Fisiologia umana, parte 3

Corso di

Fisiologia umana

Prof. Alberto Battezzati

Parte 3: sistema respiratorio, sistema urinario, fluidi ed

elettroliti, equilibrio acido-base

© Laila Pansera – 1

Sommario

Apparato respiratorio.......................................................................................................................................................... 4

Anatomia ............................................................................................................................................................................. 4

Ventilazione polmonare ................................................................................................................................................ 5

Andamento della pressione polmonare .................................................................................................................. 7

Scambio di gas .................................................................................................................................................................. 8

RESPIRAZIONE ESTERNA .......................................................................................................................................... 9

RESPIRAZIONE INTERNA ........................................................................................................................................ 11

Trasporto dei gas ........................................................................................................................................................... 11

TRASPORTO DI OSSIGENO .................................................................................................................................... 11

TRASPORTO DELLA CO ......................................................................................................................................... 14

2

Controllo della respirazione ....................................................................................................................................... 15

Sistema urinario .................................................................................................................................................................. 18

Anatomia ........................................................................................................................................................................... 18

Nefrone .............................................................................................................................................................................. 19

Filtrazione glomerulare ................................................................................................................................................ 23

MECCANISMI DI AUTOREGOLAZIONE DELLA VELOCITÀ DI FILTRAZIONE GLOMERULARE ........ 25

Processazione del filtrato ............................................................................................................................................ 27

PROCESSI INIZIALI .................................................................................................................................................... 27

FINE TUNING............................................................................................................................................................... 30

Fluidi ed elettroliti .............................................................................................................................................................. 34

Composizione dei fluidi corporei ............................................................................................................................. 34

Mantenimento dell’omeostasi dell’acqua............................................................................................................. 36

DISTURBI DELL’OMEOSTASI DELL’ACQUA ...................................................................................................... 37

Formazione delle urine ................................................................................................................................................ 37

Bilancio dei fluidi ............................................................................................................................................................ 37

Regolazione degli elettroliti ....................................................................................................................................... 39

RUOLO DELLE PROTEINE ........................................................................................................................................ 40

RUOLO DEL SODIO ................................................................................................................................................... 43

© Laila Pansera – 2

RUOLO DEL POTASSIO ............................................................................................................................................ 44

RUOLO DEL CALCIO ................................................................................................................................................. 46

Equilibrio acido-base ........................................................................................................................................................ 47

Acidi e basi ....................................................................................................................................................................... 48

Sistemi tampone ............................................................................................................................................................ 48

TAMPONE BICARBONATO ..................................................................................................................................... 49

TAMPONE FOSFATO ................................................................................................................................................ 49

TAMPONE PROTEICO .............................................................................................................................................. 49

Controllo respiratorio ................................................................................................................................................... 49

Controllo renale .............................................................................................................................................................. 50

Alcalosi e acidosi ............................................................................................................................................................ 52

© Laila Pansera – 3

Apparato respiratorio

Anatomia

L’apparato respiratorio è un apparato specializzato, che mette in contatto il sangue con l’aria, ed è

fatto da una sequenza di organi:

- Cavità nasali: rinofaringe (oppure orofaringe, perché

possiamo respirare anche dalla bocca), che si

collegano con la parte posteriore della faringe

- Faringe

- Laringe

- Trachea

- Bronchi

- Polmoni, avvolti da delle pleure, che sormontano

una sorta di cupola muscolare, il diaframma.

Il diaframma è una sorta di cupola muscolare che risale

grazie alla pressione del materiale addominale, e

quando si contrae si abbassa. La contrazione del

diaframma aumenta il volume della cavità toracica e riduce il volume della cavità addominale.

I polmoni non sono legati a niente della cavità toracica, se non attraverso i capillari. Il polmone si

trova nella cavità toracica ed è avvolto dalla pleura viscerale, che a sua volta è avvolta da una pleura

parietale, la quale contiene piccole quantità di fluido pleurico, lubrificante. La cavità pleurica separa

la pleura parietale da quella viscerale, ed è una separazione virtuale.

L’albero bronchiale si ramifica all’interno del polmone, per dare luogo a bronchi primari, secondari,

terziari, bronchioli, bronchioli terminali e infine una zona respiratoria, dove avviene lo scambio

gassoso tra aria e sangue. La zona respiratoria è costituita da alveoli, raggruppati in sacchi alveolari.

Gli alveoli sono costituiti da pareti sottilissime in cui c’è un velo di tessuto che separa l’aria dal sangue.

La cosa interessante è che tanto è il sangue che nella circolazione sinistra irrora i vari tessuti, tanto è

il sangue che nella circolazione destra passa da queste aree molto vascolarizzate (5L/min). Nl

polmone abbiamo sia una ventilazione, che un’abbonante perfusione di sangue ventilazione e

→

perfusione sono strettamente controllate tramite una regolazione intrinseca attuata da bronchiolo e

arteriole polmonari, in modo che il rapporto ventilazione-perfusione sia 1:1.

La parete dell’alveolo è molto a contatto con il capillare polmonare. Nell’alveolo ci sono delle

cellule pavimentose semplici (cellule di tipo I), che sono la controparte delle cellule endoteliali. Ci

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sono anche i macrofagi, e cellule che producono surfattanti. Il macrofago rimuove le polveri, in

particolare le polveri sottili, che arrivano fino agli alveoli. Se i macrofagi trovassero indigeste le polveri

sottili, si andrebbe ad instaurare uno stato infiammatorio, e si formerebbero dei buchi nel polmone

enfisema polmonare, che insieme alla bronchite cronica è una conseguenza tipica del fumatore.

→

Ci sono anche delle cellule di II tipo che secernono surfattanti: l’alveolo polmonare è ricoperto di

acqua (continuamente umidificato), ma la presenza di acqua tende a far collassare l’alveolo, a causa

della tensione superficiale del microfilm di acqua. Le cellule di II tipo producono un mix di fosfolipidi

e lipoproteine che riducono la tensione superficiale e impediscono che l’alveolo collassi. I neonati

prematuri non producono surfattanti, i loro polmoni collassano e si ha una forma di stress

respiratorio: ad essi si dà cortisone, perché il cortisolo fa maturare le cellule che producono

surfattanti.

Tra alveolo e capillare c’è una sottilissima membrana interstiziale, la membrana respiratoria (0.5μm

= 500nm) che separa le 2 cellule piatte. Questa membrana è così sottile per permettere lo scambio

di gas:

- Senza fare uscire il sangue dai capillari (la pressione deve essere abbastanza limitata la

→

pressione del circolo polmonare è inferiore a quella arteriosa del resto del corpo)

- Senza fare uscire fluidi (che può succedere se c’è un aumento di pressione polmonare edema

→

polmonare).

La membrana respiratoria in alcune regioni non ha nemmeno fluido interstiziale.

Ci sono 2 zone nell’apparato respiratorio:

- Zona di conduzione: tappezzata da un epitelio ciliato, con ciglia che battono tutte nella stessa

direzione coordinatamente, e ritmicamente. Esse riportano il muco dalle zone più profonde

dell’apparato respiratorio fino alla trachea e alla laringe, dove il muco viene deglutito.

- Zona respiratoria, dove avviene lo scambio gassoso.

Ventilazione polmonare

Ci sono delle leggi dei gas che dicono che esiste una relazione tra pressione e volume: aumento il

volume e la pressione si riduce e viceversa. Questo fenomeno implica che creando delle variazioni di

volume del polmone, si creano delle variazioni di pressione rispetto all’ambiente, e questo permette

all’aria di fluire all’interno dei polmoni o defluire all’esterno. La pressione di un gas è inversamente

proporzionale al volume: se amplio il volume, la pressione si riduce, se riduco il volume la pressione

aumenta. Il flusso di aria è governato dal gradiente di pressione, quindi quando inspiro devo

aumentare il volume all’interno del polmone, in modo da ridurre la pressione all’interno del polmone,

per fare entrare l’aria, per gradiente di pressione. Quando invece espiro riduco il volume del

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polmone, la pressione all’interno del polmone aumenta, il gradiente di pressione è diretto verso

l’esterno e l’aria esce dal polmone.

Respirazione quieta

Quando respiriamo facendo una respirazione quieta, il processo respiratorio è abbastanza

economico, e coinvolge 2 gruppi muscolari: diaframma e muscolatura intercostale esterna. Lo

scopo dell’attivazione di questi muscoli è aumentare il volume della cavità toracica, perché il

diaframma si abbassa (si contrae) e la muscolatura intercostale esterna, avvicinando una costa

all’altra, fa ampliare il volume della cassa toracica in senso trasversale antero-posteriore quando

→

inspiro il diaframma si abbassa e le coste si alzano. Questa variazione di posizione, provoca una

variazione di volume polmonare di circa mezzo litro, 250mL per parte. Questo basta in condizioni di

riposo per scambiare una quantità sufficiente di aria, in 12 atti al minuto, per ventilare in maniera

sufficiente il polmone e quindi il sangue.

Respirare è un lavoro, costa energia, e lo facciamo giorno e notte. Mentre l’inspirazione è un processo

attivo, che richiede energia per il movimento della muscolatura, l’espirazione è un meccanismo

passivo, in cui la muscolatura si rilassa, e la parete toracica ritorna alla posizione iniziale. Il polmone

tende a collassare già da solo, perché la parete degli alveoli è ricoperta da uno strato di acqua, che

tende a formare legami H e stare tutta insieme, benché ci siano i surfattanti, quindi tende a ridurre il

suo volume. Se una persona ha poco surfattante, l’espirazione sarebbe molto facilitata, ma

l’inspirazione sarebbe molto faticosa, perché bisogna contrastare forze elastiche molto forti →

distress respiratorio.

Inspirazione profonda ed espirazione attiva

Questa condizione economica non è adatta a momenti in cui aumenta la richiesta di ossigeno e

l’eliminazione di CO . Quando la ventilazione deve aumentare, entra in gioco un’altra muscolatura

2

per consentire un’inspirazione profonda e un’espirazione attiva. L’inspirazione profonda usa la

contrazione dei muscoli inspiratori e di muscoli accessori ulteriori, per produrre più ampi

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cambiamenti nel volume della cavità toracica durante inspirazione ed espirazione. Nell’inspirazione

profonda intervengono muscoli del collo: scaleni e sternocleidomastoideo questa muscolatura

→

accessoria potenzia l’attività della muscolatura intercostale esterna e del diaframma.

Nell’espirazione attiva interviene la muscolatura intercostale interna per abbassare le coste, e la

muscolatura addominale (obliquo esterno, retto dell’addome, obliquo interno e trasverso

dell’addome), che aumenta la pressione addominale, e rende più rapida la risalita del diaframma che

si rilassa.

Andamento della pressione polmonare

Quando respiriamo, le pressioni all’interno del polmone variano: normalmente la pressione

all’interno del polmone è uguale a quella atmosferica, es. 760mmHg. Quando inspiriamo, la pressione

nel polmone si riduce, perché aumento il volume della cavità polmonare. La pressione diventa

negativa, e l’aria entra. Quando espiriamo, il volume si riduce, la pressione intrapolmonare aumenta,

e l’aria esce. L’aria fluisce seguendo il gradiente di concentrazione rispetto all’aria ambiente, che non

cambia.

PARADOSSO: il polmone segue fedelmente i movimenti della parete toracica (con la pleura parietale),

pur non essendo legato per niente ad essa. Questo avviene perché la cavità tra le 2 pleure è

sottovuoto, per cui abbiamo una pressione sempre positiva nella cavità toracica, che schiaccia la

pleura viscerale contro quella parietale. Il polmone tenderebbe a collassare, perché la tensione

superficiale tende a fare collassare gli alveoli. Inoltre la stessa forza di richiamo elastico del polmone

tende a fare collassare il polmone. Queste forze si tende a lasciarle al minino, grazie al surfattante e

alla capacità elastica del polmone se diminuisce la forza elastica o il surfattante, occorre vincere

→

queste forze e l’inspirazione sarà più difficile.

Quindi la pressione intrapleurica è sempre negativa, e quando inspiro questa pressione diventa

ancora più negativa, mentre quando espiro diventa meno negativa.

Se taglio la parete toracica e permetto alla cavità pleurica di entrare in contatto con l’aria ambiente,

ho lo PNEUMOTORACE. Esso può accadere in conseguenza di un atto violento, oppure,

spontaneamente dall’interno del polmone, una struttura vicina alla pleura produce un forellino che

fa entrare aria nella cavità. Il buco si richiude, l’aria viene riassorbita.

Dati importanti:

- Volume che scambia il polmone durante un atto respiratorio: 500mL

- Frequenza: ogni atto dura 5 secondi, quindi in un minuto ci sono 12 atti (se ce ne sono di più,

es. 20, c’è una tachipnea a riposo).

Il polmone scambia 6L/minuto di aria, quasi simile al volume di sangue pompato al minuto.

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Ci sono 2 fattori importanti nella ventilazione, che determinano il lavoro respiratorio:

- Resistenza nelle vie aeree se ho i bronchi occlusi, farò fatica a far passare il sangue

→

- Compliance polmonare.

Le resistenze all’interno delle vie aeree sono molto importanti, perché mentre l’aria fluisce nei

polmoni, le molecole di gas urtano, scorrendo lungo la parete delle vie aeree, e questo rallenta il

flusso. Il diametro delle vie aeree influenza: quando il diametro si riduce, le resistenze aumentano.

Se le resistenze aumentano, il flusso si riduce, perché è inversamente proporzionale alla resistenza.

Le vie aeree forniscono poca resistenza per far fluire l’aria fuori e dentro i polmoni facilmente. Ci

sono dei fattori che influenzano le resistenze delle vie aeree:

- Fibre parasimpatiche determinano una contrazione dei bronchi e un aumento delle resistenze →

a riposo non devo ventilare troppo, ecco perché interviene il parasimpatico l’acetilcolina

→

rilasciata dal parasimpatico è un broncocostrittore

- L’istamina, rilasciata dai mastociti è un broncocostrittore, e anche vasodilatatrice. Tutto questo

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