Barocettori e Chemocettori nel Sangue (fisiologia 51)

La ventilazione è un processo dinamico che si adatta costantemente alle esigenze dell'organismo, modificandosi in risposta a tre parametri chiave: pressione parziale di ossigeno (PO2), pressione parziale di anidride carbonica (PCO2) e pH.

Sensori che rilevano le variazioni della composizione chimica del sangue arterioso, posizionati nell'arco aortico e nella biforcazione delle arterie carotidi.

I chemocettori periferici sono costituiti da cellule recettoriali di tipo II, supportate da cellule di sostegno, che insieme formano i glomi.

I neuroni senza assone che, una volta stimolati, si depolarizzano causando l'apertura dei canali calcio.

La trasduzione del segnale avviene attraverso l'apertura o chiusura di canali ionici.

Un sensore sulla membrana, contenente un gruppo eme, rileva la concentrazione di ossigeno nel flusso sanguigno.

La CO2 entra nella cellula e viene convertita in acido carbonico, che si dissocia in H+. Maggiore è la CO2, maggiore è la quantità di H+.

La sindrome da ipoventilazione congenita centrale (CCHS) è una patologia che colpisce la respirazione, caratterizzata da un'alterazione della sensibilità dei chemocettori, specialmente quelli centrali. Ciò porta a una ridotta attività basale dei chemocettori, con episodi di ipoventilazione o apnea, soprattutto durante il sonno.

Nella CCHS, i chemocettori non rispondono correttamente agli stimoli come l'aumento della CO2, causando periodi di respiro ridotto o assenza di respiro (apnea) durante il sonno.

La CCHS può essere presente fin dalla nascita (congenita) o svilupparsi più avanti nella vita (acquisita). Le cause possono includere alterazioni genetiche o problemi in altre parti del corpo.

Nel capnogramma di un paziente con CCHS, si osserva un aumento della CO2 a causa di una ridotta ventilazione, senza un corrispondente aumento del respiro.

Il trattamento della CCHS mira a supportare la respirazione dei pazienti utilizzando sistemi come maschere facciali, ventilazione negativa o pacemaker diaframmatico.

Nucleo nel tronco cerebrale che controlla la respirazione, ricevendo informazioni da vari sensori come CO2 e H+.

Cellule nervose nel RTN che rispondono a variazioni di CO2 e H+ nel sangue.

I neuroni RTN possono essere influenzati direttamente dalla CO2 e H+ nel sangue, oppure indirettamente dalle cellule gliali.

Le cellule gliali rilasciano ATP, un neurotrasmettitore che attiva i neuroni RTN, aumentando la ventilazione.

L'ATP può anche attivare interneuroni che rilasciano neurotrasmettitori inibitori, che diminuiscono l'attività dei neuroni RTN.

L'attività dei neuroni del RTN è influenzata dal sistema nervoso autonomo, che può sia aumentare che diminuire la loro attività.

Alcuni farmaci come barbiturici e fentanyl diminuiscono l'attività dei neuroni RTN, mentre altri come serotonina e TRH la aumentano.

L'orexina, un ormone prodotto dall'ipotalamo, aumenta l'attività respiratoria e regola vari processi fisiologici, come l'appetito.

La ventilazione non può diminuire oltre un certo livello, anche in presenza di ossigeno elevato.

La ventilazione non può aumentare indefinitamente con la CO2 alta, raggiungendo un limite oltre il quale il corpo non può compensare.

I chemorecettori periferici sono sensibili alle variazioni di PCO2 (anidride carbonica parziale) nel sangue. La frequenza di scarica di questi recettori aumenta linearmente all'aumentare della PCO2, fino a raggiungere un punto di saturazione.

I chemorecettori periferici rispondono anche alle variazioni di PO2 (ossigeno parziale) nel sangue. La frequenza di scarica aumenta in modo iperbolico con la diminuzione della PO2, ovvero piccoli cambiamenti di PO2 non causano grandi cambiamenti nella frequenza di scarica. Questo comportamento assicura una risposta rapida in caso di ipossia.

L'aumento della frequenza di scarica dei chemorecettori periferici stimola un aumento della ventilazione polmonare. Questo è un meccanismo di regolazione fisiologica per mantenere l'equilibrio del gas nel sangue.

I chemorecettori periferici sono particolarmente importanti in condizioni di ipossia (bassa PO2), come ad alta quota, perché non ci sono recettori centrali specifici per il monitoraggio della PO2.

Quando sia PO2 che PCO2 variano contemporaneamente, la ventilazione aumenta in modo più significativo rispetto alla somma delle risposte individuali a ciascun stimolo. Questo fenomeno è noto come sinergia.

L'acidosi (pH basso) stimola un aumento della ventilazione, mentre l'alcalosi (pH alto) la riduce. Questo meccanismo aiuta a mantenere l'equilibrio acido-base del sangue.

L'aumento della ventilazione dovuto alla diminuzione della PO2 si osserva solo quando la PO2 scende al di sotto di 60-70 mmHg. Questo perché al di sopra di tale soglia, un aumento della ventilazione non produrrebbe un aumento significativo di ossigeno nel sangue.

La ventilazione aumenta linearmente quando la saturazione di ossigeno nel sangue scende al di sotto di un certo valore. Questo dimostra che la risposta dei chemorecettori alla PO2 è legata alla saturazione di ossigeno.

I canali del potassio si chiudono, causando una depolarizzazione della cellula. Questa depolarizzazione attiva i canali del calcio, che a loro volta innescano il rilascio di dopamina, un neurotrasmettitore.

I chemocettori centrali sono localizzati nel bulbo, vicino ai neuroni della rete respiratoria, e in altre aree del sistema nervoso centrale. Non sono sensibili alla PCO2 nel sangue, ma alla concentrazione di ioni H+ nel liquor e nei liquidi dell'interstizio cerebrale.

I chemocettori centrali rispondono all'aumento di ioni H+ nel liquor e nell'interstizio cerebrale. Questo aumento è causato dalla CO2 che attraversa la barriera ematoencefalica, si combina con l'acqua e si dissocia in H+ e HCO3-.

Nel caso di ipercapnia cronica, i chemocettori centrali attenuano la loro risposta a causa dell'aumento dell'espressione di un trasportatore di bicarbonato sulle membrane cellulari dei neuroni chemiosensibili.

L'attività dei chemocettori periferici (come il glomo carotideo) aumenta linearmente con la PCO2, causando un incremento della frequenza respiratoria e del volume inspirato.

La risposta dei chemocettori alla PCO2 è modulata dalla PO2. Un abbassamento della PO2 aumenta la risposta all'ipercapnia, mentre un aumento della PO2 la diminuisce.

La soglia apneica è il livello di PCO2 al di sotto del quale i chemocettori smettono di scaricare. In condizioni normali, la respirazione continua grazie agli stimoli di PO2 e pH.

Se contemporaneamente si verifica una riduzione della PCO2 al di sotto della soglia e un forte aumento della PO2, l'individuo va in apnea a causa della mancanza di stimoli.

La soglia apneica è influenzata da diversi fattori, tra cui l'età, il sesso, lo stato di salute generale e l'assunzione di farmaci.

La soglia apneica è un parametro importante per la valutazione della funzione respiratoria e per la diagnosi di disturbi del sonno, come l'apnea ostruttiva del sonno.

La conoscenza dei chemocettori centrali e periferici, e della loro interazione con la PCO2 e la PO2, è fondamentale comprendere la regolazione chimica della ventilazione.