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
ARIA INSPIRATA
% -- PRESS. PARZ. mmHg
OSSIGENO
20,98% – 160mmHg 20,79% --158mmHg
(760 x 20,98) = 159,45
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
47
FASI DELLA RESPIRAZIONE
i.
ii.
iii.
iv.
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
20%
CO2 + H2O
H2CO3
80%
H+ + HCO3-
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
H2PO4H+ + 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 HCO3con 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