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COMPOSIZIONE DELL’ARIA ATMOSFERICA SECCAE PRESSIONI PARZIALI DEI GAS - (760 TORR, 15 °C)
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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
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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
⇓⇓⇓⇓
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⇒
⇒
⇒
↓↓↓↓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
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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
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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
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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
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SCHEMA GENERALE DEGLI SCAMBI GASSOSI
diffusione diffusione
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Fisiologia della respirazionea) respirazione polmonareb) funzione respiratoria del sanguec) respirazione cellulare (chimica biologica)
a) + b) ← coordinamento movimenti respiratori e circolazione
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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 ⋅=
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VIE RESPIRATORIE
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VIE AEREEINFERIORI
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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
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I MUSCOLI RESPIRATORI E LA LORO AZIONE
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PARETE TORACICA, SACCO PLEURICO, POLMONI
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MODIFICAZIONI DI:PRESSIONE PLEURICA, PRESSIONE ALVEOLARE E VOLUME RESPIRATORIO
(respirazione tranquilla)
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LEGGE DI BOYLE
P1·V1 = P2·V2 T, n costanti
numero collisioni ↑
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GRADIENTI PRESSORI TRANSMURALI
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PRESSIONE NELLA CAVITÀ PLEURICA
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MODELLO FISIOLOGICO(volume polmonare e pressioni)
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TENSIONE SUPERFICIALE E STABILITÀ DEGLI ALVEOLI
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campana
aria
acqua tracciato
SPIROMETRO
boccaglio
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SPIROMETRIA(misura i volumi e le capacità polmonari)
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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
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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]
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METODO DELLA DILUIZIONE DELL’ELIO(volume residuo, capacità funzionale residua)
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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
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STRUTTURA DELLA MEMBRANA RESPIRATORIA
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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
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SCAMBIO DEI GAS RESPIRATORIf(lunghezza dei capillari)
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GAS RESPIRATORI –PRESSIONI PARZIALI NEI VARI COMPARTIMENTI
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SHUNT FISIOLOGICO
Parenchima polmonare CuoreVene polmonari
Arterie polmonari
Rami aorta toracica
⇓⇓⇓⇓
2% del sangue nelle arterie è ancora venoso
Circolo bronchiale
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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
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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
⋅
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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
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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
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CURVA DI DISSOCIAZIONE DELL’OSSIEMOGLOBINA
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CURVA DI DISSOCIAZIONE DELL’OSSIEMOGLOBINA
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2,3-difosfogliceratometabolita prodotto dai GR
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facilita il trasporto di O2attraverso la placenta
emoglobina fetale(catene: 2α + 2γ)
↓gradualmente
emoglobina adulta(catene: 2α + 2β)
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TRASPORTO DELL’ANIDRIDE CARBONICA
∆(venoso – arterioso)
arterioso
venoso
sangue
1,7
21,5
23,2
CO2
[mM·L-1]
CO2 presente > CO2 disciolta
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FORME DI TRASPORTO DELLA CO2
−+ +→→+ 332
AC
22 HCOHCOHOHCO
+− +−−→+− HCOONHRCONHR 22
Reazione con le proteine: formazione di composti carboaminici
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TRASPORTO DELLA CO2
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FORME DI TRASPORTO DELLA CO2 (tessuti → polmoni)
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1
2
3
4
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SCAMBI GASSOSI A LIVELLO POLMONARE
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LOCALIZZAZIONE DEI CORPI CAROTIDEI E AORTICI
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VOLUME DELLO SPAZIO MORTO ANATOMICO (VM)
frequenza respiratoria · volume corrente (VT) = ventilazione polmonare totale
frequenza respiratoria · (VT – VM) = ventilazione alveolare
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VENTILAZIONEALVEOLARE
E PRESSIONI PARZIALI
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NUCLEI RESPIRATORI DEL TRONCO ENCEFALICO(genesi e regolazione del ritmo)
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RAPPORTI FUNZIONALI FRA I PRINCIPALI NUCLEI
RESPIRATORI DEL TRONCO ENCEFALICO
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ATTIVITÀ DEINERVI RESPIRATORI DURANTE IL CICLO
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FASI DEL CICLO RESPIRATORIO(attività neuronale in rapporto all’attività del nervo frenico)
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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 [%]