Anatomia funzionale del sistema respiratorio

SURFACTANTE

Negli alveoli sono presenti cellule che producono surfactante; esso è un tensioattivo e svolge varie

funzioni:

Riduce la tensione superficiale

• Sulla superficie degli alveoli è presente un sottile strato di liquido (è una soluzione acquosa),

il quale ha una sua tensione superficiale. La tensione superficiale è una forza diretta verso

l'interno dell'alveolo e che quindi tende a farlo collassare. Durante l'inspirazione i muscoli

inspiratori devono lavorare molto per opporsi a questa forza; il surfactante riduce la tensione

superficiale, riducendo quindi il lavoro respiratorio

• Il surfactante è più concentrato negli alveoli più piccoli; in questo modo fa si che negli

alveoli più piccoli ci sia una minore tensione superficiale in modo che tutti gli alveoli

abbiano la stessa pressione. SCAMBI GASSOSI

Gli scambi gassosi riguardano O2 e CO2 a avvengono a due livelli:

tra area alveolare e il sangue nei polmoni

• tra sangue e tessuti

•

Il consumo di O2 è di 250 mL/min e la produzione di CO2 è di 200 mL/min.

O2 e CO2 sono dei fluidi quindi necessitano di un gradiente di pressione per muoversi. Lo scambio

avviene per diffusione semplice.

Da questo momento in poi parleremo di pressione parziale di un gas cioè la frazione della pressione

totale della miscela tenendo conto della % di presenza di quel gas in miscela

COMPOSIZIONE DELL'ARIA ATMOSFERICA E DELL'ARIA ALVEOLARE

La componente principale dell'aria atmosferica è l'azoto che però non viene scambiato. La % di

acqua è molto variabile perchè dipende dall'umidità.

L'aria umidificata è l'aria che entra nelle vie aeree. Esse infatti scaldano e umidificano l'aria per non

danneggiare gli alveoli.

L'aria alveolare ha una composizione diversa dall'aria atmosferica perchè

in ogni ciclo respiratorio l'aria alveolare è sostituita sola parzialmente da quella atmosferica

• l'aria alveolare scambia continuamente gastroenterico

• attraversando le vie aeree l'aria atmosferica viene umidificata

•

L'aria alveolare si rinnova lentamente per evitare che il sangue che attraversai polmoni sia

sottoposto a brusche variazione di gas.

NB: da ricordare i valori di % di composizione dell'aria atmosferica e il valori di PO2 e PCO2

nell'aria alveolare

GRADIENTI DI PRESSIONE DI O2 E CO2 NEI POLMONI E NEI TESSUTI

Sangue che arriva Gradiente di

Alveoli

ai polmoni pressione

PO2 40 mmHg 100 mmHg 60 mmHg

PCO2 46 mmHg 40 mmHg 6 mmHg

I fluidi si muovono da pressioni maggiori a pressioni minori quindi l'O2 si sposterà dagli alveoli

verso il sangue e la CO2 si sposterà dal sangue verso gli alveoli.

Sangue in uscita Gradiente di

Tessuti

dai polmoni pressione

PO2 100 mmHg <40 mmHg <60 mmHg

PCO2 40 mmHg >46 mmHg >6 mmHg

Il sangue in uscita dai polmoni si mette in equilibrio con l'aria alveolare quindi assumerà i suoi

valori. Le P dei tessuti non possono essere stabilite con certezza ma si possono solo stimare poiché

dipendono dallo stato metabolico del tessuto in quel momento.

Grazie al gradiente di pressione O2 si sposterà dal sangue verso i tessuti e la CO2 si sposterà dai

tessuti verso il sangue che poi andrà ai polmoni.

In realtà la pressioni parziali di O2 e CO2 negli alveoli non sono costanti

Analizziamo le tre fasi del grafico:

1. Prima parte dell'inspirazione

All'inizio dell'inspirazione non è ancora arrivata aria fresca nei polmoni ed essi contengono

un'aria che si sta impoverendo di O2 (perchè lo sta scambiando con il sangue) e si sta

arricchendo di CO2

2. Seconda parte dell'inspirazione

E' arrivata aria fresca; la pressione parziale dell'O2 aumenta moltissimo e quella della CO2

cala di qualche unità

3. Espirazione

Non arriva aria fresca ma gli scambi continuano; PO2 diminuisce e PCO2 aumenta

Notiamo come nel ciclo respiratorio le variazione di PO2 e PCO2 sono piccole (questo perchè l'aria

fresca che arriva è poca, solo 350 mL, e l'aria alveolare si rinnova lentamente) per cui mediamente

si può dire che PO2 = 100 mmHg e PCO2 = 40 mmHg.

Se iperventilo però le oscillazioni diventano più forti perchè arriva più aria fresca.

TEMPO IN CUI AVVENGONO GLI SCAMBI

Invece di parlare di tempo vero e proprio ci si riferisce a dopo quanta lunghezza del capillare il

sangue ha acquisito O2.

Dal grafico possiamo notare che il sangue si è ossigenato a sufficienza già dopo 1/3 del capillare.

Gli scambi quindi si completano molto presto; questo è importante perchè in caso il sangue aumenti

la sua velocità (es. in caso di esercizio fisico) ha comunque il tempo necessario per scambiare.

FATTORI CHE INFLUENZANO LO SCAMBIO GASSOSO

Anche se i gradienti di pressione di O2 e CO2 sono molto diversi tra loro (60 e 6), le quantità

scambiate sono simili (250 mL/min O2 e 200 mL/min CO2). Questo perchè il gradiente di pressione

non è l'unico parametro che modula lo scambio gassoso.

I fattori che influenzano lo scambio gassoso possono essere divisi in due gruppi:

Fattori che dipendono dal gas

• Essi sono:

Gradiente pressorio

◦ Più è grande e maggiore è la diffusione

▪ Favorisce l'O2

▪

Dimensioni della molecola di gas

◦ Molecole piccole diffondono meglio

▪ Favorisce l'O2

▪

Solubilità del gas in soluzione acquosa

◦ La barriera che devono attraversare i gas è una soluzione acquosa quindi sono

▪ favorite molecole più solubili in soluzione acquosa

Favorisce la CO2

▪

Fattori che non dipendono dal gas

• In condizioni fisiologiche, ad eccezione della velocità del sangue; questi fattori restano

costanti; variano nelle patologie.

Essi sono:

Velocità di scorrimento del sangue

◦ Spessore della superficie di scambio (circa 0,5 micron)

◦ In caso di fibrosi polmonare la membrana respiratoria si inspessisce, con

▪ conseguente riduzione dell'efficienza dello scambio gassoso (il sangue ha poco O2)

Entità della superficie di scambio (circa 70 m2)

◦ In caso di enfisema polmonare diminuisce, con conseguente riduzione dell'efficienza

▪ dello scambio gassoso (il sangue ha poco O2)

Distanza di diffusione

◦ In caso di edema polmonare si ha un aumento di liquido nell'interstizio quindi

▪ aumenta la distanza di diffusione, con conseguente riduzione dell'efficienza dello

scambio gassoso (il sangue ha poco O2)

Resistenza delle vie aeree

◦ In caso di asma aumenta la resistenza della vie aeree perchè i bronchi si

• costringono quindi arriva poco O2 agli alveoli

TRASPORTO DI O2 E CO2 NEL SANGUE

TRASPORTO DI O2

L'O2 può essere trasportato con due meccanismi:

in soluzione nel plasma → 2% (perchè è poco solubile in soluzione acquosa)

• legato all'emoglobina (Hb) con un legame reversibile → 98%

• Quando l'O2 entra nel sangue molto (il 98%) si lega

all'emoglobina. Il legame segue la legge di azione di

massa: dato che il legame tra O2 e emoglobina è

reversibile l'equilibrio si sposterà verso dx perchè nel

sangue che passa nei polmoni c'è molto ossigeno.

Quando il sangue arriva ai tessuti, dove c'è poco

ossigeno, l'equilibrio si sposterà verso sx con

conseguente dissociazione dell'O2 dall'emoglobina

L'emoglobina svolge un ruolo molto importante perchè, nel caso impossibile in cui manchi, solo 15

mL/min di sangue raggiungerebbero i tessuti. Questa quantità è data dall'O2 disciolto nel sangue ed

è altamente insufficiente per le necessità dei tessuti

L'O2 disciolto nel sangue è 3 mLO /L . Per passare ai mL/min si moltiplica per la gittata

2 sangue

cardiaca (5 L /min) → 3*5 = 15 mLO /min

sangue 2

Con l'emoglobina si hanno 197 mLO /L . In totale quindi arrivano 197+3= 200 mLO /L *5

2 sangue 2 sangue

= 1LO /min , una quota più che sufficiente per le necessità dei tessuti.

2

La quantità di O2 legata ad Hb è espressa in % di saturazione (= quantità O2 legata ad Hb/quantità

max O2 legabile a Hb *100) e dipende da:

PO2 plasmatica (nel sangue) → più è alta e più O2 si lega all'emoglobina

• n° molecola di emoglobina → più molecole di Hb ci sono e più O2 si lega. Ogni molecola di

• Hb lega 4 molecole di O2.

CURVA DI DISSOCIAZIONE DELL'OSSIEMOGLOBINA

La curva esprime la variazione della % di

saturazione al variare della PO2 plasmatica ma

riflette anche l'affinità dell'emoglobina per l'O2.

Notiamo che a PO2 = 60/70 mmHg la curva raggiunge un plateau, cioè si è raggiunta la massima %

di saturazione. La presenza di questo plateau è importante perchè in caso di PO2 < 100 mmHg ho

comunque una saturazione del 100%.

Da PO2 = 60 mmHg in giù l'ossigenazione viene compromessa; la curva è ripida, cioè basta una

lieve diminuzione di PO2 per provocare drastiche diminuzioni di ossigenazione dell'emoglobina.

Questo è un vantaggio perchè man mano che il sangue va nei tessuti trova PO2 inferiori, ma qui il

l'Hb deve comunque cedere O2.

Nei tessuti mediamente attivi PO2 = 40 mmHg → la % di saturazione è 75%, Hb ha ancora O2 da

cedere. Notiamo quindi che c'è una riserva fisiologica che serve in caso di esercizio fisico, in cui il

sangue refluo dei tessuti ha PO2 = 10/20/30 mmHg.

Ci sono fattori che modificano l'affinità dell'emoglobina per l'O2 causando uno spostamento della

curva (affinità diminuisce → curva spostata verso dx; affinità aumenta → curva spostata verso sx).

Essi sono:

pH del sangue → valore fisiologico pH = 7,4

• Se il pH cala (diventa più acido) l'affinità diminuisce. Questo è un vantaggio perchè con

l'attività fisica il pH del sangue cala quindi Hb cede meglio l'O2.

Temperatura → valore fisiologico T = 37°C

• Se T aumenta l'affinità diminuisce. Questo è un vantaggio perchè con l'attività fisica

aumenta la temperatura corporea quindi Hb cede meglio l'O2.

CO2 → valore fisiologico PCO2 = 40 mmHg

• Se PCO2 aumenta l'affinità diminuisce. Questo è un vantaggio perchè con l'attività fisica

PCO2 aumenta quindi Hb cede meglio l'O2.

Inoltre a livello alveolare PCO2 è bassa quindi l'affinità aumenta. Anche questo è un

vant