Dott. Ernesto Rampin ANNO ACCADEMICO 2007-2008 FISIOLOGIA UMANA Dott. Ernesto Rampin ANNO ACCADEMICO 2007-2008

APPARATO RESPIRATORIO RICHIAMI DI ANATOMIA

RESPIRAZIONE REVISIONE A.A. 2005-2006

INTRODUZIONE La RESPIRAZIONE ha la funzione di assumere ossigeno dall’ambiente esterno necessario per la combustione dei carboidrati ed eliminare l’anidride carbonica che si forma dalla combustione stessa. L’ossigeno viene veicolato dall’emoglobina contenuta nei globuli rossi del sangue, l’anidride carbonica veicolata nel plasma e in piccola quantità dalla stessa emoglobina

L’apparato preposto alla respirazione è l’apparato respiratorio. Gli organi fondamentali sono i polmoni. L’unità funzionale respiratoria è l’alveolo polmonare

PANORAMICA POLMONE CUORE ALVEOLI

PRESSIONE PARZIALE Pressione dei gas = forza esercitata dalle molecole di gas che urtano contro l’unità di superficie delle pareti del recipiente che lo contiene unità di misura 1 atm = 760 mmHg Pressioni parziali nelle miscele di gas: pressione che avrebbe il singolo gas se occupasse tutto il volume disponibile per la miscela gassosa ed è pari alla pressione totale moltiplicata per la percentuale di gas nella miscela.

PRESSIONE PARZIALE DEI GAS

PRESSIONE PARZIALE DELL’ARIA (Pressione dell’aria a 0°C e a livello del mare = 1 atm = 760 mmHg) ARIA SECCA % -- PRESS. PARZ. mmHg ARIA INSPIRATA OSSIGENO 20,98% – 160mmHg (760 x 20,98) = 159,45 20,79% --158mmHg ANIDRIDE CARBONICA 0,04% – 0,3 mmHg 0,04% -- 0,3mmHg AZOTO 78,06%+ Gas inerti 0,92% 79% -- 600 mmHg 78,4% -- 596mmHg ACQUA (VAPORE) 0% -- 0 mmHg 0,75% -- 5,7mmHg

PRESSIONI PARZIALI DEI GAS in mmHg Aria inspirata Aria espirata Aria alveolare Ossigeno 160 116 103 Anidride carbonica 0,30 28 40 Azoto 594,70 569 570 Acqua 5,00 47

FASI DELLA RESPIRAZIONE VENTILATORIA: ingresso dell’aria negli alveoli e successiva emissione ALVEOLO-CAPILLARE (DIFFUSIONE): trasporto dei gas dagli alveoli alla circolazione ematica e viceversa CIRCOLATORIA: trasporto dei gas dal distretto ematico polmonare alla periferia (competenza del sistema cardiovascolare) TISSUTALE: utilizzazione dell’ossigeno nelle cellule e nei tessuti con produzione di anidride carbonica (biochimica metabolica)

i. F. VENTILATORIA - SPAZIO PLEURICO

i. F. VENTILATORIA - MECCANICA ALVEOLARE

i. F. VENTILATORIA - SPIROMETRIA 1

i. F. VENTILATORIA - SPIROMETRIA 2

i. F. VENTILATORIA - ESPIRAZIONE FORZATA

i. F. VENTILATORIA - REGOLAZIONE DELLA VENTILAZIONE

ii. DIFFUSIONE – SCHEMA DELL’ALVEOLO

ii. DIFFUSIONE - SUPERFICIE DI SCAMBIO GASSOSO

ii. DIFFUSIONE ALVEOLARE E’ regolata dalla relazione: Δp Q = K q ------------- t d Q = quantità di gas diffuso K = costante caratteristica per ogni gas q = superficie di contatto Δp = differenza di pressione t = tempo di contatto d = spessore della membrana

ii. DIFFUSIONE - SCAMBIO GASSOSO ALVEOLARE

ii. DIFFUSIONE - TRASPORTO DELL’OSSIGENO L’ossigeno passa dall’alveolo polmonare al plasma sanguigno e quindi all’interno dei globuli rossi o emazie, dove si lega all’EME dell’emoglobina (Hb). Ogni molecola di emoglobina contiene 4 molecole di EME. Una molecola di ossigeno si lega ad una molecola di eme, quindi 4 molecole di ossigeno si legano ad una molecola di emoglobina, secondo la reazione di equilibrio: Hb + 4O2 HbO2

ii. DIFFUSIONE – OSSIGENAZIONE EMATICA Nell’uomo l’emoglobina è di circa 15 g in 100 ml di sangue intero (15 g/dl) Ogni grammo di emoglobina fissa 1,39 ml di ossigeno. 100 ml di sangue intero fissano: 15x1,39 = 20,8 ml di ossigeno Pari ad una saturazione del 100%. Essendo il sangue non completamente ossigenato si stima che l’ossigeno fissato sia di circa 20 ml

ii. EMOGLOBINA L’emoglobina (Hb) è una proteina globulare complessa formata da quattro sottounità ognuna delle quali contiene una molecola di eme (derivato porfirinico contenente una molecola di ferro bivalente) coniugato con un polipeptide (globina). Si riconoscono almeno quattro tipi di polipeptidi che differiscono per lunghezza della catena (numero di aminoacidi) e variazione di alcuni aminoacidi costitutivi.

ii. STRUTTURA DELL’EME

ii. STRUTTURA DELLA EMOGLOBINA

ii. GLOBINE Polipeptide α Polipeptide β: costituiscono le normali catene di emoglobina ( detta A) nell’uomo adulto. Polipeptide δ: sostituisce le catene β e forma l’emoglobina detta A2 presente nel sangue per circa il 2,5% della emoglobina totale Polipeptide γ: sostituisce le catene β e si trova solo nel sangue fetale. Dopo sei mesi dalla nascita è presente solo in tracce.

ii. AFFINITA’ OSSIGENO EMOGLOBINA L’affinità ossigeno - emoglobina dipende da: Pressione parziale dell’ossigeno: all’aumento della press. parz. aumenta l’affinità. Temperatura del sangue: all’aumento della temperatura l’affinità si riduce pH del sangue: al diminuire del pH diminuisce l’affinità (l’affinità dipende anche dal 2,3 difosfoglicerato prodotto della glicolisi all’interno delle emazie)

ii. CURVA DISSOCIAZIONE Curva di dissociazione emoglobina - ossiemoglobina in funzione della pressione parziale di ossigeno HbO2 Hb + O2

ii. FUNZIONE DELLA TEMPERATURA Hb + O2 HbO2 L’aumento della temperatura aumenta l’energia cinetica dell’ossigeno e quindi la velocità delle molecole che tendono a sfuggire dall’ambiente ritardando la sua combinazione con l’eme della emoglobina

ii. FUNZIONE DEL pH -1 Nella reazione tra emoglobina e ossigeno si libera un ione idrogeno HbH + O2 HbO2 + H+ Un aumento del pH, quindi la tendenza alla basicità, neutralizza l’ione idrogeno per cui la reazione si sposta verso destra, cioè aumenta la ossiemoglobina. Al diminuire del pH (aumento degli ioni idrogeno) diminuirà la affinità della emoglobina per l’ossigeno

ii. FUNZIONE DEL pH-2 + pH (aumenta basicità) stessa saturazione con pO2 basso. -pH (aumenta acidità) stessa saturazione con pO2 elevato A parità di pO2: con +pH aumenta % di saturazione emoglobina 95%; con –pH riduce % di saturazioone di Hb 43%.

ii. ANIDRIDE CARBONICA L’anidride carbonica (CO2), prodotta dal metabolismo cellulare, entra nella corrente ematica e si solubilizza nel plasma come ione bicarbonato HCO3- per circa l’80% e la parte rimanente si lega alla globina (GLO) e non all’eme. Si verifica l’equilibrio: GLO GLO-CO2 CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- 20% 80%

iii. OSSIGENAZIONE TESSUTI

iii. SOLUZIONE TAMPONE EMATICA Il pH del sangue è di 7,4 e viene mantenuto pressochè costante da vari sistemi tampone: bicarbonato/acido carbonico Emoglobina/ossiemoglobina Fosfato monoacido/fosfato biacido H2PO4- H+ + HPO4-- Proteine plasmatiche (agiscono da anfoteri)

ii. VARIAZIONI DI pH DEL SANGUE-1 Acidosi respiratoria: ipoventilazione polmonare con ritenzione di CO2 e aumento dell’acido carbonico con conseguente aumento degli ioni idrogeno e riduzione del pH ematico (aumento acidità del sangue) Alcalosi respiratoria: iperventilazione polmonare con aumentata eliminazione di CO2 e conseguente riduzione dell’acido carbonico e quindi degli ione idrogeno con aumento del pH ematico (aumento basicità del sangue) + + + acidosi CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- -- -- -- alcalosi

ii. VARIAZIONI DI pH DEL SANGUE-2 Nella acidosi respiratoria, l’eccesso di anidride carbonica stimola i chemocettori aumentando la frequenza respiratoria per opporsi alla ipoventilazione Al contrario nella alcalosi respiratoria la riduzione della anidride carbonica deprime i chemocettori riducendo la frequenza respiratoria per opporsi alla iperventilazione

ii. VARIAZIONI DI pH DEL SANGUE-3 Il pH ematico può essere modificato da un alterato metabolismo cellulare e tissutale. Possiamo avere: Acidosi metabolica: quando le cellule e i tessuti producono una quantità esagerata di ioni idrogeno. Nel sangue vengono “tamponati” dallo ione HCO3- con produzione di acido carbonico in eccesso e quindi di CO2 che stimola i chemocettori producendo una iperventilazione per allontanare l’anidride carbonica. Alcalosi metabolica: per perdita anomala di H+, nel sangue si riduce l’acido carbonico e quindi viene limitata la eliminazione di CO2 con riduzione della frequenza respiratoria

CHEMOCETTORI I chemocettori sono dei regolari chimici del respiro e rispondono alla variazione della quantità di anidride carbonica, ossigeno e al pH del sangue. Sono delle formazioni tissutali particolari che prendono il nome di GLOMI e si trovano sull’arco aortico e alla divisione della carotide comune in carotide esterna e interna: GLOMI AORTICI E GLOMI CAROTIDEI

RESPIRAZIONE La frequenza normale è di 14-18 in-espirazioni al minuto Tachipnea aumento della frequenza respiratoria con respiro superficiale Bradipnea riduzione delle frequenza respiratoria Ipossia anossia difetto carenza di ossigeno agli organi e tessuti. L’ipossia può provocare CIANOSI (colorito bluastro dei tessuti per eccesso di emoglobina di colore scuro, rispetto alla ossiemoglobina di colore più chiaro. L’emoglobina deve superare i 5 g/dl) Dispnea respiro faticoso, il soggetto che ne è affetto prova la sensazione spiacevole di “fame d’aria” Ipercapnia ritenzione esaltata di anidride carbonica