Sistema respiratorio

Transcript

1

2 Sistema respiratorio E un sistema specializzato per la fornitura di ossigeno e per l eliminazione dell anidride carbonica E costituito dalle strutture preposte allo scambio dei gas respiratori tra sangue ed ambiente esterno - In condizioni basali si consumano 200 ml di O2/min - Durante l esercizio muscolare il consumo può aumentare fino a 30 volte Perciò, deve esistere un meccanismo in grado di coordinare il respiro con le richieste metaboliche Regola anche il ph dei liquidi extracellulari

3 SISTEMA RESPIRATORIO Funzioni: Respirazione Regolazione acido base del sangue Fonazione Difesa contro fattori patogeni Via di dispersione di umidita e calore Aumentare il ritorno venoso Attivare determinate proteine plasmatiche quando presenti nella circolazione polmonare

4

5 APPARATO RESPIRATORIO Respirazione: processo di scambio dei gas Respirazione interna: ( respirazione cellulare) utilizzo di O2 da parte dei mitocondri per generare ATP (fosforilazione ossidativa) Respirazione esterna: scambio di O2 e CO2 tra atmosfera e tessuti Respirazione esterna comprende: -Ventilazione polmonare: movimento dell aria dentro i polmoni (inspirazione) e fuori dai polmoni (espirazione) - Scambio per diffusione di O2 e CO2 tra cavita aeree polmonari e sangue - Trasporto da parte del sangue di O2 e CO2 tra polmoni e tessuti - Scambio per diffusione di O2 e CO2 tra sangue e tessuti

6 RELAZIONE TRA RESPIRAZIONE ESTERNA E RESPIRAZIONE INTERNA: NELLA RESPIRAZIONE ESTERNA, L ARIA SI SPOSTA DALL ATMOSFER AI POLMONI L O2 E LA CO2 VENGONO SCAMBIATI TRA TESSUTI POLMONARI E SANGUE L O2 E CO2 VENGONO TRASPORTATI DAL SANGU LA RESPIRAZIONE INTERNA CONSISTE NELL UTILIZZO DI O2 E PRODUZIONE DI CO2 DA PARTE DELLE CELLULE PRINCIPALMENTE A LIVELLO DI MITOCONDRI L O2 E CO2 VENGONO SCAMBIATI TRA TESSUTI SISTEMICI E SANGUE

7 Composizione dell aria Atmosfera Alveolo 78% 14% Non è un gas respiratorio, l organismo non riesce ad utilizzarlo per cui diffonde. È passato nel sangue ed utilizzato dalle cellule 5,3 % È passato nell alveolo ed il nostro metabolismo utilizzando O2 elimina CO2 dalle cellule

8 IL SISTEMA RESPIRATORIO E COSTITUITO DA: Vie aeree (cavità nasali, faringe, laringe, trachea, bronchi, bronchioli, alveoli) Polmoni privi di muscolatura (tessuto connettivo-elastico) contenitori fibro-elastici passivi Gabbia toracica (costole, sterno, muscoli, tessuto connettivoelastico): delimita la cavità toracica, una cavità chiusa. Muscoli respiratori Inspiratori: diaframma, intercostali esterni, sternocleidomastoidei. Espiratori: intercostali interni, addominali

9 Anatomia apparato respiratorio Vie Aeree superiori: testa e collo. Aria entra nella cavita nasale e/o cavità orale e poi converge nella faringe e poi l aria va nella LARINGE Conduzione dell aria Scambio dei gas Tratto respiratorio: tutte le vie dalla Faringe ai Polmoni. La parte superiore e la zona di conduzione mentre quella inferiore di respirazione. La principale differenza tra le due e lo spessore delle pareti degli spazi aerei.

10 Anatomia apparato respiratorio Zona di conduzione: parte dalla Laringe e va nella Trachea tenuta aperta grazie alla presenza nelle pareti di circa 20 bande cartilaginee a forma di C. Questa si divide nei Bronchi di Dx e Sx che conducono aria a ciascun polmone e anche questi contengono caritlagini ma a forma di anello. Questi si dividono in Bronchi secondari e poi in Terziari e poi sempre di + per circa livelli di diramazioni. Quando il diametro e inferiore a 1 mm si chiamano Bronchioli i quali non hanno cartilagine e quindi potrebbero collassare ma questo e evitato da fibre elastiche. Infine abbiamo i bronchioli terminali

11 Anatomia apparato respiratorio Zona di conduzione: La fz primaria e quella di fornire una via di passaggio per l aria, non si verificano scambi di gas. Contiene circa 150 ml di aria e viene detta spazio morto anatomico in quanto l aria non partecipa agli scambi di gas con il sangue. E rivestita da un epitelio che cambia mano a mano che si avvicina alla zona respiratoria. Nella Laringe e trachea ci sono cellule a CALICE (secernono muco che serve per catturare le particelle estranee), mentre tutta la zona di conduzione ha le cellule CILIATE

12 CARTILAGINE: queste strutture sono sottoposte a variazioni di pressione Cellule che secernono muco: Depurazione e riscaldamnto dell aria

13 Anatomia apparato respiratorio Zona Respiratoria: le prime strutture sono i bronchioli respiratori che terminano nei dotti alveolari che portano agli alveoli dove avviene lo scambio gassoso. Gli alveoli adiacenti sono connessi da pori alveolari. La parete e formata da un singolo strato di cellule epiteliali (tipo I). Ci sono 300 milioni di alveoli con una superficie di 100 m2. Ci sono anche le cellule di tipo II e i macrofagi alveolari che inglobano particelle estranee e gli elementi patogeni inalati che giungono ai polmoni Membrana respiratoria La sua sottigliezza è essenziale affinche ci sia un effeciente scambio di gas

14

15

16 Alveolo: unità anatomo-funzionale Sono 300 milioni nei due polmoni e contengono 3 litri di aria vs 100 ml di sangue nei capillari. Sono costituiti da una lassa rete di fibre elastiche tappezzata da un sottile strato epiteliale. Quest ultimo rivestito da un sottile strato di acqua. Producono il surfactante (fosfolipidi + proteine), sostanza ad azione tensioattiva (diminuisce la tensione superficiale di un liquido). Elasticità e tensione superficiale: due forze che si oppongono alla distensibilità (durante l inspirazione), ma che consentono, al tempo stesso, il ritorno elastico dei polmoni (durante l esprazione)

17

18 IL TENSIOATTIVO POLMONARE Il surfattante è un f o s f o l i p i d e Dipalmitoilfosfatidilcolina (DPPC) prodotto dai pneumociti di II tipo. Si dispone sulla superficie alveolare con la parte polare, idrofila, immersa nella fase liquida e la parte non polare, idrofoba, rivolta verso la fase gassosa.

19 FUNZIONI DEL SURFACTANTE 1) T compliance (distensibilità) lavoro respiratorio 2) stabilità degli alveoli (diminuisce l insufflazione degli alveoli piccoli verso quelli più grandi) 3)Mantiene asciutti gli alveoli, evitando richiamo di liquido dai capillari (gli alveoli non collassano) Compliance: indice di espansibilità (o distensibilità) di una struttura elastica (incremento di volume prodotto da ogni incremento unitario di pressione; C=dV/dP)

20 P P Per la Legge di Laplace, a parità di tensione superficiale, la P è maggiore negli alveoli piccoli rispetto a quelli grandi. Gli alveoli piccoli tendono a svuotarsi in quelli grandi e collassano

21 La tensione superficiale in una bolla genera pressione. La relazione tra tensione superficiale e pressione è stabilita dalla Legge di Laplace

22 La stabilità alveolare è garantita da: Tensioattivo polmonare (Surfattante): Riduce la tensione superficiale Interdipendenza alveolare: Quando un alveolo tende a collassare, viene sorretto dalla forza di retrazione elastica degli alveoli vicini

23

24 Il surfattante riduce la tensione superficiale quindi: Mantiene la stabilità alveolare Impedisce il collasso degli alveoli (atelettasia)a bassi volumi Impedisce l edema polmonare

25 La parete toracica circonda i polmoni I polmoni si trovano nella cavita toracica e sono protetti dalla gabbia toracica (12 paia di costole), lo sterno, le vertebre toraciche, i muscoli. Di questi, i muscoli intercostali ed il diaframma sono responsabili della respirazione. Interni ed esterni: Disposizione dall alto verso il basso Disposizione che va da dietro ad avanti Espirazione Inspirazione Contraendosi si abbassa e aumenta il diametro della gabbia toracica

26 Ruolo del diaframma nell inspirazione

27 SACCO PLEURICO I polmoni e la parete interna della cavita toracica sono rivestiti dalla pleura (strato di cellule epiteliali e tessuto connettivo) e tra i due strati c e lo spazio intrapleurico riempito dal liquido intrapleurico.

28 SACCO PLEURICO (Pochi ml) Funzioni del liquido pleurico 1. Creare una superficie umida e scivolosa in modo che i due foglietti membranosi possano scorrere l uno sull altro durante il movimento dei polmoni nella cavità toracica. 2. Mantenere i polmoni a stretto contatto con la parete toracica.

29 Ventilazione polmonare È il fluire dell aria all interno e all esterno dei polmoni. E ottenuta grazie alla presenza di gradienti di pressione tra gli alveoli e l aria esterna (atmosferica). L inspirazione avviene quando la pressione atmosferica e > di quella alveolare (gradiente che introduce aria all interno degli alveoli). L espirazione si ha quando la pressione negli alveoli e > di quella atmosferica

30 VENTILAZIONE POLMONARE Volume di aria che entra o esce dal polmone in un minuto = volume corrente (500 ml) x frequenza respiratoria (12-15 atti respiratori/min) = ml/min VENTILAZIONE ALVEOLARE - Volume di aria che, a livello alveolare, partecipa allo scambio dei gas respiratori in un minuto. - Spazio morto anatomico (vie aeree) = 150 ml VA = (500 x 15) (150 x 15) = = ml/min

31 Pressioni Polmonari associate alla ventilazione Pressione Atmosferica (Patm) È la P dell aria esterna. A livello del mare 760 mmhg Pressione Intra-alveolare (Palv) È la P dell aria all interno degli alveoli, a riposo e pari alla Patm percio il differenziale e 0. Questa pero varia a seconda delle fasi di ventilazione, infatti la differenza tra la Palv e Patm costituisce il gradiente che guida la ventilazione. Quando Patm supera Palv si ha l inspirazione altrimenti si ha l espirazione. Pressione Intrapleurica (Pip) È la P all interno del sacco pleurico (che non contiene aria ma liquido). A riposo e -4 mmhg, anche questa varia con le fasi della ventilazione. E sempre inferiore a quella intra-alveolare e sempre inferiore a quella atmosferica durante la respirazione normale (forze opposte d aparte della parete toracica e dei polmoni tendono a separare le pleure Pressione Transpolmonare È data dalla differenza di P tra quella intrapleurica e quella intraalveolare. E una misura della forza di dilatazione attraverso il polmone. Una > forza transpol. produce una > forza di distensione e gli alveoli si espandono

32 Pressioni Polmonari: A RIPOSO La parete toracica è compressa e tende ad espandersi, mentre i polmoni tendono a contrarsi. Queste forze tendono a separare la parete toracica dai polmoni, ma essi non si separano in quanto la tensione superficiale del liquido intrapleurico impedisce il distacco della pleura parietale da quella viscerale.quindi la parete toracica tende a spingere verso l esterno lo spazio intrapleurico mentre i polmoni tendono a spingerlo verso l interno, ma ciò a sua volta determina una pressione intrapleurica negativa che si oppone alla separazione e quindi alle forze che spingono la parete toracica verso l esterno e I polmoni verso l interno. Quando I polmoni sono a riposo tutti I muscoli respiratori sono rilassati e il volume di aria che si trova nei polmoni in questa condizione viene chiamato CAPACITA FUNZIONALE RESIDUA

33 Pressioni Polmonari Per poter mantenere una P intrapleurica negativa e necessario che il sacco pleurico sia a tenuta d aria. Se si rompe, la P non e + negativa dato che si pone in equilibrio con quella atmosferica, cosi i polmoni collassano e la parete toracica si espande (pneumotorace).

34 PNEUMOTORACE

35 VOLUMI POLMONARI - Volume corrente (volume che entra ed esce ad ogni atto respiratorio = 500 ml nel respiro tranquillo) - Volume di riserva inspiratoria (volume max inspirato oltre, al volume corrente, ~ 3000 ml) - Volume di riserva espiratoria (volume max che può essere espirato al termine di una espirazione normale, ~ 1500 ml) - Volume residuo (volume di aria che resta nei polmoni anche dopo una espirazione forzata = 1200 ml; sua applicazione in campo medico-legale)

36 SCAMBIO DEI GAS RESPIRATORI A LIVELLO ALVEOLARE E TISSUTALE Dipende dalle proprietà dei gas in una miscela e dalle proprietà dei gas in soluzione

37

38 Proprietà dei gas in soluzione O2 non è molto solubile nelle soluzione acquose; la sua insolubilità è una delle ragioni per cui si sono sviluppate molecole trasportatrici di O2 nel sangue La CO2 è 20 volte più solubile in acqua rispetto a O2

39 Legge di Boyle Il flusso di aria dai polmoni viene guidato da gradienti di P che i muscoli della respirazione determinano modificando il Volume dei polmoni. La relazione tra P e V di un gas segue la LEGGE di BOYLE: Data una quantita finita di gas all interno di un contenitore, la P e inversamente proporzionale al V del contenitore. PV = nrt P = nrt/v Dove P= pressione del gas V= volume nel quale il gas è contenuto n= quantità di gas R= costante universale dei gas (0.083 litri-atm/mole-k) T= temperatura assoluta Cioe : Se il V del contenitore aumenta la P esercitata dal gas diminuisce mentre se il V diminuisce la P aumenta. costante Quindi: La P dei polmoni varia al variare dei loro VOLUMI

40

41 Meccanica Respiratoria Percio la forza che guida il movimento dell aria dipende dalla differenza tra la pressione atmosferica e quella intra-alveolare. Dato che la P atmosferica e costante, sono le modificazioni della P intraalveolare a determinare la direzione del movimento d aria.

42 Pressione intra-alveolare Viene determinata da 2 fattori: 1. Quantita di aria negli alveoli 2. Volume degli alveoli All inizio dell inspirazione i polmoni si espandono in seguito alla contrazione dei muscoli inspiratori, causando un aumento di volume degli alveoli e quindi una diminuzione della P alveolare. Tale riduzione della P determina un gradiente di P che introduce aria nei polmoni. Nell espirazione il torace e i polmoni tendono a tornare nella posizione di riposo, facendo diminuire il volume degli alveoli e aumentando la P alveolare. Questo determina un gradiente di P che fa fuoriuscire l aria dai polmoni.

43 Relazione tra V e P durante l espiraz e l inspiraz Durante Isp la P alv crolla e dato che il polmone si espande poi risale a 0 xche entrano + molecole di aria. L aria smette di fluire all interno quando la P alv corrisponde a quella atmosferica. Nell Espir. al diminuire del V aumenta la P alv e cio determina un flusso d aria in uscita. Si interrompe quando la P alv e quella atmosferica sono in equilibrio.

44 Muscoli Il diaframma e i muscoli intercostali esterni sono i muscoli INSPIRATORI primari, mentre quelli addominali sono i muscoli ESPIRATORI primari.

45 Inspirazione Stimolazione nervosa che provoca l appiattimento del diaframma e percio l abbassamento. La contrazione dei muscoli intercostali esterni permette alla coste di ruotare verso l alto e verso l esterno cosi da espandere la parete toracica (aumento di V). Questo espansione spinge verso l esterno il liquido intrapleurico con abbassamento della pressione intrapleurica e con aumento della P transpolmonare (P alv - P ip) visto che P ip diminuisce, con distensione del polmone e espansione degli alveoli.

46 Inspirazione

47 Espirazione E un processo PASSIVO, dato che non richiede contrazione muscolare. Dopo l ispiraz. i polmoni sono espansi, percio basta rilassare i muscoli (contratti in precedenza), che fanno tornare alla posizione di partenza la parete toracica e i polmoni (sono struttire elastiche). Un espirazione forzata puo essere determinata dalla contrazione dei muscoli espiratori espirazione attiva, questo causa una + veloce e maggiore diminuzione di V della cavita toracica, che determina un maggiore aumento della P alv e quindi del gradiente di P che spinge l aria fuori dagli alveoli

48 Espirazione e Inspirazione

49

50

51 La circolazione polmonare

52 La circolazione polmonare è un sistema ad elevato flusso e bassa pressione La pressione idrostatica deve garantire che la pressione colloidosmotica sia tale che il flusso in entrata non superi quello in uscita altrimenti si ha edema polmonare (sistema linfatico)

53 SCAMBIO DEI GAS RESPIRATORI A LIVELLO ALVEOLARE

54

55 Scambio di O2 Entrano 1000 ml di O2/min (5 litri di aria). Di questi, solo 200 ml vengono scambiati e si vanno ad aggiungere agli 800 già in circolo*. Allo stesso tempo, 200 ml di CO2 lasciano il sangue *200 ml O2/litro di sangue 200 x 5 = 1000 ml O2/5 litri di sangue

56 TRASPORTO DI O2 NEL SANGUE 200 ml O2/litro di sangue, di cui 3 ml disciolti nel plasma e 197 ml legati a Hb Complessivamente nel sangue (5 litri) sono presenti 1000 ml di O2. Di questi, in condizioni basali, ne consumiamo 200/min.

57