trasporto di O2
per la legge di Henry, ad una PO2 di 100
mmHg, l’O2 sciolto è ca. 3 ml/L di
sangue
con una gittata cardiaca normale di 5
L/min potremmo fornire all’organismo
solo 15 ml/min di O2 ma ne sarebbero
richiesti ca. 250 ml/min
esiste un meccanismo di trasporto per
l’O2 più efficiente che non la diffusione
semplice
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questo meccanismo è a livello dei globuli rossi
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eritrociti
privi di nucleo, mitocondri, ribosomi
a forma di disco biconcavo
altamente deformabili
gli elementi corpuscolati più abbondanti del sangue
vivono ca. 4 mesi in circolo
5 milioni/mm3 (uomo) e 4,5 milioni/mm3 (donna)
contenitori (33%) e trasportatori di emoglobina
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emoglobina
cromoproteina tetramerica (68 kDa)
formata da 4 anelli tetrapirrolici (gruppo
eme) e 4 molecole proteiche (globine)
al centro del gruppo eme c’è un atomo di
ferro allo stato ferroso (Fe2+) che forma 6
legami di coordinazione
nell’adulto il 98% dell’emoglobina è
formata da 2 globine α e 2 β mentre il 2%
da 2 globine α e 2 δ
nell’emoglobina fetale le catene β sono
sotituite dalla catene γ che aumentano
l’affinità per l’O2
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eritropoiesi
gli eritrociti si originano nel midollo rosso delle epifisi
e diafisi delle ossa lunghe (omero, femore, etc.) ma
soprattutto nelle ossa corte e piatte (sterno, ossa del
bacino, costole, vertebre)
è finemente regolata da:
eritropoietina (EPO) (proliferazione e maturazione)
ferro (gruppo eme)
cobalto, rame (formazione dell’emoglobina)
vitamina B2 (riboflavina)
vitamina B12 (cianocobalamina), acido folico, fattore
intrinseco (maturazione dei precursori)
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ca. il 70% del Fe dell’organismo si trova incorporato nel gruppo eme
il Fe viene assorbito dall’intestino e trasportato dalla transferrina (proteina carrier)
ca. il 30% di Fe (ferrico, Fe3+) viene tamponato dal fegato tramite la ferritina
ca. il 3% di Fe è incorporato nella mioglobina
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emolisi ed eritrocateresi
l’emolisi è la rottura della membrana eritrocitaria e la conseguente fuoriuscita
dell’emoglobina
i globuli rossi producono piccole quantità di ATP per mantenere la propria omeostasi e per
evitare l’ossidazione del Fe ferroso e delle proteine ma dopo 4 mesi i meccanismi enzimatici
dei globuli rossi sono ormai invecchiati
i globuli rossi “vecchi” si rompono quando passano nei capillari o si accumulano nel sistema
reticolo-endoteliale (milza, fegato, midollo osseo) dove vengono fagocitati dai macrofagi
gli aminoacidi dell’Hb servono per fare altre
proteine
il Fe viene incorporato in altri gruppi eme;
l’anello porfirinico viene convertito nel
pigmento bilirubina
la bilirubina del sangue viene metabolizzata
nella bile dal fegato ed espulsa nelle feci
mentre i suoi metaboliti vengono escreti dal
rene nelle urine
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emoglobina e legame con l’O2
O2 è sia fisicamente disciolto
che chimicamente legato
Hb + O2
HbO2
deossiemoglobina
ossiemoglobina
lega 4 molecole di O2 con un legame di
coordinazione
legame (e reazione) completamente
reversibile, dipendente dalla PO2
Fe3+ = metaemoglobina
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la quantità di O2 che si lega ad Hb dipende da:
PO2 del plasma
numero totale dei siti di legame (numero di molecole di Hb presenti)
effetto cooperativo positivo
Hb + O2 ↔ Hb(O2)1 + O2 ↔ Hb(O2)2 + O2 ↔ Hb(O2)3 + O2 ↔ Hb(O2)4
la percentuale di saturazione dell’emoglobina indica la percentuale di siti di legame
disponibili che sono legati a O2 : se tutti i siti sono occupati il sangue è ossigenato al 100%
(= saturo, valore teorico)
curva di dissociazione
dell’emoglobina (sigmoide)
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significato funzionale della curva di dissociazione dell’emoglobina
riserva di O2: alla saturazione (alveoli) Hb trasporta quasi tutto l’O2 presente nel sangue;
alla PO2 nelle cellule a riposo (40 mmHg) la percentuale di saturazione di Hb è del 75%,
quindi Hb ha rilasciato solo il 25% di O2 che trasporta
il resto viene utilizzato quando il metabolismo (ed il conseguente consumo di O2) aumenta
importanza della pendenza: bassa a PO2 > 60 mmHg e
alta a PO2 tra 40 e 20 mmHg
l’ossigenazione del sangue a livello polmonare non
cambia molto al variare della PO2
alto rilascio di O2 nei tessuti al diminuire della PO2
sotto la normalità
ad es.: ad una PO2 di 20 mmHg (valore medio del
muscolo sotto sforzo) la percentuale di saturazione di Hb
scende bruscamente al 30%, quindi Hb ha rilasciato il
70% del contenuto totale di O2
passare da 100 a 40 mmHg fa rilasciare il 25% di O2
passare da 40 a 20 mmHg fa rilasciare il 45% di O2
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emoglobina e affinità per l’O2
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effetto Bohr
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il 2,3-disfosfoglicerato (2,3-DPG) è un intermedio della glicolisi la cui produzione aumenta in
seguito ad ipossia
l’effetto del 2,3-DPG sull’Hb determina che in caso di scarso O2 disponibile in circolo esso
venga comunque rilasciato più facilmente ai tessuti
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Hb ha un’affinità elevatissima
per il monossido di carbonio
(CO) = facile avvelenamento
la mioglobina è una proteina del
muscolo scheletrico che funge
da deposito di O2, ha un’elevata
affinità per O2 che viene
rilasciato solo in condizioni di
necessità (bassa PO2)
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trasporto di CO2
si calcola che la quantità di CO2 prodotta e trasportata dal sangue sia 200 ml/min
AC
CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3l’enzima anidrasi carbonica (AC) accelera la reazione di formazione dell’acido carbonico
anche di 1000 volte; il rapporto HCO3-/H2CO3 è di 20/1; negli eritrociti c’è una grande
quantità di HCO31 HCO3- rappresenta la forma dominante di CO2 trasportata (90 e 87%)
2 composti carboamino-emoglobinici (carbossiemoglobina) (5-7%)
CO2 + Hb ↔ HbCO2
3 CO2 disciolta nel sangue (5%)
la CO2 (480-520 ml/L di sangue) forma un’ampia riserva di molecole tampone; la
respirazione elimina piccole quantità di CO2 senza alterare significativamente la riserva
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curva di dissociazione della CO2
la deossigenazione dell’Hb favorisce la formazione dei composti carboamino-emoglobinici
(effetto Haldane)
la quantità di CO2 legata a Hb in seguito all’effetto Haldane è piccola (14 ml/L) ma
confrontabile con la quantità di CO2 prodotta e scambiata tra sangue venoso e arterioso
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l’effetto Haldane è assai rilevante nello scambio di CO2 a livello tissutale e polmonare
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controllo nervoso
se il sistema respiratorio sta facendo bene il proprio lavoro le PO2 e PCO2 nel circolo
arterioso devono rientrare nei valori ottimali (100 mmHg e 40 mmHg, rispettivamente)
il sistema respiratorio è in grado di modificare la ventilazione alveolare per mantenere
questi valori
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respirazione tranquilla: muscoli intercostali esterni + diaframma
inspirazione forzata: muscoli intercostali esterni + diaframma + muscoli scaleni + muscoli
sternocleidomastoidei
espirazione forzata: muscoli intercostali interni + muscoli addominali
muscoli ciclicamente attivati
da attività neuronali ritmiche
genesi del ritmo respiratorio
neuroni inspiratori
neuroni espiratori
potenziali pacemaker
PA che provengono da zone neurogeniche centrali
e spinali distinte
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centri di controllo bulbari e pontini
GRV si estende per tutta la
lunghezza del bulbo (nucleo
retrofaciale rostrale, nucleo
retroambiguo caudale, nucleo
parambiguo)
GRD è localizzato nel nucleo del
tratto solitario, riceve afferenze
sensoriali vagali che ne
condizionano l’attività
il ponte contiene nuclei
neuronali misti (inspiratori,
espiratori e misti)
GRP controlla l’alternanza
ispirazione/respirazione
inibendo GRD
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durante la respirazione tranquilla i neuroni di GRV e GRD sono attivi alternativamente
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i neuroni inspiratori di GRV e GRD stimolano i
motoneuroni inspiratori del nervo frenico che
controlla il diaframma ed i nervi intercostali esterni
che controllano il movimento delle costole
alcuni neuroni inspiratori del GRV controllano
anche i muscoli della laringe, faringe e lingua
i neuroni espiratori di GRV attivano i muscoli
espiratori ed inibiscono i neuroni inspiratori; anche
i neuroni inspiratori agiscono a feedback negativo
sui neuroni espiratori
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esiste un centro generatore del ritmo (ritmogenico)
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recettori polmonari
recettori di stiramento (tensocettori):
parete della trachea e bronchi, inibiscono i centri inspiratori GRD e favoriscono l’espirazione,
responsabili del riflesso di Hering-Breuer (afferenze vagali)
recettori per gli stimoli irritativi:
ramificati tra le cellule epiteliali delle vie aeree, broncocostrizione- tosse- starnuto, funzione
protettiva
fibre recettive vagali amieliniche (fibre C):
stimolati da accumulo di liquido (edema) e da sostanze liberate da ferite o malattie, risposta
rilfessa somatica e viscerale
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chemocettori periferici
sensibili a O2, CO2 e pH
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meccanismo molecolare di
sensibilità alla PO2
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l’O2 di norma non è il fattore principale
che attiva i recettori periferici ma bassi
valori di O2 aumentano la loro
sensibilità alla CO2 ed al pH
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chemocettori centrali
sensibili a CO2 e pH
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riflessi chemorecettoriali
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respiro ed equilibrio acido-base
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