Sistema respiratorio: funzioni

FISICA FUNZIONALE DEL SISTEMA RESPIRATORIO

Ci sono alcune pressioni da tener conto quando si parla di questo sistema respiratorio.

atmosferica (dell’aria). L’atmosfera ha pressione costante

-Pressione

-Pressione intrapleurica --> pressione idrostatica che imprime il liq. Intrapleurico sempre

subatmosferica l’aria giunta negli alveoli esercita una pressione sulle

-Pressione alveolare (intrapolmonare) -->

pareti di questi

LA MECCANICA DELLA VENTILAZIONE POLMONARE

L’aria è un fluido se c’è

(gas). Si può spostare una differenza di pressione tra atmosfera e polmoni.

L’atmosfera ha aria a pressione fissata ad 1 bar, la pressione aria alveolare varia sempre.

Per far si che si crei differenza di pressione andiamo a variare la pressione alveolare (cioè la

pressione dei polmoni).

“Pressione

Legge di Boyle -> e volume sono inv. proporzionali”.

Cambia la pressione alveolare perchè è variato il volume.

creare gradiente per far muovere l’aria si usa

Per variare la pressione alveolare agendo sul volume

polmonare, essendo volume e pressione inversamente proporzionali. Ciò avviene variando il

volume della gabbia con toracica, utilizzando:

-Muscolo diaframma: inspiratorio

-Muscoli intercostali esterni: inspiratori

-Muscoli intercostali interni: solo espiratori forz.

Anche muscoli scaleni e addominali

Osserva: qui per creare un gradiente ci sono questi muscoli, nel cardiovascolare chi crea gradiente

è la pompa cuore coi suoi muscoli.

Contrazione muscolare = variazione del volume = variazione della pressione alveolare

Dato che serve contrazione muscolare, la respirazione diventa un processo attivo con dispendio di

energia!

Respirazione forzata= numero di muscoli coinvolti maggiore che nella respirazione normale

CICLO RESPIRATORIO: ALTERNANZA INSPIRAZONE<-->ESPIRAZIONE

Il fluido aria si muove da un punto di maggior pressione verso un punto a minor pressione.

Se il volume dei polmoni si espande (inspirazione) entra aria perchè la pAlv < pAtm

dopo si riduce (espirazione) l’aria in pressione esce tornando in

Se il volume dei polmone

atmosfera perchè la pAlv > pAtm

VENTILAZIONE: è il passaggio di aria tra atmosfera e polmoni (e viceversa)

RESPIRAZIONE: somma di processi tra cui ventilazione, scambio di gas sangue alveolare ed

aria alveolare, trasporto di gas nel sague, scambio di gas tra sangue e cellule dei tessuti

INSPIRAZIONE (diaframma, muscoli intercostali esterni)

Sempre c’è la contrazione di diaframma.

Nella forma rilassata ha una forma a cupola

si porta verso l’alto e assume questa

Quando si contrae forma appiattita che fa espandere la

gabbia toracica e i polmoni

Si contraggono anche gli intercostali esterni, le coste si portano verso l’alto e l’esterno.

E’ aumentato il volume e diminuisce la pressione alveolare rispetto alla pressione atmosferica=

il gradiente pressorio in questo caso favorisce l’ingresso di aria dall’atmosfera, verso il punto di

minor pressione.

[GRAFICO] Nell’andamento “volume polmoni – pressione alveolare” dopo un po’ che il volume cresce, smette di scendere la pressione

perchè è cominciata ad arrivare aria ecco perchè. (Il polmone non è uno spazio chiuso ma al contatto con l’esterno ovvio.

Nota: la differenza di pressione arriva a -1 mmHg, poi torna a differenza 0 perché è entrata aria negli alveoli che

.

aumentano la pressione al loro interno diminuendo la differenza di pressione

ESPIRAZIONE (rilassamento muscoli inspiratori)

Innanzitutto prima di incominciare l’espirazione i per l’inspirazione si rilassano

muscoli

(bastano loro)

Espirazione tranquilla: il volume del polmone ritorna al volume originario,a ma senza il

coinvolgimento di altri muscoli: questo perchè c’è il ritorno del tessuto elastico del polmone (che

fine dell’inspirazione)

era molto tirato alla

Ora la pAlv è maggiore visto che il volume è diminuito, maggiore rispetto alla pAtm !! Flusso di aria

verso l’esterno. si contraggono solo nell’espirazione forzata

I muscoli intercostali interni (iperventilazione).

-VOLUME CORRENTE = Volume di aria spostato in un singolo atto respiratorio --> 500 ml /atto

E’ uguale sia nell’inspirazione che nell’espirazione tranquilla.

I 500 ml comprendono pure il volume residuo di aria rimasta dentro i polmoni (pure se espiri

forzatamente), che consente che non si interrompa lo scambio gassoso.

-FREQUENZA RESPIRATORIA = è il numero di atti respiratori in un minuto (1 inspir = 1 atto) -->

12 atti /min = volume di aria spostata nell’arco in un minuto ti tempo (insp o esp)

-VOLUME MINUTO

Bisognerebbe levare la quantità di aria dentro lo spazio morto (dove non avvengono scambi

gassosi) = 150 ml / atto –

VOLUME MINUTO ALVEOLARE = 12 * (500 150) = 4,2 litri/min

SCAMBI GASSOSI

questi prima devono passare dall’aria all’sangue, poi

Per quanto riguarda i GAS dopo dal sangue

alle cellule del tessuto.

IL NOSTRO ORGANISMO:

Consuma O2: 250 ml

Produce Co2: 200 ml

Ma come si fanno sti trasferimenti? Ricorda che O2 e Co2 sono fluidi --> ci vuole il gradiente di

pressione e non solo, per modulare gli scambi di questi gas

 La grande circolazione parte dal ventricolo sinistro e giunge a tutti i tessuti tranne i polmoni.

Questo sangue è ricco di ossigeno PO2 (100 mmHg) e povero di anidride carbonica PCo2

(40mmHg)

 La piccola circolazione parte dal cuore destro e giunge solo ai polmoni. La PO2 scende da

100 a 40 mmHg. La PCo2 sale di poco da 40 a 46 mmHg, il rifiuto metabolico. Nei polmoni

la PO2 sale e la PCo2 scende.

Gas ARIA ALVEOLARE Gas sangue che va ai

polmoni

100 (ricco) 40 mmHg (povero)

PO2 mmHg

40 mmHg (povero) 46 mmHg (ricco)

PCo2

Le due pressioni diverse, dell’aria alveolare e del sangue, si forma un gradiente pressorio. Si

diffonde perciò gas dal

compartimento a maggiore pressione a quello con minore pressione.

tra quello dell’ossigeno e quello dell’anidride

I gradienti pressori --> DIVERSISSIMI carbonica:

ΔP

 OSSIGENO = 60 (100-40)

ΔP

 ANIDRIDE CARBONICA = 6 (46-6)

Però tipo, nel sangue che torna dai tessuti può avere valori più bassi di Po2, può anche avere

dipende dallo stato metabolico di quel tessuto in quell’istante

valori più alti di PCo2:

L’ARIA? Ci son due tipi di aria:

si mescola con l’aria stantia dei polmoni

-ARIA ESTERNA (atmosferica):

c’è più vapore acqueo, umidificata, più calda, meno polveri e virus/batteri,

-ARIA ALVEOLARE:

costantemente è soggetta a modificazioni per via degli scambi che avvengono.

FATTORI CHE MODULANO GLI SCAMBI GASSOSI

Quelli che influenzano la diffusione dei gas e che dipendono dal gas:

• GRADIENTE PRESSORIO tra i due compartimenti ΔP (+ gradiente = + diffusione) -> favorirebbe l’O2

• DIMENSIONE DELLA MOLECOLA DI GAS (favorisce il gas più “piccolo” -> favorirebbe l’O2)

• SOLUBILITA’ DEL GAS IN SOLUZIONE ACQUOSA (unico che favorisce Co2. Se non fossero solubili le

molecole di gas non andrebbero nel liquido che bagna gli alveoli e quindi nel sangue)

Quelli che influenzano la diffusione dei gas ma che non dipendono dal gas (pesano uguale sia per l’O2 che

per la Co2)

• VELOCITA’ DI SCORRIMENTO SANGUE (- efficacie se va forte, c’è – tempo)

• SPESSORE SUPERFICIE DI SCAMBIO (deve essere sottile)

• AREA TOT SUPERFICIE DI SCAMBIO (cioè l’area tot superficie alveolare) -> 70 m^2

• DISTANZA DI DIFFUSIONE (distanza fra alveolo e capillare -> deve essere appoggiato) edema polmonare ->

allontanamento capillare-alveolo per accumulo di liquido interstiziale.

• RESISTENZA VIE AEREE -> problema degli asmatici (hanno i bronchi che si stringono -> si sente il “fischio”)

Lo scambio di gas avviene per DIFFUSIONE SEMPLICE.

Il gas diffonde tramite la parete alveolare (sottile) formata da epitelio alveolare e membrana basale

dell’epitelio e la parete capillare formata da endotelio del capillare e dalla membrana basale del capillare.

Tutto ciò rappresenta l’ultrastruttura della membrana respiratoria.

IL TRASPORTO DI OSSIGENO NEL SANGUE

2 meccanismi di trasporto di O2:

- In soluzione nel plasma (2% -> O2 non solubile in soluzione acquosa)

Legato all’emoglobina (proteina)

- Hb (98%) -> legame reversibile (legame che si forma e si può

anche disfare)

RUOLO DELL’EMOGLOBINA: LEGARSI ALL’OSSIGENO. AFFINITA’

Senza emoglobina poco O2 raggiungerebbe i tessuti (solo 15ml/min). Sarebbe una quota

insufficiente.

15 ml/min = 3ml/litro di O2 nel sangue X 5 litri (gittata cardiaca)

Con l’Hb 1000ml/min di O2 raggiunge i tessuti, quota sufficiente.

Affinità per l’O2? Se l’ossigeno aumenta ( + PO2) l’Hb diventa anche più affine all’ossigeno, così

se ne lega di più.

L’affinità all’emoglobina dell’ossigeno dipende sia (1) dalla PO2, ma anche (2) dalla temperatura

(caldo fa calare l’affinità), (3) dal pH (acidità fa calare l’affinità), (4) presenza di alcuni metaboliti.

l’affinità dell’Hb per l’O2:

Se intervengono questi fattori si modifica

La quantità di O2 legata ad Hb si indica con una %: è la percentuale di saturazione.

“Curva di dissociazione dell’ossiemoglobina”. E’ la curva che riflette l’affinità.

[GRAFICO]

Inizialmente all’aumentare dalla PO2 aumenta la % di saturazione.

A un certo valore soglia di PO2 70 mmHg si arriva ad avere un massimo di 98% di saturazione.

Massimo perchè se continua a crescere la Po2 non cresce più la % di saturazione

Nb: a PO2 = 40 mmHg, corrisponde il 75% di saturazione ancora molto ossigeno da cedere, da

sfruttare.

Diciamo che senza l’emoglobina Hb troppo poco ossigeno arriverebbe ai tessuti. Con l’emoglobina

c’è un trasporto di ben 1000 mL/min di O2.

Ogni proteina Hb lega 4 molecole di O2, legandosi al ferro. ( molto ferro contenuto nelle uova )

IL TRASPORTO DELLA CO2 PER L’ORGANISMO quindi eliminarlo dall’organismo.

La CO2 è un metabolita tossico e bisogna

Ipercapnia = troppa CO2

La CO2 è molto solubile in soluzione acquosa. Come viene trasportata?

- CO2 sta sciolta nel plasma (7%)

- CO2 diffonde nei globuli rossi (93%)

Di questo 93 di Co2 che entra nei globuli rossi, gran parte viene convertita in bicarbonato , altra

legata ancora ad Hb.

Perché la CO2 viene convertito a bicarbonato? Così si trasporta C