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Il sistema respiratorio

Appunti di anatomia e fisiologia sul sistema respiratorio basati su appunti personali del publisher presi alle lezioni dell’università degli Studi di Milano - Unimi, facoltà di Medicina e Chirurgia, del Corso di laurea in infermieristica. Scarica il file in formato PDF!

Esame di Anatomia e fisiologia docente Prof. P. Biologia

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per diffusione passiva secondo il suo gradiente di diffusione parziale dagli

alveoli nel sangue.

L’O2 che arriva agli alveoli nell’aria nuova ispirata sostituisce o2 che è passato

per diffusione dagli alveoli a capillari polmonari Po2 rimane a 100 mmHg nel

ciclo respiratorio.

La situazione opposta si trova con la Co2, l’anidride carbonica è continuamente

prodotta dai tessuti del corpo come prodotti di rifiuto metabolico è

costantemente aggiunta al sangue a livello di capillari sistemici. Nei capillari

polmonari la Co2 diffonde secondo il suo gradiente di pressione parziale dal

sangue negli alveoli e successivamente rimossa dal corpo tramite espirazione.

Pco2 rimane costante a 40 mmHg

Gradienti di Po2 e Pco2 attraverso capillari polmonari

Le leggi dei gas stabiliscono che un singolo gas si sposta da regioni a maggiore

pressione parziale verso regioni a minore pressione parziale. Questa regola

governa lo scambio di ossigeno e anidride carbonica a livello polmonare e

tissutale. La PO2 alveolare normale è circa 100 mmHg, mentre la PO2 del

sangue venoso che raggiunge i polmoni è di 40 mmHg. Di conseguenza,

l'ossigeno si muove secondo il proprio gradiente di pressione parziale

(concentrazione) dagli alveoli verso i capillari. Il processo di diffusione

raggiunge l'equilibrio, e la PO2 nel sangue arterioso che lascia i polmoni è pari

a quella negli alveoli, ossia 100 mmHg. Quando il sangue arterioso raggiunge i

capillari, il gradiente si inverte. Le cellule impiegano continuamente ossigeno

per la fosforilazione ossidativa. In una cellula a riposo la PO2 intracellulare è in

media 40 mmHg. Il sangue arterioso che arriva alle cellule ha PO2 di 100

mmHg. Poiché la PO2 è minore nelle cellule, l'ossigeno diffonde secondo il

proprio gradiente di pressione parziale dal plasma alle cellule. La diffusione

raggiunge nuovamente l'equilibrio, e come risultato il sangue venoso presenta

la medesima PO2 delle cellule che ha appena irrorato. Al contrario, la PCO2 è

maggiore nei tessuti che nei capillari sistematici a seguito della produzione

metabolica di CO2. La PCO2 cellulare in un soggetto a riposo è circa 46 mmHg,

a fronte di una PCO2 nel plasma arterioso di 40 mmHg. Il gradiente determina il

trasporto netto dell'anidride carbonica dalle cellule nei capillari. La diffusione

raggiunge l'equilibrio e il sangue venoso sistematico ha PCO2 media di 46

mmHg. Al livello dei capillari polmonari, il processo si inverte. Il sangue venoso

che trasporta CO2 prodotta come catabolita dalle cellule ha PCO2 di 46 mmHg.

La PCO2 alveolare è 40 mmHg. Poiché la PCO2 è maggiore nel plasma la CO2

fluisce dai capillari agli alveoli. Quando il sangue ha lasciato gli alveoli, esso ha

PCO2 di 40 mmHg, identica alla PCO2 degli alveoli.

Comunque, il primo fattore necessario a un adeguato apporto di ossigeno ai

tessuti è l'assunzione adeguata di ossigeno dall'atmosfera, rispecchiata dalla

PO2 negli alveoli. Se la PO2 alveolare diminuisce si riduce la quantità di

ossigeno che diffonde nel sangue dai capillari alveolari. Vi sono due cause

possibili di una ridotta PO2 alveolare: (1) l'aria inspirata ha un contenuto di

ossigeno abnormemente basso , come nel caso dell'altitudine (infatti la

pressione parziale di ossigeno diminuisce proporzionalmente alla pressione

atmosferica totale se ci si sposta dal livello del mare) o (2) la ventilazione

alveolare è inadeguata. 8

Legge di Fick: legge di diffusione, la velocità di diffusione di un gas attraverso

una lamina di tessuto dipende anche dall’area della superficie e membrana

attraverso cui il gas diffonde e la velocità di diffusione diminuisce al diminuire

dell’area della superficie o aumentare dello spessore.

Questi sono fattori relativamente costanti in condizioni di riposo in un polmone

sano, i cambiamenti nella velocità di scambio di un gas sono determinati dalle

variazioni di gradienti di pressione parziale tra sangue e alveoli.

Scambio gassoso attraverso capillari sistemici:

L’ o2 e la Co2 si muovono tra il sangue capillare sistemico e le cellule del

tessuto per semplice diffusione passiva secondo gradienti di diffusione parziale.

Il sangue arterioso che raggiunge i capillari sistemici è lo stesso sangue che

lascia i polmoni attraverso le vene polmonari perché gli unici due siti nel

sistema circolatorio dove avvengono gli scambi gassosi sono i capillari

polmonari e quelli sistemici. La Po2 arteriosa è pari a 100 mmHg e la PCo2

arteriosa è pari a 40 mmHg come quelle alveolari.

I gradienti di Po2 e PCo2 attraverso i capillari sistemici:

Le cellule consumano e producono costantemente o2 e Co2 attraverso il

metabolismo ossidativo. La Po2 cellulare è circa 40 mmHg e la PCo2 è 46

mmHg.

L’ossigeno si muove per diffusione secondo il suo gradiente di pressione

parziale nel sangue entrante nei capillari sistemici (Po2=100 mmHg) alle

cellule adiacenti (Po2= 40 mmHg) fino al raggiungimento dell’equilibrio.

La Po2 del sangue venoso che lascia i capillari sistemici è uguale alla Po2

tissutale a un valore medio di 40 mmHg.

La situazione opposta si presenta per la Co2, che diffonde rapidamente dalle

cellule al sangue capillare entrante secondo il gradiente di pressione parziale

generato dalla continua produzione di Co2. Il trasferimento di Co2 continua

finché la PCo2 ematica si equilibra con quella tissutale.

Di conseguenza, il sangue che lascia i capillari sistemici ha una PCo2 di

46mmHg,

Questo sangue sistemico venoso relativamente povero di o2 e ricco di Co2

ritorna al cuore e viene successivamente pompato ai polmoni mentre il ciclo si

ripete.

Maggiore è l’attività metabolica tissutale, più basso è il livello a cui scende la

Po2 cellulare e più alto è il livello a cui la PCo2 cellulare sale.

- La diffusione netta di o2 avviene prima tra gli alveoli e il sangue e poi tra

il sangue e i tessuti grazie a gradienti di pressione parziale dell’o2

alimentati dal rifornimento di o2 effettuato dalla ventilazione alveolare e

il continuo utilizzo di o2 nelle cellule.

- La diffusione netta di Co2 avviene in direzione opposta, prima tra i tessuti

e il sangue e poi dal sangue agli alveoli grazie a gradienti di pressione

parziale della Co2 alimentati dalla continua produzione di Co2 nelle

cellule e rimozione della Co2 alveolare attraverso il processo di

ventilazione alveolare.

TRASPORTO DI GAS

L’ossigeno captato dal sangue a livello polmonare deve essere trasportato ai

tessuti per utilizzo cellulare. Al contrario la Co2 prodotta a livello cellulare deve

essere trasportata ai polmoni per essere eliminata. 9

L’ossigeno presente nel sangue sotto sue forme: fisicamente disciolto e

chimicamente legato all’emoglobina.

o2 fisicamente disciolto  pochissimo o2 si dissolve fisicamente nell’acqua

plasmatica. La quantità disciolta è direttamente proporzionale alla Po2 ematica:

maggiore è la Po2, maggiore la quantità di o2 disciolta. A Po2 arteriosa normale

di 100 mmHg solo 3ml di o2 possono disciogliersi in 1 l di sangue. Anche in

condizioni di riposo le cellule consumano 250 ml di o2 al minuto, e consumo

può aumentare fino a 25 volte nell’esercizio fisico. C’è un meccanismo

addizionale per il trasporto di o2 ai tessuti: emoglobina (Hb). Solo l’1.5% dell’o2

del sangue è disciolto mentre il rimanente è trasportato associato all’Hb. L’o2

legato all’Hb non contribuisce alla Po2.

Ossigeno legato all’emoglobina  l’emoglobina può combinarsi

reversibilmente con o2. Quando non legata all’o2 è detta deossiemoglobina

mentre quando è combinata ossiemoglobina (HbO2)

La Po2 è il principale fattore determinante la percentuale di saturazione

dell’emoglobina

Ognuno dei 4 atomi di ferro all’interno della porzione eme della molecola di

emoglobina può combinarsi con una di o2. L’emoglobina è considerata satura

quando tutte le emoglobine presenti trasportano massimo carico di o2.

La percentuale di saturazione dell’emoglobina può variare tra 0 e 100%

Secondo la legge d’azione di massa se la concentrazione di una delle sostanze

coinvolte in una reazione reversibile aumenta, la reazione è spostata nel verso

opposto, quando la Po2 aumenta la reazione va verso destra mentre quando

diminuisce va verso sinistra

Curva di dissociazione o2-Hb

La relazione tra Po2 ematica e la % di saturazione dell’Hb non è lineare ma

segue una curva a S (curva di dissociazione dell’o2 dall’Hb). Nel tratto

superiore a una Po2 ematica compresa tra 60 e 100 mmHg la curva si

appiattisce (presenta un plateau). In questo intervallo di pressione un aumento

della Po2 produce solo un piccolo aumento del grado a cui l’Hb è legata all’o2.

Al contrario nell’intervallo di Po2 tra 0 e 100 mmHg, un piccolo cambiamento

nella Po2 produce una grande variazione del grado a cui l’Hb è legata all’o2.

Plateau Il plateau della curva è nell’intervallo di Po2 ematico che si ritrova nei

capillari polmonari dove l’o2 viene caricato sull’emoglobina. Il sangue arterioso

sistemico che esce dai polmoni dopo essere giunto all’equilibrio con la Po2

alveolare ha normalmente una Po2 pari a 100 mmHg. L’Hb è saturata per il

97,5% (quasi completamente saturata).

Se la Po2 alveolare e quindi quella arteriosa calano sotto i valori normali si ha

una piccola riduzione della quantità totale di o2 trasportato dal sangue finché

la Po2 ematica cala fino a 60 mmHg. Questo a causa del plateau della curva.

A Po2 ematica di 60 mmHg la percentuale di saturazione rimane elevata pari al

90%.

Il contenuto totale ematico di o2 diminuisce lievemente perché l’Hb continua a

trasportare quasi un pieno carico di o2, mentre anche se la Po2 ematica

aumenta notevolmente fino a 600 mmHg l’Hb può arrivare al 100%.

Tratto ripido della curva di dissociazione tra 0 e 60 mmHg corrisponde

all’intervallo di Po2 ematica a livello dei capillari sistemici dove l’o2 viene 10

scaricato dall’Hb. Nei capillari sistemici il sangue si equilibra con le cellule dei

tessuti circostanti a una Po2 di 40 mmHg.

La percentuale di saturazione dell’Hb è del 75%.

Il sangue giunge ai capillari tissutali a una Po2 di 100 mmHg 97% di

saturazione quindi circa il 25% di Hbo2 deve dissociarsi portando alla

formazione ridotta di Hb e o2. Questo o2 rilasciato può diffondere liberamente

secondo il suo gradiente di pressione parziale dai globuli rossi attraverso il

plasma. L’Hb nel sangue venoso che torna ai polmoni è normalmente saturata

al 75%.

Se le cellule tissutali stanno metabolizzando più attivamente la Po2 ematica dei

capillari sistemici diminuisce perché le cellule stanno consumando più

rapidamente o2, la caduta di 20 mmHg fa diminuire la percentuale dal 75% al

30% e questo perché le pressioni parziali di o2 di questo intervallo stanno

operando nel tratto rapido della curva. In questo intervallo solo una piccola

diminuzione di Po2 nei capillari sistemici può rendere disponibile una grande

quantità di o2 per andare incontro alle necessità dei tessuti che stanno

metabolizzando più attivamente. Fino all’85% dell’Hb può cedere il suo o2 dal

sangue, una quantità maggiore di o2 è resa disponibile alle cellule con

metabolismo elevato, come i muscoli in esercizio.

L’emoglobina promuove trasferimento netto di o2 alveolare e tissutale,

permette il trasferimento di grandi quantità di o2 prima che la Po2 ematica si

equilibri con i tessuti circostanti

L’emoglobina agisce da deposito per l’o2 rimuovendolo dalla soluzione non

appena entra nel sangue dagli alveoli. Quando il sangue venoso sistemico

entra nei capillari polmonari la sua Po2 è più bassa di quella alveolare così l’o2

diffonde immediatamente nel sangue, innalzando la Po2 ematica. Quando la

Po2 del sangue aumenta, la percentuale di Hb che può legarsi con l’o2

aumenta similmente. La maggior parte dell’o2 diffuso nel sangue si combina

all’Hb e non contribuisce più alla Po2 ematica. Quando l’o2 viene rimosso dalla

soluzione perché si combina all’emoglobina la Po2 ematica scende allo stesso

livello di quando il sangue entra nei polmoni.

La diffusione netta di o2 dagli alveoli al sangue avviene continuamente fino a

che l’Hb non si è saturata tanto completamente di o2 quanto è in grado di fare

a quella particolare Po2.

A valore normale di Po2 pari a 100 mmHg, l’emoglobina è saturata al 97.5%.

Finché l’Hb non è in grado di immagazzinare altro o2 tutto quello trasferito nel

sangue rimane disciolto e contribuisce direttamente alla Po2. Adesso la Po2

ematica equilibra velocemente quella alveolare e arresta ulteriore

trasferimento di o2 ma questo punto non è raggiunto fino a che l’Hb non si è

caricata al massimo grado possibile.

Poiché la Po2 del sangue che entra che entra nei capillari sistemici è più

elevata di quella nel tessuto circostante, l’o2 diffonde immediatamente dal

sangue ai tessuti abbassando la Po2 ematica. Quando la Po2 del sangue

diminuisce, l’Hb deve rilasciare parte dell’o2 immagazzinato perché si è ridotta

la percentuale di saturazione dell’Hb.

Quando l’o2 si discioglie nel sangue, la Po2 ematica aumenta e supera quella

dei tessuti circostanti. Questo favorisce ulteriore fuoriuscita di o2 dal sangue.

Solo quando l’Hb non può rilasciare altro o2 nella soluzione, la Po2 ematica può

scendere allo stesso livello della Po2 del tessuto circostante. A questo punto si

arresta il trasferimento di o2. 11

L’emoglobina permette il trasferimento di molto più o2 dal sangue alle cellule

di quello che sarebbe possibile in assenza di emoglobina.

FATTORI CHE PROMUOVONO IL RILASCIO DI EMOGLOBINA A LIVELLO TISSUTALE

Sono: Co2, l’acidità, la temperatura e il 2,3-disfosfoglicerato.

Co2 un aumento della Pco2 sposta la curva di dissociazione o2-Hb verso

destra. Ogni Po2 data meno o2 e Hb possono combinarsi. È un effetto

importante perché la Pco2 ematica aumenta nei capillari sistemici quando la

co2 diffonde secondo il suo gradiente delle cellule al sangue. La presenza di

una sola quantità addizionale ci Co2 nel sangue diminuisce l’affinità dell’Hb.

Acidità un aumento dell’acidità sposta la curva verso destra perché la Co2

genera acido carbonico quindi il sangue diventa più acido a livello dei capillari

sistemici. Nelle cellule metabolicamente attive come i muscoli in esercizio una

quantità maggiore di Co2 che genera acido carbonico può essere prodotto

anche lattato se le cellule ricorrono a metabolismo anaerobico.

Il conseguente aumento locale di acidità nei muscoli in attività facilita una

ulteriore cessione di o2

Temperatura un aumento della temperatura sposta la curva verso destra con

maggior cessione di o2 a una data Po2. Un muscolo in esercizio o altre cellule

metabolicamente attive producono calore. Il conseguente aumento locale della

temperatura favorisce il rilascio di o2 dall’Hb utilizzabile dai tessuti più attivi.

2,3-difosfoglicerato (DPG) un fattore interno ai globuli rossi può influenzare il

grado di legame dell’o2 all’Hb. Questo costituente degli eritrociti che viene

prodotto durante il metabolismo dei globuli rossi può legarsi reversibilmente

all’Hb e ridurre affinità per l’o2. La curva viene spostata verso destra.

La produzione di DPG da parte dei globuli rossi aumenta quando l’Hbo2

arteriosa è inferiore alla norma.

MONOSSIDO DI CARBONIO (CO): insieme all’o2 competono per gli stessi siti di

legame sull’emoglobina ma è 240 volte maggiore l’affinità della CO. La

combinazione del monossido con l’emoglobina detta carbossiemoglobina

(HbCO). Anche piccole quantità di CO possono legare una quota enorme di Hb

rendendola così non disponibile per il trasporto di o2.

È un gas tossico prodotto durante la combustione incompleta dei derivati del

carbonio.

TRASPORTO DI CO2 NEL SANGUE

Quando il sangue arterioso scorre attraverso i capillari tissutali, la Co2 diffonde

secondo il suo gradiente di pressione parziale dalle cellule del tessuto al

sangue. La CO2 è trasportata nel sangue in 3 modi:

1. Fisicamente disciolta: la quantità di Po2 dipende dalla Pco2. Solo il 10%

del contenuto ematico di Co2 totale viene trasportato secondo questa via

quando il livello di Pco2 nel sangue venoso sistemico è normale.

2. Legata all’emoglobina: il 30% della CO2 si combina con Hb per formare

carbaminoemoglobina (HbCO2)

3. Come bicarbonato: principale mezzo di trasporto di co2 avviene sotto

forma di ione bicarbonato con il 60% di co2 convertita in HCo3-

CO + H O H CO H + HCO –

 

2 2 2 3 3

  12

Nel primo passaggio della reazione la CO2 si combina con H2o a formare acido

carbonico H2Co3

Questa reazione avviene lentamente nel plasma ma procede rapidamente nei

globuli rossi per la presenza dell’anidrasi carbonica che catalizza la reazione.

Anidrasi carbonica CO + H O H + HCO –

+

2 2 3

L’emoglobina si lega con la maggior parte degli H+ formati negli eritrociti.

L’Hb ridotta ha maggiore affinità per gli H+ che per HbO2. Quindi il rilascio di

O2 facilita la captazione dello ione H+ generato dalla CO2.

È necessario che la cessione di O2 e captazione della Co2 e degli H+ generati

dalla Co2 a livello tissutale da parte dell’Hb operano in sincronia. Un aumento

di CO2 e H+ provoca aumento della cessione di o2 dall’Hb e aumento di rilascio

di o2 da parte dell’Hb provoca un aumento della captazione di Co2 e H+ da

parte dell’Hb.

L’Hb ridotta deve essere riportata ai polmoni e ricaricata di o2. Dopo aver

rilasciato o2, l’Hb raccoglie CO2 e H+ verso i polmoni. Le reazioni a livello

tissutale quando la Co2 entra nel sangue dai tessuti si invertono una volta che

il sangue raggiunge i polmoni e la Co2 lascia il sangue per entrare negli alveoli

polmonari.

Anomalie della Po2 arteriosa:

- Ipossia condizione di insufficienza di o2 a livello cellulare.

- Iperossia Po2 arteriosa superiore al livello normale

Anomalie della Pco2 arteriosa:

- Ipercapnia eccesso di CO2 nel sangue arterioso provocata da

iperventilazione

- Ipocapnia livelli di PCo2 arteriosa sotto la norma provocata da

iperventilazione

REGOLAZIONE DELLA RESPIRAZIONE

La respirazione deve avvenire secondo pattern continuo, ciclico per sostenere i

processi vitali.

I muscoli inspiratori devono contrarsi e rilasciarsi ritmicamente per riempire e

svuotare alternativamente i polmoni d’aria, ed essendo scheletrici si

contraggono solo quando vengono stimolati da nervi che vi arrivano. Il pattern

respiratorio ritmico è stabilito dell’attività nervosa ciclica diretta ad innervare i

muscoli respiratori.

L’innervazione del sistema respiratorio è essenziale per il mantenimento della

respirazione e la regolazione del livello di ventilazione per soddisfare ai

cambiamenti nel fabbisogno di assuzione di o2 e rimozione di Co2.

La regolazione nervosa della respirazione include tre componenti distinti: fattori

che generano il ritmo alternato di inspirazione ed espirazione, fattori che

regolano la grandezza della ventilazione per soddisfare le necessità

dell'organismo e fattori che modificano l'attività respiratoria per altri scopi.

Queste ultime modificazioni possono essere volontari come nel controllo della

respirazione richiesto per parlare o involontarie come nelle manovre

respiratorie implicate nella tosse.

Il principale centro di regolazione respiratorio, il respiratorio bulbare è costituito

da parecchi aggregati di corpi cellulari neuronali localizzati nel bulbo che

giungono ai muscoli respiratori. 13


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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in infermieristica (BUSTO ARSIZIO - CERNUSCO SUL NAVIGLIO - GARBAGNATE MILANESE - LEGNANO - MILANO - ROZZANO)
SSD:
Università: Milano - Unimi
A.A.: 2018-2019

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher federicablecich di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Anatomia e fisiologia e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Milano - Unimi o del prof Biologia Prof.

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