Fisiologia Sistema Respiratorio

VOLUMI DI SCAMBIO DURANTE LA RESPIRAZIONE

Volume:

• Volume corrente = scambio di aria.
• Volume di riserva inspiratoria (VRI) = quello che inizia dalla fine di una inspirazione a riposo seguita da una inspirazione massimale = quella in cui si riesce ad espandere totalmente il torace.
• Volume di riserva espiratoria (VRE) = incomincia dalla fine di una espirazione a riposo passiva cui segue una espirazione forzata = attiva massimale. Quando parliamo di volume di riserva escludiamo sempre quello corrente.
• Volume residuo = volume consistente attorno ai 1200 ml che non abbandona mai il tratto respiratorio; è quel volume di aria che anche alla fine di una respirazione massimale permane all'interno dei polmoni.

Dal punto di vista funzionale ci riferiamo a delle capacità.

Volume e capacità sono comunque due cose diverse: le capacità sono somme di volumi.

Capacità:

• Inspiratoria: data dalla somma del volume corrente e del volume di riserva inspiratoria.
• Vitale: data dalla...

capacità inspiratoria + volume di riserva espiratoria; si aggira intorno ai 4600 ml e ci fornisce una indicazione del volume totale di aria che può essere scambiato tra una inspirazione massimale e una espirazione massimale. - residua: volume di riserva espiratoria + volume residuo - totale: corrisponde alla capacità vitale + volume residuo SCAMBI RESPIRATORI Lo scopo della respirazione è quello di permettere che O2 introdotto durante l'inspirazione nell'aria alveolare diffonda nel sangue dei capillari polmonari per essere trasportato ai tessuti, e che la CO2 prodotta dal metabolismo delle cellule dei tessuti sia riversata nell'aria alveolare e allontanata durante l'espirazione. Un gas è composto da molecole in continuo movimento; se il gas è posto in un contenitore le molecole esercitano su esso una pressione = pressione parziale del gas. Secondo la legge di Gay-Lussac la pressione di un gas è direttamente proporzionale al

numero delle molecole e allatemperatura, che aumento la velocità di collisione delle molecole ( P = nRT / V ).

Legge di Daltonl'aria atmosferica inspirata è una miscela gassosa (è composta da azoto+ ossigeno+ co2). Nell'aria atmosferica inspirata abbiamo una percentuale molto bassa di co2: la pressione parziale di co2 è trascurabile perché in termini di pressione parziale è come se non ci fosse. La pressione parziale dell'ossigeno in aria atmosferica già satura a 37 gradi è 150 mmhg.

L'aria atmosferica secca è senza vapore acqueo. Quando l'aria atmosferica viene inspirata, viene riscaldata e umidificata lungo le vie aeree. A livello della trachea, l'aria è a temperatura corporea =37°. Nella trachea l'aria atmosferica è satura di vapore acqueo, che come qualsiasi altro gas esercita una pressione parziale (la pp di H2O aumenta).

In aria alveolare (=l'aria contenuta

Negli alveoli) la pressione di CO2 è 40 mmHg e quella di O2 è 100 mmHg. Questo perché:

1. Prima di arrivare agli alveoli l'aria inspirata viene saturata di vaporacqueo (un altro gas che si aggiunge alla miscela riducendo la % di O2)
2. L'aria inspirata si mescola con 150 ml di aria (povera di O2 e ricca di CO2) rimasta nello spazio anatomico
3. L'aria non è cambiata tanto spesso negli alveoli (mentre nei capillari si). Negli alveoli infatti nell'interfaccia capillare la situazione rimane stabile e l'ambiente dell'alveolo nel tempo si mantiene costante; qui la pressione parziale è sempre 100 mmHg.

Anche a livello delle vene polmonari la pressione parziale di CO2 è 40 mmHg, mentre quella di O2 è 100 mmHg (sangue che è appena stato ossigenato e quindi è equilibrio.), come negli alveoli.

A livello delle reti capillari periferiche abbiamo un altro scambio. Nell'ambiente del liquido extracellulare

Le reti capillari hanno una pressione parziale di O2 di 40 mmHg e una pressione parziale di CO2 di 46 mmHg. Nel passaggio nel sangue la pressione dell'O2 diminuisce, mentre quella di CO2 aumenta. Non avvengono variazioni omogenee tra le pressioni parziali. Varia molto di più la pressione dell'ossigeno.

La composizione dell'aria alveolare può cambiare quando si modifica la ventilazione alveolare, e quindi cambiano le pressioni parziali di O2 e CO2. Nella linea delle x c'è la ventilazione espressa in Litri al minuto, nelle y abbiamo la pressione parziale di CO2 e O2.

La ventilazione è funzione di atti respiratori nel tempo. A riposo abbiamo 12 atti respiratori al minuto. In un atto respiratorio la ventilazione è 500 ml a riposo. 500 per 12 = 6 litri questo valore è quello della ventilazione al minuto. Ma nel grafico non c'è la ventilazione alveolare complessiva, infatti il valore è più basso di 6.

perché dobbiamo sottrarre la ventilazione della zona di conduzione (= nello spazio morto) in riferimento al valore della ventilazione a riposo (quando la pressione parziale di CO2 è 40 mmHg e quella di O2 è 100 mmHg).

Quando la ventilazione supera i valori normali (IPERVENTILAZIONE) il ricambio dell'aria alveolare è più rapido e la pressione parziale di O2 tende ai valori tipici dell'aria tracheale umidificata (da 100 a 150 = aumenta), mentre la pressione della CO2 diminuisce.

Si parla di IPOVENTILAZIONE quando la ventilazione scende al di sotto dei valori normali, e in questo caso la pressione parziale di CO2 aumenta mentre quella di O2 diminuisce. L'ipoventilazione ha variazioni molto più accentuate (effetto più immediato e drastico).

Quando parliamo in generale di ventilazione, l'iperventilazione è un meccanismo positivo per la compensazione dei gas.

Se effettuiamo un'iperventilazione eccessiva in realtà diminuisce la ventilazione alveolare.

perché sta aumentando la ventilazione dello spazio morto anatomico. Se aumenta troppo è sempre più riguardante la parte della zona di conduzione. All'aumentare della frequenza respiratoria aumenta la ventilazione dello spazio morto anatomico, e diminuisce quella alveolare fino ad avere ipoventilazione (nonostante aumenti la ventilazione). L'iperventilazione eccessiva durante il parto porta carenza di O2 sia per la madre che per il bambino. Legge di fick per la diffusione dei gas attraverso la membrana alveolo-capillare. Gli scambi dei gas attraverso la membrana respiratoria avvengono per diffusione passiva. La velocità di diffusione di O2 e CO2 tra alveoli e sangue è regolata dalla Legge di Flick. Variabili: - k (costante di solubilità dei gas) - area A attraverso cui avviene lo scambio; Se A è grande contribuisce al flusso. - delta x = distanza che il gas deve percorrere per spostarsi. Delta x è lo spessore esistente tra alveoli e capillari.

capillare (spazio molto ridotto virtuale); più è piccolo delta x maggiormente è facilitato il flusso del gas. O2 diffonde dall'alveolo al capillare. Nell'alveolo pp di O2 è 100 mmHg e quella nel capillare è 40mmHg. P2 - P1 è quindi 60 mmHg. La CO2 diffonde invece dal capillare all'alveolo. Nel capillare la pp di CO2 è 46 mmHg, e nell'alveolo è 40 mmHg. P2 - P1 è quindi 40 mmHg. La differenza di pressione di O2 (100-40=60 mmHg) è molto più grande rispetto a quella della CO2 (46-40=6 mmHg). La CO2 ha elevata solubilità quindi ha un' elevata k, mentre l'O2 ha bassa solubilità quindi ha un basso valore di k. Per avere un flusso paragonabile l'ossigeno necessita di una maggiore differenza di pressione. (c) Solubilità: le due specie gassose si devono spostare da un compartimento all'altro ma i due compartimenti sono in uno stato diverso,

Perché le solubilità sono diverse. L'ossigeno deve diffondere dall'alveolo e riuscire a sciogliersi nell'ambiente capillare, ma la pressione parziale che esercita è diversa da un compartimento all'altro: O2 passa da un compartimento gassoso a un liquido; trova l'equilibrio solo quando la pressione parziale tra i due compartimenti è uguale, quindi delta p diventa uguale a 0.

All'inizio del capillare, l'O2 segue l'alto gradiente pressorio passando rapidamente dall'alveolo al plasma. La maggior parte dell'O2 diffonde poi dal plasma all'interno dei globuli rossi, grazie all'elevata affinità per Hb, mentre solo una minima parte rimane disciolta nel plasma. Il valore di pO2 del plasma dipende dalla concentrazione di O2 disciolto nel plasma, non da quella di O2 legata a Hb. La pressione parziale all'interno del capillare aumenta attraversandolo, fino a che la pressione parziale di O2 nell'alveolo diventa

quella di O2 nel capillare la pp del sangue si è equilibrata con quella alveolare, e il sangue è divenuto arterioso. (d) A livello di molarità (numero di moli) in soluzione gassosa abbiamo maggior concentrazione di O2 rispetto al n di millimoli presenti nella soluzione acquosa, anche se le pressioni parziali sono equivalenti. Per la CO2 invece un numero maggiore di moli è necessario per esercitare la stessa pressione perché la co2 è molto più solubile dell'o2. Se la co2 è molto solubile vuol dire che sta bene in quella soluzione e quindi esercita meno pressione. (a) Nell'interfaccia alveolo-capillare polmonare, la pressione parziale di O2 è 100 mmHg, in entrata del sangue venoso la pressione parziale di O2 è 40 mmHg. Avvengono poi gli scambi gassosi fino arrivare all'equilibrio. (b) Mentre la situazione inversa avviene per la CO2: in uscita abbiamo una pressione parziale di 40 mmHg, in entrata di 46.

mmHg. Velocità con cui avviene lo scambio. In circa un terzo della lunghezza dei capillari sono già avvenuti tutti gli scambi gassosi. Quindi il tempo a disposizione del passaggio è molto ridotto, nel giro di millisecondi si è concluso il processo di scambio. È importante che il meccanismo di scambio sia efficiente. Quel tempo ridotto fa sì che si ottimizzi lo scambio e si abbia funzionalità idonea sia a livello dell'alveolo che del capillare. Rapporto ventilazione - perfusione La composizione dell'aria alveolare e, quindi, gli scambi di O2 e CO2 tra aria e sangue, dipendono dall'equilibrio tra la ventilazione alveolare e la perfusione = il flusso di sangue nei capillari alveolari. La differenza di pressione all'inizio è elevata, e spinge i gas dall'alveolo al capillare; poi la differenza diminuisce: in entrata è 60 ma poi quando si procede nel capillare la pressione parziale di O2 aumenta quindi delta

diventa sempre più piccolo fino a sparire e non è più in grado di farmu