Fisiologia umana

PL

respiratori contratti e la glottide aperta: infatti l’irrigidimento della parete toracica

fa in modo che la P sia dipendente dal solo ritorno elastico polmonare.

PL

• Per ricavare la curva di rilasciamento della sola gabbia toracica si misura, a diversi

volumi, la P , con la muscolatura respiratoria rilasciata e la glottide chiusa: infatti

PL

in tal caso il ritorno elastico del polmone è annullato dall’aria al suo interno e la

P dipende dal solo ritorno elastico del torace.

PL

• Ciascuna curva è dotato di un volume di equilibrio:



o ≅

Volume di equilibrio polmone 0% di CV (tendenza al collasso) VR.



o Volume di equilibrio torace 65-70% di CV (tendenza all’espansione).



o Volume di equilibrio sistema toraco-polmonare 35-40% di CV = CFR!

• La pendenza delle curve di rilasciamento, cioè il rapporto ∆V/∆P, esprime la compliance (C) del sistema. La compliance

toraco-polmonare è maggiore a volumi vicini alla CFR e diminuisce a volumi elevati o ridotti. In CF, C = C = 200ml/cmH O.

P T 2

 

Polmone e torace sono posti in serie per cui: R = R + R 1/C = 1/C + 1/C = 1/200 + 1/200 C = 100ml/cmH O.

T-P T P T-P T P T-P 2

• La C diminuisce (curva P-V a dx) se il polmone è più rigido (fibrosi) ed aumenta (curva P-V a sn) se il polmone è meno rigido

P

(enfisema). La C diminuisce in condizioni di ridotta distensibilità della gabbia toracica (obesità, cifosclerosi).

T

• L’inverso della compliance è la stiffness o elastanza (∆P/∆V): resistenza opposta dai tessuti all'espansione del polmone.

• La compliance polmonare è mantenuta anche grazie al surfattante alveolare (dipalmitoil-fosfatidilcolina, DPPC). Esso funge

da tensioattivo, riducendo la tensione superficiale alveolare. La relazione tra T e pressione è stabilita dalla legge di Laplace

∆P

(∆P = 2T/R). Se T fosse costante, sarebbe maggiore negli alveoli piccoli che tenderebbero a svuotarsi in quelli a maggior

raggio. Invece, il surfactante permette il variare di T in funzione della superficie (e quindi del raggio) su cui si dispone.

PROPRIETÀ DINAMICHE DEL SISTEMA RESPIRATORIO (forze resistive)

• Le proprietà dinamiche dipendono dalle resistenze delle vie aeree. Dalla bocca al polmone, il calibro delle vie aeree si

riduce, ma il loro numero aumenta, abbattendo il valore di resistenza, il cui picco max è nei bronchi di medio calibro.

• Mentre ad alti volumi il flusso espiratorio è sforzo-dipendente, a volumi medio-bassi il flusso espiratorio è sforzo-

indipendente e viene limitato semplicemente dalla compressione dinamica delle vie aeree:

o Espirazione passiva: P raggiunge il valore di fine espirazione (−5cmH O) e P (pressione

PL 2 P

 

-

transpolmonare dovuta al ritorno elastico del polmone) è pari a +7cmH O P = +7 5 = +2 il

2 A

∆P

polmone si svuota grazie al interno-esterno. La diminuzione progressiva di P dagli alveoli alla

A

bocca, favorisce la riduzione di calibro delle vie aeree (compressione dinamica).

 

o Espirazione forzata: P diventa positiva (+ 25cmH O), P = +7cmH O P = +7 + 25 = +32 flusso

PL 2 P 2 A

espiratorio forzato. Anche in questo caso la pressione lungo le vie aeree diminuisce

progressivamente. Il punto dove la pressione delle vie aeree diventa uguale a P è detto punto di

PL

uguale pressione (EPP, Equal Pressure Point); oltre tale punto le vie aeree sono compresse (P <P ).

A PL

COMPOSIZIONE DELL’ARIA, PRESSIONI PARZIALI

• I gas respiratori comprendono: O , CO , N (non partecipa agli scambi respiratori: gas inerte).

2 2 2

• In una miscela di gas, la pressione parziale di un gas è descritta dalla formula: P = (P - P ) x Fi.

p totale H2O

Aria Frazione O P (mmHg) Frazione CO P Frazione N P P

2 O2 2 CO2 2 N2 H2O

Ambiente 0.21 160 0.0003 0.2 0.79 600 0 (gas secco)

Alveolare (inspirata) 0.145 100 0.056 40 0.80 570 47 (a 37°C)

Espirata 0.16 114-120 0.04 27-30 0.80 Dipende da T

• La pressione alveolare dell’ossigeno dipende da: pressione atmosferica (P ), pressione del vapore acqueo (P ), frazione

atm H2O

inspiratoria di ossigeno (Fi ), ventilazione (P ) e dalla quota da ossigeno assorbita, dipendente dalla CO prodotta e dalle

O2 ACO2 2

richieste metaboliche (quindi dal QR): P = (P - P ) x Fi – P /QR.

AO2 atm H2O O2 ACO2

SCAMBI GASSOSI E DIFFUSIONE

• Il tempo di transito dei GR nei capillari polmonari è di 0.75s, ma in genere l’equilibrio dei gas si ottiene nei primi 0.25s.

• Gli scambi gassosi avvengono per la presenza di un gradiente pressorio tra compartimento alveolare e sangue:

o O diffonde dagli alveoli (P O = 100mmHg) al sangue venoso (P O = 40mmHg), dando una P O di 95mmHg.

2 A 2 v 2 a 2

o CO diffonde dal sangue venoso (P CO = 46mmHg) agli alveoli (P CO = 40mmHg), dando una P CO di 40mmHg.

2 v 2 A 2 a 2

• La diffusione è il processo tramite il quale il flusso di molecole si dirige dalle zone a maggiore concentrazione, a quelle in cui

la concentrazione è minore. Il flusso di un gas a cavallo di una membrana è descritto dalla prima legge di Fick:



− ∙ ∙ ∆C ∆x

J = D S (∆C/∆x) J (flusso di materia); D (coefficiente di diffusione); (gradiente di concentrazione); (spessore).

• → ↓P ↑P

CO ha una capacità di diffusione 20 volte maggiore di O nell’insufficienza respiratoria prima O , poi CO .

2 2 a 2 a 2

• La capacità di diffusione si valuta in base alla diffusione alveolo-capillare del monossido di carbonio (DLCO). Il valore di DLCO

dipende da: superficie e spessore della membrana alveolo-capillare, rapporto ventilazione-perfusione, concentrazione d’Hb.

o ↓DLCO: enfisema; patologie interstiziali; TEP; ipertensione polmonare; edema polmonare; anemia (falsa riduzione).

o ↑DLCO: fasi iniziali di insufficienza cardiaca; emorragia alveolare; gravidanza; asma; poliglobulia (falso aumento).

TRASPORTO DI O NEL SANGUE

2

• O legato a Hb (1g di Hb lega 1.34ml di O ) = 15 x 1.34 = 20,1ml\dl; O disciolto = 0.3ml/dl; O totale = 20.1 + 0.3 = 20.4ml\dl.

2 2 2 2

• L'emoglobina (Hb) presenta 4 subunità proteiche (2α, 2β); ogni subunità ospita 1 gruppo prostetico eme (protoporfirina IX +

2+ 2+

Fe ; Fe presenta 6 legami di coordinazione: 1-4° con 4N della protoporfirina; 5° con N dell’istidina prossimale; 6° con O ).

2

2+ 3+

Solo lo ione ferro allo stato ferroso (Fe ) può legare l’O in modo reversibile; se l’atomo di ferro viene ossidato a Fe (stato

2

ferrico), si forma metaemoglobina (incapace di trasportare O ).

2

Hb è regolata allostericamente dall’O (modulatore omotropico) il cui legame aumenta l’affinità per altre molecole di O .

2 2

Esistono diverse varianti di Hb: 



o ε

Emoglobina embrionale (Hb E o Hb Gower) catene .

 



o α γ

Emoglobina fetale (Hb F) catene .

 

  

o α β α δ

Emoglobina adulta (Hb A) catene (95% Hb A1) o (2% Hb A2).

   

•  

La curva di saturazione dell’Hb (ordinata % saturazione di Hb; ascissa P ) è di tipo sigmoide (≠ curva di saturazione

O2

Mb, di tipo iperbolico) e presenta una zona di plateau (garantisce saturazione Hb >90% per riduzioni pO alveolare fino a

2

60mmHg). La P50 (= pO necessaria per raggiungere ½ della saturazione) a 37°C, pCO 40 mmHg e pH 7.4 è 26-27 mmHg.

2 2

Fattori che modificano l’affinità dell’Hb per l’ossigeno e che spostano la curva di saturazione:

Curva spostata a sn (↑affinità) Curva spostata a dx (↓affinità)

Temperatura Bassa (es. nei polmoni) Alta (es. tessuti periferici)

pH Alto (es. nei polmoni) Basso (es. tessuti periferici)

pCO Bassa (es. nei polmoni) Alta (es. tessuti periferici)

2 β

2,3-bifosfoglicerato (BPG) Basso (es. HbF, priva di catene cui BPG si lega) Alto (es. ipossia cronica, alte altitudini)

3- +

o ↑pCO ↓pH

Effetto Bohr: rilascio di O da Hb indotto da e conseguente per dissociazione di acido carbonico in HCO +H .

2 2

o Effetto Haldane: il legame di O all’Hb la rende più acida e quindi facilita lo spostamento di CO dal sangue agli alveoli.

2 2

• Il legame di CO all’Hb (carbossiemoglobina) è tossico perché avviene sullo stesso sito per O con affinità 200 volte superiore.

2

• La cianosi è uno stato di colorazione bluastro della pelle e delle mucose, dovuta o alla presenza nel sangue di >5 g/dl di

deossiemoglobina o di composti anomali emoglobinici come metaemoglobina, carbossiemoglobina, solfoemoglobina.

• La mioglobina (Mb) cattura l’O trasportato dall’Hb nel sangue e lo distribuisce al muscolo (cedendolo ai mitocondri) . Lega

2

O con maggiore affinità rispetto ad Hb. È formata da 1 catena polipeptidica + 1 gruppo prostetico eme. La curva di

2

saturazione della Mb con O ha andamento iperbolico.

2

TRASPORTO DI CO NEL SANGUE

2

• 3- + 3-

Il 72% della CO è sotto forma di HCO , per il verificarsi della seguente reazione: CO + H O ↔ H CO ↔ H + HCO .

2 2 2 2 3 3-

Tale reazione avviene più velocemente all’interno dei GR per la presenza dell’anidrasi carbonica; gli ioni HCO così prodotti

+

vengono rilasciati nel plasma, mentre ioni cloro entrano nei GR per equilibrare le cariche (scambio dei cloruri). Gli ioni H

+

vengono in gran parte tamponati dall’Hb stessa che, nella forma deossigenata, può accettare il legame di un H a ciascuno

+

dei suoi 38 residui di istidina. Gli H rimasti in soluzione determinano la lieve riduzione di pH che si verifica nei vasi venosi.

•  

Il 5% della CO è fisicamente disciolta (sangue arterioso 2.4ml\dl; sangue venoso 2.7ml\dl).

2

• -

Il 23% della CO si lega alle proteine sotto forma carbammato: COO lega i gruppi amminici di Hb (carbaminoemoglobina).

2

VENTILAZIONE E PERFUSIONE POLMONARI

• Il circolo polmonare presenta pressioni basse (25mmHg in sistole, 8mmHg in diastole, 14mmHg di P in a. polmonare) e

media

resistenze minime, che si modificano poco a fronte di aumenti di GC grazie alla distensione e al reclutamento capillare.

• →

Nelle zone mal ventilate si produce vasocostrizione (se il processo diventa cronico ipertensione polmonare).

• 

In CF: ventilazione = 4.2L/min; perfusione = 5.5L/min. rapporto V/Q = 0.8.

• La ventilazione aumenta dagli apici alle basi e la perfusione fa lo stesso per effetto gravitazionale, ma con un incremento

alle basi più marcato; quindi V/Q diminuisce dagli apici alle basi. In ortostatismo, il flusso agli apici è intermitten