Il sistema respiratorio e gli scambi gassosi

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1 Il sistema respiratorio e gli scambi gassosi

2 I meccanismi alla base degli scambi gassosi Gli animali scambiano O 2 e CO 2 attraverso superfici corporee umide Negli animali, l O 2 (ossigeno) diffonde all interno del corpo e il CO 2 (diossido di carbonio o anidride carbonica) viene liberato nell ambiente circostante attraverso una superficie respiratoria. La superficie respiratoria è costituita da cellule vive le cui membrane cellulari devono essere bagnate per poter svolgere la loro funzione.

3 In alcuni animali, come per esempio i platelminti o il lombrico, gli scambi gassosi avvengono a livello di tutta la superficie del corpo. Piano della sezione Sezione trasversal e della superficie respirato ria (la pelle che ricopre il corpo) CO 2 O 2 Capillari

4 Nella maggior parte degli animali alcune parti del corpo si sono trasformate (specializzate) in superfici respiratorie. Superficie corporea CO 2 Superficie corporea Superficie respiratoria (branchia) Capillari O 2 CO 2 Superficie respiratoria (trachee) Cellule del corpo (le trachee non sono a contatto cono i capillari) O 2 Superficie corporea CO 2 O 2 Superficie respiratoria (all interno del polmone) CO 2 O 2 Capillari

5 classe : Sarcopterigi Holoptychius

6 ordine : Dipnoi I dipnoi, conosciuti anche come pesci polmonati sono un ordine di pesci ossei della classe Sarcopterigi, almeno 400 milioni di anni fa. Importante caratteristica dei dipnoi è la presenza di un primitivo polmone, evoluzione della vescica natatoria, che consente loro di incamerare ossigeno direttamente dall'aria in alternativa alla normale respirazione con le branchie.

7 Neoceratodus forsteri

8 Nei vertebrati terrestri si evolvono polmoni sempre più complessi ed efficienti I rettili, gli uccelli, i mammiferi e molti anfibi utilizzano i polmoni per effettuare gli scambi gassosi. I polmoni occupano una zona limitata del corpo dell animale e sono collegati a un sistema circolatorio che trasporta i gas al resto del corpo. Le dimensioni e la complessità dei polmoni sono correlate alla velocità del metabolismo dell animale (quindi al suo fabbisogno di ossigeno).

9 Negli animali terrestri gli scambi gassosi avvengono attraverso l aria che viene respirata. Ciò comporta due grossi vantaggi: l aria ha una concentrazione di O 2 molto elevata è molto leggera e facile da spostare. Lo scambio di gas fornisce O 2 per la respirazione cellulare e rimuove il suo principale prodotto di rifiuto, il CO 2. Grazie all O 2, tutte le cellule del corpo possono ottenere energia dalle molecole degli alimenti che l organismo ha digerito e assorbito.

10 Negli vertebrati lo scambio dei gas avviene in tre fasi Le tre fasi dello scambio gassoso: O 2 CO 2 Polmone 1 Respirazione polmonare Sistema circolatorio 2 Trasporto di gas tramite il sistema circolatorio 3 Scambi gassosi O 2 tra sangue CO 2 e tessuti Capillari Cellula Mitocondri

11 L apparato respiratorio L apparato respiratorio fornisce ossigeno, elimina diossido di carbonio, e comprende: le vie respiratorie superiori (naso e faringe); le vie respiratorie inferiori (laringe, trachea, bronchi, bronchioli e polmoni). 11 Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012

12 cuore e polmoni

13 Polmone sinistro

14 Una struttura ramificata La trachea si ramifica in due bronchi, ognuno dei quali porta a un polmone. I bronchi si ramificano ciascuno in cinque bronchi lobari e poi fino a formare i bronchioli. Le ramificazioni più fini dei bronchioli terminano in grappoli di alveoli che danno forma e consistenza ai polmoni. 14 Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012

15 Polmoni

16 Laringe (anteriore)

17 Laringe (cartilagine)

18 Laringe - Trachea

19 Il movimento delle corde vocali è spiegato da un particolare effetto, chiamato effetto Venturi, derivato dal teorema di Bernoulli.

20 Laringe Trachea- Bronchi - Bronchioli

21 epitelio pseudostratificato ciliato

22 epitelio pseudostratificato ciliato

23 Bronchioli - Alveoli

24 Sangue ricco di ossigeno Sangue povero di ossigeno Bronchiolo Capillari sanguigni Alveoli Alveoli

25 Alveoli

26 Lo scambio dei gas: L ossigenazione del sangue e il rilascio di CO 2 avvengono per diffusione nei capillari degli alveoli polmonari. Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore,

27 Epitelio squamoso semplice (alveoli polmonari)

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29 Scambio e trasporto dei gas nel corpo: Aria espirata Aria inspirata Cellule epiteliali degli alveoli Spazi alveolari CO 2 O 2 Capillari alveolari del polmone Sangue povero di CO 2 e ricco di O 2 Sangue ricco di O 2 e povero di CO 2 Cuore Capillari tessutali CO Liquido 2 O interstiziale 2 Cellule tessutali di tutto il corpo

30 Lo scambio dei gas tra i capillari e le cellule circostanti avviene per diffusione, secondo un gradiente di pressione. Ciascuno dei gas presenti in una miscela è responsabile di una parte, detta pressione parziale, della pressione totale della miscela. Un gas diffonde da una regione con pressione parziale maggiore a una con pressione parziale minore.

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32 Pleure I polmoni sono organi elastici divisi in lobi, ogni polmone è rivestito esternamente da una doppia membrana detta pleura: la pleura viscerale aderisce alla parete esterna del polmone; la pleura parietale alla parete toracica. 32 Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012

33 pleure

34 polmoni (pleure)

35 La meccanica della respirazione La ventilazione polmonare è causata dall azione dei muscoli respiratori: il diaframma e i muscoli intercostali, e comprende due fasi (inspirazione ed espirazione). 35 Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012

36 Ventilazione polmonare Grazie alla ventilazione dei nostri polmoni, sulla superficie di scambio dei gas respiratori viene mantenuta alta la concentrazione di O 2 e bassa la concentrazione di CO 2.

37 Inspirazione ed espirazione 37 Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012

38 capacità polmonare

39 Il massimo volume di aria che possiamo forzatamente inspirare ed espirare è chiamato capacità vitale (in media 4 litri). I polmoni contengono più aria rispetto alla capacità vitale: nei polmoni rimane sempre un volume residuo di aria che impedisce agli alveoli di collassare (in media un litro). La capacità polmonare, ovvero il volume massimo di aria che può essere contenuto dai polmoni, è dato dalla somma della capacità vitale e del volume residuo.

40 Le secrezioni del tratto respiratorio I polmoni producono due tipi di secrezioni che influenzano la ventilazione: il muco viscoso presente nelle vie aeree superiori intrappola particelle, detriti e microrganismi inalati con l aria; il surfactante polmonare riduce la tensione superficiale nel fluido che riveste gli alveoli facilitando l ingresso di aria. I bambini nati pretermine, le cui cellule polmonari non hanno ancora sviluppato la capacità di produrre surfactante, possono sviluppare la sindrome da distress respiratorio (ARDS). Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore,

41 Il controllo della ventilazione La ventilazione dipende dal sistema nervoso centrale che regola la contrazione dei muscoli intercostali e del diaframma. 41 Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012

42 I centri di controllo della respirazione, situati nell encefalo, regolano il ritmo respiratorio in base alle esigenze dell organismo e monitorando la concentrazione di CO 2 nel sangue. Ponte Cervello Liquido cerebrospinale Midollo allungato Segnali nervosi che inducono la contrazione dei muscoli Centri di controllo della respirazione stimolati da: Aumento di CO 2 = diminuzione del ph nel sangue Segnale nervoso che rileva i livelli di CO 2 e O 2 Sensore per CO 2 e O 2 nell aorta Diaframma Muscoli intercostali

43 Lo scambio polmonare dei gas Gli scambi di gas respiratori avviene nei polmoni per diffusione attraverso l endotelio che riveste i vasi sanguigni, grazie all emoglobina dei globuli rossi. In base alle differenze di pressione parziale di CO 2 e O 2 : negli alveoli polmonari il sangue si arricchisce di O 2 e rilascia CO 2 ; nei capillari sistemici il sangue ossigenato rilascia O 2 e si arricchisce di CO 2. Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore,

44 emoglobina

45 Emoglobina adulta e fetale L emoglobina fetale ha maggiore affinità per l ossigeno di quella adulta, questo facilita il trasferimento di O 2 dalla madre al feto a livello della placenta. 45 Sadava et al. Biologia.blu Zanichelli editore, 2012

46 Gli scambi gassosi nel feto avvengono attraverso la circolazione materna Un feto umano scambia gas con il sangue materno attraverso la placenta. Placenta, contenente vasi sanguigni materni e capillari del feto Cordone ombelicale, contenente vasi sanguigni del feto Liquido amniotico Utero

47 Patologie del sistema respiratorio: Infezioni acute Patologie croniche

48 Infezioni acute Le infezioni acute delle vie respiratorie sono patologie molto frequenti. Si tratta di malattie causate da microorganismi (virus, batteri, funghi). Possono presentare un andamento stagionale. Laringite, Tracheite, Bronchite, Polmonite, Pleurite.

49 Polmonite Streptococcus pneumoniae

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51 penicillina Penicillium notatum Alexander Fleming 1928

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53 Virus dell influenza

54 Virus a RNA della famiglia degli Orthomyxoviridae Sferici (poliedrici) Rivestiti Dimensioni di nm (filtrabili) Virus mutagene Virus fragile Virus dell influenza

55 Descrizione dei virus influenzali Tipo A provocano epidemie ogni 2-3 anni. Pandemie ogni anni Tipo B ogni 4-6 anni. Tipo C dà epidemie locali. A e C infettano diverse specie, mentre B quasi esclusivamente l uomo.

56 Glicoproteine I virus tipo A e B presentano in superficie due glicoproteine che ne specificano il sottotipo EMOAGGLUTININA NEUROAMINIDASI (H) (N)

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58 Virus A Si differenziano in diversi sottotipi: Da H1 a H16 Da N1 a N9 Tutti i sottotipi sono stati ritrovati nelle SPECIE AVIARIE, serbatoi naturali del virus A

59 ricombinazione genica

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61 Epidemie e Pandemie Un EPIDEMIA di un malattia si verifica quando la frequenza della malattia aumenta. Una PANDEMIA è un'epidemia a livello mondiale data dalla comparsa di un virus nuovo riassortito, trasmissibile nella popolazione umana. Known flu pandemics Name of pandemic Date Deaths Case fatality rate Asiatic (Russian) Flu 1918 flu pandemic (Spanish flu) million 0.15% to 100 million 2% Asian Flu to 1.5 million 0.13% Hong Kong Flu to 1 million <0.1% 2009 flu pandemic (swine) , %

62 influenza: aspetti clinici Malattia respiratoria acuta in forma epidemica Tramissione attraverso le goccioline emesse con colpi di tosse, starnuti o con il semplice parlare. Contatti personali diretti, secrezioni. Incubazione 1-3 giorni. Sintomi: inizio improvviso con febbre,spossatezza,cefalea, dolori muscolari, tosse secca. Raramente rinite e faringite, talora diarrea. Durata: febbre 2-4 giorni, spossatezza 7-10 giorni. Complicanze: Polmonite virale o batterica, specialmente in anziani con malattie croniche debilitanti.

63 malattie croniche Bronchite Asma bronchiale Le affezioni croniche del sistema respiratorio sono legate soprattutto a fattori irritanti: fumo di sigaretta, inquinamento atmosferico.

64 Bronchite cronica La bronchite cronica è una malattia molto comune, causata dalla produzione eccessiva di muco nelle vie respiratorie accompagnata da continua tosse. La bronchite può degenerare nell enfisema polmonare con distruzione di parte degli alveoli.

65 Asma bronchiale E un disturbo di tipo infiammatorio caratterizzato da broncocostrizione (temporanea) e conseguente resistenza al flusso d aria nelle vie aeree polmonari in seguito ad uno stimolo. L'asma provoca mancanza o difficoltà di respiro, tosse, respiro sibilante, senso di oppressione al torace. Caratteristiche dell asma bronchiale sono, oltre la broncocostrizione, l ipersecrezione di muco, e l edema (accumulo di liquidi) della mucosa.

66 Asma bronchiale La crisi asmatica può essere scatenata da diversi fattori: il freddo, gli sforzi fisici, il respirare gas secchi, lo stress emotivo, gli allergeni, l'inquinamento ambientale e recenti infezioni virali delle vie respiratorie. I farmaci antistaminici agiscono su recettori specifici dell'istamina, inibendo la sua attività allergenica.

67 Fumo di sigaretta Polmoni non fumatore Polmoni fumatore

68 Il fumo uccide in Italia persone l anno Vengono colpiti prevalentemente da Tumori polmonari (il tumore con il maggior tasso di incidenza e di mortalità nel mondo) soggetti di età superiore a 50 anni che abbiano fatto uso di tabacco. Il fumo di sigaretta contiene circa 60 sostanze mutagene cancerogene certe (inclusi il radon, il benzopirene, alcune nitrosamine e la nicotina)

69 Il fumo irrita le cellule che rivestono i bronchi, inibisce i movimenti delle ciglia e distrugge i macrofagi (speciali globuli bianchi che inglobano particelle e microrganismi). Polmone Cuore Polmoni sani (sinistra) e polmoni colpiti da cancro (destra).

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