Sistema respiratorio

BRONCODILATAZIONE

(muscolatura influenzata dalla stimolazione simpatica- oppure secrezione di epinefrina-

oppure livelli di CO2 elevati)

La resistenza totale nella zona di conduzione è molto bassa, ciò significa che, in

condizioni normali la pressione alveolare e quella atmosferica non dovrebbero differire

di tanto. Se aumenta la resistenza nelle vie respiratorie è necessario un gradiente di

pressione molto maggiore per determinare un flusso di aria.

VOLUMI E CAPACITA’ POLMONARI

I clinici misurano i volumi polmonari, calcolano le capacità polmonari (cioè la somma di

due o più volumi polmonari) e misurano la velocità del flusso respiratorio utilizzando la

tecnica della spirometria.

volumi polmonari che insieme costituiscono la CAPACITA’ POLMONARE

Esistono 4

TOTALE.

 VOLUME CORRENTE (V ) = volume di aria che entra ed esce dai polmoni

T

durante un signolo atto resipatorio, non forzato. A riposo è 500 ml.

 VOLUME DI RISERVA ISPIRATORIA (VRI) = volume di aria che ancora può

essere inspirato al termine di una normale ispirazione. In media è 3000 ml

 VOLUME DI RISERVA ESPIRATORIA (VRE) = volume di aria che può essere

ancora espirato al termine di una normale espirazione. In media è 1000 ml.

 VOLUME RESIDUO = volume di aria che rimane nei polmoni dopo una espirazione

massimale. E’ circa 1200 ml

CAPACITA’ INSPIRATORIA (CI=Vt+VRI) volume massimo di aria che può essere

 inspirato alla fine di un’ espirazione tranquilla. 3500 ml.

CAPACITA’ VITALE (CV= Vt+VRI+VRE) volume massimo di aria che può essere

 espirato dopo un’inspirazione massimale. 4500 ml.

CAPACITA’ FUNZIONALE RESIDUA (CFR= VRE+VR) volume di aria che rimane

 ai polmoni al termine di un’espirazione tranquilla. 2200 ml.

CAPACITA’ POLMONARE TOTALE (CPT= Vt+VRE+VRI+VR) volume di aria

 presente nei polmoni al termine di un’inspirazione tranquilla. 5700 ml.

La ventilazione polmonare al minuto (o capacità di ventilazione) è la quantità totale di aria che

entra ed esce dal sistema respiratorio in un minuto e per calcolarla si può usare la seguente

formula:

CV= FR x Vt FR = Frequenza Respiratoria

Vt = Volume corrente

Generalmente, considerando che la frequenza respiratoria a risposo è 12 (atti al minuto) e il

Volume corrente vale 500 ml, la ventilazione polmonare è 1600 (ml/ min).

Bisogna sottolineare il fatto che solo una parte dell’aria respirata partecipa allo scambio

gassoso, perché buona parte si ritrova a riempire le vie aeree della zona di conduzione. La parte

di volume che non è a contatto con gli alveoli e che quindi non è deputata allo scambio gassoso

è chiamata spazio morto.

La ventilazione alveolare è invece la misura del volume di aria fresca che raggiunge gli alveoli al

minuto, la formula è la stessa per la ventilazione polmonare a eccezione che al volume corrente

viene tolto il volume dello spazio morto.

–

Va= (Vt SM) FR Va= 4200 (ml/min)

SCAMBIO DEI GAS E REGOLAZIONE DEL RESPIRO

Le cellule dell’organismo consumano circa 250 ml di ossigeno e producono 250 ml di

anidride carbonica al minuto, quando l’individuo è a riposo. Per mantenere l’omeostasi

l’organismo deve espellere anidride carbonica nell’atmosfera e assumere ossigeno dalla

stessa.

Il rapporto tra la quantità di anidride carbonica prodotta dall’organismo e la quantità di

ossigeno consumata viene chiamato QUOZIENTE RESPIRATORIO. Il quoziente

respiratorio vale circa 200/250 =0.8

Gli scambi di ossigeno e anidrire carbonica tra gli alveoli e il sangue avvengono per

diffusione semplice attraverso la membrana respiratoria; questa membrana è formata da

tre strati: ricoprono l’alveolo

1. Cellule epiteliali di tipo I che

2. Cellule endoteliali che ricoprono il capillare

3. Rispettive lamine basali (alveolare e capillare)

L’ossigeno si trova in quantità maggiore negli alveoli, quindi diffonde nel sangue.

L’anidride carbonica si trova a quantità maggiori nel sangue, quindi diffonde negli

alveoli.

La diffusione dell’ossigeno e della CO2 avvengono per diffusione, questa diffusione

avviene grazie a gradienti di concentrazione che si stabiliscono, questi gradienti sono

e la solubilità sia dell’ossigeno che

stabiliti da due fattori: le pressioni parziali

dell’anidride carbonica.

o PRESSIONI PARZIALI

In ogni miscela di gas, si definisce pressione parziale di un singolo gas la

pressione che il gas eserciterebbe se occupasse tutto il volume disponibile.

Secondo la legge di Dalton la pressione esercitata da una miscela di gas è pari

alla somma delle singole pressioni parziali dei gas che occupano lo stesso

volume.

Due valori importanti da ricordare sono le pressioni parziali di ossigeno e anidrire

carbonica nell’aria.

Pressione parziale OSSIGENO= 160 mmHg

Pressione parziale ANIDRIDE CARBONICA= 0.23 mmHg

SOLUBILITA’ DEI GAS NEI LIQUIDI

o

Quando una miscela di gas viene a contatto con un liquido le molecole di gas si

disciolgono nel liquido fino a quando non si raggiunge un equilibrio, quando questo

equilibrio si raggiunge le molecole di gas disciolte nel liquido e quelle allo stato

gassoso avranno la stessa pressione parziale. A parità di pressione, le

concentrazione dei diversi gas disciolti saranno diverse tra loro per il fattore solubilità

cioè la capacità di un gas di disciogliersi meglio in un liquido. In particolare, l’anidride

carbonica ha una solubilità 20 volte maggiore di quella dell’ossigeno nel sangue.

La legge di Henry mette in relazione la concentrazione, la pressione parziale e la

solubilità C(concentrazione) = k (costante di Henry) x P (pressione parziale del

gas)

SCAMBI GASSOSI NEI POLMONI

DISTRETTO OSSIGENO ANIDRIDE CARBONICA

ARIA ATMOSFERICA 160 mmHg 0.3 mmHg

ARIA ALVEOLARE 100 mmHg 40 mmHg

ARTERIE POLMONARI 40 mmHg 46 mmHg

(INIZIO CAPILLARI

POLMONARI)

VENE POLMONARI (FINE 100 mmHg 40 mmHg

CAPILLARI POLMONARI)

ARTERIE SISTEMICHE 100 mmHg 40 mmHg

≤ 40 mmHg ≥ 46 mmHg

CELLULE

VENE SISTEMICHE 40 mmHg 46 mmHg

Abbiamo detto che nell’aria atmosferica la P P

O è 160 mmHg e la 0.3 mmHg

CO

2 2

P P

Negli alveoli la O è a 100 mmHg e la è 40 mmHg

CO

2 2

Ciò avviene per tre motivi:

1. Scambi di gas continui tra aria alveolare e sangue dei capillari

2. Mescolamento aria fresca con aria vecchia (ricca di anidride carbonica) alla fine

di un’inspirazione

3. Aria negli alveoli satura di vapore acqueo Questo grafico descrive la

variazione della pressione

parziale dell’ossigeno in

funzione della lunghezza del

capillare. All’imbocco del

P

capillare polmonare la O nel

2

sangue è 40 mmHg invece

nell’alveolo passa a 100

mmHg, la pressione aumenta

perché lungo il capillare il

sangue riceve ossigeno fino a

raggiungere 100 mmHg che è

un valore di equilibrio in cui il

capillare non riceve più

ossigeno.

Questo grafico invece ci spiega

la variazione della pressione

parziale di anidride carbonica in

funzione della lunghezza del

P

capillare. La nel capillare

CO 2

verso l’alveolo va diminuendo,

infatti avremo un valore di 46

mmHg allo sbocco del capillare e

40 mmHg nell’alveolo.

In conclusione. Il processo di diffusione fa in modo che si raggiunga un equilibrio tra aria

alveolare e il sangue capillare, questo equilibrio fa si che il sangue che lascia i capillari

P P

polmonari ed entra negli alveoli abbia una di 40 mmHg e una O di 100 mmHg. Il

CO 2 2

raggiungimento dell’equilibrio delle due pressioni parziali si verifica al 33% della

lunghezza del capillare.

TRASPORTO DI OSSIGENO NEL SANGUE

Quando la PO2 arteriosa si trova a 100 mmHg il sangue contiene 3 ml di ossigeno

disciolto in un litro.

Il trasporto di ossigeno nel sangue avviene attraverso l’emoglobina, una proteina

contenuta negli eritrociti che permette all’ossigeno di entrare nel sangue attraverso i

polmoni ed essere rilasciato attraverso i tessuti.

L’emoglobina è formata da 4 subunità ciascuna delle quali contiene una globina (catena

polipeptidica globulare) e un gruppo eme che contiene ferro.

Ciascun gruppo eme è capace di legare a se una molecola di ossigeno quindi ciascuna

molecola di emoglobina può trasportare 4 molecole di ossigeno.

Parliamo di:

OSSIEMOGLOBINA quando ci riferiamo all’emoglobina legata all’ossigeno

o DEOSSIEMOGLOBINA quando ci riferiamo all’emoglobina priva di ossigeno

o

Un fattore determinante il legame o il rilascio di ossigeno è la PO2.

o PO2 ALTA facilita il legame tra ossigeno ed emoglobina

o PO2 BASSA facilita il rilascio di ossigeno

SCAMBI GASSOSI NEI POLMONI

Il sangue ossigenato nei capillari polmonari ritorna all’atrio sx, attraverso le vene

polmonari, poi fluisce nel ventricolo sx e arriva ai capillari sistemici. Nei capillari sistemici

ha luogo lo scambio tra il sangue e le cellule dei tessuti. Il sangue che entra nei capillari

sistemici è sempre ossigenato quindi ha una PO2 di 100 mmHg e una PCO2 di 40

mmHg. Una volta entrato nei capillari sistemici il sangue perde ossigeno che viene

assorbito dai tessuti e acquista anidride carbonica dunque la PO2 passa a 40 mmHg e

la PCO2 aumenta a 46 mmHg. Il sangue raggiunge poi il ventricolo dx mescolandosi

(prima di entrare al ventricolo dx) all’arteria polmonare, infatti il sangue nell’arteria

polmonare si chiama sangue venoso misto.

P P

FATTORI CHE INFLUENZANO LA E LA O ALVEOLARE:

CO 2 2

Pressioni parziali dell’aria inspirata

1.

2. Ventilazione alveolare al minuto ( aria fresca che raggiunge gli alveoli al minuto)

3. Velocità con la quale i tessuti consumano ossigeno e producono anidrige

carbonica

Il fattore più determinante è il numero 3. L’aumento della ventilazione alveolare, cioè

la necessità dei tessuti di consumare più ossigeno e produrre più anidride carbonica

è definita iperpnea in questo caso la PO2 e la PCO2 rimangono invariate perché la

ventilazione alveolare aumenta con l’aumentare del consumo di ossigeno e

produzione anidride carbonica. Ci sono due casi in cui le cose vanno diversamente:

o IPOVENTILAZIONE in cui la ventilazione alveolare non è sufficiente a rispondere

alle richieste dei tessuti, quindi la PCO2 aumenta oltre i 40 mmHg e la PO2

diminuisce sotto i 100 mmHg

o IPERVENTILAZIONE in cui la ventilazione alveolare supera le richieste dei

tessuti, quindi la PCO2 diminuisce e la PO2 aumenta