Fisiologia del Sistema Respiratorio (Fisiologia 48)

Trasporto di Ossigeno e Anidride Carbonica nel Sangue

• L'ossigeno (O2) e l'anidride carbonica (CO2) sono fondamentali per il corretto funzionamento dell'organismo.
• Questi gas vengono trasportati nel sangue in due forme principali:
  • Disciolti nel plasma: Una piccola parte è trasportata fisicamente disciolta nel plasma.
  • Legati all'emoglobina (Hb): La maggior parte dell'ossigeno e una parte dell'anidride carbonica sono trasportate legate all'emoglobina nei globuli rossi. L'anidride carbonica ha anche altre vie di trasporto.

Quantità di Gas Disciolti

• Sangue Arterioso:

  • Pressione parziale di ossigeno (PO2): 100 mmHg
  • Pressione parziale di anidride carbonica (PCO2): 40 mmHg
  • Ossigeno disciolto: 0,3 ml/dl
  • Anidride carbonica disciolta: circa 3 ml/dl

• Sangue Venoso:

  • PO2: 40 mmHg
  • PCO2: 46 mmHg
  • Ossigeno disciolto: 0,1 ml/dl
  • Anidride carbonica disciolta: poco più di 3 ml/dl

Quantità Totale di Gas nel Sangue

• Sangue Arterioso:

  • Ossigeno totale: circa 20 ml/dl
  • Anidride carbonica totale: circa 48 ml/dl

• Sangue Venoso:

  • Ossigeno totale: circa 15 ml/dl
  • Anidride carbonica totale: circa 52-58 ml/dl

Emoglobina: Il Trasportatore Chiave

• L'emoglobina è una proteina che lega sia l'ossigeno (O2) che l'anidride carbonica (CO2).
• Il legame è reversibile e dipende dalle pressioni parziali dei gas nell'ambiente.

Capillari Alveolari (Alta PO2, Bassa PCO2)

• L'emoglobina si lega all'ossigeno e rilascia l'anidride carbonica.
• Il sangue arterioso ha una saturazione dell'emoglobina del 100%.

Capillari Sistemici (Bassa PO2, Alta PCO2)

• L'anidride carbonica sposta l'ossigeno dal legame con l'emoglobina.
• Il sangue venoso ha una saturazione dell'emoglobina del 75%.

Curva di Dissociazione dell'Emoglobina

• La relazione tra la percentuale di saturazione dell'emoglobina e la pressione parziale dell'ossigeno è rappresentata da una curva a S.
• La curva mostra una zona con pendenza elevata a valori di PO2 intermedi e un plateau a valori più alti.
• La P50 indica la PO2 alla quale il 50% dell'emoglobina è satura.

Contenuto di Ossigeno ed Estrazione Tessutale

• In un individuo normale con 15 g di emoglobina/dl, il contenuto totale di ossigeno nel sangue arterioso (saturazione al 100%) è circa 20 ml/dl, mentre nel sangue venoso (saturazione al 75%) è circa 15 ml/dl.

Estrazione di Ossigeno a Riposo

• A riposo, i tessuti estraggono circa il 25% dell'ossigeno trasportato dal sangue arterioso (circa 5 ml/dl per L di sangue).

Contenuto Totale di Ossigeno nel Sangue Arterioso: Fattori Determinanti

• Meccanica Respiratoria (resistenza vie aeree, compliance polmonare)
• Controllo della Ventilazione (ampiezza e frequenza)
• Diffusione dei Gas (area di superficie, spessore barriera emato-alveolare, perfusione capillari)

Emoglobina

• Quantità di emoglobina nei globuli rossi e fattori che modificano l'affinità per l'ossigeno (pH, temperatura, 2,3-DPG).

Effetto dell'Apnea

• Durante l'apnea si riduce la PO2 nel sangue arterioso, aumenta la CO2 e si esauriscono le riserve di ossigeno.

Depositi di Ossigeno nell'Organismo

• Polmoni, Sangue, Tessuti (legato alla mioglobina).

Effetto dell'Emoglobina sull'Ossigeno Totale

• Individuo normale vs anemico vs poliglobulico: differenze nei valori di emoglobina e quantità di ossigeno trasportata.

Influenze dell'Affinità dell'Emoglobina per l'Ossigeno

• Ridotta affinità: la curva di dissociazione si sposta a destra e in basso, aumentando la P50(la pressione parziale di ossigeno necessaria per raggiungere il 50% di saturazione dell'emoglobina).
• Aumentata affinità: la curva di dissociazione si sposta verso sinistra e in alto, riducendo la P50.

Fattori che influenzano l'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno (pH, PCO2, Temperatura, 2,3-DPG)

Stati Conformazionali dell'Emoglobina

• Stato T (Tesa): minore affinità per l'ossigeno, formato da cloro e 2,3-DPG
• Stato R (Rilassata): maggiore affinità per l'ossigeno, raggiunta dissociando cloro e 2,3-DPG.

PO2 del Sangue Venoso refluo dai diversi organi (cuore, reni, cute, circolo polmonare)

Mioglobina: Riserve di Ossigeno nel Muscolo

• La mioglobina agisce come riserva di ossigeno nei muscoli, liberandolo quando la PO2 è bassa.

Emoglobina Fetale

• L'emoglobina fetale (HbF) ha un'affinità maggiore per l'ossigeno rispetto all'emoglobina adulta (HbA) ed è essenziale per il feto.

Spiegazione dell'Elevata Estrazione di Ossigeno da parte del Miocardio

• Il miocardio necessita di un elevato apporto di ossigeno. L'alta estrazione di ossigeno è dovuta ad un consumo elevato da parte di questo organo (per via della concentrazione di ioni H+, di ioni CO2 e metabolici)

Saturazione dell'Emoglobina nell'Anemia

• Nell'anemia, la saturazione dell'emoglobina è ancora del 100%, ma il contenuto totale di ossigeno nel sangue è ridotto e la gittata cardiaca aumenta per compensare.

Avvelenamento da Monossido di Carbonio (CO)

• Il monossido di carbonio si lega all'emoglobina con un'affinità maggiore dell'ossigeno, riducendone il trasporto.

Trasporto di CO2 nel Sangue

• La CO2 viene trasportata nel sangue in diverse forme: disciolta nel plasma, come bicarbonato (HCO3-), e legata all'emoglobina.

Distribuzione della CO2 nelle diverse forme

• Sangue arterioso: 5% disciolta, 90% bicarbonato, rimanente carbaminoemoglobina.
• Sangue venoso: maggiore presenza di carbaminoemoglobina, ma CO2 predominante in forma di bicarbonato.

Quantità Totali di CO2 nel Sangue

• Sangue arterioso (circa 530 ml/L)
• Sangue venoso (circa 2 L/L)

Curva di associazione della CO2 e effetto Haldane

• La curva di associazione della CO2 mostra la capacità del sangue di trasportare la CO2 a diverse pressioni parziali. L'effetto Haldane indica che la deossigenazione del sangue aumenta la capacità di legare CO2.

CO2 e pH: un equilibrio fondamentale

• Il pH è cruciale per il corretto funzionamento dell'organismo, oscillando tra 7.35 e 7.45.
• Variazioni del pH possono causare acidosi o alcalosi, compromettendo il corretto funzionamento degli enzimi.

Tamponi dell'Organismo

• L'organismo usa vari tamponi come le proteine plasmatiche, l'emoglobina e i fosfati per contrastare le variazioni di pH.

Concentrazione di ioni H+ e variazioni di pH

• La concentrazione di ioni idrogeno (H+) è correlata al pH, piccole variazioni di pH comportano grandi variazioni della concentrazione di ioni H+.

Regolazione Respiratoria e Renale del pH

• Regolazione respiratoria (rapida): variazione frequenza respiratoria per regolare l'eliminazione di CO2 (acido volatile).
• Regolazione renale (lenta, ma prolungata): ruolo nella regolazione di ioni H+ e produzione bicarbonato.

Sistema Tampone Bicarbonato

• Il sistema tampone bicarbonato è il più efficace del corpo, regolato sia dal sistema respiratorio che da quello renale.

Legge di Henry e Costante di Equilibrio

• La CO2 si scioglie nell'acqua formando acido carbonico. L'equilibrio tra CO2, acqua, acido carbonico e bicarbonato è descritto dalla legge di Henry.

Equazione di Henderson-Hasselbalch

• Descrive la relazione tra pH, pCO2 e concentrazione di bicarbonato.

Efficacia del Sistema Tampone Bicarbonato

• Il sistema respiratorio regola la pCO2; il sistema renale regola la concentrazione di bicarbonato.

Alterazioni dell'Equilibrio Acido-Base

• Acidosi e alcalosi: variazioni del rapporto [HCO3-] / (a * pCO2) comportano variazioni del pH.

Compensazione delle alterazioni acido-base

• Acidosi respiratoria e metabolica: il sistema renale e respiratorio cercano di ripristinare un rapporto corretto.
• Alcalosi respiratoria e metabolica

Ruolo del Rene nel mantenimento dell'equilibrio acido-base

• Riassorbimento del bicarbonato, sintesi di nuovo bicarbonato ed eliminazione di ioni H+.

Questo quiz esplora i principi chiave della fisiologia del sistema respiratorio, in particolare il ruolo della CO2 e degli ioni H+ nella regolazione del pH del sangue. Scoprirai l'importanza dell'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno e il suo comportamento in condizioni di diverso PO2. Testa le tue conoscenze sulle dinamiche respiratorie e sulla funzione renale nella regolazione acido-base.