CONTRIBUIRE ALLA REGOLAZIONE OMEOSTATICA DEL ph PROTEZIONE DA PATOGENI INALATI E DA SOSTANZE IRRITANTI VOCALIZZAZIONE DISPERSIONE DI UMIDITA E CALORE

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1 FUNZIONI DELL APPARATO RESPIRATORIO AUMENTARE IL RITORNO VENOSO SCAMBIO DI SOSTANZE GASSOSE TRA ATMOSFERA E SANGUE, FRA SANGUE E TESSUTI E VICECERSA: IL METABOLISMO AEROBIO DELLE CELLULE ANIMALI CONSUMA OSSIGENO E PRODUCE ANIDRIDE CARBONICA CONTRIBUIRE ALLA REGOLAZIONE OMEOSTATICA DEL ph PROTEZIONE DA PATOGENI INALATI E DA SOSTANZE IRRITANTI VOCALIZZAZIONE DISPERSIONE DI UMIDITA E CALORE

2 RESPIRAZIONE RESPIRAZIONE CELLULARE: INSIEME DELLE REAZIONI INTRACELLULARI DELL OSSIGENO CON VARIE MOLECOLE ORGANICHE PER PRODURRE ATP, CO 2 E H 2 O RESPIRAZIONE ESTERNA: SCAMBIO DI GAS FRA AMBIENTE E CELLULE 1. SCAMBIO DI GAS FRA ATMOSFERA E POLMONI O VENTILAZIONE (INSPIRAZIONE E ESPIRAZIONE) 2. SCAMBIO DI O 2 E CO 2 FRA POLMONI E SANGUE 3. TRASPORTO DI O 2 E CO 2 NEL SANGUE 4. SCAMBIO DI GAS FRA SANGUE E CELLULE

3 SISTEMA RESPIRATORIO TRATTO RESPIRATORIO SUPERIORE: BOCCA, CAVITA NASALE, FARINGE, LARINGE L INGRESSO DI SOSTANZE NELLA LARINGE E REGOLATO DALL EPIGLOTTIDE IL SEGMENTO INTERMEDIO DELLA LARINGE E DETTO GLOTTIDE NELLA GLOTTIDE SONO PRESENTI LE CORDE VOCALI

4 ZONA RESPIRATORIA: SITI DI SCAMBIO DEI GAS OSSIA BRONCHIOLI RESPIRATORI E SACCHI ALVEOLARI SISTEMA RESPIRATORIO TRATTO RESPIRATORIO INFERIORE: SISTEMA DI CONDOTTI DIVERGENTE DI DIAMETRO SEMPRE MINORE TRACHEA, DUE BRONCHI PRIMARI, BRONCHI SECONDARI, TERZIARI, BRONCHI, BRONCHIOLI, BRONCHIOLI TERMINALI, DOTTI ALVEOLARI, SACCHI ALVEOLARI E ALVEOLI. ZONA DI CONDUZIONE: TUTTE LE VIE DI PASSAGGIO DELL ARIA IN CUI NON SI VERIFICANO SCAMBI DI GAS

5 CARTILAGINE, MUSCOLATURA LISCIA EPITELIO : CELLULE CILIATE, CELLULE A CALICE

6 SISTEMA RESPIRATORIO E RACCHIUSO NELLA CAVITA TORACICA, DELIMITATA DALLA COLONNA VERTEBRALE, DALLE COSTE E DAI MUSCOLI. I MUSCOLI SONO IL DIAFRAMMA (BASE DELLA CASSA TORACICA), GLI INTERCOSTALI INTERNI ED ESTERNI, LO STERNOCLEIDOMASTOIDEO, GLI SCALENI E I MUSCOLI ADDOMINALI

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8 SACCHI PLEURICI IL RIVESTIMENTO DEI POLMONI E COSTITUITO DA UN SACCO PLEURICO FORMATO DA DUE FOGLIETTI PLEURICI O PLEURE. LA PORZIONE ADESA AL TESSUTO POLMOMARE E DETTA PLEURA VISCERALE LA PORZIONE ADESA ALLA PARETE TORACICA E DETTA PLEURA PARIETALE LE PLEURE SONO FORMATE DA STRATI DI TESSUTO CONNETTIVO ELASTICO E CAPILLARI. LE PLEURE SONO TENUTE UNITE DA UN SOTTILE STRATO DI LIQUIDO PLEURICO (POCHI ml) E DA UNA PRESSIONE (INTRAPLEURICA) NEGATIVA.

9 SACCHI PLEURICI IL LIQUIDO PLEURICO: 1. PERMETTE LO SCORRIMENTO DELLE PLEURE DURANTE IL MOVIMENTO DEI POLMONI 2. MANTIENE I POLMONI A CONTATTO CON LA PARETE TORACICA

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11 ALVEOLI E SCAMBIO GASSOSO GLI ALVEOLI SONO PRINCIPALMENTE COSTITUITI DA: 1. CELLULE EPITELIALI DI TIPO I, A MORFOLOGIA APPIATTITA IN MODO CHE LA DIFFUSIONE SI VERIFICHI RAPIDAMENTE 2. CELLULE EPITELIALI DI TIPO II, CHE SINTETIZZANO E SECERNONO IL SURFACTANTE, SOSTANZA CHE FAVORISCE L ESPANSIONE POLMONARE 3. TESSUTO CONNETTIVO ELASTICO CHE FAVORISCE IL RITORNO ELASTICO DEL POLMONE IL TESSUTO POLMONARE E PRINCIPALMENTE COSTITUITO DA ALVEOLI, LE CUI PARETI COSTUISCONO LA SUPERFICIE DI SCAMBIO PER I GAS (75 m 2 ), E DA UN ESTESA RETE DI CAPILLARI

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13 CIRCOLAZIONE POLMONARE I POLMONI RICEVONO L INTERA GITTATA CARDIACA DEL VENTRICOLO DESTRO, OSSIA 5 L/min LA VELOCITA DEL FLUSSO E ELEVATA LA PRESSIONE DEL SANGUE DELLA CIRCOLAZIONE POLMONARE E BASSA, 25/8 mmhg IN QUANTO E BASSA LA RESISTENZA DEL CIRCOLO POLMONARE (MINORE LUNGHEZZA DEI VASI POLMONARI, ALLA LORO DISTENSIBILITA E ALL ELEVATA AREA DELLA SEZIONE TRASVERSA DELLE ARTERIOLE POLMONARI) LA PRESSIONE MEDIA DEI CAPILLARI E BASSA E QUINDI POCO LIQUIDO VIENE FILTRATO E PASSA NELLO SPAZIO INTERSTIZIALE: LA DISTANZA FRA ALVEOLI E CAPILLARI E BREVE PER FAVORIRE LO SCAMBIO DEI GAS

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15 PRESSIONE PARZIALE DI UN GAS PER UNA MISCELA DI n GAS: P tot =P 1 +P 2 + +P n (LEGGE DI DALTON) P gas = P atm x % del gas nell atmosfera P O 760mmHg 21% 160mmHg 2

16 NEL SISTEMA RESPIRATORIO I CAMBIAMENTI DI VOLUME DELLA CAVITA TORACICA DURANTE LA VENTILAZIONE GENERANO I GRADIENTI DI PRESSIONE CHE DETERMINANO IL FLUSSO DI ARIA

17 SOLUBILITA DI UN GAS SUA CAPACITA DI DISSOLVERSI IN SOLUZIONE C X = X P X (LEGGE DI HENRY) DOVE C = CONCENTRAZIONE P= PRESSIONE PARZIALE NELLA FASE GASSOSA = COEFFICIENTE DI SOLUBILITA (DIPENDE DA T, DAL GAS, DAL SOLVENTE)

18 VOLUMI POLMONARI VOLUME RESIDUO: VOLUME DI ARIA CHE RESTA IN UN POLMONE AL TERMINE DI UNA ESPIRAZIONE FORZATA VOLUME DI RISERVA ESPIRATORIA: QUANTITA DI ARIA AGGIUNTIVA ELIMINATA FORZATAMENTE AL TERMINE DI UNA RESPIRAZIONE NORMALE VOLUME CORRENTE: QUANTITA DI ARIA INALATA DURANTE UNA SINGOLA INSPIRAZIONE VOLUME DI RISERVA INSPIRATORIA: VOLUME AGGIUNTIVO INSPIRATO OLTRE AL VOLUME CORRENTE

19 CAPACITA POLMONARI CAPACITA VITALE: VOLUME DI RISERVA ESPIRATORIA + VOLUME DI RISERVA INSPIRATORIA +VOLUME CORRENTE CAPACITA POLMONARE TOTALE: CAPACITA VITALE + VOLUME RESIDUO CAPACITA INSPIRATORIA: VOLUME CORRENTE+VOLUME DI RISERVA INSPIRATORIA CAPACITA FUNZIONALE RESIDUA: VOLUME DI RISERVA ESPIRATORIA+VOLUME RESIDUO

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22 VENTILAZIONE LE VIE AEREE SUPERIORI E I BRONCHI CONDIZIONANO L ARIA PRIMA CHE QUESTA RAGGIUNGA GLI ALVEOLI PROVVEDENDO: 1. AL SUO RISCALDAMENTO A 37 C 2. ALLA SUA UMIDIFICAZIONE (100% DI UMIDITA ) PER EVITARE LA DISIDRATAZIONE DELL EPITELIO DI SCAMBIO 3. ALLA FILTRAZIONE DEL MATERIALE ESTRANEO (VIRUS, BATTERI E PARTICELLE INORGANICHE)

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24 VENTILAZIONE LA RESPIRAZIONE E UN PROCESSO ATTIVO CHE UTILIZZA LA CONTRAZIONE MUSCOLARE PER GENERARE GRADIENTI PRESSORI IL CICLO RESPIRATORIO E COSTITUITO DA INSPIRAZIONE ED ESPIRAZIONE DURANTE L INSPIRAZIONE, MOTONEURONI SOMATICI INNESCANO LA CONTRAZIONE DEI MUSCOLI INSPIRATORI E DEL DIAFRAMMA CHE SI ABBASSA. QUESTO MOVIMENTO AUMENTA IL VOLUME DELLA CAVITA TORACICA. LA PRESSIONE INTRAPOLMONARE DIMINUISCE (INFERIORE ALLA PRESSIONE ATMOSFERICA) E L ARIA FLUISCE NEI POLMONI. MENTRE L ARIA ENTRA NEGLI ALVEOLI LA PRESSIONE AUMENTA GRADUALMENTE FINO A QUANDO LA CASSA TORACICA SMETTE DI ESPANDERSI

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27 VENTILAZIONE DURANTE L ESPIRAZIONE, I MOTONEURONI SOMATICI CESSANO DI STIMOLARE I MUSCOLI INSPIRATORI E IL DIAFRAMMA CHE SI RILASSANO. LA CAVITA TORACICA RITORNA AL VOLUME INIZIALE GRAZIE AL RITORNO ELASTICO DELLE FIBRE MUSCOLARI. DURANTE IL RESPIRO TRANQUILLO L ESPIRAZIONE VIENE DETTA PASSIVA. DURANTE L ESPIRAZIONE, LA DIMINUZIONE DEL VOLUME DELLA CASSA TORACICA PORTA AD UN AUMENTO DELLA PRESSIONE INTRAPOLMONARE L ARIA FUORIESCE DAI POLMONI, LA PRESSIONE DIMINUISCE FINO A RIASSUMERE IL VALORE DI PRESSIONE ATMOSFERICA

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29 L ESPIRAZIONE ATTIVA SI VERIFICA DURANTE L ESPIRAZIONE VOLONTARIA O QUANDO LA VENTILAZIONE SUPERA I RESPIRI/min. SI ATTIVANO INTERCOSTALI INTERNI E ADDOMINALI

30 PRESSIONE INTRAPLEURICA E PNEUMOTORACE LA PRESSIONE INTRAPLEURICA E SUBATMOSFERICA E, ASSIEME AL LIQUIDO PLEURICO, AVVICINA TRA LORO LE PLEURE A RIPOSO I POLMONI SONO STIRATI PER ADATTARSI AL VOLUME DELLA CAVITA TORACICA, MA IL LORO RITORNO ELASTICO GENERA UNA FORZA DIRETTA ALL INTERNO VICEVERSA IL RITORNO ELASTICO DELLA PARETE TORACICA SPINGE VERSO L ESTERNO SI GENERA COSI UNA PRESSIONE INTRAPLEURICA DI CIRCA 3 mmhg LA ROTTURA DELLE PLEURE PROVOCA IL COLLASSO DEL POLMONE E L ESPANSIONE DELLA PARETE TORACICA (PNEUMOTORACE)

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32 PRESSIONE INTRAPLEURICA E CICLO RESPIRATORIO DURANTE L INSPIRAZIONE IL TESSUTO POLMONARE ELASTICO SI OPPONE ALL ALLUNGAMENTO E LA PRESSIONE INTRAPLEURICA DIVENTA PIU NEGATIVA CON L ESPIRAZIONE LA CASSA TORACICA TORNA ALLA POSIZIONE INIZIALE, I POLMONI SI RILASCIANO DALL ESTENSIONE FORZATA E SI RISTABILISCONO I VALORI INIZIALI

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34 DIPENDE DA: LAVORO VENTILATORIO COMPLIANZA: FACILITA CON CUI LA PARETE TORACICA SI ESPANDE (TENSIONE SUPERFICIALE) ELASTANZA: CAPACITA DEL POLMONE ESPANSO DI RIASSUMERE IL VOLUME INIZIALE

35 LAVORO VENTILATORIO LA TENSIONE SUPERFICIALE E DETERMINATA DAL SOTTILE STRATO DI LIQUIDO PRESENTE FRA EPITELIO RESPIRATORIO E ARIA CHE GENERA UNA FORZA DIRETTA VERSO IL CENTRO DELL ALVEOLO. IL SURFACTANTE SECRETO DALLE CELLULE EPITELIALI DI TIPO II, DIMINUISCE LA TENSIONE SUPERFICIALE DEL LIQUIDO CHE RIVESTE GLI ALVEOLI

36 SURFACTANTE: MISCELA DI PROTEINE E FOSFOLIPIDI (DIPALMITOILFOSFATIDILCOLINA)

37 RESISTENZA DELLE VIE AEREE AL FLUSSO R L /r 4 L = LUNGHEZZA DEL SISTEMA = VISCOSITA DELLE SOSTANZE r = RAGGIO DEI CONDOTTI

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39 VENTILAZIONE POLMONARE TOTALE FREQUENZA VENTILATORIA X VOLUME CORRENTE = VENTILAZIONE POLMONARE TOTALE 12 RESPIRI/min X 500 ml/respiro = 6000 ml/min VENTILAZIONE ALVEOLARE FREQUENZA VENTILATORIA X (VOLUME CORRENTE SPAZIO MORTO ANATOMICO) = VENTILAZIONE ALVEOLARE 12 RESPIRI/min X (500 ml/respiro -150 ml/respiro ) = 4200 ml/min

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44 RAPPORTO VENTILAZIONE/PERFUSIONE MECCANISMI DI REGOLAZIONE IN GRADO DI RIDURRE LA DISOMOGENEITA SONO 1. VASOCOSTRIZIONE IPOSSICA 2. BRONCOCOSTRIZIONE DOVREBBE ESSERE = 1 E MANTENUTO COSTANTE PER OGNI REGIONE DELLA SUPERFICIE RESPIRATORIA NELL UOMO IN MEDIA =0.8 ESISTONO DIFFERENZE REGIONALI DOVUTE A: 1. EFFETTI DELLA GRAVITA (CAPILLARI) 2. FATTORI LOCALI (CO 2 E O 2 )

45 CAPILLARI POLMONARI E REGOLAZIONE DEL FLUSSO EMATICO I CAPILLARI POLMONARI POSSONO COLLASSARE SE LA PRESSIONE DEL SANGUE SI ABBASSA: IL FLUSSO VIENE DEVIATO DOVE LA PRESSIONE E MAGGIORE A RIPOSO ALCUNI LETTI CAPILLARI ALL APICE DEL POLMONE SONO CHIUSI MENTRE QUELLI ALLA BASE SONO APERTI (LA PRESSIONE IDRAULICA E MAGGIORE DELLA FORZA DI GRAVITA ) SOTTO SFORZO LA GITTATA CARDIACA AUMENTA E I CAPILLARI ALL APICE SI APRONO PER PERMETTERE L OSSIGENAZIONE COMPLETA DELL INTERA GITTATA CARDIACA (CAPACITA DI

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48 SCAMBIO GASSOSO NEI POLMONI SI VERIFICA PER DIFFUSIONE SEMPLICE (LEGGE DI FICK): LA VELOCITA DI DIFFUSIONE E : 1.DIRETTAMENTE PROPORZIONALE ALL AREA DELLA SUPERFICIE 2.INVERSAMENTE PROPORZIONALE ALLO SPESSORE DELLA MEMBRANA 3.DIRETTAMENTE PROPORZIONALE AL GRADIENTE DI CONCENTRAZIONE

49 SOLUBILITA DI UN GAS SUA CAPACITA DI DISSOLVERSI IN SOLUZIONE C X = X P X (LEGGE DI HENRY) DOVE C = CONCENTRAZIONE P= PRESSIONE PARZIALE NELLA FASE GASSOSA = COEFFICIENTE DI SOLUBILITA (DIPENDE DA T, DAL GAS, DAL SOLVENTE)

50 SCAMBIO GASSOSO NEI POLMONI IL GRADIENTE DI PRESSIONE PARZIALE E IL PRINCIPALE FATTORE CHE IN CONDIZIONI FISIOLOGICHE INFLUENZA LO SCAMBIO DEI GAS P O2 ALVEOLARE = 100 mm Hg P O2 SANGUE ARTERIOSO = 100 mm Hg P O2 SANGUE VENOSO 40 mm Hg P CO2 ALVEOLARE = 40 mmhg P CO2 SANGUE ARTERIOSO = 40 mmhg P CO2 SANGUE VENOSO 46 mm Hg IL PRINCIPALE FATTORE CHE INFLUENZA LA P O2 E L ALTITUDINE (A 8848 m LA P atm =253 mmhg, LA P o = 53 mmhg E LA P O2 ALVEOLARE = 35 mmhg)

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55 TRASPORTO DI GAS NEL SANGUE POICHE LA SOLUBILITA DI O 2 E CO 2 E BASSA, IL LORO TRASPORTO NEL PLASMA E AGEVOLATO DAI GLOBULI ROSSI L EMOGLOBINA TRASPORTA LA MAGGIOR PARTE DELL OSSIGENO VERSO I TESSUTI LA CO 2 E TRASPORTATA DISCIOLTA NEL PLASMA, LEGATA ALL EMOGLOBINA (CARBAMMINOEMOGLOBINA) E SOTTO FORMA DI IONI BICARBONATO

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57 EMOGLOBINA Hb DEOSSIEMOGLOBINA (COLORE ROSSO BRUNO) HbO 2 OSSIEMOGLOBINA (COLORE ROSSO VIVO), L O 2 SI LEGA ALL ATOMO DI Fe 2+ Hb + O 2 HbO 2

58 LEGGE AZIONE DI MASSA

59 EMOGLOBINA L OSSIDAZIONE DELL ATOMO DI FERRO DELL Hb ALLO STATO Fe 3+ PRODUCE MetHb METAEMOGLOBINA, CHE NON E IN GRADO DI LEGARE O 2. NITRITI E CLORURI SONO IN GRADO DI OSSIDARE Hb COMPROMETTENDO IL TRASPORTO DI O 2. L ENZIMA METAEMOGLOBINA REDUTTASI, PRESENTE NEI GLOBULI ROSSI RIDUCE LA MetHb NELLA FORMA FUNZIONALE FERROSA

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61 EMOGLOBINA L AFFINITA DI Hb PER IL CO E 200 VOLTE MAGGIORE DI QUELLA PER O 2 : IL MONOSSIDO DI CARBONIO SPIAZZA L OSSIGENO E SATURA L Hb A PRESSIONI PARZIALI MOLTO BASSE FORMANDO CARBOSSIEMOGLOBINA

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63 CURVA DI DISSOCIAZIONE OSSIGENO-EMOGLOBINA ESPRIME LA QUANTITA PERCENTUALE DI OSSIGENO LEGATA ALL EMOGLOBINA IN FUNZIONE DELLA P O2 AD UNA DATA P O2: QUANTITA DI OSSIGENO LEGATA QUANTITA MASSIMA CHE PUO ESSERE LEGATA saturazione X 100 = percentuale dell emoglobina

64 100% a 650 mmhg 98% a 100 mmhg alveoli 90% a 60 mmhg 75% a 40 mmhg cellula a riposo 35% a 20 mmhg muscolo in esercizio

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67 2,3 DIFOSFOGLICERATO: METABOLITA DEI GLOBULI ROSSI, PRODOTTO IN SEGUITO A IPOSSIA CRONICA, DIMINUISCE L AFFINITA DI Hb PER L O 2

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72 REGOLAZIONE NERVOSA DELLA VENTILAZIONE LA VENTILAZIONE E UN PROCESSO RITMICO CHE SI VERIFICA SENZA CONTROLLO COSCIENTE DEL SNC I MUSCOLI SCHELETRICI SI CONTRAGGONO GRAZIE ALL ATTIVAZIONE DI MOTONEURONI SOMATICI A LORO VOLTA CONTROLLATI DA CENTRI SUPERIORI SITUATI NEL BULBO E NEL PONTE LA RETE NERVOSA HA UN ATTIVITA RITMICA INTRINSECA ED E DETTA GENERATORE CENTRALE DI MODELLI

73 I NEURONI DEL PONTE CONTROLLANO LA FREQUENZA E LA PROFONDITA DEL RESPIRO NEURONI RESPIRATORI BULBARI CONTROLLANO L INSPIRAZIONE E L ESPIRAZIONE IL GRUPPO RESPIRATORIO DORSALE CONTIENE PRINCIPALMENTE NEURONI INSPIRATORI IL GRUPPO RESPIRATORIO VENTRALE CONTIENE I NEURONI CHE CONTROLLANO I MUSCOLI UTILIZZATI DURANTE L ESPIRAZIONE ATTIVA E L INSPIRAZIONE PIU PROFONDA, PER LA MAGGIOR PARTE INATTIVI DURANTE LA RESPIRAZIONE A RIPOSO SEMBRA SUSSISTERE INIBIZIONE RECIPROCA TRA NEURONI INSPIRATORI E ESPIRATORI

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77 FATTORI CHIMICI DI REGOLAZIONE I CHEMOCETTORI CENTRALI RISPONDONO A VARIAZIONI DI C0 2 NEL LIQUIDO CEREBROSPINALE SONO CO 2, O 2 E H + GENERANO INFORMAZIONI SENSORIALI A LIVELLO DI CHEMOCETTORI PERIFERICI (CORPI CAROTIDEI E AORTICI) E CENTRALI (BULBO) INNESCANO RIFLESSI OMEOSTATICI PER REGOLARE LA VENTILAZIONE E MANTENERE COSI LA P O2 E LA P CO2 ENTRO AMBITI RISTRETTI I CHEMOCETTORI PERIFERICI AVVERTONO VARIAZIONI DELLA CONCENTRAZIONE DI OSSIGENO E ph PLASMATICI

78 CHEMOCETTORI PERIFERICI IN RISPOSTA ALLA DIMINUZIONE DI P O2 E ph INVIANO POTENZIALI D AZIONE AI CENTRI DI CONTROLLO BULBARI CHE RISPONDONO PRODUCENDO UN AUMENTO DELLA VENTILAZIONE LA P O2 DEVE SCENDERE SOTTO I mm Hg PRIMA CHE LA VENTILAZIONE SIA STIMOLATA (AD ESEMPIO ALTITUDINE DI 3000 m) LE CELLULE DEI GLOMI CAROTIDEI HANNO CANALI PER IL POTASSIO REGOLATI DA O 2 SONO PIU SENSIBILI A DIMINUZIONI DI ph PLASMATICO

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80 CHEMOCETTORI CENTRALI STABILISCONO LA FREQUENZA RESPIRATORIA FORNENDO CONTINUE INFORMAZIONI AL GENERATORE DI MODELLI RISPONDONO ALLE VARIAZIONI DI P CO2 DEL SANGUE AVVERTENDO LE CONSEGUENTI VARIAZIONI DI H + DEL LIQUIDO CEREBROSPINALE

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83 RIFLESSI PROTETTIVI DA MECCANOCETTORI RECETTORI PER AGENTI IRRITANTI: SONO PRESENTI NELLA MUCOSA DELLE VIE AEREE E SI ATTIVANO IN RISPOSTA ALLA PRESENZA DI GAS E SOSTANZE NOCIVE INVIANO SEGNALI AL SNC CHE INNESCANO BRONCOCOSTRIZIONE MEDIATA DAI NEURONI PARASIMPATICI CHE INNERVANO IL MUSCOLO LISCIO BRONCHIOLARE LE RISPOSTE RIFLESSE COMPRENDONO ANCHE TOSSE E STARNUTI