Function
La composizione dell’aria ambientale è approssimativamente 78% azoto, 21% ossigeno, 1% argon, e percentuali in tracce di anidride carbonica, neon, metano, elio, krypton, idrogeno, xeno, ozono, biossido di azoto, iodio, monossido di carbonio e ammoniaca. Pertanto, a livello del mare, dove la pressione atmosferica è nota per essere di 760 mm Hg, le pressioni parziali dei vari gas possono essere stimate in circa 593 mm Hg per l’azoto, 160 mm Hg per l’ossigeno e 7,6 mm Hg per l’argon. Tuttavia, queste pressioni parziali non sono riflessioni accurate delle pressioni parziali disponibili per la diffusione all’interno degli alveoli del polmone. Quando l’aria viene inalata attraverso le vie aeree superiori, viene riscaldata e umidificata dal tratto polmonare. Il risultato di questo processo introduce la presenza di livelli significativi di vapore acqueo che poi regola le pressioni parziali degli altri gas, compreso l’ossigeno. Non è possibile raccogliere i gas direttamente dagli alveoli. L’equazione dei gas alveolari è di grande aiuto per calcolare e stimare da vicino la pressione parziale dell’ossigeno all’interno degli alveoli. L’equazione dei gas alveolari è usata per calcolare la pressione parziale dell’ossigeno alveolare:
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PAO2 = (Patm – PH2O) FiO2 – PaCO2 / RQ
dove PAO2 è la pressione parziale dell’ossigeno negli alveoli, Patm è la pressione atmosferica a livello del mare pari a 760 mm Hg. PH2O è la pressione parziale dell’acqua pari a circa 45 mm Hg. FiO2 è la frazione di ossigeno ispirata. PaCO2 è la pressione parziale dell’anidride carbonica negli alveoli, che in condizioni fisiologiche normali è di circa 40-45 mm Hg, e il RQ (quoziente respiratorio). La FiO2 è direttamente collegata alla composizione percentuale di ossigeno nell’aria ispirata. Senza supporto a livello del mare, questo è il 21% o 0,21. Tuttavia, ogni litro di ossigeno supplementare nell’aria ispirata aumenta questo valore di circa il 4% o 0,04. Quindi 2 litri di ossigeno supplementare aumentano la FiO2 a livello del mare dell’8% o 0,08 fino al 29% o 0,29. Il valore di RQ può variare a seconda del tipo di dieta e dello stato metabolico della persona. Un valore standard di 0,82 per la tipica dieta umana. A livello del mare senza ossigenazione ispirata supplementare, la pressione parziale dell’ossigeno alveolare (PAO2) è:
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PAO2 = (760 – 47) 0,21 – 40 / 0,8 = 99.7 mm Hg
Questa pressione parziale alveolare di ossigeno è quindi la forza motrice per la diffusione dell’ossigeno attraverso le membrane alveolari, attraverso le pareti dei capillari polmonari, e nel flusso sanguigno arteriolare e negli eritrociti per il trasporto in tutto il corpo nei tessuti periferici. Il gradiente di diffusione dallo spazio alveolare al capillare è quantificato attraverso il gradiente A-a calcolato come:
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Il gradiente di ossigeno A-a = PAO2 – PaO2
PaO2 è misurato utilizzando un gas sanguigno arterioso, e PAO2 è calcolato come sopra. Un gradiente maggiore indica che una patologia sta ostacolando il trasferimento di ossigeno nel capillare, il che ha un impatto sulla pressione parziale di ossigeno disponibile in tutto il corpo. Le pressioni parziali di ossigeno necessarie in tutti i tessuti sono variabili a seconda delle richieste metaboliche dei tessuti. Il cervello è stato trovato per richiedere una pressione parziale di ossigeno di almeno 35 mm Hg sotto. Le funzioni mentali ne risentono perché il metabolismo aerobico del glucosio per la produzione di energia non può avvenire in modo efficiente. La pelle ha tipicamente uno spettro di pressione parziale basato sulla profondità dello strato di pelle dalla superficie. La regione superficiale della pelle a 5-10 micrometri di profondità ha una pressione parziale di ossigeno di circa 5,0-11 mm Hg. Le papille dermiche a 45-65 micrometri di profondità hanno tipicamente una pressione parziale di ossigeno da 18 a 30 mm Hg, e al plesso subpapillare di 100-120 micrometri di profondità, la pressione parziale di ossigeno è di circa 27-43 mm Hg. Anche l’intestino ha una pressione parziale di ossigeno variabile, con la porzione sierosa dell’intestino tenue da 53,0 a 71,0 mm Hg. Le pressioni parziali di ossigeno del fegato sono state studiate con risultati alquanto variabili, tanto che in 2 gruppi separati sono stati trovati valori mediani di 42,04 mm Hg e 34,53 mm Hg. I reni costituiscono un altro sistema d’organo che ha un elevato fabbisogno di ossigeno a causa dell’alta energia e della conseguente domanda metabolica coinvolta nei processi di trasporto attivo dei sistemi di riassorbimento dei nefroni. Come tale, la pressione parziale midollare dell’ossigeno è da 10 a 20 mm Hg, mentre la corteccia richiede da 52 a 92 mm Hg. La domanda muscolare di ossigeno è molto variabile a seconda dell’intensità dell’attività e della durata del muscolo. Al basale, le pressioni parziali muscolari di ossigeno sono da 27 mm Hg a 31 mm Hg. Durante il processo di consumo di ossigeno da parte dei vari tessuti, il contenuto di ossigeno del sangue scende in modo tale che i 100 mm Hg del sangue arterioso si riducono a 40 mm Hg nel sangue venoso.