Curs 13

Fiziologia specială – profesor Gh. Petrescu

 

08.01.2003                                                                                                                  Curs 13

fiziologia capilarelor

 

  1. Funcţiile aparatului respirator
  2. Respiraţia în perioada pre şi intranatală
  3. particularităţi morfo-funcţionale ale sistemului toraco-pulmonar:
    1. particularităţile structurale ale arborelui respirator;
    2. vascularizaţia – anastomoze;
    3. pleura – lichid pleural;
    4. surfactantul pulmonar.
  4. Circulaţia pulmonară.

Bibliografia:

  1. Hăulică
  2. Duţu St, Teodorescu E. I, Fiziologia şi fiziopatologie respiratorie, Ed. Medicală, 1979;
  3. Brukner I, Anstasatu C., Pneumologie, Ed. Medicală, Bucureşti, 1965
  4. Guyton
  5. Meyer, P., Physiologie humaine
  6. Baciu I, Fiziologie

 

Respiraţia se desfăşoară şi cu ajutorul sistemului cardio-vascular. Există 2 sisteme de pompe:

Ø      plămânii – vehiculează aer;

Ø      sistemul cardio-vascular – vehiculează sângele;

  • e nevoie de o concordanţă perfectă între cele 2 sisteme;
  • există şi zone reflexogene + chemoreceptori (legături dintre sisteme);

Respiraţia – funcţie complexă:

  • 4 etape:
    • ventilare de aer;
    • schimb de gaze la nivel membrano-alveolo-capilar;
    • transport de gaze prin intermediul sângelui;
    • respiraţia tisulară (prin intermediul lichidului interstiţial);
  • avem 2 poli funcţionali ai sistemului:
    • al respiraţiei externe;
    • tisular = al respiraţiei interne;
  • aportul de O2 la nivelul celulelor şi debarasarea de CO2 se face continuu;
  • acestu lucru se întâmplă şi la nivel membrano-alveolo-capilar;
  • presiunea O2 şi CO2 la nivelul alveolelor trebuie menţinută constantă pentru a se putea realiza schimburile continue;
  • transferul de gaze se face lent prin difuziune;
  • menţinerea constantă a presiunii se face prin sistemul de pompă şi prin ventilaţie;
  • presiunea parţială a celor 2 gaze la nivelul polului tisular menţinută constant în lichidul interstiţial ce acţionează ca un tampon, asemănător aerului alveolar;
  • asigurarea unui optim de O2 şi eliminare optimă de CO2 pe măsură ce se produce; fenomenele se desfăşoară continuu şi permanent;

Funcţiile aparatului respirator:

  1. asigură aportul de O2;
  2. asigură eliminarea de CO2;
  3. rol în homeostazia acido-bazică (participă la reglarea concentraţiei H+ din sângele – pH sanguin);
  4. rol în fonaţie;
  5. apărare antimicrobiană;
  6. influenţează concentraţia sanguină a mesagerilor chimici (eliminare/sinteză)
  7. reţine şi degradează cheagurile sanguine

Funcţia de apărare microbiană:

            Rolul pulmonului în apărarea organismului e justificat de faptul că vehiculează zilnic 15 m3 de aer cu un grad variabil de contaminare. Contaminarea e compl. => mecanismele ce intervin în procesele de epurare sunt complexe şi implică toate componentele sistemului.

            Particule din aer:

  • natura: polen, spori de ciuperci;
  • industriale;
  • poluarea urbană de la vehicule;

            Nocivitatea poluanţilor pentru organism depind de:

  • timpul de staţionare în mediu poluant;
  • posibilitatea ca anumite reacţii chimice să fie favorizate => compuşi toxici (raze solare => formaldehidă, CO, O3);
  • particulele din aerul inspirat pot să absoarbă pe S compuşi potenţiali cancerigeni sau toxici => pătrund în căile respiratorii;
  • se mai găsesc:
    • agenţi vii;
    • fumul de ţigară (particulele sunt foarte mici);

            Sistemul pulmonar participă la epurarea aerului prin:

  • căile aeriene prin geometria lor;
  • stratul de mucus;
  • cili;
  • secreţii bronhice;
  • e dotat cu un sistem de apărare specifică şi nespecifică;
  • particule:
    • expirate;
    • captate şi cantonate;

            Nasul:

  • prin porii cei conţine => filtru;
  • datorită modului de construcţie: sept, cornet;
  • în inspir => curgere turbulentă => particule proiectate posterior la nivelul faringelui unde pot fi fagocitate prin macrofage;
  • reţine particulele < 10 nm (total);
  • parţial particule < 5nm;
  • cele ce sunt mai mici pot să-l străbată până în canalul aeric;
  • pot fi:
    • rejetate
    • eclavate în mucus                      depinde de dimensiunile şi de gradul de asperitate
    • pătrund în septul alveolar
  • între:
    • 1-3 μm – pot pătrunde şi pot fi depozitate în alveole;
    • 0,1-1 μm – rejetate;
    • > 0,1 μm – maximum de posibilitate de a se eclava în mucus;

Particulele ce au ajuns în alveole pot să urmeze mai multe căi:

  • major:
    • fagocitate şi rejetate cu macrofagele de la acest nivel şi drenate (corespunde unei faze rapide) la nivelul mucusului bronhic => ext.;
    • limitează foarte mult pătrunderea spre profunzimea căilor respiratorii;
  • ip:
    • macrofagele se deplasează lent şi dezordonat;
    • asemănător cu drenajul sevei într-un arbore => existîă surfactant şi o peliculă fină de lichid (din transudat capilar);
    • spre trahee – se absoarbe ≈ 90% din apă;
    • lichidul vine să suplimenteze absorbţia şi e antrenat şi mucusul;
  • mai puţine – pătrund până în septul alveolar => fagocitate de macrofage din interstiţiu şi rejetate (mai lent);

Macrofagele:

  • pot traversa septurile alveolare => în câteva zile la epiteliu bronşic;
  • pot fi conduse prin lichid interstiţial => vârf lobul => capilare => hil => circulaţie;
  • preluate de circulaţia limfatică => ganglioni => circulaţia sanghină.

Macrofagele au origine medulară:

  • provin din monocite / sunt PMN (sunt reţinute în cotă mare de pulmon);
    • monocite => interstiţiu => macrofage;
    • PMN – se aglomerează la nivelul circulaţiei pulmonare;
  • particularităţi:
    • mobilitate mult mai redusă;
    • lipsite de proteine cationice;
    • nu au prez. peroxidază => catalază;
    • pot să fagociteze mult (capacitate de resinteză rapidă a membranei);
    • metabolism aerob;
    • procesul de fagocitoză scăzut de hipoxie.

Apărarea specifică – pulmonul îşi dezvoltă un sistem imunologic propriu-barieră ce preia şi distruge antigenele, cruţând sistemul imun general al organismului.

            Sistemul imun pulmonar – 2 componente:

  • la nivelul traheo-bronşic (similar cu cel digestiv);
  • interstiţial alveolar (mai aproapiat de sistemul imun general);

Componenta de la nivelul traheo-bronşic:

  • în cantitate mare şi pot fi secretate Ig A de tip secretor; piesa secretorie e produsă de celulele epiteliale bronşice în sp. de cele cu mucus:
    • protejare – Ig A de enzime transep.;
    • facilitează transportul transep.;
  • importanţa lor:
    • afecţiunile virale ce au poartă de intrare respiratorie, mai scăzută frecvenţa şi grave la persoanele ce au o cantitate mare de Ig A secretoare în secreţia nazală şi bronşic;
    • facilitează fagocitarea;
    • blochează reacţiile alergice;
    • neutralizează viruşi (ciclul de reproducere);

Componenta de la nivel interstiţial alveolar:

  • populaţia ly din pulmoni e diferită de cea din sânge şi ganglioni;
  • comportamentul lor este în fcţ. de intrare:
    • în lichidul de spălare alveolar:
      • lyB – 25%;
      • macrofage – 70%;
      • PMN – 5%;
    • în sânge – cel mai mult lyT;
    • în ganglioni şi sânge – lyT = lyB;
  • după agresiunea cu poartă de intrare respiratorie => răspuns celular şi umoral la nivel alveolar şi a ganglionului mediastinal:
    • creşte nr. de lyB;
    • apar lyT recrutate din vase;
  • agresiune parenterale T ly B şi T din splină şi ceilalţi ganglioni, nu mediastinal;
  • mucoasa bronşică – IgE – se fixează pe PMN bazofile şi mastocite => le degranulează => eliberată de mediatori:
    • formaţi (histamină);
    • cu sunt sintetizate (substanţe anafilizantă);
  • eliberată de prostaglandine F2α şi tromboxani
  • pot determina reacţii anafilactice;
  • pot să favorizeze permeabilitate peretelui vascular => transportul Ig la locul unde e nevoie;

 

Funcţiile respiratorii ale pulmonului

 

Categoria de funcţii

Proces

Mecanism

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Apărare nespecifică, fizică şi chimică

Curăţirea aerului (epurare)

– reflexul de tuse

– aparatul de transport mucociliar

 

Elaborarea de secreţii

– mucusul traheo-bronşic;

– surfactantul alveolar;

– factori celulari: lizozim, complement, proteine, surfactant;

 

Epurarea substanţelor volatile din sânge

– produşi volatili patologici: corpi cetonici, metiş-mercaptan, amoniac;

– produşi utilizaţi în scop diagnostic: eter, alcool;

 

 

Apărare celulară

– nefagocitară: epiteliul de pe traseul căilor respiratorii de la nivelul sazo-faringian până la nivelul alveolar;

– fagocitară: monocite sanguine şi macrofagele alveolare;

 

 

Apărarea biochimică

– inhibitori ai proteinazelor: inhibitori α proteazei, inhibitori leucoproteazei;

– autooxidanţi: transferina, lactoferina, glutationul, albumina;

 

 

 

Apărare imunologică specifică

Apărare mediată prin Ac (răspunsuri dependente al lyB)

– Ig de secreţie de tip IgA;

– Ig serice de tip IgA, IgM, IgG;

Prezentarea de Ag pentru ly

–macrofage şi monocite;

Apărare celulară mediată prin lyT

– secreţia de citokine

– celule citotoxice;

Apărare celulară prin alte celule

– mastocite;

– eozinofile;

Metabolică – Metabolismul glucidic

Glicoliză aerobă

– utilizarea energiei de către macrofagul alveolar;

 

 

 

 

 

 

Metabolismul lipidic

Lipopexie

– filtrarea şi reţinerea chilamicronilor;

 

Lipoliza

– beta-oxidarea acezilor graşi;

– producerea de radicali acetaţi;

– producerea de cantităţi mari de energie necesară lipogenezei;

 

 

 

Lipogeneza

– sinteza de fosfolipide din compoziţia surfactantului;

– sinteza de prostaglandine de tip PGE1, PGE2, PGF2, α;

– sinteza de prostacicline, tromboxan, de leucotriene de tip C1, D1 şi E1

 

 

Metabolismul protidic

Sinteza şi utilizarea în pulmon

– protein e din compoziţia surfactantului;

Sinteza sau stocarea şi eliberarea în sânge

– tromboplastină;

– killikreină;

– histamină;

– serotonină.

 

 

Îndepărtarea particulelor din sânge

– bradikinină;

– serotonină;

– acetilcolină;

– noradrenalină;

– adenin nucleotide;

Activare în pulmon

– conversia angiotensinei I în angiotensină II;

 

Depozit

 

Rezervor de sânge

– distensibilitatea sistemului vascular permite depozitarea a 10-12% din volumul sanguin total;

 

 

 

Filtru

 

Reţinerea unor celule

– reţinerea unor elemente figurate sanguine normale şi aglutinate: hematii, lecucocite;

– reţinerea unor celule tumorale;

 

Reţinerea unor elemente necelulare

– coaguli de fibrină;

– embolii;

– lipide;

 

 

Cale de administrare a unor substanţe

Utilizare terapeutică

– medicamente sub formă de aerosoli;

 

Utilizare diagnostică

– toate bronhoconstrictoare cu acetilcolina, leucotriene, PGF2, α;

– teste bronhodilatatoare cu izoprenalina PGE2;

Menţinerea echilibrului fluido-coagulant

 

Coagulare

– sinteză de factori inhibitori ai coagulării: heparina;

– aici se formează trombocitul din megacariot;

Fibrinoliză

– sinteza activatorului tisular (vascular) al plasminogenului;

Funcţia endocrină

Conversia angiotensinei I în angiotensina II

 

Control al presiunii arteriale pulmonare şi sistemice

 

 

Substanţe hipotensoare – vasodilatatoare

– inactivarea kininelor;

– sinteza de factori de relaxare derivat din endotelii (NO);

– sinteza de prostacicline de tip PGI2

– sinteza de factor natriuretic atrial;

– sinteza de prostaglandine de tip PGE

Substanţe hipertensoare – vasoconstrictoare

– sinteza de angiotensină II;

– sinteza de serotonină;

– sinteza de PG tip F2α;

– sinteza de Tx de tip TBA2;

Menţinerea echilibrului hidroelectrolitic

 

Pierderea insensibilă de apă şi electroliţi

– evaporarea apei la nivelul tractului respirator (circa 350 ml la temperatură normală; 2500 ml la temperaturi ridicate şi 650 ml în efort fizic prelungit);

 

Menţinerea promptă (în 1-1,5 minute) a echilibrului acido-bazic

 

Modificarea ventilaţiei – în funcţie de presiunea CO2 şi H+

– controlul conversiei CO2 în lichide org.: presiunea CO2 creşte în acidoza respiratorie (hipoventilaţie) şi scade sub valorile normale în alcaloza respiratorie (hiperventilaţie);

– eliminarea excesului de acizi volatili (corpi cetonici, în diabet zaharat);

Menţinere a echilibrului termic (mediu cald, febră)

Modificările ventilaţiei în funcţie de creşterea temperaturii

– polipneea termoreglatoare contribuie la termoliză în special la animalele fară glande sudoripare;

Pierderea insensibilă de H2O

– creşterea evaporării pe căile respiratorii;

 

  • intrauterin – pulmonul şi canalele pulmonare – pline cu lichid alveolar (pulmonar) diferit de plasmă sau lichid amniotic;
  • fătul necesită O2 şi produce CO2 pe care-l elimină prin intermediul placentei;
  • rata de schimburi gazoase (mamă-făt) depind de:
    • coeficientul de difuzie a gazului respirat;
    • suprafaţa de schimb (14 m2);
    • grosimea barierei (de câţiva μ la naştere) – sarcina sa apropie de termen => scade => la naştere grosimea nu afectează rata de schimb;
    • gradient presional;
  • caracteristicile pulmonului intrauterin:
    • funcţii:
      • proprii acestei perioade – contribuie la formarea lichidului amniotic, produce lichid alveolar;
      • şi la cel matur – filtrare, sinteză, activare sau inactivarea substanţelor biologic active, sinteza de surfactant;
  • lichidul alveolar se produce la nivelul căilor respiratorii inferioare, cu participarea cel. endotelii capilare:
    • transudat de apă şi electroliţi;
    • participă şi sistemul enzimatic: anhidraza carbonică;
    • se formează tot timpul => urcă spre faringe => fătul îl înghite sau îl expulzează în cavitatea amniotică;
    • săptămâna 8 – încep mişcările respiratorii;
    • săptămâna 8-15 – mişcări ample;
    • săptămâna 24-26 – există suportul morfologic pentru realizarea schimburilor gazose;
    • săptămâna 35 – începe sinteza surfactantului (necesară şi suficientă supravieţuirii);

Irigaţia pulmonului prenatal – e redusă datorită prezenţei unor şunturi şi datoriză rezistenţei crescute a patului vascular.

  • cea mai mare parte a sângelui din AD => AS prin foramen ovale;
  • prin canalul arterial din artera pulmonară în aortă => sângele ajunge la pulmonul în cantitate redusă ce aduce substanţe nutritive => fluxul creşte cu apropierea de termen a sarcinii;
  • la om = 700 ml/min => o parte folosită pentru irigaţia uterului;
  • rezistenţa vasculară e crescută datorită faptului că stratul muscular al vaselor sanguine din circulaţia pulmonară e mai mare decât cel din circulaţia sistemică;
  • există un grad de hipoxie => vasoconstricţie;

Până la naştere => are mişcări respiratorii ce arată o bună dezvoltare a fătului.

  • sunt neregulate, se datorează unor aferenţe ce vin de la diferite zone şi stimulează structuri nervoase implicate în respiraţie:
    • aferenţe neregulate şi inconstante => mişcări neregulate şi din când în când;
  • aceste mişcări antrenează lichidul alveolar spre cavitatea amniotică şi spre conductele aerifere;
  • raportul lecitină/sfingmielină oferă date despre gradul de dezvoltare a pulmonului;
  • se stabileşte în aspiratul traheal – de 15 ori mai mare la nou-născutul la termen;
  • se stabileşte în lichid amniotic – de 5 ori mai mic ca în aspirat;
  • mişcările:
    • neregulate:
      • însoţite  de influx şi eflux de lichid amniotic;
      • profunzimea şi frecvenţe variabile ≈ 40% din timp;
    • suspinoase:
      • mai rare, frecvenţa 1-4/min;
      • independente;
      • asociate cu cele neregulate;
    • sunt asociate cu mişcări rapide de globi oculari – există şi o activitate electrică biparietală;
    • sunt absente în starea de trezire şi în somn liniştit;
    • maxim 8-9 seara, minim 8-10 dimineaţa;
    • există o corelaţie inversă între ele şi concentraţia sanguină a ACTH;
  • se produce tahicardie şi o creştere a presiunii arteriale sistolice şi diastolice cu până la 50% => creşte activitatea sinup, se descarcă catecolamine în circulaţia fetală;
  • efortul depus la prima respiraţie:
    • intră în activitate centrii nervoşi;
    • împinsă coloana de lichid (activitate a muşchilor respiratori);
    • modificări circulatorii => circulaţie pulmonară diferită şi modificări ale cordului şi vaselor;
  • trebuie să existe o activitate nervoasă continuă şi ritmică:
    • sunete, lumină, presiune pe corp, variaţii de temperatură, stimuli tactili şi dureroşi (act şi det intrarea în activitate a centrilor nervoşi);
    • se modifică presiunea parţială a gazelor respiratorii, presiunea O2 scade, presiunea CO2 creşte, scade pH;

Evacuarea lichidului amniotic. Există o presiune ce se manifestă asupra toracelui la naştere.

  • este drenat de capilarele sanguine şi limfatice 30% şi conţinutul proteic după ce e împins de coloana de aer;

Prima respiraţie – la 20-30 sec după expulzia fătului:

  • presupune efort mare:
    • deplasarea aerului şi a coloanei de lichid;
    • forţa muşchilor e folosită pentru a depăşi tensiunile superficiale ce se găsesc la suprafaţa lichid-aer;
  • întâi inspiră şi apoi expiră;
  • îşi îndreptă poziţia – presiunea pleurală scade cu 40 mmH2O faţă de presiunea atmosferică (volumul pulmonar nu se modifică);
  • se modifică volumul pulmonar => aerul pătrunde => lichidul spre peretele conductului şi drenează;
    • la suprafaţa alveolei rămâne numai surfactantul;
  • respiraţia următoare reglementează un raport între presiunea pleurală şi volumul pulmonar;
  • în expiraţie nu se elimină întreaga cantitate de aer (dacă da, căile aeriene mici colabează, efort pentru inspir mare şi epuizare musculară);

Modificări de tip circulator:

  • se modifică presiunea parţială a gazelor, presiunea alveolară a O2 creşte, presiunea parţială a CO2 creşte; scade presiunea parţială a CO2 şi alveolară => creşte pH;
  • se modifică geometria alveolară => noi forţe de tensiune superficială la suprafaţa de lichid-aer => scade rezistenţa patului vascular => creşte fluxul sanguin pulmonar;
  • se închide:
    • foramen ovale (în primul min, se definitivează în primele săptămâni);
    • canalul arterial ≈ 10-30’ (definitiv în câteva zile);
  • există condiţii de activitate a substanţei biologic activă. Kalicreinba => bradikinina:
    • dilatarea patului vascular pulmonar;
    • contracţia vaselor ombilicale;
    • închiderea canalului arterial;

Pulmon => creşte în talie şi volum (de 25 de ori):

  • greutatea de 10-20 de ori;
  • se face pe baza unor procese de multiplicare şi diferenţiere celulară;

Organizarea structurală a căilor aeriene la adult:

  • relaţie structură-funcţie: scad în diametru şi se ramifică;
  • căi aeriene:
    • extratoracice (superior): nas, faringe, laringe, trahee în porţiunea extratoracică;
    • intratoracice => 3 zone funcţionale: convecţie, tranziţie, respiraţie;

a)      zona de convecţie – conducţie:

o       rol de conducere a gazului;

o       generaţia: 0-14;

o       cuprinde:

§         bronhii mari – generaţia 6-7;

§         bronhii mici – diametru mai mic de 1-2 mm şi generaţia 7-10;

§         bronhiole – generaţia 11-14 (până la bronhiolele terminale);

b)      zona de tranziţie (generaţia 15-18):

o       cuprinde bronhiole respiratorii;

o       parţial alveolizate;

o       rol:

§         conducerea gazului;

§         participă parţial la schimb;

c)      respiratorie – 3 generaţii de canale alveolare, saci alveolari, alveole (300 milioane) => alveolizare completă;

Conduct aerian:

  • cartilaginos – bine reprezentat în condiţii mari; – dispuse sub formă de inele suprapuse cu deschidere posterioară;
  • tunică musculară – post-membr – ce poate colaba în tuse => scade lumenul, creşte viteza aerului;
  • tunica mucoasă – menţine deschis conductul;
  • spre ramificaţiile terminale – mai puţin org.;
  • diametrul mai mic de 1 mm – nu mai există;
  • bronhiile intrapulmonare sunt înconjurate de teacă conjunctivă puţin extensibilă => spaţiu virtual;
  • dispare la nivelul bronhiolelor şi parenchimul se inseră direct pe peretele alveolar;
  • stratul muscular – bronhii mari – asociată cu cea cartilaginoasă;
  • ramificaţii mici – org. mai bine reprezentat;
    • dispariţia fb. reglează lumenul;
  • stratul mucos – cel cu mucus/proporţia variază;
    • celule ciliate;
    • proximal 1:5 – cili;
    • distal 1:100 – cili;
  • celulele cu mucus crescute după agresiuni virale sau toxice şi se menţin constant după încetarea agresiunii;
  • participă la formarea secreţiilor bronşice;

S. int. a conductelor – peliculă de 5 μm => secreţii bronşice ce provin din transudat plasmatic.

  • secreţia glandelor bronşice (mai multe proximal, drenaj de lichid alveolar);
  • secreţia glandelor bronşice – sub contr vagal (blocată de atropină);
    • celule cu mucus – datorită prezenţei factorilor iritaţi local;

Secreţii bronşice ≈ 50 ml/zi. – hipertonă (absorbţia şi evaporare a apei);

Concentraţii:

  • Na+ – 210 mEq/l;
  • K – 16 mEq/l;
  • Cl – 160 mEq/l;
  • are 2 straturi:
    • profund:
      • fluid, consistenţă de sol;
      • auclavaţi cili;
      • are proteine:

a)      plasmatice: albumine, α2 globuline, Ig, α1 antitripsină;

b)      locale: halikreine, lizozimul, lactoferina;

    • superficial:
      • dens;
      • captează particulele inhalate;
    • se mişcă unul pe altul, cel superficial antrenat de cili:
      • are mucoproteine asemănătoare cu cele din tractul digestiv, genito-urinar;
  • vâscozitatea ó gradul de hidratare a componentelor; gradul de hidratare dintre mucine şi proteine; cantitatea de ADN;
  • infecţii virale, distrugeri bacteriale => creşte ADN => creşte vâscozitatea pentru că inhibiţia enzimatică proteolitică şi protejarea legăturilor peptidice faţă de aceste enzime;
  • vâscozitatea – factorul nefavorabil pentru evacuarea se produce mai greu;
  • poate fi scăzută – prin administrarea de enzime proteolitice de tip dezoxiribonuclează (branhexin);

Secreţia bronşică:

  • conduc spre exterior particulele înclevate;
  • protejează căile bronşice împotriva unui fenomen de uscare;

 

Recomandări: