COMPOSIZIONE DELL’ARIA ATMOSFERICA SECCA E PRESSIONI PARZIALI DEI GAS - (760 TORR, 15 °C)
COMPOSIZIONE DELL’ARIA ATMOSFERICA SECCAE PRESSIONI PARZIALI DEI GAS - (760 TORR, 15 °C)
COMPOSIZIONE ARIA NELL’ATMOSFERA = COSTANTE
A PARTE LE VARIAZIONI DELLA QUANTITA DI VAPORE ACQUEO
A 0 °C
1 torr = 760 mm Hg
1 N⋅m-2 = 1 Pa (SI)
1 mm Hg = 133,3 Pa
NELL’ARIA ATMOSFERICA È CONTENUTA UNA QUANTITÀ VARIABILE DI VAPORE ACQUEO
QUANDO L’ARIA È SATURA DI VAPORE ACQUEO SI DICE CHE L’UMIDITÀ RELATIVA È IL 100%
ES. UMIDITÀ RELATIVA = 70
SIGNIFICA CHE L’ARIA, A QUELLA T, CONTIENE I 7/10 DELLA QUANTITÀ NECESSARIA
PER ARRIVARE ALLA SATURAZIONE
h ↑(composizione costante)
⇓
Patm↓ → p(..) ↓h = 5000 m, pO2 = 88 mm Hg
h = 0 m, pO2 = 159 mm Hg
VAPORE ACQUEO E PRESSIONI PARZIALI
pressione parziale di un gas atmosferico = Patm · % del gas nell’atmosfera
pressione parziale dell’ossigeno (PO2) = 760 mm Hg · 20,9% = 159 mm Hg
= 101,325 kPa · 20,9% = 21,18 kPa
⇓⇓⇓⇓
⇒
⇒
⇒
↓↓↓↓salinità ↑
↓↓↓↓T ↑
↑↑↑↑quantità di gas disciolto
in un volume fissato
p(..) ↑
NEI LIQUIDI:
SOLUBILITÀ CO2 > O2 IN H2O
[O2]
[mL⋅L-1]
T
[°C]
24
0
0
5,2H2O mare (salinità 35‰)
10H2O
210Aria
ANIDRIDE CARBONICA
45 mL CO2/L H2O marina
0,49 mL CO2/L H2O
pH 8
pH 7
2
1
2
pCO
2 2
2 2 2 3
+ -2 3 3
k
- + --3 3
k
CO (aria) CO (disciolta)
CO (disciolta) + H O H CO
H CO H + HCO
HCO H + CO
�
�
�
�
↔↔↔↔↔↔↔↔
↔↔↔↔
↔↔↔↔
ANIDRIDE CARBONICA
cutanea branchiale polmonare
esterno esterno esterno internointerno int
O2
CO2
respirazione statica
∆pO2
∆pCO2
protozoi
cutanea
polmonare
branchiale
Respirazione
0,2% nell’uomo
spessore pareti di scambio 1-4 µm
105
59
[O2][mL⋅kg-1·h-1]
Respirazione polmonare
52
62
[O2][mL⋅kg-1·h-1]
129
119
[CO2][mL⋅kg-1·h-1]
Rana fusca
Rana esculenta
0,43452,48
0,32191,92
[CO2]/ [O 2][CO2][mL⋅kg-1·h-1]
[CO2]/ [O 2]
Respirazione cutanea
Rana esculenta
SCHEMA GENERALE DEGLI SCAMBI GASSOSI
diffusione diffusione
Fisiologia della respirazionea) respirazione polmonareb) funzione respiratoria del sanguec) respirazione cellulare (chimica biologica)
a) + b) ← coordinamento movimenti respiratori e circolazione
POLMONI DI VENTILAZIONE(vertebrati)
variazione volume polmonaretrasporto meccanico dei gas(inspirazione – espirazione)
• uomo: 10,9 cm2 di superficie polmonare/g peso• forme superiori: 75% superficie alveolare ricoperta da capillari
]sangue [mLvolume di ]cm scambio [erficie disup
polmonareefficienza2
=
• anfibi inferiori: < 1• rana: ≈ 8• uomo: ≈ 150 (volume: 5 L, superficie: 75 m2)
Distanza fra superficie di scambio e vasi: • Proteus: 4 µm• rettili: 1 µm• mammiferi: 0,2 µm ∆x
∆cDJ ⋅=
VIE RESPIRATORIE
VIE AEREEINFERIORI
L’ATTO RESPIRATORIO(inspirazione - espirazione)
inspirazione
espirazione
contrazione muscoli inspiratori⇓
volume toracico ↑ (pressione intrapleurica: -2,5 → -6 mm Hg)⇓
espansione polmonare (l’aria entra)
retrazione elastica dei polmoni⇓
l’aria esce
persistenza contrazione muscoli inspiratori → rallentamento fase espiratoria
75% volume intratoracico dovuto al movimento del diaframma
I MUSCOLI RESPIRATORI E LA LORO AZIONE
PARETE TORACICA, SACCO PLEURICO, POLMONI
MODIFICAZIONI DI:PRESSIONE PLEURICA, PRESSIONE ALVEOLARE E VOLUME RESPIRATORIO
(respirazione tranquilla)
LEGGE DI BOYLE
P1·V1 = P2·V2 T, n costanti
numero collisioni ↑
GRADIENTI PRESSORI TRANSMURALI
PRESSIONE NELLA CAVITÀ PLEURICA
MODELLO FISIOLOGICO(volume polmonare e pressioni)
TENSIONE SUPERFICIALE E STABILITÀ DEGLI ALVEOLI
campana
aria
acqua tracciato
SPIROMETRO
boccaglio
SPIROMETRIA(misura i volumi e le capacità polmonari)
volume di riservainspiratoria 3000 mL
volume corrente500 mL
volume residuo1200 mL
volume di riservaespiratoria 1100 mL
capacitàfunzionale residua
capacitàpolmonare totale
capacitàinspiratoria
capacitàvitale 4600 mL
1200
23002800
5800V
olum
e [m
L]
VOLUMI POLMONARI
VOLUMI POLMONARI
capacità polmonare totale
volume residuo
capacità vitale
volume espiratorio di riserva
capacità respiratoria
volume inspiratorio di riserva
volume corrente o di ventilazione
→→→→ 6200CPT = CV + Vr
→ 1600Vr
2500-5500→→→→ 4600CV = CR + Ver
→ 1100Ver
→→→→ 3500CR = Vc + Vir
→ 3000V ir
~500Vc
[mL][mL]
METODO DELLA DILUIZIONE DELL’ELIO(volume residuo, capacità funzionale residua)
Aria atmosfericatambiente
CO2 0,03%
O2 20,95%
A livello faringeosaturazione H2O
t → 34 °CAria espirata
t → 35,5 °C90% satura di H2O
CO2 3-4,5%
O2 16-17,5%
A riposo: 12-16 atti respiratori·min-1
→→→→ 500 mL·(12-16) atti·min-1 = 6-8 L·min-1
MODIFICAZIONI DELL’ARIA RESPIRATA
STRUTTURA DELLA MEMBRANA RESPIRATORIA
DIFFUSIONE DEI GAS RESPIRATORI. BARRIERA ALVEOLO-CAPILLARE
La barriera alveolo-capillare,che separa la fase gassosa dal sangue,è di spessore 0,5 – 1 µm.
Le resistenze alla diffusione dei gasrespiratori sono dovute a:- epitelio alveolare,- interstizio,- endotelio capillare,- plasma sanguigno,- membrana dell’eritrocita,- ambiente interno dell’eritrocita.
Un singolo globulo rosso, durante il passaggio in un capillare polmonare, resta in contatto di diffusione per un tempo di circa 0,3 s.
interstizio
SCAMBIO DEI GAS RESPIRATORIf(lunghezza dei capillari)
GAS RESPIRATORI –PRESSIONI PARZIALI NEI VARI COMPARTIMENTI
SHUNT FISIOLOGICO
Parenchima polmonare CuoreVene polmonari
Arterie polmonari
Rami aorta toracica
⇓⇓⇓⇓
2% del sangue nelle arterie è ancora venoso
Circolo bronchiale
TRASPORTO DEI GAS NEL SANGUE
Fenomeni fondamentali
convezione
diffusione
1
3
2
4
vie aeree
sangue (disciolti o chim. legati)
sangue → tessuti
alveoli → sangue
1
2
3
4
TRASPORTO DELL’OSSIGENO
O2 fisicamente disciolto: 0,3 mL/100 mL di plasma
O2 totale: 20 mL/100 mL di sangue
⇓⇓⇓⇓O2 è, per la maggior parte, chimicamente legato
1
2
k
2 2k
1 2 2 2
12 2
2
2 2
Hb + O HbO
all'equilibrio:
k [Hb] [O ] = k [HbO ]
k α[HbO ] = [Hb] pO
k 760
se T = cost, α = f(liquido, gas)
[HbO ] = f(pO )
⋅ ⋅ ⋅
⋅ ⋅ ⋅
⇒
�
22
Legge di Henry:
pO[O ] = α
760α = coefficiente di solubilità
⋅
EMOGLOBINA
Proteina coniugata oligomerica (PM 64500)
↑↑↑↑4 unità polipeptidiche (protomeri)
↑↑↑↑1 unità: una proteina + 1 eme
↑↑↑↑1 eme: Fe(II) + 1 protoporfirina
lega 4 O2
Reazione di ossigenazione: Hb + O2 → HbO2
Reazione di deossigenazione: HbO2 → Hb + O2
Reazione di ossidazione: Fe(II) → Fe(III)
Con ferricianuro→ metaemoglobina (reazione non reversibile O2
Affinità per Hb: CO > O2
REAZIONI DELL’EMOGLOBINA
CURVA DI DISSOCIAZIONE DELL’OSSIEMOGLOBINA
CURVA DI DISSOCIAZIONE DELL’OSSIEMOGLOBINA
2,3-difosfogliceratometabolita prodotto dai GR
facilita il trasporto di O2attraverso la placenta
emoglobina fetale(catene: 2α + 2γ)
↓gradualmente
emoglobina adulta(catene: 2α + 2β)
TRASPORTO DELL’ANIDRIDE CARBONICA
∆(venoso – arterioso)
arterioso
venoso
sangue
1,7
21,5
23,2
CO2
[mM·L-1]
CO2 presente > CO2 disciolta
FORME DI TRASPORTO DELLA CO2
−+ +→→+ 332
AC
22 HCOHCOHOHCO
+− +−−→+− HCOONHRCONHR 22
Reazione con le proteine: formazione di composti carboaminici
TRASPORTO DELLA CO2
FORME DI TRASPORTO DELLA CO2 (tessuti → polmoni)
1
2
3
4
SCAMBI GASSOSI A LIVELLO POLMONARE
LOCALIZZAZIONE DEI CORPI CAROTIDEI E AORTICI
VOLUME DELLO SPAZIO MORTO ANATOMICO (VM)
frequenza respiratoria · volume corrente (VT) = ventilazione polmonare totale
frequenza respiratoria · (VT – VM) = ventilazione alveolare
VENTILAZIONEALVEOLARE
E PRESSIONI PARZIALI
NUCLEI RESPIRATORI DEL TRONCO ENCEFALICO(genesi e regolazione del ritmo)
RAPPORTI FUNZIONALI FRA I PRINCIPALI NUCLEI
RESPIRATORI DEL TRONCO ENCEFALICO
ATTIVITÀ DEINERVI RESPIRATORI DURANTE IL CICLO
FASI DEL CICLO RESPIRATORIO(attività neuronale in rapporto all’attività del nervo frenico)
TRASPORTO O2sangue → cellule
O2 offerto= O2 a disposizione di un tessuto nell’unità di tempo
O2 rifiutato = O2 che lascia i capillari per le vene nell’unità di tempo
O2 utilizzato= O2 offerto- O2 rifiutato
venosaatero )(O ioneconcentraz di differenza 2 −=−2Ova )C(C
2Ova2 )C(C sanguignoflusso utilizzato O −⋅=
2
2
Oa
Ova
2
22 )(C
)C(C
offerto O
utilizzato O O oneutilizzazi
−== 40muscolo a riposo
25globalmente (a riposo)
60cuore pulsante
90muscolo che lavora →
10reni
utilizzazione O2 [%]