RESPIRARE VUOL DIRE ACQUISIRE OSSIGENO DALL'AMBIENTE PER I PROCESSI METABOLICI CELLULARI, IN

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1 CHE COS'È LA RESPIRAZIONE? RESPIRARE VUOL DIRE ACQUISIRE OSSIGENO DALL'AMBIENTE PER I PROCESSI METABOLICI CELLULARI, IN PRIMO LUOGO LA GLICOLISI, ED ELIMINARE ANIDRIDE CARBONICA DALL'ORGANISMO ESISTE LA RESPIRAZIONE CELLULARE, CHE HA PER PROTAGONISTI I MITOCONDRI ESISTE LA RESPIRAZIONE COME PROCESSO RIFERITO A TUTTO L'ORGANISMO, DIRETTA A PERMETTERE LA RESPIRAZIONE CELLULARE NEGLI ORGANISMI MONOCELLULARI O FORMATI DA POCHE CELLULE LE DUE ACCEZIONI DI RESPIRAZIONE COINCIDONO NEI PLURICELLULARI ESSE SI DISTINGUONO NETTAMENTE, LA SECONDA ESSENDO PERMESSA SOLO DALLO SVILUPPO DI VERI E PROPRI APPARATI RESPIRATORI

2 DUE STRATEGIE BRANCHIE NEGLI ORGANISMI ACQUATICI (I PIÙ ANTICHI) LA SOLUZIONE è STATA PORTARE IL SANGUE A CONTATTO CON L'ACQUA (AMBIENTE) ESTROFLETTENDO FUORI DALL'ORGANISMO I VASI SANGUIGNI QUESTA STRATEGIA è MOLTO COMODA, MA HA DUE DIFETTI IMPORTANTI PER GLI ANIMALI CHE HANNO EVOLUTO UNA PREFERENZA PER L'AMBIENTE NON ACQUATICO POICHÉ LE CELLULE RESPIRATORIE DEVONO ESSERE ESTREMAMENTE SOTTILI ESSE SONO ANCHE MOLTO DELICATE E SENSIBILI ALLA DISIDRATAZIONE PER RAGIONI DI ECONOMIA BIOLOGICA LE BRANCHIE SONO QUASI PRIVE DI STRUTTURE DI SOSTEGNO, INUTILI NELL'ACQUA

3 DUE STRATEGIE, ANZI TRE NEGLI ORGANISMI TERRESTRI DUE SONO STATE LE SOLUZIONI ADOTTATE A QUESTI PROBLEMI GLI ARTROPODI HANNO SVILUPPATO SISTEMI DI TRASPORTO DELL'ARIA ALL'INTERNO DELL'ORGANISMO SEPARATI DAL SANGUE STIGMI-TRACHEE-TRACHEOLE GLI ANIMALI 'SUPERIORI' HANNO SCELTO DI PORTARE L'ARIA A CONTATTO CON IL SANGUE INTROFLETTENDO L'APPARATO RESPIRATORIO: I POLMONI

4 VIE AEREE L'INTROFLESSIONE DELL'APPARATO RESPIRATORIO HA RESO NECESSARIO LO SVILUPPO DI VIE AEREE, AEREE CHE HANNO DIVERSE FUNZIONI RISCALDARE (O COMUNQUE PORTARE A TEMPERATURA DELL'ORGANISMO) L'ARIA ESTERNA UMIDIFICARE L'ARIA TROPPO ASCIUTTA PER DIFENDERE LE SOTTILI CELLULE RESPIRATORIE RIPULIRE L'ARIA INTRODOTTA PER EVITARE CHE MATERIALI ESTRANEI, IRRITANTI O PERICOLOSI, E MICROORGANISMI POSSANO SFRUTTARE QUESTA VIA PER INTRODURSI NELL'ORGANISMO

5 VIE AEREE (Da Ruckebush et al., Physiology of small and large animals)

6 VIE AEREE: FUNZIONI DIFENSIVE COANE NASALI (PELI E MUCO) (Da Ruckebush et al., Physiology of small and large animals) DEPOSIZIONE: le particelle grandi (>5μm) vengono intrappolate A BRONCHI E BRONCHIOLI (CIGLIA E GEL) SEDIMENTAZIONE: le particelle medie (1-5μm) vengono catturate dal gel e trasportate al faringe ALVEOLI C B DIFFUSIONE: le particelle più piccole (>1μm) possono arrivare agli alveoli, dove i macrofagi alveolari le fagocitano

7 VIE AEREE: FUNZIONI DIFENSIVE (Da Ruckebush et al., Physiology of small and large animals)

8 MECCANICA RESPIRATORIA LA RESPIRAZIONE NEI MAMMIFERI È UN PROCESSO CHE AVVIENE IN DUE FASI INSPIRAZIONE È PREVALENTEMENTE ATTIVA È DOVUTA AI MUSCOLI INSPIRATORI [DIAFRAMMA, DIAFRAMMA INTERCOSTALI ESTERNI; QUANDO PROFONDA SCALENI, STERNOCLEIDOMASTOIDEI] E ALLA TENDENZA ELASTICA VERSO L'ESTERNO DELLA GABBIA TORACICA ESPIRAZIONE È PREVALENTEMENTE PASSIVA, DOVUTA ALLA FORZA ELASTICA DEL POLMONE STESSO (ALVEOLI E STROMA). È NECESSARIO VENGA MANTENUTO UNO STATO DI CONTRAZIONE DEI MUSCOLI INSPIRATORI PER FRENARE IL COLLASSO POLMONARE QUANDO PROFONDA COINVOLGE L'ATTIVITÀ DEI MUSCOLI ESPIRATORI [ADDOMINALI, ADDOMINALI INTERCOSTALI INTERNI]

9 MECCANICA RESPIRATORIA IL PRINCIPALE ED ESSENZIALE MUSCOLO DELLA RESPIRAZIONE È IL DIAFRAMMA che è posto tra il torace e l'addome RILASCIATO si presenta a convessità orale CONTRATTO si appiattisce verso la cavità addominale ESSENZIALI SONO ANCHE LE PLEURE il liquido pleurico le rende scorrevoli l'una sull'altra, e le mantiene unite per la forza di tensione superficiale PARIETALE adesa alla parete toracica VISCERALE adesa ai polmoni (Da Ruckebush et al., Physiology of small and large animals)

10 MECCANICA RESPIRATORIA le pressioni sono espresse rispetto a quella atmosferica (Da Ganong W.F., Fisiologia Medica) (1) La parete toracica si amplia (2) Trascina la pleura parietale (3) Diminuisce la pressione intrapleurica (4) La pleura parietale e la depressione trascinano la pleura viscerale (5) Che a sua volta trascina il polmone, dilatando gli alveoli (6) Diminuisce la pressione intrapolmonare (7) L'aria atmosferica viene aspirata (8) Cessa l'azione muscolare (9) I polmoni ritornano elasticamente alle loro dimensioni iniziali (10)Trascinano la pleura viscerale (11)Che a sua volta trascina la pleura parietale (12)Frenata dall'elasticità della gabbia toracica

11 VOLUMI RESPIRATORI (Da Ganong W.F., Fisiologia Medica e Cunningham, Textbook of veterinary physiology) CAPACITÀ VITALE = VRI+VT+VRE POLMONARE TOTALE = VRI+VT+VRE+VR INSPIRATORIA =VRI+VT FUNZIONALE RESIDUA = VRE+VR SPAZIO MORTO RESPIRATORIO ANATOMICO = VIE RESPIRATORIE FISIOLOGICO = ALVEOLI NON PERFUSI

12 PRESSIONE RESPIRATORIA PER INSUFFLARE ALVEOLI PICCOLI CI VUOLE UNA PRESSIONE MAG GIORE RISPETTO A QUELLA RICHIESTA PER ALVEOLI GRANDI LEGGE DI LAPLACE P=2T/r (Pressione = 2*la Tensione parietale/raggio) Ciò avrebbe due conseguenze importanti: Poiché al termine dell'espirazione gli alveoli rimpiccioliscono, ci vorrebbe un grande sforzo per ogni inspirazione Poiché gli alveoli non sono tutti uguali, l'aria tenderebbe a passare dai più piccoli ai più grandi QUESTO VIENE EVITATO DALLA PRESENZA DEL SURFACTANTE una sostanza anfotera (DIPALMITOIL FOSFATIDIL COLINA) che è dotata di scarsa forza di adesione molecolare e che si dispone in un monostrato (monolayer) sulla parete interna dell'alveolo. Ha anche attività antimicrobica. Inoltre -sempre per l'effetto tensioattivo- contribuisce a mantenere asciutto l'alveolo perché viene limitato l'effetto di capillarità. Senza surfactante (o se è scarso) la respirazione diviene così faticosa che l'animale muore in breve tempo Nati prematuri

13 SURFACTANTE IL SURFACTANTE VIENE SINTETIZZATO NELLE CELLULE DI TIPO II SOTTO LO STIMOLO DEI GLUCOCORTICOIDI E SECRETO NELL'ALVEOLO: SI DISPONE IN MONOSTRATO POICHÉ PIÙ LE SUE MOLECOLE SONO VICINE PIÙ INTENSA è LA LORO AZIONE LA TENSIONE PARIETALE ALL'INTERFACCIA DIMINUISCE CON IL RIMPICCIOLIRE DELL'ALVEOLO EQUILIBRANDO COSÌ GLI EFFETTI DELLA LEGGE DI LAPLACE

14 COMPLIANCE RESPIRATORIA È UNA MISURA DELLA DISTENSIBILITÀ COMPLESSIVA DEL POLMONE E DELLA CASSA TORACICA CIOÈ DELLA FACILITÀ CON CUI IL POLMONE SI RIEMPIE DI ARIA LA COMPLIANCE DIMINUISCE AD ESEMPIO QUANDO C'È FIBROSI POLMONARE O EDEMA, E DETERMINA UN MAGGIOR SFORZO INSPIRATORIO LA COMPLIANCE DIMINUISCE ANCHE NELL'ENFISEMA POLMONARE, E DETERMINA UNA DIFFICOLTÀ ESPIRATORIA, MA ANCHE UNA PERTURBAZIONE DEL FLUSSO, PERCHÉ C'È RIDUZIONE DEL CALIBRO DELLE PICCOLE VIE AEREE, CON CONSEGUENTE DISTRIBUZIONE ALTERATA DELL'ARIA NEL POLMONE. DETERMINA UNA ESPANSIONE DEL POLMONE (TORACE A BOTTE)

15 RAPPORTO VENTILAZIONE/PERFUSIONE NEI POLMONI IL SANGUE NON SI DISTRIBUISCE UNIFORMEMENTE L'ARIA NON SI DISTRIBUISCE UNIFORMEMENTE L'efficienza respiratoria ossia la capacità di scambiare gas tra sangue e alveolo è condizionata dal rapporto tra VENTILAZIONE (aria che entra nell'alveolo) e PERFUSIONE (sangue che passa vicino all'alveolo) che cambia secondo le condizioni: SPECIE POSIZIONE ESERCIZIO STATO DI SALUTE

16 RAPPORTO VENTILAZIONE/PERFUSIONE Diversi sono i metodi con cui la circolazione polmonare si adatta alla variazione delle necessità di perfusione (più bianco = minore aereazione) UOMO CAVALLO

17 DINAMICA CIRCOLATORIA POLMONARE (Da Ganong W.F., Fisiologia Medica)

18 DINAMICA CIRCOLATORIA POLMOLNARE LA COSTANZA DI UNA BASSA PRESSIONE IDROSTATICA NEI POLMONI INFERIORE ALLA PRESSIONE ONCOTICA DEL SANGUE È INDISPENSABILE PERCHÈ: UN'AUMENTO DELLA PRESSIONE IDROSTATICA SIGNIFICHEREBBE UNA PRESSIONE DI FILTRAZIONE POSITIVA E QUINDI AUMENTO DI LIQUIDO INTERSTIZIALE LA BASSA PRESSIONE IDROSTATICA GARANTISCE UN CONTINUO RICHIAMO DI ACQUA DALL'INTERSTIZIO, CHE A SUA VOLTA ESERCITA RICHIAMO SULL'AMBIENTE ALVEOLARE, CONTRIBUENDO A MANTENERE ASCIUTTO L'ALVEOLO Questo a sua volta impedisce un ottimale scambio dei gas

19 CARATTERISTICHE RESPIRATORIE (Da Ruckebush et al., Physiology of small and large animals)

20 (Da Aguggini et al., Fisiologia degli animali domestici con elementi di etologia)