Sistema respiratorio Flashcards
(21 cards)
Come è formato l’apparato respiratorio?
Il sistema respiratorio serve per scambiare gas, CO2 e O2, per la sopravvivenza cellulare. Esiste la respirazione esterna (tra sangue e ambiente esterno) e la respirazione interna (tra sangue e tessuti).
L’apparato respiratorio è formato dal sistema di conduzione, che comprende cavità nasali, laringe, faringe, trachea, bronchi, bronchioli e bronchioli terminali, e dal sistema respiratorio vero e proprio, formato da broncholi respiratori, sacche alveolari e dotti alveolari. In questa seconda zona si ha la respirazione vera e propria, con gli scambi dei gasi. La parte di conduzione ha la superficie minore e quindi in essa la velocità è maggiore. Nel sistema di conduzione si ha l’umidificazione, ovvero l’aria viene scaldata, caricata di vapore acqueo e filtrata
Che cos’è la membrana alveolo capillare?
La membrana alveolo capillare è la membrana che si trova all’interfaccia tra la parte esterna dell’alveolo e la parte interna del capillare. Di solito ha uno spessore intorno a 0,3 um. In alcuni casi patologici ci può essere un aumento della distanza tra alveolo e capillare, per cui la diffusione dei gas risulta alterata.
Gli alveoli sono formati da cellule che ne determinano la superficie e da cellule che producono, immagazzinano e secernono una sostanza detta surfattante, ovvero un tensioattivo alveolare.
Le funzione di questo tensioattivo alveolare sono:
1-Riduzione della tensione superficiale: in quanto questo tensioattivo si intercala tra le molecole di acqua che determinano la tensione superficiale, diminuendola.
2-Miglioramento della compliance polmonare: permettono una distensione più facile del polmone.
3-Prevenzione del collasso alveolare
4-Riduzione dell’edema polmonare
5-Proprietà antimicrobiche.
Pressione parziale dei gas respiratori (respirazione esterna)
Le pressioni dei gas respiratori variano a seconda della temperatura, della saturazione dell’aria e della zona dell’apparato di respirazione a cui facciamo riferimento. La ventilazione è lo scambio di aria nell’unità di tempo e il suo obbiettivo è quello di mantenere la PCO2 a 40 mmHg. La PO2 è 100 mmHg nella regione alveolare. Per calcolare la nuove pressioni parziali a livello tracheale, devo considerare la percentuale di quel gas presente in aria e la pressione totale (760 mmHg). Per calcolare le pressioni parziali a livello alveola, dove avvengono gli scambi respiratori, devo considerare il metabolismo del soggetto e quindi il substrato che viene ossidato. Devo quindi considerare il quoziente respiratorio, che è uguale al rapporto tra la velocità di produzione della CO2, fratto la velocità di assorbimento dell’O2. La PH2O non cambia a livello alveolare. Otteniamo dei valori che ci dicono che viene consumato più velocemente O2 di quanto venga prodotta la CO2.
Respirazione interna
La respirazione interna riguarda la pressioni parziali dei gas all’interno del plasma, che vengono misurati tramite emogas analisi. Avremo una pressione parziale di O2 maggiore nel capillare e minor e minore nella cellula.
Per quanto riguarda la pressione parziale di N2, essa rimane costante perchè l’azoto non partecipa agli scambi respiratori. Quella di H2O resta uguale. Quella totale diminuisce. Quella di O2 diminuisce e quella di CO2 aumenta.
ATPS; BTPS E STPD
Temperatura e pressione ambiente, in condizioni saturanti; temperatura e pressioni corporee, in condizioni saturanti; temperatura e pressioni standard, in condizioni di aria secca. Considero l’equazione di stato dei gas perfetti, in cui metto in evidenza V1 e V2. Considero che V1: ATPS e V2:BTPS. Isolo V1/V2 e poi considero la PB=760, la Pamb a seconda del problema, 273K e la Tambiente a seconda del problema.
In questo modo possiamo calcolare anche i singoli valori di ATPS e BTPS.
Cos’è l’umidità?
L’umidità mi da la percentuale di vapore acqueo che si trova nell’aria.
Anatomia polmoni e gabbia toracica
I polmoni non hanno muscolatura propria e quindi la loro variazione di volume dipende dalla sede in cui si trovano, la gabbia toracica, e dai muscoli diaframma e intercostali. I polmoni si trovano infatti all’interno della gabbia toracica: essi avrebbero un volume minore se fossero tolti da questa sede, mentre la gabbia avrebbe un volume maggiore. Tra i polmoni e la gabbia toracica troviamo i foglietti viscerale e parietale. I polmoni tirano il foglietto viscerale verso di loro, mentre la gabbia toracica tira quello parietale verso di se: si crea una depressione nella spazio intrapleurico che da origine ad una pressione negativa, minore di quella intrapolmonare. Quando la gabbia toracica inizia a dilatarsi, essa tira il foglietto parietale verso di se. Lo spazio intrapleurico aumenta il volume e quindi fa diminuire la pressione. Si crea una depressione che porta alla dilatazione polmonare che, aumentando di volume, porta ad una riduzione della pressione e ad un flusso di aria verso i polmoni.
Troviamo associati i muscoli intercostali esterni, che aumentano il volume, e quelli interni, che riducono il volume. Il diaframma invece, quando si contrae, aumenta il volume dei polmoni.
Ventilazione e capacità polmonari
La ventilazione riguarda il volume di aria scambiata per unità di tempo. Troviamo:
1-Spazio morto anatomico: dei 500 ml di aria scambiati per atto respiratorio, circa 150 ml restano all’interno delle strutture di conduzione e quindi non partecipano allo scambio respiratorio.
2-Spazio morto fisiologico: quando diminuisce la superficie disponibile per lo scambio respiratorio in alcune patologie. Va sommato allo SMA.
3-Volume residuo: volume di aria di circa 1 litro che resta sempre all’interno dei polmoni.
4-Volume di riserva inspiratoria ed espiratoria: sono i volume che vengono inspirato o espirati durante un respiro forzato.
5-Volume corrente o tidale: i 500 ml scambiati per atto respiratorio.
Capacità:
1-Capacità vitale: volume di riserva inspiratoria, espiratoria e volume corrente.
2-Capacità funziona residua: volume residuo e volume di riserva espiratoria.
3-Capacità totale
4-Capacità inspiratoria o espiratoria: volume corrente+volume di riserva inspiratoria/espiratoria.
Come si calcola quanti respiri occurrono per cambiare completamente l’aria attraverso i polmoni?
Devo considerare che ho 500 ml di volume corrente scambiato per atto respiratorio al minuto e circa 12 atti respiratori al minuto -> faccio 60/12=5 distanza tra atti respiratori in un minuto. Devo poi considerare che facendo 350/3.000 ml=12%, ovvero volume alveolare/volume già presente nei polmoni=ad ogni atto respiratorio viene rinnovato il 12% del contenuto polmonare. Ho quindi che ad ogni respiro mi resta l’88% di aria nei polmoni, che non viene riciclata: al secondo respiro ho 0,88^2 e così via. Ottengo una successione con andamento esponenziale. Se riporto questi valori in funzione del tempo ottengo una curva con una certa costante di tempo tao. Ricavo che tao=38 secondi. Se faccio 3*tao=114 secondi e quindi 114/5=22.8 -> numero di respiri per compeltare il processo di riciclo completo dell’aria.
Equazione della ventilazione alveolare
Devo considerare che il volume di CO2 scambiato dipende dalla ventilazione alveolare e dalla quantità di CO2 presente in quel momento. Da questa formula posso ricavare l’equazione per calcolare la VA e posso stabilire che il prodotto tra la ventilazione alveolare e la PCO2 è uguale ad una costante, che rappresenta la velocità di produzione della CO2. Ottengo un grafico con la VA sulle X e la PCO2 sulle Y= essi hanno una relazione inversamente proporzionale. Se ho un aumento della velocità di produzione della CO2, ho un aumento della costante e quindi ho un aumento della PCO2. Per mantenere la PCO2 costante a 40 mmHg, la curva si deve spostare a destra e quindi deve aumentare la ventilazione.
La relazione tra PO2 e VA è direttamente proporzionale.
Come si calcola il volume residuo?
Devo usare un sistema chiuso in cui è presente un individuo che respira attraverso un boccaglio in un bombola piena di elio. Il soggetto deve respirare solo dalla bocca. Dopo un tot tempo faccio fermare il soggetto alla fine del volume corrente, ovvero quando ho la capacità funzionale residua. La concentrazione di elio dentro la bombola sarà uguale a n/V. Considerando che il sistema è chiuso, il numero di moli contenute nel sistema non è variato ma si è solo ridistribuito -> quindi n1=n2. A questo punto considero che n1=c1v1 e n2=c2(v1+v2) in cui v2=volume residuo. unisco c1v1=c2(v1+v2) e ricavo V2.
Grafico volume-pressione e tensione superficiale
Se inserisco all’interno di un grafico la pressione sulle x e il volume sulle y delle fasi di inspirazione e ispirazione, posso notare diverse cose. Innanzitutto posso notare che, anche a pressione 0, il volume dentro ai polmoni non è mai zero. Come seconda cosa posso notare uan differenza nella pressione e nel volume nelle due fasi: isteresi polmonare. Come terza cosa posso notare che c’è una maggior cedevolezza durante la fase di espirazione.
Facendo un esperimento in cui veniva inserita nei polmoni una soluzione fisiologica al posto dell’acqua, si è potuto vedere come l’isteresi scomparisse. Questo perchè alla base dell’isteresi c’è che, per combattere la tensione superficiale che si crea sugli alveoli, c’è bisogno di una pressione molto maggiore nella fase inspiratoria. In questa fase infatti gli alveoli devono espandersi e per fare ciò c’è bisogno di una pressione tale da rompere i legami tra le moelcole di acqua che si trovano sugli alveoli. Nella fase di espansione invece gli alveoli tengono fisiologicamente a richiudersi e quindi il processo necessita di molta meno pressione. Questa caratteristica è determinata dall’interfaccia aria-acqua che si trova negli alveoli e quindi non è presente quando inseriamo la soluzione fisiologica.
Se guardiamo la legge di laplace P=2T/r e T=(P*R)/2 mi rendo conto che, al diminuire del raggio, aumenta la pressione e diminuisce la tensione. Quindi l’aria presente negli alveoli piccoli passa a quelli grande. La sostanza surfattante prodotta dagli alveoli ha lo scopo di intercalarsi alle molecole di acqua presenti per diminuire la tensione superficiale e quindi la pressione che deve essere esercitata per la distensione polmonare.
Cedevolezza di polmoni, gabbia toracica e complesso polmoni-gabbia toracica
Se andiamo a vedere la forza che tali elementi sviluppano e uniamo F1+F2=Ftot per calcolare la forza totale, possiamo calcolare la cedevolezza totale. Se le cedevolezze dei due elementi separati sono uguali, quella totale del complesso sarà C/2: questo vuol dire che la cedevolezza del complesso è minore della cedevolezza dei due elementi separati.
Controllo del respiro
Al di sopra del midollo spinale e del midollo allungato ci sono i centri del controllo del respiro. In particolare ci sono due regioni: una dorsale che controlla l’inspirazione e una ventrale che controlla sopratutto l’espirazione. Questi neuroni controllano la ventilazione, ovvero il prodotto tra la frequenza respiratoria e il volume di aria scambiata.
Il centro di controllo è organizzato in tre centri A, B e C. Il centro A è attivato dai chemocettori centrali e periferici, che si attivano con l’aumento della concentrazione degli ioni H+ e quindi con l’aumento della concentrazione della CO2. Tale centro va quindi ad aumentare la ventilazione e ad attivare il centro B. Il centro B viene anche attivano da dei meccanocettori presenti a livello polmonare. Il centro B va poi ad attivare il centro C, che è anche attivato dal centro pneumotassico, e che va a inibire il centro A. Quando si trattiene il respiro, i chemocettori manderanno l’impulso per riprendere a respirare.
Chemocettori centrali e periferici
1-Centrali: sono controllati dall’aumento della concentrazione degli ioni idrogeno. Quando aumenta la concentrazione di CO2, esso passa la barriera emato-encefalica e li reagisce con una molecola di acqua, dando luogo a H+ + HCO3-. L’aumento degli ioni H+ aumenta la ventilazione perchè aumentano la frequenza di scarica sul centro A e B.
2-Periferici: si trovano nell’arco aortico e nel seno carotideo. In caso di acidosi si ha aumento degli ioni H+ e della ventilazione; in caso di alcalosi si ha una diminuzione degli ioni H+ e una diminuzione della ventilazione
Dipendenza della ventilazione da PCO2 e O2.
Vediamo che mettendo in grafico la VA nelle Y e la PCO2 alveolare sulla X, notiamo un andamento direttamente proporzionale. Quindi all’aumentare della PCO2 aumenta anche la ventilazione. Questo dipende anche dalla quantità di PO2 presente: per PO2 maggiori si ha un minor aumento della ventilazione. Vediamo invece che la ventilazione è inversamente proporzionale alla PO2. In presenza di valori crescenti di PCO2 si ha un aumento della ventilazione.
Calcolo del flusso
Le tre formule da usare sono:
1-Vg=flussoV
2-Formula per il calcolo del volume V=nRT/P=25,4L
3-Formula di Henry Cg=alfaPressione parziale
Quindi si inizia calcolando la concentrazione e quindi facendo il prodotto tra il coefficiente di solubilità di O2/CO2 e la sua relativa pressione parziale. Otteniamo un certo valore che, per quanto riguarda la CO2, è di un ordine di grandezza più grande e questo perchè la velocità di consumo dell’ossigeno è maggiore della velocità di produzione della CO2. La gittata sarà quindi maggiore per l’O2. Poi bisogna fare una proporzione per capire quanto quelle mmol/l che abbiamo ottenuto, occupano di volume. Infine si può calcolare il flusso facendo il rapporto tra il volume e la concentrazione.
Grafico PO2 e percentuale di emoglobina saturata
Mettendo in grafico la PO2 sulle X e la percentuale di saturazione dell’emoglobina vediamo che otteniamo una curva sigmoide. Da essa possiamo ricavare il PO250, che rappresenta il valore di PO2 a cui si ha metà della saturazione massima. La curva è sigmoide poichè il legame tra emoglobina e ossigeno è cooperativo. Se cambiano il numero di n la curva si sposta a sinistra poichè si arriva prima alla saturazione.
Questa curva dipende da tre parametri che sono PCO2, temperatura e 2,3-difosfoglicerato. In presenza di aumento di uno di questi tre parametri abbiamo lo spostamento della curva verso destra. Questi tre parametri danno orgine a tre effetti:
1-Effetto Bohr: se aumenta la concentrazione della CO2 aumenta la quantità di CO2 legata all’emoglobina, che scalza il legame con l’ossigeno.
2-Effetto Haldane: se diminuisce la concentrazione di O2 succede la stessa cosa.
3-2,3-difosfoglicerato: si lega all’Hb al posto dell’O2.
Differenza tra sangue venoso e arterioso
Nella parte venosa si ha una maggior quantità di CO2 e quindi più emoblogina legata alla CO2 invece che all’O2. A parità di pressione parziale è favorito il rilascio di O2 sul lato venoso.
Anemia e avvelenamento da monossido di carbonio/azoto
In presenza di anemia abbiamo una quantità ridotta di emoglobina e quindi la PO2 50 si sposta a sinistra, mentre in presenza di avvelenamento da monossido di carbonio/azoto abbiamo che esso si lega all’Hb al posto dell’O2 e le poche molecole di O2 che riescono a legarsi all’Hb lo fanno in modo molto forte. Tre le due condizioni è molto più grave quella da avvelenamento, poichè l’ossigeno che si lega non riesce più ad essere rilasciato. Inoltre, in entrambi i casi, i punti di PO250 si spostano a sinistra ma quello dell’avvelenamento raggiunge un valore di circa 10 mmHg che non è compatibile con la vita (i 30 dell’anemia invece si).
Trasporto della CO2 nel sangue
La CO2 si trova per il 90% sotto forma di ione bicarbonato, per il 5% in forma disciola e per il 5% legato a proteina come l’Hb. All’interno del globulo rosso c’è l’Hb che lega l’O2: tale O2 sottrae quindi l’Hb dal legame con altre molecole. Si forma l’HbO2. Lo ione H+ è invece ceduto nella reazione a livello del plasma al HCO3- -> si forma H2CO3-. Questa molecole, grazie all’anidrasi carbonica, forma H2O e CO2: la CO2 viene liberata a livello polmonare . Tutte queste reazioni si spostano in modo da avere la formazione di HbO2 e di avere la liberazione della CO2.
