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Scambi gassosi e regolazione
Biofisica e Fisiologia I
Corso di Laurea Magistrale in “Medicina e Chirurgia”
Scambi gassosi e regolazionedel respiro
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Ruolo del Sistema
Respiratorio:
- fornire O
Ventilazione polmonare
1
2
3
- fornire O2
- rimuovere CO2
4
5
6
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L’ossigeno diffonde attraverso
le cellule alveolari ed endoteliali
per entrare e solubilizzarsi nel
plasma.
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Trasporto di O2 nel sangue deossigenato = 750 mL/min
Trasporto di CO2 nel sangue deossigenato = 2700 mL/min
Velocità di diffusione dell’O2
dagli alveoli al sangue deossigenato = 250 mL/min
Velocità di diffusione della COVelocità di diffusione della CO2
dal sangue deossigenato agli alveoli = 200 mL/min
Trasporto di O2 nel sangue ossigenato = 1000 mL/min
Trasporto di CO2 nel sangue ossigenato= 2500mL/min
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DIFFUSIONE
Lo scambio di O2 e CO2 tra polmoni e sangue o
tra sangue e cellule segue le regole della diffusione
semplice attraverso membrane, descritte dalla legge
di Fick: J = P∆C
La velocità di diffusione v è data da: v = J x S,
dove S è la superficie attraverso cui avviene lo
scambio.
Pertanto, la velocità di diffusione è direttamente
1
Pertanto, la velocità di diffusione è direttamente
proporzionale alla superficie ed al ∆C, inversamente
proporzionale allo spessore della membrana.
2SOLUBILIZZAZIONE
Legge di Henry
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Raddoppia la pressione
● La solubilità di un gas in un liquido dipende da: temperatura, pressione parziale del gas, natura delsolvente, natura del gas.
● La solubilità dei gas è governata dall’equilibrio tra fasegassosa e soluzione satura.
● Legge di Henry: [S] = k P in cui [S] è la solubilità,P la pressione parziale del gas e k il coefficiente di solubilità.[S] in cm3/L, P in atm e k in (cm3/L)/atm oppure[S] in g/L, P in atm e k in (g/L)/atm
Raddoppia la pressione
parziale del gas
Raddoppia la solubilità
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All’equilibrio
le pO2 sono
uguali nelle
due fasi
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Il valore di k per un certo gas dipende dalla
temperatura, natura del gas e del solvente.
A temperatura costante, l’equazione di
Henry diventa
La concentrazione di ossigeno in acqua è
0.44g / 100 mL soluzione quando la pressione parziale è
150 mm Hg. Se la pressione è ridotta a 56 mm Hg, 150 mm Hg. Se la pressione è ridotta a 56 mm Hg,
quale sarà la solubilità del gas?
P1 = 150 mm Hg C1 = 0.44 g O2 /100 mL
solution
P2 = 56 mm Hg C2 = ?
C2 = 0.15 g O2 /100 mL solution
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COEFFICIENTE DI SOLUBILITA’ DEI GAS IN H2O
cm3 gas/L (H2O) x atm
0° 37°
N2 24
O2
CO2
13
25
56
49
170CO2
COEFFICIENTI DI SOLUBILITA’ DEI GAS ANESTETIZZANTI A 37°C
cm3/L x atm
Ciclopropano 415
Etere etilico 1520
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K= 25 cm3/L atmK= 1650 cm3/L atm
Contenuto di O2 nel plasma = 0,3 mL/dL Contenuto di O2 nel sangue= 20,0 mL/dL
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ARIA ALVEOLARE
Azoto
Ossigeno
Anidridecarbonica
Acqua
ARIA ATMOSFERICA SECCA
Azoto
Ossigeno
Anidride
carbonica
Altri gas
PO2 = Patm x 0,21
PN2 = Patm x 0,78
PO2 = (Patm-47) x 0,14
PN2 = (Patm-47) x 0,80
PCO2 = (Patm-47) x 0,06
PH2O = 47 mmHg, tensionevapore
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Valori normali dei gas ematici e del pH
Sangue arterioso Sangue venoso
PO2 95 mmHg (85-100) 40 mmHg
PCO2 40 mmHg (35-45) 46 mmHg
pH 7,4 (7,38-7,42) 7,37
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Hb + O2 = Hb(O2)4
Il legame della prima molecola di
O2 influenza l’affinità di legame
delle molecole successive.
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OsservazioniA valori di
pO2 = 100 mmHg
% saturazione Hb=98%
Tra 70 e 100 mmHg la
curva è piatta.
Il 100% di saturazione
si raggiunge a
650 mmHg.
Tra 60 e 10 mmHg, la Tra 60 e 10 mmHg, la
pendenza della curva
è ripida.
SignificatoNei tessuti metabolica-
mente attivi (pO2 ≤ 40),
l’HbO2 si dissocia
rapidamente.
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Effetto Bohr = spostamento della curva di affinità al variare del
pH. Al diminuire del pH l’affinità decresce.
La pCO2 influenza la posizione della curva di saturazione.
Un effetto analogo è mostrato dal 2,3-DPG. Il 2,3-DPG riduce
l’affinità dell’Hb per l’O2.
L’ipossia cronica (lungo periodo di carenza di carenza di O2) innesca
un aumento della produzione di 2,3-DPG. L’elevata altitudine e
l’anemia innalzano i livelli di 2,3-DPG.
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CONTENUTO TOTALE DI O2
NEL SANGUE ARTERIOSO
% saturazione
Hb
Numero totale di
siti di legame
pH Temper. 2,3-DPG[Hb]/eritrocita
Numero di
eritrocitipCO2
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IPOSSIA
Insufficienza di O2 a
Livello alveolare
(ipossia ipossica)
Disturbi nello scambio di ODisturbi nello scambio di O2
(ipossia ipossica)
Inadeguatezza del trasporto
di O2 nel sangue
(ipossia anemica)
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Fisiologica (altitudine)
riduzione pO2 alveolareIpoventilazione
Insufficienza di O2 a
Livello alveolare
(ipossia ipossica)
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Disturbi nello scambio di O2
(ipossia ipossica)
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Cause e tipi di ipossia
Ipossia ipossica: bassa PO2 arteriosa
●Fisiologica: elevata altitudine
● Ipoventilazione alveolare
● Riduzione della capacità di diffusione alveolare
Ipossia anemica: riduzione della quantità totale di O2
●Perdita di sangue ed anemia●Perdita di sangue ed anemia
●Inalazione di CO
Ipossia ischemica: riduzione del flusso ematico ai tessuti
Ipossia istotossica: incapacità delle cellule ad utilizzare O2
●Cianuri ed altri veleni metabolici
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Regolazione centrale della ventilazione[mantenimento delle pressioni parziali arteriose dei gas a valori normali]
Ventilazione alveolare = volume d’aria immesso negli alveoli al minuto
Ventilazione alveolareVentilazione alveolare
Frequenza Volume
Atto respiratorio
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Atto respiratorio
Inspirazione
Processo attivo:
contrazione dei muscoli
inspiratori:
-diaframma
-intercostali esterni
Espirazione
Processo passivo nella
respirazione tranquilla.
Processo attivo nella
respirazione intensa:
contrazione muscoli
intercostali interni.
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Neuroni espiratoriNeuroni espiratori
Neuroni inspiratori
Generatore
Centrale
Pattern (CPG)
?
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