1 Reglarea circulatiei pulmonare Substante vasoconstrictoare eliberate in circulatie: angiotensina II care se si formeaza in circulatia pulmonara, endotelinele, serotonina (mai ales in teritoriul venos), tromboxanul A2 si prostaglandinele. ADH in circulatia pulmonara are efect vasodilatator. Alte substante vasodilatatoare: bradikinina, histamina, prostaciclina si NO. NO este un gaz cu afinitate foarte mare pentru hemoglobina (de 200.000 de ori mai mare decat O2. In momentul cresterii debitului circulator in vasele pulmonare, plamanul se poate adapta prin fenomele de distensie si recrutare impiedicand hipertensiunea pulmonara. Aceste fenomene au limite care sunt descrise de factorul de siguranta al plamanilor. P hidrostatica capilare pulmonare = 10 mm Hg (efect profiltrant). P coloidosmotica a proteinelor din plasma = 28 mm Hg (efect antifiltrant). P hidrostatica interstitiul pulmonar = -9 mm Hg (datorata vidului pleural, forta profiltranta). P coloidosmotica din interstitiul pulmonar = 10 mm Hg (forta profiltranta). P efectiva de filtrare = P hidrostatica capilare + P hidrostatica interstitiu + P coloidosmotica interstitiu P coloidosmotica capilar = 10+9+10-28 = 1 mm Hg. Lichidul care ajunge in interstitiu este foarte repede indepartat prin intermediul circulatiei limfatice. Daca presiunea hidrostatică se măreşte brusc, factorul de siguranta are valoarea de 28 mm Hg. In conditii de crestere lenta, a presiunii din atriul stang, factorul de siguranta creste la 40 mm Hg. Difuzia este cea de-a 2 a etapa de transport a gazelor si reprezinta deplasarea moleculelor de gaze respiratorii pe distante mici, transport care se datoreaza concentratiei gazului si care se face de la presiune mare la presiune mica. Presiunea partiala a unui gaz este dezvoltata de fractiunea gazului dizolvata liber in plasma si nu de gazul aflat in combinatii cu diverse substante. Legea Boyle: P V = constant. Legea Henry: P partiala gaz = coeficient solubilitate x concentratia gazului. (px = α x [X]) Legea Dalton: presiunea totala a unui amestec gazos este suma presiunilor partiale a gazelor din amestec sau: presiunea pe care o dezvolta un gaz dintr-un amestec este aceeasi pe care ar dezvolta-o daca s-ar afla singur in incinta respectiva. Aerul atmosferic este un amestec de 79% azot, 21% oxigen. (20% O 2 dezvolta 158 mm Hg). Formula Fick: = Coeficientul de solubilitate pentru oxigen = 0.024 si pentru dioxid de carbon = 0.57 Raportul α/ poarta numele de coeficient de difuziune si reprezinta particularizarea fiecarui gaz. Pentru oxigen coeficientul este 1, pentru CO2 este 20.
2 Suprafata totala de difuzie este de 70 m 2 pentru ca si membrana alveolara si capilarele au aceeasi suprafata. Suprafata are variabiliate temporospatiala chiar la acelasi individ si in conditii de sanantate. Se poate modifica semnificativ in stari patologice. Variabilitatea temporala tine de fazele respiratiei: in inspir, cand creste volumul alveolar, suprafata de difuzie creste; in expir invers. Variabilitate spatiala: exista alveole cu dimensiuni si capacitate de distensie variabile, cele care se pot destinde mai mult au o suprafata mai mare, celelalte invers. Distanta de difuziune: in mod normal grosimea membranei alveolocapilare variaza intre 0,2 si 0,6 microni. Timpul necesar unei molecule de oxigen sa strabata o distanta de 1 micron este de 1 ms. Pentru a traversa un spatiu de 5 cm, aceeasi molecula de oxigen are nevoie de 13 ore. Grosimea prezinta si ea variatie temporo-spatiala. In inspir: scade distanta de difuziune, in expir creste. In momentul in care creste perfuzia pulmonara, distanta de difuziune scade pentru ca avem mai multe capilare active. Distanta creste in: ingrosarea membranei alveolo-capilare. Diferenta de presiune In aerul atmosferic: P O 2 =158 mm Hg; P N 2 =596 mm Hg, PCO 2 =0,3 mm Hg si PH 2 O (intre 0-5 grade si 5% umiditate)=5,7 mm Hg. In alveola, datorita umidifierii aerului inspirat, PH 2 O=47 mm Hg, PCO 2 =40 mm Hg. P O 2 : 100(102-104) mm Hg si PN 2 =573 mm Hg. Sangele venos ce vine la plaman: PO 2 : 40 mm Hg si PCO 2 : 45-46 mm Hg. Difuziunea are loc de la presiune partiala mare la presiune partiala mica - oxigenul trece din alveola in sange - in venele pulmonare presiunea O 2 se echilibreaza la 100 mm Hg, iar CO 2 va trece din sange in alveola pentru a fi eliminat - presiunea CO 2 in sangele arterializat va fi 40 mm Hg. Cand sangele ajunge la tesuturi, unde PO 2 = 40 mm Hg si PCO 2 = 46 mm Hg, schimburile vor avea loc in sens invers: oxigenul este preluat in tesuturi si dioxidul de carbon va fi eliberat. Pentru oxigen: creste fie crescand presiunea in alveola, fie scazand presiunea in sangele venos. Presiunea in alveola poate creste in hiperventilatie (maximul este de 149 mm Hg) sau daca se respira oxigen 100% sau oxigen hiperbar. Scade continutul de O 2 in sangele venos in consumul tisular, in efortul fizic. scade atunci cand scade presiunea partiala in alveola. Are loc in hipoventilatia localizata sau generalizata sau cand se respira intr-o atmosfera saraca in oxigen (altitudine factor limitativ pentru adaptarea la altitudine). mediu pentru O 2 este de 11 mm Hg (pe toata lungimea capilarului). Capacitatea de difuziune a unui gaz = cantitatea de gaz care difuzeaza in fiecare minut pentru o diferenta de presiune partiala de 1 mm Hg. Aceasta capacitatea de difuzie pentru oxigen este de 21 ml/min/mm Hg (in repaus). Difuzia neta a oxigenului ( mediu x capacitatea de difuzie) va fi 230 ml/min. In efortul fizic, capacitatea de difuziune creste la 65 ml/min/mm Hg. Aceasta crestere este determinata de cresterea volumului curent (hiperventilatie); cresterea suprafetei de difuziune, scaderea distantei si de scaderea timpului de circulatie. ( creste, debitul cardiac creste de 5-6 ori).
3 Pentru CO 2 capacitatea de difuziune este de 1 ml/min/mm Hg. In repaus se produc 200 ml CO 2 /min. Difuziunea limitata de capacitatea de difuzie: CO este un gaz cu afinitate de 200 de ori mai mare pentru hemoglobina decat oxigenul. La o persoana sanatoasa si nefumatoare, concentratia acestui gaz in sange este 0. Daca se administreaza pentru perioada scurta un amestec gazos cu 0,1% concentratie CO, acesta va difuza rapid din alveole in plasma. De aici este preluat la fel de repede de hematie si se fixeaza pe hemoglobina. Oricat de mare sau oricat de mic ar fi debitul circulator, in conditiile de respiratie data (timp scurt, concentratie mica CO) nu exista timp pentru ca presiunea plasmatica a CO sa se echilibreze cu cea alveolara => difuziunea gazului este limitata de proprietatile de difuzie ale membranei. Difziunea limitata de perfuziea pulmonară: pentru a demonstra influenta perfuziei pulmonare asupra difuziunii gazelor se foloseste respiratia pe termen scurt intr-un amestec gazos cu 0,01% conc N 2 O. Oxidul nitros are afinitate 0 pentru hemoglobina. Ca urmare, difuzia din alveola in plasma determina echilibrarea foarte rapida a presiunii partiale intre alveola si plasma. Indiferent de grosimea membranei de difuziune, gazul se va echilibra. Cu cat debitul circulator va fi mai mare, cu atat echilibrul se atinge mai tarziu. Cu cat debitul circulator va fi mai mic, cu atat echilibrul se atinge mai repede. In mod normal, oxigenul si dioxidul de carbon se comporta ca oxidul nitros = se comporta ca niste gaze a caror difuziune este limitata de perfuzie. Respiratia la altitudine, in mediu hipobar sau cu continut scazut de oxigen, in aceste momente pentru oxigen scade, iar aceasta scadere face ca difuziunea sa devina factor limitativ pentru preluarea de oxigen. Membrana de difuzie (0,2-0,6 microni) este formata din: strat subtire de lichid cu surfactant, epiteliu alveolar (pneumocite de tip I) membrana bazala a alveolei spatiu interstitial foarte subtire membrana bazala a capilarului endoteliu capilar pentru trecerea gazului din alveola in plasma membrana hematiei. Transportul gazelor in sange se face fie sub forma dizolvata fizic fie in diverse combinatii. Pentru O 2 : parametrii ce ne ajuta in aprecierea capacitatii de oxigenare tisulara: puterea oxiforica a hemoglobinei. In conditii ideale este de 1,39 ml O 2 / g Hb, dar in realitate, din cauza unei cantitati de Hb nefunctionale methb cantitatea este de 1,34 ml O 2 / g Hb); capacitatea de oxigenare a hemoglobinei = reprezinta cantitatea de oxigen transportata in 100 ml de sange in fiecare minut, 100 ml de sange transporta 20 ml de O 2
4 saturatia in oxigen a hemoglobinei reprezinta procentul de oxihemoglobina fata de hemoglobina totala diferenta arterio-venoasa de oxigen = diferenta intre oxihemoglobina in sangele arterial si oxihemoglobina din sangele venos (in sangele arterial 20 ml O 2 /dl in sangele venos 15 ml O 2 /dl - DAV=5 ml O 2 ; coeficientul de extractie tisulara = procentul de oxigen extras din sangele arterial = diferenta arteriovenoasa in raport cu oxihemoglobina - gradul de extractie este 5/20=25%. Cianoza este un semn clinic care inseamna coloratia in albastru a mucoaselor si tegumentelor. Acest semn apare in conditiile care cantitatea de hemoglobina redusa depaseste 5 g/dl. Bolile cianogene pot fi te tip central (bloc alveolocapilar, hipoventilatie masiva sau boli congenitale cardiace cu sunt masiv dreapta-stanga) sau de tip periferic atunci cand viteza de circulatie scade, timpul de circulatie creste, ceea ce inseamna ca tesuturile au la dispozitie timp mai lung sa preia oxigen (desatureaza mai lung hemoglobina). Cantitatea de oxigen existenta in organism la un moment dat este de 2 l: 1 l in circulatia sistemica si restul aflat in mod special pe mioglobina. Cantitatea dizolvata fizic in plasma este mica, de 0,3 ml O 2 /dl. Oxigenul este transportat legat labil de hemoglobina. In relatie cu transportul gazelor, Hb se poate afla sub 2 forme: hemoglobina tensionata (forma T) si hemoglobina relaxata (forma R). In cazul hemoglobinei tensionate intre inelele tetrapirolice exista punti de hidrogen, fierul este scos din planul hemului si are legaturi puternice cu histidina. Exista legaturi intre lanturile globinice si intre lanturile β se fixeaza o molecula de 2,3 DPG. In prezenta presiunii mari de oxigen, treptat, interactiunea dintre lanturile globinice slabeste, puntile saline se rup, 2,3-DPG este indepartat si in molecula intra pe rand 4 molecule de oxigen. Relatia dintre presiunea partiala de oxigen si saturatia in oxigen a hemoglobinei nu are aspect liniar, ci are forma unui S italic. O relatie intre presiunea partiala de oxigen si saturatia in oxigen a hemoglobinei este data de parametrul numit p50 = presiunea partiala a oxigenului la care 50% din hemoglobina este saturata (valoare normală 26 mm Hg pentru hemglobina adultă). Hb are capacitatea de a-si modifica comportamentul fata de oxigen in raport cu tipul de Hb, varsta, activitatea metabolica locala si cu metabolismul intraeritrocitar. Daca p50 creste, Hb are nevoie de presiune partiala mai mare a oxigenului pentru saturaţie - toata curba se deplaseaza catre dreapta. Presiunea partiala a oxigenului din tesuturi intersecteaza noua curba de oxigenare pe un punct care corespunde unui procent de extractie tisulara mai mare = valoarea crescuta a lui p50 deplaseaza curba la dreapta si aceasta deplasare descrie o hemoglobina care capteaza mai greu oxigenul, dar care il cedeaza mai usor la tesuturi. Scaderea valorii p50 Hb se satureaza mai usor şi curba se deplaseaza catre stanga. Presiunea partiala a oxigenului tisular intersecteaza noua curba intr-un punct ce corespunde unui coeficient de extractie scazut. P 50 scazut deplaseaza curba de asociere/disociere catre stanga si aceasta deplasare arata ca Hb este avida de oxigen, dar il cedeaza cu dificultate.
5 Diferentele de Hb: Hb fetala prezinta 2 lanturi gama care modifica interrelatia cu 2,3DPG care se fixeaza mai greu pe molecula. Deci Hb fetala are p50 mai scazut, curba este deplasata catre stanga. Hemoglobina materna are un p50 mai mare (30 mm Hg), Hb da mai usor oxigen. In functie de metabolismul local si intraeritrocitar: deplasarea la dreapta si la stanga depind de: concentratia ionilor de hidrogen, concentratia CO 2, de temperatura locala si de cantitatea de 2,3 DPG. Cand creste concentratia ionilor de hidrogen (ph scazut, acidoza) sau cand creste presiunea partiala a CO 2 sau cand creste temperatura locala sau cand creste 2,3 DPG, curba se deplaseaza la dreapta (Hb cedeaza mai usor oxigenul). Scaderea concentratiei ionilor de hidrogen (cresterea ph) sau scaderea presiunii partiale a Co2 sau scaderea temperaturii locale sau scaderea cantitatii de 2,3 DPG deplaseaza curba la stanga. Relatia hemoglobina oxigen ioni de hidrogen este cunoscuta sub denumirea de fenomen BOHR. Explicatia interrelatiei dintre cele 3 elemente: hidrogenul stabilizeaza forma tensionata (cresterea concentratiei de hidrogen favorizeaza expulzia oxigenului si deplasarea curbei spre dreapta). Relatia Hemoglobina oxigen dioxid de carbon are 2 explicatii: Fenomenul BOHR-like: CO 2 +H 2 O->H 2 CO 3 ->H+HCO 3. Protonii formati - fenomen BOHR. Fenomenul Haldane: interrelatia dintre dioxidul de carbon si lanturile globinice ale Hb. CO 2 are capacitatea de a se fixa pe gruparile amino, obtinandu-se carbamatii de Hb. Exista 2 tipuri de carbamati: carbamatii alfa sunt compatibili cu prezenta simultana in molecula si a oxigenului; CO 2 legat de lanturile beta intra in interiorul moleculei, scotand oxigenul cu deplasarea curbei catre dreapta. Hb- CO 2 -Hidrogen: fenomenul anti-bohr. Acest fenomen reprezinta competitia dintre CO 2 si hidrogen pentru molecula de Hb. Cand un tesut este foarte activ metabolic si produce acizi labili in cantitate mare, CO 2 forteaza Hb sa ramana in stare relaxata si atunci Hb isi pierde capacitatea de a capta hidrogenul, adica isi pierde capacitatea de tampon antiacid Temperatura: variatiile de temperatura modifica conformatia lanturilor globinice: la temperatura crescuta se cedeaza oxigenul; la temperatura scazuta curba se deplaseaza la stanga. 2,3 DPG stabilizeaza forma tensionata si provine din metabolismul (glicoliza anaeroba) intraeritrocitar: din acidul 1,3 DPG sub actiunea unei mutaze se formeaza 2,3 DPG care la randul lui sub actiunea unei fosfataze formeaza acid 3 fosfogliceric. Activitatea enzimatica intraeritrocitara scade cu varsta eritrocitului. O hematie imbatranita va avea cantitate mica de 2,3 DPG. Curba oxihemoglobinei se deplaseaza catre stanga. Cantitatea de 2,3 DPG depinde si de ph intracelular. Astfel, alcaloza stimuleaza mutaza si inhiba fosfataza in timp ce acidoza are efect invers de inhibare a mutazei si de stimulare a fosfatazei. Aceste efecte tin in mod special de formele acute de acidoza si alcaloza de tip respirator. Transportul CO 2 de la tesuturi la plaman este imposibil in lipsa hematiei, formele de transport pentru acest gaz sunt: dizolvat fizic in plasma sau in diverse combinatii.
6 Fenomenul de membrana HAMBURGER La capatul arterial al capilarului: PO2: 100 mm Hg si PCO 2 : 40 mm Hg; hematia are HbO 2. In tesut: P O2: 40 mm Hg si P CO 2 : 46 mm Hg. CO 2 este de 20 de ori mai difuzibil decat O2, deplasandu-se rapid dinspre tesut spre sange (de la presiune mare la presiune mica). 8% din cantitatea totala ramane in plasma. Din acestia, 5% se vor dizolva fizic, 3% din CO 2 se combina cu proteinele plasmatice formand carbamati plasmatici. 92% din CO 2 difuzat din tesut intra in eritrocit. Din acesti 92%, 10% se fixează pe molecula de hemoglobina ; 82% reactioneaza cu apa, reactie rapida la nivelul eritrocitului unde exista o enzima: anhidraza carbonica care catalizeaza aceasta reactie si duce la formare de H 2 CO 3 care disociaza in ioni de H si ioni HCO 3. Ionul de H se duce pe molecula de hemoglobina formand punti si expulzand oxigenul care se indreapta catre tesut. Ionul HCO 3 se acumuleaza, depasind cu mult concentratia extracelulara. Ca urmare, transportorul Cl/HCO 3 va scoate ionul bicarbonic din celula si in schimbul HCO 3 va intra Cl in hematie. Cl provine din NaCl disociat in plasma. Deoarece Cl dezvolta proprietati osmotic active, el va trage dupa sine si cantitatea osmotic echivalenta de apa. Astfel, volumul hematiei creste -> hematocritul se va mari. Ht venos este mai mare si mai acid decat cel arterial. Formele de transport ale CO 2 de la tesuturi la plaman sunt: dizolvat fizic in plasma, carbamati plasmatici, carbamati de Hb si forma majoritara cantitativ: HCO 3 plasmatic. Geneza HCO 3 este intraeritrocitara. Fenomenul Hamburger inversat are loc in plamani. In plasma, Pp CO 2 =46 mm Hg. Hemoglobina este in stare tensionata. In prezenta oxigenului cu presiune partiala mre, incep sa se rupa rapid puntile de hidrogen. Ionii de H ies din molecula de Hb si sunt inlocuiti de O 2. Cresterea concentratiei de H liberi permite refacerea H 2 CO 3 din H si HCO 3, acidul carbonic se desface in H 2 O si CO 2. Dioxidul de carbon difuzeaza din eritrocit in plasma, din plasma in alveola si, pe masura ce se consuma HCO 3 intraeritrocitar, este inlocuit de cel din plasma, pentru ca schimbatorul va functiona in sens invers (scoate Cl, introduce HCO 3 ). Se mentine acest ciclu de reactii pana se elimina CO 2 adus de la tesuturi.