fiziologia respiratiei Flashcards
respiratia
Respiratia, prin fenomene fizice si chimice, asigura schimburile de gaze intre organism si mediu necesare
proceselor metabolice tisulare
momentele respiratiei
Există 3 momente ale respiraţiei:
– respiraţia externă, care constă în schimbul de gaze între
organism şi mediul exterior (funcţie realizată exclusiv de
aparatul respirator prin procesele fiziologice de ventilaţie
pulmonară şi schimb alveolo-capilar de gaze respiratorii);
– transportul gazelor respiratorii la ţesuturi, funcţie realizată
predominant de globulele roşii din sânge, cu participarea
aparatului cardio-vascular.
– respiraţia internă (tisulara), care constă în schimbul de gaze între sânge şi ţesuturi, precum şi în realizarea proceselor biochimice oxidative intracelulare.
structura aparatului respirator
-cai respiratorii
-aparat toraco-pulmonar
cai respiratorii
– cavitatile nazale,
– faringe,
– laringe,
– trahee,
– bronhii.
* permit circulatia aerului in ambele sensuri, din mediul
extern in alveolele pulmonare, si invers.
* Aerul - sa fie lipsit de particule straine si incalzit la
temperatura corpului.
» Mucoasa cavitatilor nazale puternic
vascularizata
» Mucoasa traheo-bronsica, cu celule ciliate
orientate spre faringe
» Reflexele de tuse si stranut
Aerul spatiului mort
– Aerul care se gaseste la un moment dat in caile respiratorii, în afara aerului alveolar, reprezinta aerul spatiului mort anatomic.
Acest aer nu participa, atata timp cat ramane in caile respiratorii, la oxigenarea sangelui.
* intervine in olfactie si fonatie.
Variază între specii: la cele de talie mică (la
câine = 33%), < decât la speciile mari
(bovine, cal = 50 - 75%)
aparatul toraco-pulmonar
Aparatul toraco-pulmonar este reprezentat de
– cavitatea toracica
– pleura
– pulmonii
Cavitatea toracica
delimitare:
– Dorso-lateral: coaste, stern si coloana vertebrala, articulate intre ele prin cartilaje, ligamente si acoperite de muschi
– Posterior: diafragm - un puternic muşchi inspirator
pleura
Pleura are doua foite pleurale:
– foita viscerala
– foita parietala
* Intre ele un strat fin de lichid pleural, care le mentine alipite.
– In conditii fiziologice, spatiul interpleural este virtual, practic inexistent;
– el devine real in stari patologice:
* cand se acumuleaza aer sau lichid in exces – pneumotorax,
hidrotorax
Fortele care mentin foitele pleurale strans alipite
– tractiunea hidraulica realizata de pelicula de lichid (vezi
imposibilitatea de desprindere a doua lame de sticla
umede);
– “vidul pleural” - presiunea interpleurala usor mai scazuta
decat presiunea atmosferica
* Pa = 760 mm Hg;
* Pipl = 755 - 750 mmHg.
- Presiunea inegala pe cele doua fete pulmonare asigura
destinderea permanenta a pulmonilor.
» pulmonii se colabeaza in pneumotorax
pulmonii
Sunt formatiuni elastice, permanent pline cu aer, datorita
ramificarii bronhiilor principale in bronhii din ce in ce mai mici care se deschid in cavitati mai largi - alveole pulmonare.
- Alveolele pulmonare sunt bogat vascularizate. Pot exista şi
alveole slab vascularizate sau nevascularizate, aerul din interiorul lor fiind denumit spaţiu mort alveolar. - Acesta împreună cu spaţiul mort anatomic constituie
spaţiul mort fiziologic.
spatiul mort fiziologic
-spatiul mort alveolar + spatiu mort anatomic
hematoza
Bariera alveolo-capilara realizeaza schimbul de gaze respiratorii, proces numit hematoza (trecerea O2 din aerul alveolar in sange si eliminarea CO2 din sange in alveolele pulmonare.)
aer de schimb
Aerul prezent la un moment dat in alveolele pulmonare ce
contribuie la hematoză poarta numele de aer de schimb.
* Este aerul care asigura oxigenarea sangelui
Membrana alveolo-capilara
– epiteliul alveolar (pneumocite de ordinul I)
– endoteliul capilarelor sanguine
surfactant
Fata interna a alveolelor este captusita de un strat fin
proteolipidic tensio-activ, numit surfactant:
– 30 % proteine,
– 70 % lipide, dintre care predominante sunt fosfolipidele
– E secretat de pneumocitele de ordinul II.
* Sinteza lui şi căptuşirea alveolelor începe în ultima perioadă a dezvoltării intrauterine, fiind în corelaţie cu
creşterea nivelului plasmatic al cortizolului.
* Fătarea prematură predispune la tulburări respiratorii,
datorită absenţei surfactantului.
– Rolurile surfactantului:
* asigura mentinerea formei alveolelor (se evita
destinderea excesiva in inspiratie, colabarea in expiratie),
* impiedică extravazarea lichidului din capilare în alveole (edem pulmonar);
* favorizeaza emulsionarea particulelor inhalate, usurand fagocitoza realizata de macrofage (care repr.80 % din celulele peretelui alveolar)
complianta
O proprietate importantă a aparatului toraco-pulmonar este complianţa – distensibilitatea pulmonului şi a cutiei toracice.
Complianţa pulmonului se caracterizează prin uşurinţa cu care pulmonul se lasă întins când este supus tracţiunii musculare. La majoritatea mamiferelor are valori
similare.
Complianţa peretelui toracic variază, fiind mai mică la
animalele de talie mare – rigiditatea peretelui toracic la
cal şi vacă este mai mare decât la caine, pisica
ventilatia pulmonara
Este procesul fiziologic prin care se reimprospateaza
permanent aerul alveolar.
- Se desfasoara in doua faze :
– inspiratia, proces activ prin care in pulmoni patrunde
un volum de aer atmosferic mai bogat in O2 decat
aerul alveolar;
– expiratia, proces prin care este eliminat la exterior un volum de aer egal cu cel inspirat si care contine o cantitate mai mare de CO2.
- Cele doua procese se realizeaza cu ajutorul
miscarilor respiratorii.
miscarile respiratorii
- Miscarile cutiei toracice
- Miscarile pulmonilor
miscarile cutiei toracice in repaus + diametre care se maresc in inspiratie
– In repaus se realizeaza cu participarea muschilor
intercostali externi si diafragmei, care determina cresterea
volumului cutiei toracice in timpul inspiratie (proces activ),
revenirea la normal in timpul expiratiei, fiind un proces
pasiv.
Diametrele care se maresc in inspiratie sunt:
– Diametrul longitudinal sau cranio-caudal, prin contracţia
diafragmului, principalul muschi inspirator (participa in
prop.de 75 % la realizarea inspiratiei).
– Diametrul transversal sau costo-costal se mareste datorita
unei miscari de rotatie efectuate de coaste, care se
deplaseaza spre inainte si inafara, marind portiunea
inferioara a toracelui.
– Diametrul vertical sau dorso-ventral se mareste datorita
miscarilor efectuate de coaste si coborârii sternului.
miscarile cutiei toracice in ventilatia pulmonara fortata
- Coloana vertebrala efectueaza o miscare de extensie in timpul inspiratiei, care accentueaza deplasarea coastelor si creste suplimentar volumul toracic.
- In acelasi timp, actioneaza si muschii inspiratori
accesori: pectorali, marele dintat, sternocleidomastoidianul, trapezul, scalenul. - In timpul expiratiei fortate, se contracta muschii abdominali, muschii expiratori: intercostali interni, micului dintat; concomitent se realizeaza miscarea de flexie a coloanei vertebrale
Miscarile pulmonilor
Modificarea dimensiunilor cutiei toracice este urmata de
aceeaşi modificare a dimensiunilor pulmonilor datorita
menţinerii alipite a foiţelor pleurale (viscerală şi
parietală).
ciclu respirator
Desfasurarea succesiva a celor doi timpi, inspiratia si
expiratia, constituie un ciclu respirator.
starea de eupnee
Repetarea permanenta a ciclurilor respiratorii intr-un
ritm caracteristic speciei constituie starea de eupnee
(respiratie normala).
apnee
Oprirea pentru scurt timp a respiratiei se numeste
apnee
volumul maxim de dilatare a pulmonilor
Volumul maxim de dilatare a pulmonilor in timpul
ventilatiei pulmonare este egal cu suma a patru volume
de aer pulmonar.
– volumul respirator curent,
– volumul inspirator de rezerva,
– volumul expirator de rezerva,
– volumul rezidual.
capacitati pulmonare
– Capacitatea inspiratorie
– Capacitatea vitala
– Capacitatea pulmonara totala
– Capacitatea reziduala functionala
volumul respirator curent
este volumul de aer inspirat intr-un ciclu respirator, cu participarea exclusiva a muschilor inspiratori, reprezinta 60 % din capacitatea vitala.
Volumul inspirator de rezerva
este volumul de aer introdus prin inspiratie fortata, cand peste volumul curent se introduce un volum suplimentar de aer.
Volumul suplimentar impreuna cu volumul curent de aer constituie capacitatea inspiratorie.
Volumul expirator de rezerva
este volumul de aer eliminat la exterior cand se trece de la expiratia de repaus la expiratia fortata.
capacitatea vitala
Suma celor trei volume de aer mobilizabil (VIC, VIR, VER)
formeaza capacitatea vitala
volumul rezidual
este volumul de aer care ramane in pulmoni dupa o expiratie fortata.
* Are importanta in medicina legala si in patologie.
- El este format din:
– aerul de colaps - volumul de aer eliminat prin
pneumotorax;
– aerul minimal - volumul de aer care ramane in plamani
dupa eliminarea aerului de colaps si care nu se elimina nici
dupa moarte. - Astfel, aerul minimal este cel care asigura plutirea unui
fragment de pulmon în apa (proba docimaziei, ce
stabileste daca fatul s-a nascut viu sau mort).
Capacitatea pulmonara totala
-este suma capacitatii vitale si a volumului de aer rezidual
Capacitatea reziduala functionala
este suma volumului expirator de rezerva si a aerului rezidual si reprezinta volumul de aer care se gaseste in plamani la sfarsitul unei expiratii obisnuite
– Acest aer impiedica variatiile bruste ale presiunii partiale a
O2 si CO2 si face ca transferul gazos alveolo-capilar sa fie
un proces continuu.
capacitatea inspiratorie
VIR +VRC
coeficientul de ventilatie
Raportul intre aerul proaspat intrat in spatiul de schimb
alveolar si aerul folosit
unde este presiunea interpleurala mai putin negativa?
In zona apicala, Pipl este mai putin negativa decat in zona
diafragmatica
cum este presiunea interpleurala in inspiratie si expiratie?
In inspiratie presiunea interpleurala este mai scazuta decat in expiratie
frecventa respiratorie
La speciile de talie mica si la animalele tinere,frecventa respiratiilor pe unitatea de timp (minut) este mai mare decat la animalele de talie mare si respectiv la animalele adulte
Tipuri de respiratie la animale
- tipul costal - la caii din rasele usoare si la caine;
- tipul costo-abdominal, la caii din rasele grele si femelele nerumegatoarelor mari in stare de gestatie;
- tipul abdominal, la rumegatoarele mari;
- tipul diafragmatic, la iepure.
- La speciile cu val palatin lung (cal, taurine), respiratia se face aproape exclusiv pe nari, iar la cele cu val palatin scurt si in polipneea termica, respiratia se face preponderent pe cale bucala.
Factorii care conditioneaza schimbul alveolo-capilar al gazelor respiratorii
– presiunea partiala a gazelor respiratorii de o parte si de alta a membranei;
– proprietatile fizico-chimice ale gazului care trece prin membrana;
– calitatile membranei.
legea Dalton
Trecerea gazelor din alveole pana la eritrocit este un proces de difuziune care se supune legii Dalton, numita si legea presiunilor partiale, conform careia intr-un amestec de gaze, presiunea unui singur gaz este direct proportionala cu concentratia sa in amestec.
Proprietatile fizico-chimice ale gazelor respiratorii care
influenţează schimbul lor la nivelul membranei alveolo-capilare
– coeficientul de solubilitate a gazului in faza lichida,care
pentru CO2 este mai mare decat pentru O2 (0,51 pentru CO2 si 0,024 pentru O2, in plasma la 37 oC).
– Viteza de difuziune a O2, care este de 20 de ori mai mica
decat cea a CO2
Trecerea oxigenului prin membrana alveolo-capilară
– Datorita spatiului mort, in alveole, concentratia si presiunea partiala a O2 se mentin permanent constante,
aproximativ 16 ml %, respectiv 100-105 mm Hg.
– La nivelul sangelui capilar, presiunea partiala a O2 este 37-40 mm Hg. Diferenta de 60 mm Hg determina directia de difuziune, dinspre alveole spre capilar.
Trecerea bioxidului de carbon prin membrana alveolo-capilară
– Presiunea partiala a CO2 in sange este de 45-46 mm Hg,
iar in alveole de 40 mm Hg. In primul moment al
contactului aer-sange diferenta este de 5-6 mm Hg, care,
desi mica, faciliteaza transferul datorita solubilitatii si
difuziunii mari a CO2
Sangele transporta oxigenul sub doua forme :
* dizolvat (1,5%)
* combinat cu hemoglobina (oxihemoglobina) – 98,5.
- Ambele forme depind de presiunea partiala a O2 din sangele arterial, care are valori putin mai scazute fata de cea din aerul alveolar (usor sub 100 mm Hg).
- Fixarea si cedarea O2 de catre molecula de hemoglobina se face succesiv pentru cei patru atomi de fier.
- 1 mol de hemoglobina poate sa fixeze de 4 ori mai multi moli de O2, ceea ce reprezinta puterea de oxigenare a hemoglobinei.
- Un gram de Hb poate combina 1,36 ml oxigen.
In mediu însă există cantităţi mici de CO care blochează o parte din Hb, astfel că valoarea reală a capacităţii de oxigenare a sângelui este de 1,30, iar la fumători 1,20 ml oxigen pe gram Hb.
Transportul sanguin al CO2
Deseul principal al metabolismului oxidativ este CO2.
Combinarea CO2 cu apa formeaza acidul carbonic, care este
principalul metabolit acid al organismului. Sistemul format de CO2/bicarbonat este implicat major in tamponarea aciditatii, in sectorul extracelular.
- La nivelul sangelui, CO2 se gaseste sub 3 forme:
– forma dizolvata (5-7 %),
– bicarbonati (65-70 %) ,
– carbamatii (21-23 %). - Sinteza bicarbonatilor, pornind de la CO2 si H2CO3, se face
rapid in eritrocite si este mai importanta decat sinteza lor la nivel plasmatic pentru ca in eritrocite este prezenta anhidraza carbonica care accelereaza de aproximativ 2000 de ori reactia reversibila dintre CO2 si H2O (CO2 + H2O H2CO3).
Anionii carbonici migreaza in plasma la schimb cu ionii de Cl. In plasma se formeaza CO3HNa (forma de transport a CO2 la pulmoni) – fenomenul Hamburger. - Combinatia cu Hb este carbhemoglobina (carbamatii)
respiratia tisulara - procese fizice
Procesele fizice constau in difuziunea gazelor,determinata de diferenta de presiune partiala intre sange si celulele tesuturilor, prin intermediul lichidului interstitial care face legatura intre capilare si celule.
- In sangele capilarelor arteriale presiunea partiala a O2
este de aproximativ 95 mm Hg, in lichidul interstitial de
aproximativ 40 mm Hg, iar la nivel intracelular prezinta variatii cuprinse intre 5 si 40 mm Hg, cu o valoare medie de 23 mmHg. Diferenta mare intre aceste sectoare determina difuziunea rapida a O2 dinspre teritoriul arterio-capilar spre celule. - Bioxidul de carbon care rezulta din metabolismul celular are o presiune partiala de aproximativ 45-46 mm Hg la nivel
intracelular si interstitial, iar in sange de aproximativ 40 mm
Hg. Diferenta de 5-6 mm Hg si difuzibilitatea mare determina trecerea lui din interstitiu spre sange.
respiratia tisulara - procese chimice
Procesele chimice sunt reactii de oxido-reducere cuplate
cu reactii de fosforilare oxidativa, care au rol in metabolismul substantelor nutritive si eliberarea energiei necesare activitatii celulare.
La nivelul celulelor vii metabolismul este predominant aerob.
Respiratia celulara se realizeaza in 4 etape :
- degradarea anaeroba a glucozei si oxidarea acizilor grasi si
a unor aminoacizi in citoplasma celulelor.
- decarboxilarea si oxidarea produsilor intermediari, care
rezulta din ciclul Krebs, cu eliberarea de CO2, apa, electroni si ioni de hidrogen;
- transportul ionilor de hidrogen si al electronilor in lantul
transportor pana la oxigenul molecular si eliberarea unei mari cantitati de energie libera;
- stocarea unei parti din energie in legaturile macroergice ale
ATP, prin fosforilarea ADP
reglarea respiratiei - mecanisme nervoase
Centrii respiratori, indispensabili functiei ventilatorii, sunt
centrii inspiratori si expiratori situati in bulbul rahidian si centrul pneumotaxic din punte.
- Neuronii inspiratori si expiratori sunt situati bilateral, in
portiunea dorsala si ventrolaterala a bulbului
. - Centrul pneumotaxic, situat in treimea superioara a puntii
descarca impulsuri inhibitorii asupra centrului inspirator bulbar. - In treimea inferioara a puntii se gaseste centrul apneustic (nu este unanim admis), care fiind stimulat provoaca alungirea respiratiei (apneusis).
- Mecanismul reflexului Hering-Breuer – reduce durata inspiratiei si creste frecventa respiratorie
reglarea respiratiei - mecanisme umorale
S-a stabilit ca bioxidul de carbon are rol de veritabil “hormon
respirator”.
Efectele stimulante ale CO2 se realizeaza prin intermediul acidului carbonic format si disociat in ioni de H+ si bicarbonat la nivelul ariei chemosensibile.
- Cresterea CO2 in aerul inspirat cu pana la 9 % determina
cresterea frecventei respiratorii prin stimularea CRB, organismul luptand pentru a elimina surplusul de CO2 inspirat. - Cresterea CO2 in aer peste 9 % produce deprimarea CRB; la 33 % CO2 in aer se produce narcoza (somnul), iar la 40 % se instaleaza moartea.
- Catecolaminele in cantitati mici stimuleaza activitatea centrilor respiratori; in cantitati mari, ei determina oprirea respiratiei prin cresterea presiunii sangelui si stimularea presoceptorilor din zonele reflexogene - apneea adrenalinica
Particularitati ale respiratiei la pasari
*lipseşte epiglota;
* in loc de alveole pulmonare tipice prezinta o retea de capilare aerifere care formeaza pulmonii (sistem bronhial alcatuit din mezo, dorso-, ventro-,para- si sacobronhii);
* prezinta saci aerieni foarte vascularizati;
* plamanii sunt compacti,inextensibili, aderenti la
perete, fără cavitate interpleurală, ceea ce determina miscarea lor limitată.
* Schimbul de gaze se realizeaza si in inspiratie si in expiratie.
Funcții nerespiratorii ale pulmonilor
- metabolica
- termoreglare
- excretorie
- torsul la pisică
- apărare
