il sistema respiratorio

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Gaspare Manfredi
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il sistema respiratorio respirazione cellulare (o interna) e respirazione esterna scambio dei gas regolato dalle leggi della diffusione in alcuni organismi la respirazione avviene attraverso la

1 il sistema respiratorio respirazione cellulare (o interna) e respirazione esterna scambio dei gas regolato dalle leggi della diffusione in alcuni organismi la respirazione avviene attraverso la superficie esterna negli organismi complessi la respirazione avviene attraverso un epitelio respiratorio specializzato, formato da un ampia superficie di scambio in contatto stretto con il sistema circolatorio funzioni: scambio di O 2 e CO 2 equilibrio acido-base vocalizzazione protezione da microbi e sostanze irritanti modificazione della concentrazione plasmatica di sostanze filtrazione e dissoluzione di piccoli coaguli 1

secrezione di lipoproteine (surfactanti); compensazione di perdita d acqua e calore processi della respirazione esterna: ventilazione polmonare scambio di O 2

2 secrezione di lipoproteine (surfactanti); compensazione di perdita d acqua e calore processi della respirazione esterna: ventilazione polmonare scambio di O 2 e CO 2 tra polmoni e sangue trasporto di O 2 e CO 2 nel sangue scambio di O 2 e CO 2 tra sangue e tessuti regolazione centrale e periferica della ventilazione 2

3 struttura anatomica 3

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5 la trachea è un condotto semirigido bronchi primari, bronchi e bronchioli 5

6 nella zona di conduzione non c è scambio di gas zona di conduzione + vie aeree superiori: spazio morto anatomico 6

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8 epitelio bronchiale: cellule caliciformi, ghiandole mucose e cellule ciliate trasporto mucociliare zona di conduzione + vie aeree superiori: riscaldamento e umidificazione 8

9 nella zona respiratoria i bronchioli respiratori ramificano in dotti e sacchi alveolari enorme superficie (70-80 m 2 ) pori alveolari 9

10 cellule di tipo II: produzione di surfactante membrana respiratoria ca. 0,5 μm 10

11 gli alveoli sono costituiti da fibre elastiche e tessuto connettivo l 80-90% della superficie alveolare è ricoperta da capillari concetto di lamina continua 11

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13 cassa toracica e cavità pleurica liquido pleurico: scorrimento dei foglietti, adesione tra parete toracica e polmone 13

alv - P atm P alv è zero in assenza di flussi, positiva durante l espirazione, negativa durante

14 ventilazione polmonare prima fase della respirazione esterna, scambio di gas tra ambiente esterno ed alveoli il flusso d aria V che entra ed esce dai polmoni è proporzionale a ΔP ΔP = P alv - P atm P alv è zero in assenza di flussi, positiva durante l espirazione, negativa durante l inspirazione Pressione intrapleurica (P ip ) = - 4 mmhg Pressione transpolmonare = P alv - P ip 14

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atto respiratorio: cambiamenti della pressione transpolmonare e quindi del volume dei polmoni generano differenze di pressione interno/esterno = genesi di flussi d aria la funzione di pompa meccanica

16 atto respiratorio: cambiamenti della pressione transpolmonare e quindi del volume dei polmoni generano differenze di pressione interno/esterno = genesi di flussi d aria la funzione di pompa meccanica respiratoria è svolta dai muscoli che controllano il movimento della cassa toracica e del diaframma respirazione tranquilla (inspirazione a riposo) : muscoli intercostali esterni + diaframma inspirazione forzata: muscoli intercostali esterni + diaframma + muscoli scaleni + muscoli sternocleidomastoidei espirazione a riposo: ritorno elastico espirazione forzata: muscoli intercostali interni + muscoli addominali 16

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20 senza la secrezione di surfactante da parte delle cellule alveolari di tipo II gli alveoli collasserebbero per l elevata tensione superficiale dell acqua è una sostanza tensioattiva lipo-proteica con un alto contenuto di fosfolipidi (dipalmitoilfosfatidilcolina) 20

21 volumi e capacità polmonari volume corrente (VC), volume di riserva espiratoria (VRE) ed inspiratoria (VRI) 21

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23 ventilazione polmonare totale (o volume minimo respiratorio) a riposo: 500 ml/respiro * 12 respiri /minuto = 6 L/minuto lo spazio morto anatomico è il volume d aria che non raggiunge la zona respiratoria ma permea le viee aeree di conduzione (ca. 150 ml) 23

24 ventilazione alveolare: ( ) ml/respiro * 12 respiri /minuto = 4,2 L/minuto respirazione normale, superficiale e profonda la ventilazione alveolare migliora se aumenta il volume corrente anziché la frequenza respiratoria 24

25 scambio dei gas l organismo umano consuma 250 ml/min di O 2 e produce 200 ml/min CO 2 quoziente respiratorio QR = 0,8 con una ventilazione alveolare di 4,2 L/min, gli alveoli ricevono 840 ml/min di O 2 (20% del totale di aria) 25

26 legge di Boyle e Gay-Lussac P = nrt/v P: pressione n: numero di moli R: costante universale dei gas T: temperatura V: volume 26

legge di Dalton la pressione totale di una miscela di gas è la somma delle pressioni parziali di ciascun gas che compone la miscela legge di Henry (solubilità dei gas nei

27 legge di Dalton la pressione totale di una miscela di gas è la somma delle pressioni parziali di ciascun gas che compone la miscela legge di Henry (solubilità dei gas nei liquidi) C acq = P gas * S gas * T C acq : quantità di gas disciolto in fase acquosa P gas : pressione parziale del gas S gas : solubilità del gas nell acqua T: temperatura 27

28 la solubilità della CO 2 (0,57 ml di CO 2 /ml H 2 O) è 24 volte superiore a quella dell O 2 (0,024 ml di O 2 /ml H 2 O) 28

diffusione; direttamente proporzionale all area di scambio e alla solubilità del gas; inversamente proporzionale allo

29 legge di Graham e legge di Fick (diffusione dei gas nei liquidi) nella fase acquosa la velocità di diffusione di un gas è inversamente proporzionale al suo peso molecolare D gas = K * ΔP D gas : velocità di diffusione K: costante di diffusione; direttamente proporzionale all area di scambio e alla solubilità del gas; inversamente proporzionale allo spessore della membrana la K della CO 2 e anche la sua velocità di diffusione è 20 volte maggiore di quella dell O 2 29

30 tensione di vapore dell H 2 O pressione che le molecole d acqua esercitano sulle pareti di un contenitore quando passano dallo stato liquido a quello gassoso a 37 C la P H2O è 47 mmhg l umidificazione dell aria inspirata cambia la P O2 dell aria alveolare 30

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la differenza di P O2 tra sangue arterioso e alveolo (4 mmhg) è dovuta a differenze di ossigenazione tra parti alte e basse del polmone: le parti alte sono meno perfuse delle parti basse; quindi il

33 la differenza di P O2 tra sangue arterioso e alveolo (4 mmhg) è dovuta a differenze di ossigenazione tra parti alte e basse del polmone: le parti alte sono meno perfuse delle parti basse; quindi il sangue che esce dalle parti basse è meno ricco di O 2 perché la maggior quantità di sangue che passa non può essere ossigenata in maniera ottimale; il fatto che le parti basse contribuiscano di più al flusso arterioso determina che la media dell ossigenazione del sangue arterioso sia leggermente inferiore alla media della P O2 alveolare 33

34 la membrana respiratoria gli eritrociti si muovono quasi in fila indiana la diffusione dei gas coinvolge distanze molto brevi 34

35 alveoli/capillari ΔP O2 = 64 mmhg 35

36 alveoli/capillari ΔP CO2 = -5 mmhg 36

37 la diffusione di O 2 è un processo rapido che richiede 0,25 ms per completarsi a ca. 1/3 della lunghezza del capillare il sangue venoso ha raggiunto quasi il valore massimo di PO 2 alveolare e diventa sangue arterioso stesse considerazioni valgono per la CO 2 37

38 capillari/tessuti ΔP O2 = 60 mmhg 38

39 capillari/tessuti ΔP CO2 = -5 mmhg 39

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