H+).

1) Bicarbonati

A livello della cellula del TCD abbiamo della CO e dell’H O che

2 2

derivano dalla cellula stessa (Krebs), della CO che deriva dal sangue

2

perché se vado in contro ad acidosi l’H CO tenderà a dissociarsi in

2 3

H O e CO quindi aumenta la pCO e della CO che deriva

2 2 2 2

dall’ultrafiltrato. Nella cellula è presente l’anidrasi carbonica (a.c)

che catalizza l’idratazione della CO con conseguente formazione di

2

acido carbonico; questo appena si forma si dissocia in H+ e HCO -.

3

A livello di lume con l’ultrafiltrato arriva il NaHCO (bicarbonato di

3

sodio) dissociato in Na+ e HCO -. Tramite un trasporto MISTO

3

trasferiamo il Na dal lume alla cellula e dalla cellula al sangue;

questo Na che viene mandato nel sangue richiama per gradiente

elettrico lo ione bicarbonato (HCO -, che diffonde anche per

3

gradiente di concentrazione) formando così bicarbonato di Na

(recupero di radicali basici). Al recupero di Na corrisponde

un’estrusione di H (che derivano dalla dissociazione dell’acido

carbonico) nel lume, qui trovano lo ione bicarbonato (HCO -) e

3

vanno a formare l’acido carbonico (l’ultrafiltrato sarà così acido).

L’H CO in ambiente acido si dissocia in H O e CO (la CO ritorna in

2 3 2 2 2

parte nella cellula dove andrà ad idratarsi riattivando il ciclo, mentre

l’acqua mi fa perdere radicali acidi).

2) Fosfati

Cambia solo che la CO non arriva dall’ultrafiltrato e che a livello di

2

lume del tubulo arriva del fostato monoacido di Na (Na HPO ) e

2 4

assisteremo alla sua dissociazione in fosfato biacido di Na (H PO --) e

2 4

Na+ tramite l’unione dell’H che viene dalla cellula.

L’Na viene trasportato prima nella cellula e poi nel sangue dove si

formerà bicarbonato di Na (perché il bicarbonato segue sia per

gradiente elettrico che per concentrazione) quindi ho recupero di

radicali basici; mentre dal lume ho perdita di radicali acidi perché

l’estrusione del H va a trasformare il fosfato monoacido di Na in

fosfato biacido di Na.

3) Conversione del NaCl in cloruro di ammonio

La CO2 non arriva dall’ultrafiltrato! NaCl arriva in forma dissociata

(Na+ Cl-); l’Na va dal lume al sangue ed è seguito dallo ione

bicarbonato che passa dalla cellula al sangue per gradiente di

concentrazione ed elettrico (recupero di radicali basici).

L’H+ viene riversato nel lume dove si lega al Cl formando HCl che si

dissocia in H+ e Cl-.

Nella cellula l’aa. glutamina per azione di uno specifico enzima viene

trasformata in ac. glutamico e NH (ammoniaca); quest’ultima è

3

altamente liposolubile e attraversa liberamente la membrana dove

trova l’H+ che deriva dalla dissociazione dell’HCl e va a formare NH +

4

(ione ammonio che è idrosolubile e non riesce più ad entrare nella

cellula) che va a legarsi al Cl- formando cloruro di ammonio (viene

eliminato con le urine e perdiamo così radicali acidi)

La pompa per gli H può creare un gradiente massimo di concentrazione interno/esterno di 1:1.000 quindi la capacità

massima del rene di acidificazione delle urine sarà 4,4 (sarà l’urina nell’acidosi massima!) cioè pH (7,4) –log1000 (3)= 4,4.

Il segnale del sangue per il rene (che gli dice se è in acidosi o no) è rappresentato dalla CO (che viene da Krebs, ultrafiltrato

2

e sangue); se il pH è 7,4 non ci sarà bisogno del rene per cui la quantità di CO che sarà trasferita nella cellula sarà poca e

2

quindi anche gli H+ nel sangue; se il sangue va in acidosi la CO2 nel sangue aumenta e aumenta automaticamente anche

quella nella cellula che quindi automaticamente con l’anidrasi carbonica la farà idratare con successivo trasferimento di H

nel sangue. >acidosi = >CO = >H nella cellula = >H trasportati nel lume del tubulo (fino a 1:1.000)

2 66/90

RUMINANTI

I ruminanti per la loro dieta (insilati, foraggi, ecc..) tendono ad andare in alcalosi; i ruminanti lottano contro l’alcalosi

sfruttando il SOLO sistema dei bicarbonati.

1) Bicarbonati

I foraggi sono particolarmente ricchi di ioni K per cui una

notevole quantità di ioni potassio viene trasferita dal sangue

alla cellula; questi ioni vanno a competere con gli H sulla

pompa che normalmente prevede il passaggio degli ioni

idrogeno dalla cellula al tubulo (le pompe non riconoscono

gli ioni ma lavorano per carica!): con questo sistema la

cellula va in acidosi (al contrario dei carnivori) perché

rimangono al suo interno gli H!

Il K una volta che è nel tubulo va a legarsi all’HCO - (che

3

deriva dalla dissociazione del bicarbonato di Na) e si formerà

bicarbonato di potassio (KHCO ) che farà perdere radicali

3

basici.

Gli ioni K ostacolano anche la diffusione degli ioni

bicarbonato (HCO -) dalla cellula all’interstizio (gli ioni

3

bicarbonato sarebbero richiamati per gradiente elettrico e di

concentrazione dall’Na che viene mandato nel sangue) per

cui qui recuperiamo meno bicarbonato di sodio (minor

recupero di radicali basici).

In conclusione la lotta all’alcalosi nei ruminanti prevede la

maggior eliminazione di radicali basici e il minor recupero

degli stessi radicali basici. 67/90

CLEARANCES o VALORE DI EPURAZIONE

Le clearances sono delle prove di funzionalità renale che valutano i 3 principali parametri della funzione renale:

1) Ultrafiltrazione

2) Riassorbimento

3) Escrezione: eliminazione da parte delle cellule renali di tossici e cataboliti vari

Per clearance si intende la quantità di plasma che viene depurata di una certa sostanza nell’unità di tempo; si esprime in

ml(di plasma)/minuto. Il valore che si ottiene è il rapporto tra la concentrazione della molecola nell’urina e nel plasma (il

valore che ottengo sarà alto se il plasma che viene depurato è tanto e quindi nell’urina questa sostanza sarà tanta, e

viceversa). La clearance di una molecola A = concentrazione molecola nell’urina / concentrazione molecola nel plasma

Il sangue può essere depurato di una molecola solo a livello di un

capillare glomerulare o a livello di capillari peritubulari (perché

deve esserci un vaso con vicino un tubulo e solo a livello di questi

capillari c’è un tubulo vicino!!).

A livello del rene arrivano in un uomo 1.200 ml sangue/min

(costituito da 660 ml/min di plasma e da 540 ml/min di parte

corpuscolata); a livello di glomerulo l’ultrafiltrato è 120ml/min

quindi a livello di arteriola efferente ne arriveranno 1.080 ml/min

(che saranno costituiti da 540ml di plasma perché è lui ad essere

filtrato/perso e 540ml di parte corpuscolata che rimane costante

perché NON può essere ultrafiltrata).

Il valore massimo di clearance (cioè tutto il plasma viene

depurato e tutta la molecola va nelle urine, NON la troverò nella

vena renale!!) in un rene di uomo è 660 ml/min visto che il flusso

plasmatico che passa per il rene è di 660ml/min (è il valore

massimo che può avere una clearance perché è il valore massimo

di plasma che può passare per il rene!); se il rene NON depura il

sangue della molecola la clearance sarà 0 ml/min!

Es. molecola X: arriva a livello di capillari glomerulari e può essere ultrafiltrata o no:

a) rimane nel plasma se ha un PM superiore a quello dell’albumina

b) se è ultrafiltrata può essere eliminata con le urine o essere riassorbita dai tubuli in parte o completamente e quindi

viene rimessa in circolo (nei capillari peritubulari); se non viene riassorbita va a livello dei capillari peritubulari e quindi

può rimanere nel sangue o subire un processo di escrezione totale o parziale (viene trasferita dai capillari peritubulari

nei tubuli).

Le clearance sono comprese tra 0 (il plasma non è depurato) fino a 660 (quantità massima di plasma).

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 Clearance 0: sarà una molecola che non può essere ultrafiltrata (il plasma non viene depurato da questa molecola)

come ad esempio le proteine, o una sostanza che viene ultrafiltrata ma che viene completamente riassorbita (es.

glucosio; non avrà clearance 0 quando superiamo un valore di glicemia di 250) e quindi il plasma NON viene depurato

da questa molecola.

 Clearance 120: sono quelle molecole che devono essere completamente e liberamente ultra filtrate, non devono

essere riassorbite (altrimenti avremmo una clearance bassa/0) e non devono essere totalmente escrete (avrebbe una

clearance superiore a 120). Es. inulina: polisaccaride di PM 5.500, è la prima molecola che a livello renale viene

completamente ultrafiltrata, non viene riassorbita e non viene escreta; viene usata per fare delle “prove”.

 Clearance 0-120: saranno delle molecole parzialmente ultrafiltrate oppure che viene ultrafiltrata ma viene

parzialmente riassorbita (se fosse riassorbita completamente avrebbe clearance 0). È il caso dell’urea (clearance 70 cioè

depuriamo 70ml/min di plasma; viene ultrafiltrata e poi viene riassorbita per il 50% a livello del TCP e per il 10-15% a

livello della branca ascendente dell’ansa di Henle; NON viene escreta, altrimenti avremmo una clearance superiore).

 Clearance 660: sarà una molecola che troviamo tutta nelle urine perché il plasma è depurato completamente e NON è

una molecola che viene riassorbita. Per arrivare a 660 di clearance (pulire 660ml di plasma) 120ml li puliamo con il

processo dell’ultrafiltrazione mentre 540 con il processo della escrezione. Es. diodone e diodrasto: molecole a base di

iodio usate in diagnostica per immagini e per le prove di funzionalità renale (quindi dopo i capillari peritubulari non

dovrei trovare queste due molecole perché il plasma dovrebbe essere completamente depurato!!).

 Clearance 120-660: es. creatina e creatinina hanno una clearance di 170 (depuriamo 170ml). Con il processo

dell’ultrafiltrazione ne depuriamo 120ml mentre gli altri 50 ml li depuriamo a livello dei capillari peritubulari. Quindi se

io cerco la creatina e la creatinina a livello di venula le trovo perché ho depurato solo 170ml di plasma!!

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URETERI

L’1% dell’ultrafiltrato viene riversato nel bacinetto renale e da qui tramite gli ureteri raggiunge la vescica. Gli ureteri sono

una formazione tubulare provvista di muscolatura liscia che è invasa da contrazioni di tipo peristaltico che facilitano la

progressione dell’ultrafiltrato fino ad arrivare a livello di vescica dove penetrano ad ANGOLO ACUTO e una formazione

valvolare impedisce il reflusso dell’urina.

VESCICA

La vescica è un organo cavo provvisto di muscolatura:

 strato interno: plessiforme

 strato intermedio: costituito da fibre circolari

 strato esterno: costituito da fibre longitudinali (muscolo detrusore): è quello che partecipa al riflesso della

minzione; è innervato dal SNA.

La fuoriuscita dell’urina dalla vescica è controllata da due sfinteri:

1. SFINTERE INTERNO: controllato dal SNA

2. SFINTERE ESTERNO: controllato da fibre somatiche (VOLONTARIO) che innevano lo sfintere esterno per il controllo

da parte della volontà.

A livello di parete sono presenti dei TENSIOCETTORI che rilevano sia il volume dell’urina presente che la sua pressione. La

via afferente dai recettori parietali è rappresentata sia da fibre simpatiche (nervi ipogastrici) che parasimpatiche (nervi

pelvici); le afferenze raggiungono il midollo spinale ed afferiscono al CENTRO VESCICALE SPINALE (a livello lombo sacrale).

Le vie efferenti che tornano alla vescica sono rappresentate dalle fibre parasimpatiche (nervi pelvici che originano da S2-S3-

S4) e dalle fibre simpatiche (nervi ipogastrici che originano dai metameri lombari L1-L2-L3); le efferenze parasimpatiche

attivano il muscolo detrusore (riflesso della minzione) e inibiscono/rilasciano lo sfintere interno; le efferenze simpatiche

invece svolgono un ruolo opposto di minore importanza per cui il riflesso della minzione è un RIFLESSO PARASIMPATICO.

Riflesso della minzione

i. I recettori parietali (tensiocettori) risentono del volume e della pressione dell’urina (NB: nella vescica ho la

caratteristica della PLASTICITÀ cioè la capacità di adattarsi alle variazioni di volume; appena stimolo i tensiocettori

ci sarebbe già il bisogno di urinare ma se ad esempio non abbiamo un bagno vicino possiamo “sopportare” grazie

all’organo che si distende).

ii. Nel caso di uno stimolo forte tramite le vie afferenti simpatiche e parasimpatiche attiviamo il CENTRO VESCICALE

SPINALE che è controllato da centri superiori (a livello di ponte troviamo un’area che facilita la minzione, mentre a

livello di mesencefalo troviamo un’area che la inibisce: queste due aree sono tanto più sviluppate quanto più

l’animale è evoluto).

iii. Le vie efferenti parasimpatiche provocano quindi la contrazione del muscolo detrusore e il rilascio dello sfintere

interno, mentre le fibre somatiche rilasciano lo sfintere esterno.

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APPARATO RESPIRATORIO

Funzioni

 ossigenazione del sangue

 

eliminazione dell’anidride carbonica mantenimento del pH del sangue e dell’organismo entro valori fisiologici

Queste funzioni vitali sono garantite dalla circolazione polmonare e dalla ritmica entrata e uscita di aria dai polmoni

(ventilazione polmonare) e dagli alveoli dove avvengono gli scambi respiratori (ventilazione alveolare). Questa ritmica

entrata di aria è rappresentata dalla MECCANICA RESPIRATORIA.

L’apparto respiratorio è costituito da:

A. Vie aeree conduttrici: nel loro insieme costituiscono lo SPAZIO MORTO in quanto NON avvengono scambi respiratori,

avviene solo il passaggio di aria (bocca cavità nasali, faringe, laringe, trachea, grossi medi e piccoli bronchi, bronchioli

terminali) ma se seguiamo uno sforzo molto intenso dilatiamo l’apparato respiratorio e quindi dilatiamo anche le

strutture dei bronchioli terminali e possono avvenire scambi respiratori in quanto si assottiglia la parete. Lo spazio

morto rappresenta il 20% del volume corrente o volume tidalico cioè la quantità di aria che entra e che esce ad ogni

atto respiratorio (uomo 500ml quindi spazio morto 100ml, cane 100ml quindi spazio morto 20ml).

A livello di spazio morto l’aria inspirata viene portata a temperatura corporea (specialmente se avviene tramite le

cavità nasali), viene saturata di vapor acqueo (la pH O viene portata a 47mmHg) e viene filtrata grazie alle cellule

2

epiteliali cigliate allo scopo di rimuovere le particelle estranee.

Lo spazio morto può variare di entità poiché viene innervato dal SNA (il simpatico dà BRONCODILATAZIONE e quindi

aumenta lo spazio morto, mentre il parasimpatico dà BRONCOCOSTRIZIONE, insieme alla istamina, con conseguente

diminuzione dello spazio morto. 2

B. Parte respiratoria vera e propria: è costituita dagli alveoli veri e propri e hanno una superficie enorme (uomo 60 m ),

circa 30 volte la superficie corporea. Nell’apparato respiratorio abbiamo 300 milioni di alveoli del diametro di 0,2 mm.

La caratteristica degli alveoli è quella di essere particolarmente irrorati per permettere più facilmente gli scambi.

MECCANICA RESPIRATORIA

L’aria entra ed esce nel polmone nel processo della inspirazione seguito dall’espirazione. La meccanica respiratoria viene

effettuata per opporsi alle resistenze che l’aria trova per raggiungere la superficie alveolare (le resistenze sono determinate

dalla elasticità polmonare e della cassa toracica e agli attriti che l’aria incontra nel percorso in tutti i condotti che portano

l’aria sino a livello degli alveoli che dipendono dalla portata d’aria cioè dalla quantità di aria nell’unità di tempo, dal

diametro dei diversi condotti e dalla viscosità e densità dell’aria (che dipende da una sua maggiore o minore

umidificazione)).

Pleure

I polmoni sono avvolti dalle pleure che non sono altro che due membrane

sierose (FOGLIETTI PLEURICI) che si dividono in un:

a) foglietto parietale: adeso alla cassa toracica

b) foglietto viscerale: adeso al polmone

Tra i due è presente un film liquido (sottile strato) detto LIQUIDO PLEURICO

che ha le caratteristiche di un trasudato (NON proteico), cioè rappresenta

un ultrafiltrato del plasma proveniente dai vasi della pleura parietale; è 10

ml nell’uomo. Questo film esercita una notevole tensione superficiale,

infatti si comporta come una goccia d’acqua tra un vetrino portaoggetti e

un vetrino coprioggetti (non si staccano, ma scivolano), quindi il liquido

pleurico impedisce il distacco tra i due foglietti pleurici e ne permette solo

lo scorrimento dell’uno sull’altro.

Questi foglietti sono sottoposti a 2 forze con due direzioni opposte:

 Forza centrifuga: agisce sul foglietto pleurico parietale e dipende dal

tono dei muscoli inspiratori che tendono ad aumentare i diametri della

cassa toracica

 Forza centripeta: agisce sul foglietto pleurico viscerale e dipende

dall’elasticità polmonare, in quanto il polmone è dotato di un’elasticità

intrinseca che tenderebbe a far collassare il polmone intorno all’ilo =

ATELETTASIA. (il polmone collassa se questa forza non fosse ostacolata

dalla forza centripeta) 71/90

Depressione di Donders

È dovuta al fatto che i foglietti pleurici sottoposti a due forze opposte NON si possono staccare l’uno dall’altro per la

tensione superficiale esercitata dal liquido pleurico, di conseguenza a riposo CALA all’interno la pressione per un valore di

circa 2-3 mmHg al di sotto della pressione atmosferica.

In fase inspiratoria la depressione di Donders aumenta per l’allargamento della cassa toracica che trascina con se il foglietto

parietale (aumento della forza centrifuga), la depressione aumenta proporzionalmente alla profondità del respiro.

Funzione delle pleure

La funzione delle pleure è importantissima, in quanto permettono di

trasmettere ai polmoni tutti i movimenti della cassa toracica; quando

abbiamo l’attivazione dei muscoli inspiratori la cassa toracica si allarga,

trascina con se il foglietto parietale il quale trascina con se il foglietto

viscerale, il quale trascina con se il polmone. Quindi all’espansione della

cassa toracica fa seguito l’espansione del polmone (l’espansione del

polmone sarà tanto maggiore quanto sarà maggiore l’attivazione dei

muscoli inspiratori e quindi l’espansione della cassa toracica).

Pneumotorace

Se si crea una lesione della pleura parietale nello spazio pleurico si

insinua dell’aria che consente il distacco tra i due foglietti pleurici.

Quando i due foglietti pleurici si possono distaccare assistiamo al

COLLASSO del POLMONE a causa dell’elasticità che caratterizza proprio il

polmone stesso, mentre il torace si espande più del normale perché non

è più bilanciato dai polmoni e trascina con se il foglietto parietale e si ha

il cosiddetto TORACE A BOTTE.

Nel passato nei casi di tubercolosi (micobatterio) si eseguiva uno

pneumotorace terapeutico o artificiale: si permetteva l’ingresso di aria

e uno dei due polmoni collassava, questo stava a riposo per qualche

mese in modo che il processo infiammatorio potesse regredire (il

movimento continuo del polmone peggiorava solo le cose). Sarebbe

possibile farlo nei nostri animali?? Nel Cavallo le due cavità

mediastiniche sono connesse tra loro, quindi non si può eseguire!!!!

Fasi della respirazione

È data da due fasi:

1. Fase inspiratoria: permette l’ingresso di aria all’interno dei polmoni. La fase inspiratoria è sempre un PROCESSO

ATTIVO, presuppone quindi l’attivazione di specifici muscoli inspiratori che determinano l’espansione della gabbia

toracica (questa trascina con se il foglietto parietale, che a sua volta trascina il viscerale e quindi ne consegue

l’espansione del polmone:

 Diaframma: partecipa alla fase inspiratoria per il 70%

 Muscoli intercostali esterni: partecipano per un 25%

 Scaleni e presternali: poco importanti (5%)

1. Fase espiratoria: emissione dell’aria che era entrata. Nel respiro a riposo (tranquillo) = EUPNEA, è PASSIVA ed è data

solo dall’elasticità polmonare. Se ci muoviamo, specialmente durante l’esercizio fisico questa diventa attiva e si

attivano i muscoli intercostali interni. A riposo abbiamo un certo equilibrio tra forze di tipo

centrifugo e centripeto.

In fase inspiratoria abbiamo una netta prevalenza della

forza centrifuga data dall’attivazione dei muscoli

respiratori, in fase espiratoria abbiamo prevalenza della

forza centripeta.

Espansione della gabbia toracica durante l’inspirazione

e retrazione durante l’espirazione (il torace diminuisce

di volume).

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Costituzione del muscolo

Il muscolo è costituito da fibre poste tra loro in parallelo:

 Fibre extrafusali: rappresentano la maggior parte del muscolo, sono quelle che

permettono l’espansione della gabbia toracica in quanto svolgono il lavoro vero e

proprio. Le fibre extrafusali sono innervate dei MOTONEURONI-ALFA

 Fibre intrafusali: presentano pochi sarcomeri, sono dei PROPRIOCETTORI (FUSO

NEUROMUSCOLARE) in quanto segnalano il grado di distensione del muscolo. Al

centro delle fibre intrafusali troviamo le TERMINAZIONI ANULOSPIRALI (fibre

sensitive); mentre ai poli di queste troviamo l’innervazione data dai

MOTONEURONI-GAMMA (l’attività delle fibre intrafusali è regolata da

motoneuroni gamma).

Servomeccanismo della respirazione o Attivazione del circuito γ – α (MUSCOLI INSPIRATORI)

L’attivazione dei muscoli inspiratori avviene tramite questo particolare meccanismo

1. Fase inspiratoria

i. Attivazione dei neuroni inspiratori del GRUPPO RESPIRATORIO DORSALE BULBARE

ii. Dai neuroni inspirartori partono impulsi (maggiore frequenza di scarica quanto maggiore è l’attivazione neuronale) che

seguono la VIA DISCENDENTE RETICOLO-SPINALE; questa percorre il midollo in sostanza bianca in posizione medio-

laterale.

iii. Lungo il percorso discendente della via reticolo-spinale partono (a livello dei metameri cervicali e toracici) delle

collaterali chiamate VIA FINALE COMUNE: queste vanno a fare sinapsi sulle corna ventrali del midollo spinale in

sostanza grigia sui γ-motoneuroni. A livello dei metameri cervicali C1-C2-C3 partono le fibre per l’attivazione del

diaframma, mentre da T1-T12/13 quelle per gli intercostali esterni.

iv. Dal gamma motoneurone si dipartono delle fibre γ (diametro 3-5micron, velocità lenta 20-30 m/sec) che vanno a fare

sinapsi sulle fibre intrafusali (nelle porzioni polari, cioè dove abbiamo anche una componente sarcomerica).

v. La fibra gamma determina la contrazione delle porzioni polari della fibra intrafusale che comporta una

distensione/allungamento (vedi linea tratteggiata rossa) della fibra intrafusale stessa. Questa distensione rappresenta

lo stimolo adeguato per le terminazioni sensitive anulospirali che avvolgono la fibra nella porzione equatoriale.

vi. Partono impulsi dalle terminazioni anulospirali con maggiore frequenza tramite la via sensitiva α che torna al midollo

spinale. Penetra a livello delle corna dorsali e SENZA interneurone va a livello di corna ventrali degli stessi metameri in

cui in precedenza era stato attivato il γ-motoneurone. La via sensitiva alfa attiva un α-motoneurone dal quale si origina

una via motrice α (grande diametro 17-22micron, velocità 70-120 m/sec).

vii. La via motrice α innerva le fibre extrafusali determinando la contrazione del muscolo (intercostali esterni e diaframma).

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Perché è necessaria un’attivazione di due motoneuroni (alfa e gamma)? Il circuito gamma-alfa garantisce:

 Migliore graduazione della contrazione

 Che la contrazione dei muscoli inspiratori sia isotonica e non solo isometrica (SOLO UNA CONTRAZIONE ISOTONICA

SVOLGE LAVORO). Solo una contrazione isotonica, con il conseguente reale accorciamento del muscolo e cioè delle

fibre-extrafusali determina la disattivazione delle terminazioni anulospirali (che sono attivate normalmente dalla

distensione) e spegne quindi l’alfa-motoneurone; sino a che la contrazione non è isotonica le anulospirali continuano

ad essere attive (perché sono distese) e continuano a bombardare l’alfa-motoneurone che attiva le extrafusali. Quindi

una contrazione isotonica disattiva le anulospirali perché le fa accorciare e queste smettono di attivare l’alfa

motoneurone.

 Che entri effettivamente nel polmone una quantità fisiologica di aria in seguito alla contrazione isotonica: non è detto

infatti che una contrazione isotonica faccia entrare effettivamente aria nei polmoni (potrebbero esserci delle

ostruzioni), per cui all’interno del parenchima polmonare abbiamo degli specifici VOLOCETTORI che risentono del grado

di riempimento di aria del polmone e che stanno alla base dei “RIFLESSO DI HERING E BREUER” che presuppone

l’attivazione di specifici recettori polmonari per l’ingresso di un volume di aria all’interno del polmone (volume corrente

o volume tidalico - 500ml nell’uomo). I centri/neuroni inspiratori sono tendenzialmente prevalenti e darebbero

prevalenza della fase inspiratoria (bombardano continuamente i muscoli inspiratori); quando all’interno del polmone

entra un normale volume corrente di aria vengono attivati dei tensio-volo-cettori dai quali parte una salva di impulsi

che tramite i vaghi determina l’INIBIZIONE dei neuroni inspiratori bulbari = “riflesso di insufflazione di Hering e

Breuer”. Cesserà l’attivazione dei gamma motoneuroni. All’interno degli alveoli calerà la pressione atmosferica e

avremo ingresso di aria.

Esiste quindi un doppio controllo sulla contrazione dei muscoli inspiratori. Questi controlli sono automatici e avvengono in

assenza di volontà, è comunque possibile modularne l’attività:

Sugli alfa-motoneuroni: che rimangono attivi finché non si è avuto il reale accorciamento del muscolo (contrazione

1. isotonica)

Sui gamma-motoneuroni: che rimangono attivi finché non è entrato un volume di aria sufficiente ad attivare i

2. tensio-volo-cettori.

2. Fase espiratoria

Nel respiro tranquillo (EUPNEA) la fase espiratoria è un processo PASSIVO dovuto a 2 fattori:

 per 1/3 alla presenza di FIBRE ELASTICHE all’interno del parenchima polmonare: vengono distese nella fase inspiratoria

e quando cessa l’attivazione dei muscoli queste determinano un “rapido ritorno elastico del polmone”.

 per 2/3 al fattore tensioattivo (Surfactant Factor) che modifica la tensione superficiale all’interno degli alveoli (l’azione

del SF è quella di variare la tensione superficiale degli alveoli a seconda del diametro degli stessi per mantenere

costante la pressione al loro interno). Il Surfactant Factor è una lipoproteina prodotta dai PNEUMOCITI DI II° ORDINE

(quindi prodotta dagli alveoli stessi); è costituito:

 Per il 70% da lipidi (per la maggiore fosfolipidi 76%, trigliceridi 8%, acidi grassi 8%, colesterolo 8%)

 Per il 30% da proteine

Nel caso in cui sia richiesta una maggiore attività respiratoria il processo diventa ATTIVO ed intervengono i muscoli

intercostali interni e i muscoli espiratori accessori: una volta attivati determinano un ritorno del calibro degli alveoli in

posizione iniziale (creano una brusca diminuzione dei diametri della cassa toracica, diminuendo il raggio anche degli alveoli

la pressione endoalveolare diventa superiore a quella atmosferica e si ha la fuoriuscita di aria).

 in fase inspiratoria: diminuzione della pressione endoalveolare ed entrerà aria

 in fase espiratoria: la pressione endoalveolare aumenta e supera quella atmosferica e uscirà l’aria che era entrata

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Legge di Laplace per la sfera

La pressione all’interno di una sfera è uguale a due volte la tensione superficiale (T) fratto il raggio di

questa sfera.

SENZA SURFACTANT FACTOR

Nel polmone, in condizioni fisiologiche, abbiamo alveoli di calibro diverso: in base a questa legge, se non ci fosse Surfactant

Factor gli alveoli di diametro più piccolo (se la tensione superficiale fosse uguale tra i diversi alveoli) avrebbero all’interno

aria con una maggiore pressione; in assenza di SF avremmo i polmoni caratterizzati da pochi alveoli di grande diametro e

quindi avremmo una scarsa superficie (è quello che succede quando abbiamo un ENFISEMA (nei grandi fumatori)), questo

perché l’aria passa da una maggiore pressione (alveoli più piccoli) a minore tensione (alveoli grandi).

CON SURFCTANT FACTOR

 Negli alveoli più piccoli il SF si dispone in uno strato plurimolecolare abbassando la tensione superficiale

 Negli alveoli a raggio maggiore alza la tensione superficiale disponendosi in uno strato monomolecolare.

Diminuisce la tensione negli alveoli di piccolo calibro evitando il collasso di questi, e la aumenta in quelli di grande calibro

evitando l’eccessiva dilatazione. In questo modo fa si che tutti gli alveoli abbiano la stessa pressione endoalveolare e siano

così tutti ventilati nello stesso modo.

Produzione e inibizione del Surfactant factor

La produzione del SF è sotto CONTROLLO ORMONALE, infatti viene facilitata da:

 ACTH

 Glicocorticoidi

 Ormoni tiroidei

 Estrogeni

 Prostaglandine

 Agonisti β-adrenergici (attivano i recettori β-adrenergici)

e inibita da:

 acidosi

 somministrazione di ossigeno per lunghi periodi (non si può somministrare ad un individuo solo ossigeno perché è

tossico e inibisce la respirazione: se diamo ossigeno al 100% questo inibisce la respirazione, e inibisce la formazione

di SF, deve esserci almeno un 5% di CO2: questa stimola la respirazione

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ALCUNI PARAMETRI RESPIRATORI

 Frequenza respiratoria: numero degli atti respiratori nell’unità di tempo e varia tra

le diverse specie (aumenta in base alla taglia e al peso, maggior è il peso e la mole

minore sarà il numero degli atti)

 Volume corrente o volume tidalico: volume di aria che entra e che esce dai polmoni ad

ogni atto respiratorio in condizioni di riposo. Il 20% del volume tidalico costituisce lo spazio

morto.

 Ventilazione polmonare: quantità di aria che nell’unità di tempo entra ed esce dall’albero

respiratorio Volume tidalico (compreso spazio morto) x frequenza respiratoria

 Ventilazione alveolare: intendiamo la quantità di aria che nell’unità di tempo viene sottoposta a scambi respiratori

nell’unità di tempo (devo togliere lo spazio morto!!)

(Volume tidalico – spazio morto) x frequenza respiratoria

Il rapporto ideale Ventilazione polmonare/ventilazione alveolare = 1; per avere uno stato di efficienza di respirazione si

deve avere un rapporto uguale a 1 ma dovremmo eliminare lo spazio morto e non è possibile perché è utile per portare

l’aria sino algli alveoli, ma per far si che sia il più possibile uguale a 1 dobbiamo aumentare la profondità del respiro e

non la frequenza respiratoria

 Volume di riserva inspiratoria o aria complementare: è la quantità di aria che possiamo immettere nell’apparato

respiratorio con una ispirazione forzata ed è 3-4 volte il volume tidalico (es. uomo = 500*3-4= 1,5-2 litri, cavallo = 15

litri) Volume tidalico x 3-4

 Volume di riserva espiratorio o aria supplementare: aria che possiamo emettere con una espirazione forzata. È pari o

comunque simile al volume di riserva inspiratoria Volume tidalico x 3

 Capacità vitale: rappresenta la massima quantità di aria che con una inspirazione ed espirazione forzata possiamo

immettere e fare uscire conseguentemente dai polmoni (uomo = 4/5 litri)

Volume tidalico + volume di riserva inspiratoria + volume di riserva espiratoria

 Volume residuo: anche dopo una espirazione forzata il polmone contiene ancora aria al suo interno, 3 volte il volume

tidalico (uomo = 1,5 litri). C’è sempre aria perché i muscoli inspiratori hanno un certo tono di base che prevale sulla

elasticità polmonare tiene sempre espanso il polmone. Che il volume residuo sia di entità notevole è particolarmente

importante in quanto evita brusche variazioni della pressione parziale dei gas (p) a livello di alveoli e del sangue che

irrora gli alveoli. Volume tidalico x 3

Prova docimasica: in medicina legale per vedere se un neonato è nato morto o vivo: si prende un polmone si mette in un

contenitore con l’acqua e se ha respirato deve galleggiare (per galleggiare deve esserci il volume residuo).

Tutti questi volumi di gas si valutano con la SPIROMETRIA: spirogramma

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SCAMBI RESPIRATORI

Leggi dei gas

 Legge di Boyle – Mariotte: il prodotto della pressione di un gas (P) * il suo volume (V) è costante a temperatura

costante (P x V = RT)

 Legge di Gay Lussac: il volume di un gas a pressione costante aumenta all’aumentare della temperatura

 Legge di Dalton: la pressione totale di un miscuglio di gas (aria = 1 atm o 760 mmHg) è uguale alla somma delle

pressioni parziali dei singoli gas che lo compongono (P = p1 +p2 +p3 + …)

 Legge di Henry: la quantità di un gas che si scoglie in un liquido è direttamente proporzionale alla sua pressione

parziale

 Legge di Grahm: la velocità di diffusione di un gas è direttamente proporzionale alla sua pressione parziale e

inversamente proporzionale alla radice quadrata della sua densità

Scambi gassosi Pressione parziale di un gas: è la pressione che quel gas eserciterebbe se da solo

occupasse tutto il volume occupato dalla miscela gassosa.

Ad esempio O = 20,6%

2 

20,6 % : 100 % = X : 760 mmHg X = 156

mmHg = pO2

Nello SPAZIO MORTO l’aria atmosferica subisce delle modificazioni abbastanza

ingenti e derivano dal fatto che (20% del volume tidalico) l’aria a questo livello è un

miscuglio di aria che stiamo inspirando e aria che stiamo per espirare; inoltre l’aria si

satura di vapore acqueo perché a livello spazio morto la prima modifica è l’aumento

della temperatura (aumenta la tensione di vapore), quindi la più ingente modifica che

troviamo è quella del vapor acqueo che diventa 47 mmHg da 9,9 mmHg (di

conseguenza si modificano anche tutti gli altri valori perché il massimo da

raggiungere rimane 760mmHg) Dopo di che l’aria continua il suo tragitto e arriva a livello di ALVEOLI dove

trova il volume residuo (3x volume tidalico) che è un aria che è già stata

sottoposta a scambi, quindi anche

a questo livello l’aria inspirata si

mischia con quella che sta per

essere espirata e cambiano i livelli

di pressioni parziali. L’aria a livello

alveolare presenta una pO di

2

100-104 e una pCO di 40 mmHg.

2

In condizioni di riposo il sangue che arriva agli alveoli proviene dalla

circolazione sistemica ad è un sangue DESOSSIGENATO (pO 40mmHg) ma

2

ricco di anidride carbonica (pCO 47 mmHg); questo trova nell’alveolo una

2

pO 100-104mmHg e pCO 40mmHg quindi avvengono gli scambi per

2 2

gradiente di pressione parziale (l’ossigeno passa dall’alveolo al capillare

polmonare e l’anidride carbonica passa dal sangue all’alveolo).

I gas per effettuare lo scambio devono superare uno spessore di 0,1 micron

che è costituito (dall’alveolo verso il sangue):

 film liquido di surfactant factor prodotto dagli pneumociti di II

ordine che tappezzano gli alveoli all’interno

 epitelio dell’alveolo

 membrana basale dell’epitelio

 spazio interstiziale

 membrana basale dell’endotelio del capillare

 entotelio del capillare

77/90

Velocità di scambio dei Gas Abbiamo dei parametri che valgono per entrambi i gas (spessore,

area) e altri solo per il singolo gas.

Area: la velocità è direttamente proporzionale alla superficie di

scambio

Spessore: può variare se ci sono dei processi infiammatori del

parenchima del polmone.

La differenza di pressione parziale è favorevole per l’O in cui è di

2

60 (100 vs 40) mentre per la CO è 7 (47 vs 40) ma la solubilità dei

2

gas è favorevole alla CO che è 20-25 volte più solubile

2

dell’ossigeno (quindi la CO in questo modo tende a pareggiare il

2

fatto di avere una minore ∆P rispetto all’O ), quindi la velocità di

2

scambio di O e CO è circa uguale.

2 2

La densità è sfavorevole alla CO (la CO2 ha una densità maggiore e

2

quindi essendo inversamente proporzionale ho un minore

passaggio)

Fattori di variazione della velocità di scambio:

 Differenza di pressione parziale dei gas nei due compartimenti

 Permeabilità delle strutture che devono attraversare (es. se ho polmonite con fibrosi sarà meno permeabile)

 Velocità con cui il gas si scioglie nel plasma e si lega al trasportatore: è importante per l’ossigeno (l’Hb lega 4 ossigeni: la

sua ossigenazione che si attiva con una reazione di tipo autocatalittico avviene in 1/100 di secondo!!)

 Tempo di permanenza del sangue a livello polmonare e a contatto con la superficie respiratoria (il capillare è circa 500

micron di lunghezza) che normalmente è circa 1/10 di secondo.

 Area o superficie totale di scambio (maggiore è la superficie, maggiore è la velocità di scambio)

 Ventilazione alveolare, quantità di aria che sottoponiamo a scambio.

 Portata polmonare, ovvero dalla quantità di sangue che nell’unità di tempo viene sottoposto a scambio (se abbiamo

poco sangue abbiamo anche poca emoglobina che può legare l’ossigeno)

Capacità di diffusione dei gas

Si intende il volume di gas che nell’unità di tempo (un minuto) diffonde attraverso le pareti interposte tra alveolo e sangue

per la differenza di pressione parziale di quel gas per 1 mmHg (esempio la quantità/volume di ossigeno che diffonde

dall’alveolo al sangue per una ∆P di 1 mmHg).

….a riposo Tutte le cellule del nostro organismo hanno bisogno di una quantità di

O pari a 250ml al minuto (25% del totale di ossigeno presente) in

2

condizioni di riposo in un uomo (un topo necessita di 4 ml/min, un cane

di 64 ml/min e un cavallo di 1.100 ml/min (> taglia = > necessità)).

A riposo la capacità di diffusione dell’ossigeno è di 21 ml/mmHg al

minuto (nell’uomo), mentre per la CO è di 400 ml/mmHg al minuto.

2

Per calcolare la capacità di diffusione globale teoricamente per

l’ossigeno dovremmo moltiplicare 21*60(∆P O ) e per l’anidride

2

carbonica 400*7(∆P CO 47 mmHg nel sangue, 40 nell’alveolo), ma lo

2

invece lo moltiplichiamo per l’integrale di tutti i valori di ∆P (che sta

diminuendo) presente nei capillari, cioè *11 (nel caso dell’ossigeno) e *1

(nel caso dell’anidride carbonica). Questo perché il sangue che arriva al

capillare polmonare ha una ∆PO 60 (la pressione nel sangue è 40,

2

mentre nell’alveolo è 100), il sangue per ossigenarsi ci mette un 1/100

sec, ma resta nel capillare polmonare per 1/10 sec, quindi si mette

IMMEDIATAMENTE in equilibrio, quindi all’inizio è 60, poi diventa subito

100 (∆P=0).

 per calcolare la capacità di diffusione al minuto dell’O (quantità

2

di O che entra nei capillari polmonari): 21*11 = 250ml/min

2

 per calcolare la capacità di diffusione al minuto dell’CO 2

(quantità di CO che entra nei capillari): 400*1 = 400ml/min

2

Es. Ogni minuto a livello di capillari polmonari entrano 250 ml di O ; il

2

sangue che arriva a livello polmonare è refluo dalle cellule dell’organism

e quindi arrivano ogni minuto 750 ml di ossigeno (1 litro – 25% = 750ml);

l’ingresso dei 250ml lo riporta ad 1 litro per andare di nuovo ai tessuti.

78/90

…in esercizio fisico

A seconda dell’entità dell’esercizio possono anche arrivare a triplicare:

 da 250 ml/min dell’O si porta fino a 750ml/min

2

 la CO da 400 ml/min può arrivare a 1200 ml/min

2

La capacità di diffusione dei gas nell’esercizio aumenta perché:

a) Aumenta la profondità del respiro: > volume tidalico

b) Aumenta la frequenza respiratoria: > ventilazione polmonare (profondità * frequenza) e alveolare

c) Diminuisce lo spazio morto: > ventilazione alveolare (se aumento la profondità del respiro determino uno

stiramento dell’apparato respiratorio: principalmente vengono distesi i bronchioli terminali che assottigliano la

parete il che permette il passaggio di gas). Si parla quindi di SPAZIO MORTO ANATOMICO (con bronchioli terminali)

o di SPAZIO MORTO FISIOLOGICO (no bronchioli terminali perché vengono coinvolti negli scambi!!)

d) Aumenta la portata polmonare (sangue che passa per i polmoni)

e) Diminuisce lo spessore della parete alveolare, in quanto gli alveoli si distendono e la parete diventa ancora più

sottile permettendo ancora di più gli scambi

f) Aumenta la differenza di pressione parziale dei gas: aumenta la ∆P in quanto diminuisce la quantità di ossigeno

presente nel sangue che torna (le cellule sotto sforzo consumano ossigeno!!): in condizione di riposo il coefficiente

di utilizzazione dell’O da parte delle cellule in percentuale è pari al 25%, che può passare ad un massimo del 75%

2

in fase di lavoro.

Potere ossiforico del sangue

Uomo 1 L Il sangue è in grado di accettare e ricevere queste quantità di O , grazie al suo potere ossiforico.

2

L’O è trasportato dall’emoglobina (*Hb] = 15 - 17 g/100 ml di sangue), 1 grammo di Hb è in grado

2

Cane 200 ml di legare 1.34 ml di O , quindi il potere ossiforico del sangue è 20 mlO /100 ml di sangue (15-17 *

2 2

1.34 = circa 20). In circolo ci sono circa 5 litri di sangue, 5.000ml, (cioè il 7% del peso corporeo) e

Pecora 700 ml quindi facendo la proporzione 20:100 = X:5.000 si trova che abbiamo circa 1 l di ossigeno in

circolo (potere ossiforico è di 1 litro di O in tutto l’organismo).

2

7

Bovino L 79/90

TRASPORTO DELL’OSSIGENO E DELL’ANIDRIDE CARBONICA

Emoglobina – trasporto dell’ossigeno

L’ossigeno è trasportato dal sangue in due forme:

a) una forma legata: è quella preponderante; è legata all’emoglobina ed è

pari al 97,5% (20 ml/100 ml).

b) una forma libera: il 2,5% è disciolto nel sangue secondo la legge di

Henry (un gas si discioglie secondo la sua pressione parziale) e

corrisponde a 0,3 ml/100 ml.

L’emoglobina o il sangue con legato l’O si chiama di emoglobina ossigenata o

2

OSSIEMOGLOBINA (HbO ), mentre con poco O si parla di emoglobina

2 2

DESOSSIGENATA (detta anche HHb)

L’emoglobina è un tetramero formato da 4 catene polipeptidiche (alfa) ciascuna

legata con un legame covalente ad 1 gruppo eme (o ferro protoporfina nona),

quindi in totale ha 4 gruppi eme. Ogni gruppo eme contiene Fe con 6 valenze (4

agli azoti, 1 per la globina e l’altra è labile per l’O ); quindi ogni emoglobina lega

2

4 ossigeni (1 per ogni eme).

L’ossigenazione dell’emoglobina procede con un meccanismo di tipo autocatalitico: la velocità di reazione aumenta

considerevolmente all’ossigenarsi dell’emoglobina, tutta l’ossigenazione avviene in 1/100 di secondo, va sempre più veloce.

L’ossigeno si lega all’Hb in base alla sua pressione parziale: > è la

pressione parziale dell’O , > sarà l’O legato e quindi > sarà la %

2 2

di saturazione dell’Hb con l’O .

2

Il rapporto tra pO e il grado di saturazione dell’emoglobina con

2

l’O è rappresentato dalla CURVA DI SATURAZIONE DELL’Hb

2

CON L’O che vede in ascissa la pO e in ordinata la % di

2 2

saturazione dell’emoglobina con l’O ; questa curva ha un

2

andamento sigmoide chiamato anche a “S italica” e si costruisce

mettendo in relazione diverse pO e le pari % di saturazione

2

dell’Hb con l’O .

2

La curva possiamo chiamarla CURVA DI SATURAZIONE %

DELL’Hb CON L’O che vede l’aumentare della saturazione

2

dell’Hb con l’O (livello polmonare in cui il sangue si ricarica di

2

O ) se la guardiamo da sinistra a destra, oppure CURVA DI

2

DISSOCIAZIONE DELL’O DALL’Hb (a livello tissutale in cui il

2

sangue cede O ) se la guardiamo da destra a sinistra.

2

CURVA DI SATURAZIONE % DELL’Hb CON L’O (sinistra destra)

2

La forma sigmoidale è data dalla diversa affinità per l’ossigeno

della molecola man mano che assume e cede ossigeno.

Utilizzo due valori principali di pO 40 e 100 che sono i valori di

2

riferimento dell’O per il sangue desossigenato o ossigenato a

2

riposo. NON arrivo mai a una saturazione 100% perché l’ossigeno

dovrebbe avere una pressione parziale uguale a quella

atmosferica (156mmHg), al massimo arrivo a % 97,5!!

Nel primo tratto della curva (0-40 mmHg) per bassi

incrementi/variazioni di pO registriamo grandi incrementi della

2

% di saturazione dell’Hb con l’O , quindi nonostante le pO siano

2 2

basse, l’emoglobina ha una discreto grado di saturazione. La pO 2

può diventare bassa in alta quota (2000m vacche all’alpeggio),

quindi il fatto che la curva sia ripida è importante soprattutto in

questi casi.

Nel tratto 40-100 la curva tende ad appiattirsi, ciò significa che

anche per elevate variazioni di pO si hanno scarse modificazioni

2

della %HbO 2 80/90

CURVA DI DISSOCIAZIONE DELL’O DALL’Hb (destra sinistra)

2

Partiamo da 100: se la pO scende da 100 a 40 (range fisiologico), la dissociazione dell’O dall’emoglobina NON è

2 2

particolarmente rilevante (20/25%), perché in questo tratto di curva è abbastanza piatta, infatti quando scendiamo dal

polmone ai capillari cediamo solo 250 ml di ossigeno rispetto al litro che abbiamo in circolo.

Se abbiamo cellule che consumano tanto ossigeno e la pO cala drasticamente sotto i 40 mmHg passiamo in un tratto della

2

curva in cui per basse variazioni della pressioni di ossigeno abbiamo elevate dissociazioni/cessioni dell’O2 dall’Hb. Se da 40

scendo 20 ho una saturazione nettamente inferiore e quindi la cessione di ossigeno passa da un normale 25% ad un

massimo di un 75% (massimo coefficiente di utilizzazione dell’ossigeno).

Effetto Bohr (spostamento A DESTRA)

Se siamo sottoposti ad esercizio fisico si instaura questo

ulteriore meccanismo che facilita la cessione di O da parte

2

della molecola di Hb (si può configurare come un effetto

locale: più CO viene prodotta e più O viene fatto pervenire

2 2

al tessuto medesimo)

Questo effetto Bohr consiste sperimentalmente nello

spostamento A DESTRA della curva dell’Hb, quindi a pari

pressione parziale ho una quantità di O nettamente

2

inferiore legato all’Hb. L’effetto Bohr spostando la curva a

destra diminuisce l’affinità dell’emoglobina per l’O , cioè fa

2

cedere più ossigeno! Si manifesta in emergenza per una

situazione di stress o di esercizio fisico.

L’effetto Bohr è dovuto a 4 fattori legati all’aumento

dell’attività metabolica:

1) aumento della pCO 2

2) diminuzione del pH

3) aumento della temperatura

4) aumento della concentrazione eritrocitaria di 2-3 difosfoglicerato

A seconda della specie la curva è spostata a destra o a sinistra: i

piccoli animali hanno una curva più spostata a destra mentre i grandi

animali più spostata a sinistra, quindi i piccoli animali a pari p.p,

cedono l’O2 più facilmente (infatti per gr di massa corporea un

animale di piccola taglia necessita di una quantità di O nettamente

2

superiore a un animale di grossa taglia: un topo consuma 15 volte

l’O che consuma un cavallo per unità di massa corporea).

2 81/90

…spostamento A SINISTRA

I fattori che spostano la curva di saturazione % a sinistra

sono molecole che hanno PIÙ AFFINITÀ per l’Hb rispetto

all’O2:

1) Emoglobina fetale: ha una diversa composizione

aminoacidica della globina e presenta una curva più

spostata a sinistra e quindi ha una maggiore affinità

per l’O perché il feto viene rifornito di O catturato

2 2

dall’emoglobina materna che passa per le barriere

placentari. Tra i nostri animali domestici cani cavalli e

suini non hanno una vera e propria emoglobina fetale

ma sono caratterizzati da contenere poco 2-3

difosfoglicerato, che di per se ridurrebbe l’affinità

dell’emoglobina per l’O2.

2) Mioglobina: è simile all’emoglobina ma ha 1 solo ferro (PM 17.000 Da); cattura l’O2 dal sangue per sopperire alle

maggiori esigenze dell’attività muscolare.

3) Carbossiemoglobina: legame con il monossido di carbonio (CO), l’affinità è 150 volte maggiore rispetto a quello con

l’O (bisogna mettere in camera iperbarica ad altissima pressione atmosferica colui che ha respirato CO, non basta dare

2

O puro, in questo modo l’O riesce a spiazzare il CO).

2 2

Trasporto della CO 2

Il contenuto di CO è di 50 ml in 100 ml di sangue, per il 5% disciolta nel plasma secondo la legge di Henry (in base alla sua

2

pressione parziale), il 20% è legata all’emoglobina come CARBAMINOEMOGLOBINA ai gruppi aminici (NH2), mentre la

maggior quota (65%) la ritroviamo come bicarbonato di sodio.

L’affinità del sangue per la CO dipende dalla pressione parziale dell’O nel sangue, cioè se il sangue è più o meno

2 2

ossigenato; lo possiamo vedere descrivendo la CURVA DI SATURAZIONE % DELLA CO . Questa curva NON è sigmoide, ma è

2

un ramo di iperbole; sperimentalmente otteniamo due curve, una a pO 40mmHg e una a 100mmHg.

2

Effetto Haldane L’effetto Haldane consiste nella minore affinità del

sangue per la CO all’aumentare della pO .

2 2

A livello polmonare man mano che il sangue si ossigena

diminuisce la sua affinità per l’anidride carbonica che

quindi viene ceduta più facilmente.

È simile all’effetto Bohr, solo che si verifica a livello

polmonare. Una grande differenza è che l’effetto Bohr è

un effetto locale (si verifica a livello tissutale: tanto più

un tessuto produce CO tanto più O gli si fa arrivare), al

2 2

contrario l’effetto Haldane NON può essere locale e in

più perché avvenga bisogna che “entri” un maggiore

quantità di O perché SOLO così si riesce a cedere la CO :

2 2

vengono quindi attivati i centri respiratori grazie ai

chemiocettori posti a livello di glomo aortico e

carotideo.

L’effetto Haldane sposta la curva a destra.

82/90

Fenomeno di Hamburger o passaggio dei cloruri

Sono tutte le reazioni chimiche coinvolte con gli scambi respiratori. Avremo due fenomeni uno tissutale e uno polmonare.

83/90

1) Hamburger tissutale

Il tessuto a riposo avrà una pCO di 47 mmHg e una pO di 40 mmHg;

2 2

il sangue che arriva nel tessuto è ossigenato e avrà una pO di 100 e

2

una pCO di 40 mmHg: ci sarà una differenza di pO = 60 e una

2 2

differenza di pCO = 7.

2

La CO appena entra nel capillare per un 5% si discioglie nel plasma

2

idratandosi secondo la legge di Henry (con una velocità di reazione

particolarmente lenta in quanto non c’è l’anidrasi carbonica) e si

+

forma acido carbonico (H CO ) che si dissocia immediatamente in H e

2 3

- +

HCO (lo ione H viene tamponato dalle proteine plasmatiche). Il

3

restante 95% entra nel globulo rosso; di questo il 20% si lega ai gruppi

aminici dell’emoglobina e forma CARBAMINOEMOGLOBINA, mentre il

75% trova all’interno dell’eritocita dell’H O e l’anidrasi carbonica

2

(stomaco, rene, eritrocita) e si trasforma acido carbonico che si

+ -

dissocia anch’esso in H e HCO . NB. A livello di arteriola,

3

IMPERMEABILE AI GAS, manca il segnale dell’ingresso di CO .

2

Il sangue che arriva al tessuto trasporta l’O attraverso

2

l’EMOGLOBINATO DI POTASSIO (vera e propria forma di trasporto

dell’O ) KHbO . L’ingresso della CO manifestando un effetto Bohr più

2 2 2

o meno consistente diminuisce l’affinità del sangue per l’O e il KHbO

2 2

cederà ossigeno, il quale passerà a livello di tessuto grazie al

gradiente di pressione parziale.

L’emoglobina ossigenata (HbO ) ha un punto isoelettrico di pH = 6.6,

2

mentre la dessossigenata (HHb) ha un punto isoelettrico di pH = 6.8;

+

l’ossigenata va a catturare gli H che derivano dalla dissociazione

dell’acido carbonico comportandosi da tampone e viene ceduto un

+

K . Il potassio vorrebbe uscire, ma l’eritrocita non ha nucleo e non è in

grado di sintetizzare tanto ATP per farlo uscire attivamente visto la

ridotta permeabilità di membrana, quindi entra il cloro per gradiente di concentrazione e si forma cloruro di potassio (KCl).

+ - -

Nel plasma troviamo dell’NaCl che deriva dall’hamburger polmonare, il quale è dissociato in Na e Cl . L’HCO (che deriva dal

3

85% e dal 5% della CO ) prima di uscire nel plasma richiama acqua per gradiente osmotico e tutti gli eritrociti si gonfiano,

2

aumentando il valore ematocrito e a livello polmonare si sgonfiano e cala l’ematocrito. Dove trovano il Na+ (che deriva dalla

dissociazione dell’NaCl), in questo modo si forma carbonato di sodio (NaHCO ) che trasporta il 75% della CO .

3 2

2) Hamburger polmonare

Il 100% di ossigeno entra nel sangue per gradiente di pressione

parziale; di questo il 2,5% si discioglie nel plasma (corrisponde in ml a

0,3 ml per 100 ml di sangue) e il 97,5% entra nell’eritrocita e trova

l’emoglobina desossigenata: la curva di saturazione si sposta in alto a

destra e si ossigena l’emoglobina. Il punto isoelettrico dell’Hb

+ +

ossigenata passa da 6.8 a 6.6: cede H per tamponare e cattura il K

-

(che deriva dal KCl che si è formato a livello tissutale dissociato in Cl e

+

K ) e si forma così il trasporto dell’O vero e proprio (emoglobinato di

2

potassio, KHbO ).

2

Nel plasma sta arrivando il bicarbonato di sodio che sta trasportando

CO (75%) e il bicarbonato di sodio lo troviamo in forma dissociata

2 + - -

come Na e HCO . Appena formatosi l’HCO richiama H O per

3 3 2

gradiente osmotico e l’eritrocita si sgonfia diminuendo il valore

-

ematocrito, nel frattempo l’HCO per gradiente di concentrazione

3 +

entra nell’eritrocita dove trova l’H che deriva dalla dissociazione

dovuta all’ossigenazione dell’Hb e si forma acido carbonico, in questo

caso il mezzo diventa un po’ più acido e si dissocia in H O e CO . La

2 2

CO diffonderà dal sangue verso l’alveolo a causa dell’effetto Haldane.

2

Il sodio vorrebbe entrare ma la membrana è impermeabile e c’è un

-

residuo di pompa e quindi l’unico che può uscire è il Cl per gradiente

di concentrazione.

84/90

REGOLAZIONE DELLA RESPIRAZIONE

 Nervosa: presuppone l’attività di specifici centri a livello bulbo-pontino

 Chimica: influenza da parte di fattori chimici che sono la pO , la pCO e la variazione del pH. A riposo controlla il

2 2

20% della respirazione mentre in esercizio può controllare sino al 70-75%

1. Regolazione nervosa

La regolazione nervosa avviene a livello di bulbo e ponte dove troviamo specifici CENTRI RESPIRATORI distribuiti nella

sostanza reticolare (caratteristica del tronco dell’encefalo)

A) Centri bulbari:

 GRUPPO RESPIRATORIO DORSALE (GRD) costituito da neuroni inspiratori dai quali si originano fibre motrici destinate

ai muscoli inspiratori. Sono prevalenti sugli espiratori: se tagliamo i vaghi abbiamo una netta prevalenza della fase

inspiratoria interrotta da una breve fase espiratoria (RESPIRO APNEUSTICO); si discute se questa prevalenza e questa

attività pacemaker sia intrinseca o se dipenda dal GR (generatore del ritmo), cioè da un gruppo di neuroni che si

trovano nella parte rostrale del GRD, che avrebbero la caratteristica di essere tipo pacemaker e di regolare la frequenza

di scarica dei neuroni inspiratori.

L’inspirazione quindi avviene o perché il GRD è sempre attivo o perché il GR si attiva e fa attivare il GRD; una volta che il

GRD è attivo manda una serie di impulsi lungo la via reticolo-spinale che determina l’attivazione del diaframma e degli

intercostali esterni (servomeccanismo della respirazione). Il GR al contempo attiva anche il centro apneustico il quale va

ad attivare i neuroni inspiratori del GRD facilitando la fase inspiratoria; la progressiva attivazione del neuroni inspiratori

GRD manda impulsi al centro pneumotassico il quale progressivamente si attiva: crea inibizione dei neuroni inspiratori

GRD, del GR, del centro apneustico (che pertanto non eccita più i neuroni inspiratori stessi) e dei neuroni inspiratori

GRV, mentre in caso di sforzo intenso attiva i neuroni espiratori del GRV favorendo così la fase espiratoria (che

normalmente sarebbe SOLO passiva).

 

GRUPPO RESPIRATORIO VENTRALE (GRV) neuroni inspiratori e neuroni espiratori (nell’eupnea/respiro tranquillo

NON sono attivi, ma possono essere attivati dal GRD quando è necessaria una espirazione forzata).

B) Centri pontini:

 

CENTRO APNEUSTICO non è un vero centro, è un ammasso neuronico; presiede all’inspirazione perché facilita il

gruppo respiratorio dorsale

 

CENTRO PNEUMOTASSICO anch’esso è un ammasso neuronico; presiede alla fase espiratoria perché è in grado di

bloccare l’attività dei neuroni del gruppo respiratorio dorsale (quindi blocco dell’inspirazione)

85/90

Taglio dei vaghi

La sola attività di questi 4 centri (che noi possiamo mettere in evidenza

tagliando i vaghi) porta ad un respiro NON fisiologico/APNEUSTICO

caratterizzato da una lunga fase inspiratoria interrotta da una breve

fase espiratoria, questo perché i neuroni inspiratori del GRD sono

prevalenti.

Questi centri sono centri pari quindi con un taglio mediano la

respirazione non si modifica. Per vedere se ci sono questi centri posso

utilizzare diverse tecniche:

 Stimolazione elettrica: a basso voltaggio

 Elettrocoagulazione: ad alto voltaggio

 Ipotermia

 Tagli: 

o Taglio soprapontino non si ha l’influenza delle

emozioni (sistema limbico e circuito del papez)

o Taglio soprabulbare taglio la via reticolo-spinale

(morte) 

o Taglio tra bulbo e ponte la respirazione non si

modifica, cala soprattutto la frequenza respiratoria e

quindi i centri bulbari sono dominanti su quelli

pontini che aiutano il ponte, infatti il centro

apneustico aiuta in particolare il GRD, parliamo di

respirazione apneustica.

Riflessi dell’apparato respiratorio per l’EUPNEA/respiro FISIOLOGICO

L’EUPNEA prevede l’influenza di recettori che troviamo a livello

polmonare:

1. Riflesso dell’insufflazione di Hering e Breuer: dato da tensio e

volocettori A BASSA SOGLIA che risentono dell’ingresso nel

polmone del volume tidalico/volume corrente; questi se attivati

mandano una salva di impulsi che tramite i vaghi raggiungono i

centri respiratori determinandone un’inibizione più precoce

rispetto a quella che si avrebbe per la sola attività centrale (in cui

avrei la predominanza della inspirazione) grazie (ipotesi!)

all’attivazione del pneumotassico (che spegne GR e GRD) o

tramite inibizione diretta del GRD e del centro apneustico.

2. Riflesso paradosso di Head: a livello polmonare ritroviamo anche

altri recettori che sono AD ALTA SOGLIA: per una maggior ingresso

di aria all’interno dei polmoni (2x volume tidalico, come succede

all’inizio dell’esercizio fisico), si crea un ulteriore ingresso di aria

all’interno dei polmoni (adattamento dell’apparato respiratorio

all’esercizio fisico che aumenta la ventilazione polmonare ed

alveolare).

3. Riflesso protettivo: se c’è un esagerato ingresso di aria che tende a superare la capacità vitale (volume tidalico +

volume di riserva inspiratoria + volume di riserva espiratoria) si ha il BLOCCO della fase inspiratoria (GR e GRD) per

evitare la lacerazione degli alveoli. I recettori in questo caso sono AD ALTISSIMA SOGLIA.

4. Riflesso di deflazione (svuotamento) di Hering e Breuer: quando c’è un tentativo di collassamento dei polmoni, questo

riflesso determina l’attivazione dei neuroni inspiratori

5. Recettori irritans: responsabili del primo respiro del neonato, inoltre sono responsabili del “respirone” (quando

dormiamo) abbiamo un volume residuo (di circa 3x il volume tidalico), che tende a calare in quanto le entrate non

pareggiano le uscite, e si crea il “respirone”, più profondo della norma che tende a riportare il volume residuo a livello

normale (ogni 10-20 minuti). 86/90

INSPIRAZIONE

ESPIRAZIONE

87/90

2. Regolazione chimica

Controlla il 20% della respirazione a riposo, mentre in esercizio

controlla fino al 70-80% e si basa sull’influenza che la pO , la PCO e

2 2

il pH hanno sulla frequenza respiratoria.

Avviene tramite due meccanismi:

1) Regolazione centrale: prevede l’attivazione di specifici

recettori (CHEMIOCETTORI) presenti in prossimità dei

centri respiratori a livello bulbo pontino. Stimoli adeguati

sono aumento della pCO in circolo (in quanto questo

2

parametro è in grado di superare la barriera

ematoencefalica, si idrata, si forma in acido carbonico che

+ - +

si dissocia in H e HCO , il quale H andrà a stimolare i

3

recettori centrali) e la conseguente diminuzione del pH.

NON agisce la pO e la sua diminuzione perché l’O non

2 2

riesce a superare la barriera ematoencefalica e non è in

grado di modificare la respirazione a livello centrale.

Se siamo in ipoventilazione si verificano gli stessi

meccanismi: aumenta la pCO , diminuisce il pH e

2

diminuisce la pO e rispondo con un iperventilazione

2

(ECCITAZIONE DEI CENTRI RESPIRATORI con conseguente

respiro più profondo e frequente), mentre se iperventilo

diminuisce la pCO , aumenta il pH e la pO e creo una

2 2

diminuzione della ventilazione (ipoventilazione, quindi

INIBIZIONE DEI CENTRI RESPIRATORI con conseguente

minor frequenza e minor profondità del respiro).

2) Regolazione periferica: specifici recettori periferici che sono i GLOMI

(glomo aortico a livello di arco dell’aorta, glomi carotidei presenti allo

sbocco della carotide comune, esterna e faringea); queste strutture le

ritroviamo tra media e avventizia e sono tra le più irrorate di tutto

l’organismo. Le efferenze del glomo aortico partono con il nervo di

Cyon che decorre nel vago, mentre quelle del glomo carotideo tramite

il nervo di Hering decorrono nel glossofaringeo. Queste due strutture in

risposta ad un aumento della pCO , alla conseguente diminuzione del

2

pH e ad una diminuzione della pO , determinano un aumento della

2

frequenza e della profondità del respiro con una netta prevalenza in

caso di acidosi (riduzione del pH) della frequenza del respiro.

 RESPIRO DI KUSSMAUL (diabete mellito): respiro molto frequente e

superficiale, a causa dell’acidosi data dalla formazione di corpi

chetonici derivanti dalla gluconeogenesi. 88/90


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90

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7.92 MB

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+1 anno fa


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in medicina veterinaria (ordinamento U.E. - a ciclo unico) (magistrale europea)
SSD:
Università: Bologna - Unibo
A.A.: 2017-2018

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher indieniko di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Fisiologia veterinaria e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Bologna - Unibo o del prof Tamanini Carlo.

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