Fiziologia respiratiei: ventilatia pulmonara - sensul si dinamica schimburilor de gaze resporatorii

FIZIOLOGIA RESPIRATIEI

A. Mecanica respiratiei Procesele mecanice respiratorii sunt procesele prin care cavitatea toracica isi modifica volumul, in sensul cresterii sau micsorarii sale, ceea ce permite inspiratia si expiratia pulmonara.

Inspiratia este un act motor activ, realizat cu ajutorul muschilor respiratori. Prin contractia acestora se modifica volumul cutiei toracice: longitudinal, transversal si anteroposterior. Ca urmare, plamanii se dilata pasiv, datorita fortei de adeziune a pleurelor, astfel ca presiunea aerului pulmonar devine mai mica decat presiunea atmosferica. Diferenta de presiune face ca aerul atmosferic sa patrunda in plamani pasiv, realizandu-se inspiratia. Inspiratia este determinata de contractia muschilor intercostali externi, supracostali si a diafragmei, in inspiratia fortata mai inter 828h74i vin si alti muschi: micii pectorali, sternocleidomastoidieni, dintati etc.

Expiratia este un proces pasiv. In conditii obisnuite, toracele revine la dimensiunile sale de repaus, ca urmare a relaxarii musculaturii respiratorii. Presiunea din interiorul plamanilor creste, iar o parte din aerul introdus in plamani este expulzat.

In expiratia fortata intervin si muschii intercostali interni, dreptii abdominali etc,

Inscrierea miscarilor respiratorii se face cu ajutorul pneumografului, inregistrarea grafica a miscarilor purtand numele de pneumograma.

Frecventa miscarilor respiratorii, in stare de repaus, este de 16 respiratii/minut la barbat si 18 respiratii/minut la femeie.

Frecventa si amplitudinea miscarilor respiratorii variaza in functie de necesitatile de O₂ si mai ales de cantitatea de CO₂ produsa.

Miscarile respiratorii permit patrunderea si iesirea succesiva a aerului din plamani, contribuind la realizarea ventilatiei pulmonare (tab. 28.).

Tab. 28. Ventilatia pulmonara.

CAPACITATE PULMONARA TOTALA (CPT) 5 000 cm 3

CAPACITATE VITALA (CV) 3 500 cm 3 Volum rezidual

Volum curent (VC) 500 cm 3 Volum inspirator de rezerva (VIR) 1 500 cm 3 Volum expirator de rezerva (VER) 1 500 cm 3 (VR) 1 500 cm 3

Inspiratie normala Inspiratie fortata Expiratie fortata Aer care ramane in pla- mani

Masurarea volumelor respiratorii, care variaza in functie de sex, varsta, dezvoltare fizica etc. se realizeaza cu ajutorul aparatului numit spirometru si poate constitui un criteriu de apreciere a starii de sanatate a organismului.

B. Schimburile gazoase respiratorii Schimburile gazoase respiratorii se desfasoara in organism in trei etape: pulmonara, sangvina si celulara.

a) Respiratia pulmonara La nivelul alveolelor pulmonare are loc schimbul de gaze intre aerul alveolar si sangele venos din capilarele alveolare. Acest schimb se realizeaza pe baza unor legi fizice, a unor mecanisme fiziologice si a unor structuri si proprietati specifice ale membranelor alveolo-capilare. Legile schimbului de gaze sunt legi fizice ale solubilitatii si presiunilor partiale (legea lui Dalton). Fiecare gaz difuzeaza pasiv de la presiune partiala mare la presiune partiala mica. Dinamica schimburilor de gaze, in functie de presiunile partiale, la nivelul alveolelor pulmonare si a tesuturilor, este prezentata in tabelul 29.

Tab. 29. Presiunile partiale ale gazelor respiratorii.

Gaz	Aer inspirat (mm Hg)	Aer alveolar (mm Hg)	Sange Oxigenat (mm Hg)	Intracelular (mm Hg)	Sange neoxigenat (mm Hg)	Aer Alveolar (mm Hg)	Aer expirat (mm Hg)
O2 CO2	0,3

Interpretati datele din tabelul de mai sus. Explicati sensul difuziei gazelor intre diferite structuri.

Oxigenarea sangelui la nivelul capilarelor alveolare se numeste hematoza pulmonara. Structura prin care se face acest schimb este membrana alveolo-capilara. Suprafata totala a acestor membrane, de aproximativ 80120 m² pentru ambii plamani, face posibila trecerea unor volume importante de gaze in ambele sensuri, intr-un timp relativ scurt (. 6.).

. 6. Sensul si dinamica schimburilor de gaze resporatorii.

b) Transportul oxigenului si dioxidului de carbon prin sange Atat sangele arterial, cat si cel venos transporta cantitati de O₂ si CO₂ aproximativ constante. Gazele respiratorii sunt transportate sub doua forme: o forma libera, dizolvata fizic in plasma, si o forma legata, combinata chimic in compusi labili.

O₂ este transportat dizolvat in plasma si combinat cu hemoglobina oxihemoglobina in cantitate mult mai mare decat forma dizolvata (. 7.).

CO₂ este transportat sub forma dizolvata, de bicarbonati de Na si K, de carbonati si sub forma de carbamati carbohemoglobina

Oxihemoglobina formata la nivel pulmonar se disociaza in tesuturi unde concentratia si presiunea partiala a O₂ sunt mai scazute decat in sangele arterial. Formarea si disocierea hemoglobinei depind de o serie de factori: temperatura, pH-ul mediului intern, prezenta sau absenta unor electroliti. Forma libera a O₂ din sange are o importanta deosebita, reprezentand stadiul initial si obligatoriu pentru intreaga cantitate de O₂, care intai se dizolva in plasma, si apoi se combina labil cu hemoglobina, rezultand HbO₂. Aceasta forma libera a O₂ mentine gradientul presional plasma -tesuturi, in vederea schimburilor permanente dintre acestea. Combinarea O₂ cu hemoglobina, usurata de prezenta Fe²⁺, nu este o oxidare propriu-zisa, ci o oxigenare, deoarece fierul ramane tot in stare de Fe²⁺. Atat in plasma, cat si in eritrocite, sub influenta anhidrazei carbonice, CO₂ se hidrateaza, rezultand H₂CO₃. Acesta se disociaza, eliberand HCO₃^- care se combina cu K⁺ in eritrocite si cu Na⁺ in plasma.

. 7. Presiunile partiale ale gazelor respiratorii.

c) Respiratia celulara (tisulara). Actul complex al respiratiei tisulare se realizeaza cu participarea a doua mari categorii de procese:

procese fizice de difuziune a celor doua gaze, determinate de gradientele diferite de presiune partiala din sectoarele capilar, interstitial si celular;

reactii chimice oxidoreducatoare

eliberatoare de energie.

Respiratia celulara se desfasoara in etape.

Degradarea anaeroba a glucozei in citoplasma si oxidarea acizilor grasi in mitocondrii.

Decarboxilarea si oxidarea produsilor intermediari rezultati in ciclul Krebs din mitocondrii, cu eliberare de CO₂, H₂O, electroni si H⁺.

Transferul H⁺ si a electronilor in lantul transportor de electroni pana la O₂ molecular, urmat de eliberarea unor importante cantitati de energie.

4. Stocarea unei parti din energia produsa in legaturile macroergice ale ATP, ca urmare a fosforilarii ADP, cuplate cu transportul de electroni.

Ultimele trei etape ale respiratiei celulare au loc in mitocondrii, in prezenta unor enzime specifice, dehidrogenaze si oxidaze si a unei cantitati adecvate de oxigen.

Aceste procese au o deosebita importanta in metabolismul energetic, prin punerea in libertate a energiei chimice potentiale (ATP), care va fi utilizata in activitati metabolice. Rezervele de oxigen din sange si de mio-globina sunt limitate. In caz de apnee*, aceste rezerve asigura necesitatile functionale numai pentru 24 min. La inceputul efortului muscular, debitul cardiac si consumul de O₂ creste mai repede decat capacitatea de ventilatie, instalandu-se datoria de oxigen.

SINTEZA: SISTEMUL RESPIRATOR

Procesele esentiale ale respiratiei sunt, in esenta, urmatoarele:

Ventilatia pulmonara realizata prin miscarile respiratorii.

Schimburile gazoase intre aerul atmosferic si sange, prin membrana alveolo-capilara.

Transportul sangvin al gazelor respiratorii.

Schimbul de gaze intre sange si tesuturi.

Producerea de energie prin respiratia (oxidarea) celulara.

6.Mecanismele nervoase si umorale de reglare si adaptare a respiratiei la conditiile de mediu.

EVALUARE

A. Selectati literele corespunzatoare raspunsurilor corecte:

1. Leucocitele participa la:

a fagocitoza;

b.transportul gazelor respiratorii;

c.procesul de imunitate;

d.mentinerea echilibrului acido-bazic;

e.diapedeza.

2.In atriul drept al inimii se deschid urmatoarele

vase:

a. artera aorta;

b.venele cave;

c. venele pulmonare;

d.arterele pulmonare.

3.Factorii circulatiei sangelui prin vene sunt:

a.aspiratia toracica;

b.activitatea cardiaca;

c.presa abdominala';

d.valvulele venoase pentru vasele de deasupra inimii

e.gravitatia pentru vasele situate sub inima.

4.Vascularizatia functionala a plamanilor este asigurata de:

a.arterele bronsice;

b.arterele pulmonare;

c.mica circulatie;

d.marea circulatie.

5.Oxigenul este transportat de sange in urmatoarele

forme:

a.bicarbonat de sodiu;

b.dizolvat in plasma;

c.oxihemoglobina;

d.forma libera.

6.Undese incruciseaza calea aerului cu calea ali-

mentelor

a. cavitatea bucala;

b. faringe;

c. laringe;

d. trahee;

e. esofag.

B.Un corp ascutit patrunde in toracele unui individ, fara sa-i afecteze grav plamanul. Totusi, el

Acuza mari dificultati in respiratie.Stabiliti cauza posibila.

C. Cronometrati numarul de respiratii pe minut si stabiliti pulsul in trei situatii diferite: in repaus,

Dupa efort si in apnee voluntara.Notati ceea ce constatati si stabiliti substratul anatomo-fiziologic al

fenomenului.

D.In cele doua eprubete din imaginea de mai jos se afla sange tratat-cu citrat de sodiu care impiedica coagularea. Culoarea sangelui difera. Stabiliti prin ce difera sangele din cele doua eprubete si modul in care se poate trece in laborator de la starea caracteristica sangelui din eprubeta A, la starea caracteristica din eprubeta B si invers.

E. La un proces de paternitate ,judecatorul este pus in fata urmatoarei situatii :mama are grupa de sange A II,copilul are grupa OI, iar tatal prezumtiv are grupa AB IV.
Care va fi verdictul judecatorului in acest caz?

F.Schema de mai jos reprezinta sintetic circulatia sistemetica si circulatia pulmonara.

Pe aceasta schema, copiata in caiete, colorati cu culorile conventionale cunoscute liniile punctate care reprezinta vasele care transporta sange oxigenat si respectiv sange neoxigenat. Indicati prin sageti sensul circulatiei sangelui prin inima si prin vase.

PLAMANI -
	AD	AS
	VD	VS

TESUTURI