FISIOLOGIA
DELL’APPARATO
RESPIRATORIO
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ANATOMIA APPARATO RESPIRATORIO
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Respirazione
Respirazione
—rilascio di ossigeno ai tessuti e rimozione di anidride
carbonica
Respirazione Esterna
—ventilazione e scambio di gas nei polmoni
Respirazione Interna
—scambio di gas a livello tissutale (fra sangue e tessuti)
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Respirazione Esterna
Ventilazione polmonare
—movimento di aria nei polmoni e dai polmoni—
inspirazione ed espirazione
Diffusione polmonare
—scambio di ossigeno e di anidride carbonica fra i polmoni
e il sangue
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Fasi del processo respiratorio
1) Ventilazione polmonare: scambio d’aria tra atmosfera
(ambiente esterno) e alveoli.
2) Diffusione polmonare: scambio di ossigeno e di
anidride carbonica tra aria alveolare e capillari polmonari
per diffusione.
3) Trasporto dei gas: trasporto di ossigeno ed anidride
carbonica ad opera del sangue.
4) Respirazione interna: scambio di ossigeno e di
anidride carbonica tra sangue e tessuti corporei per
diffusione, allorquando il sangue scorre lungo i capillari
tissutali.
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Funzioni delle vie aeree conduttive
1) DEPURAZIONE da sostanze estranee
- ciglia del rivestimento epiteliale
- ghiandole epiteliali -> muco
- cellule fagocitarie (polvere, detriti e batteri)
2) UMIDIFICAZIONE e RISCALDAMENTO dell’aria
inspirata
L’aria che si respira deve essere satura di vapor acqueo: a) se l’aria fosse secca, le
cellule alveolari morirebbero; b) i gas diffondono meglio in ambiente umido
3) Regolazione della RESISTENZA AL FLUSSO dell’aria
(che avviene attraverso la contrazione e il rilasciamento della muscolatura liscia dei
bronchioli)
4) Le CORDE VOCALI, due robuste bande di tessuto muscolare ed elastico,
sono tese attraverso il lume della laringe e la loro vibrazione al passaggio dell’aria
rende possibile il linguaggio vocale.
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Misura dei VOLUMI e delle CAPACITÀ polmonari
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Volumi Polmonari
• Volume corrente:
quantità di aria inspirata ed espirata durante una
inspirazione tranquilla
• Riserva inspiratoria:
volume extra di aria che può essere inspirato con uno sforzo
massimale dopo aver raggiunto la fine di una inspirazione
tranquilla
• Riserva espiratoria:
volume extra di aria che può essere espirato con sforzo
massimale al di sopra del livello raggiunto alla fine di una
espirazione tranquilla
• Volume residuo:
quantita di aria che rimane nei polmoni alla fine di una
espirazione massimale
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Capacità polmonari
• Capacità inspiratoria:
volume corrente + riserva inspiratoria
• Capacità funzionale residua:
riserva espiratoria + volume residuo
• Capacità Vitale:
volume corrente + riserva inspiratoria + riserva
espiratoria
• Capacità polmonare totale:
tutti e quattro i volumi
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Volumi e capacità polmonari
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Ventilazione Polmonare Totale
.
La Ventilazione (VE) è il prodotto del volume corrente (VC)
per la frequenza respiratoria (f):
.
VE = VC × f
11 11
Ventilazione polmonare totale e
ventilazione alveolare
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Misure comuni di funzione
polmonare
• Capacità vitale espiratoria forzata (FEV)
• Volume espiratorio forzato nel primo
secondo dell’espirazione (FEV1)
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CV: Capacità vitale – FEV:
Forced Expiratory Volume
FEV 0.5: volume espirato
in 0.5s ≅ 60%CV
FEV1 – VEMS: volume
espiratorio massimo 1°s
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MECCANICA RESPIRATORIA
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Rapporto fra polmoni, pleura e gabbia toracica
• In analogia con quanto accade allorché
si affonda un pugno in un pallone pieno
di liquido, l’avambraccio rappresenta il
bronco principale che conduce al
polmone, il pugno è il polmone, e il
pallone è il sacco pleurico.
• Il liquido intrapleurico è uno strato
fluido estremamente sottile interposto
tra la pleura parietale (che riveste la
superficie interna della gabbia toracica)
e la pleura viscerale (che riveste la
superficie dei polmoni).
• La pressione del liquido intrapleurico
è negativa (sub-atmosferica) in quanto
dopo la nascita le pareti della gabbia
toracica si sono sviluppate più
rapidamente dei polmoni.
• La pressione subatmosferica del
liquido intrapleurico costringe i
polmoni a distendersi.
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1) Una forza esterna fa espandere il pallone esterno. 2) L’espansione
dello spazio liquido provoca un abbassamento di pressione nel liquido
stesso. 3) La pressione nel liquido è minore di quella del pallone interno
che quindi si espande. 4) L’espansione del pallone interno provoca una
diminuzione della pressione d’aria in esso contenuta e quindi entra aria
dall’atmosfera esterna.
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Una ferita da pugnale perforante la gabbia toracica causa entrata
d’aria nello spazio pleurico, soppressione della pressione
subatmosferica e conseguente collasso del polmone.
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Ciclo del respiro
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• Il passaggio di aria dall’ambiente esterno agli alveoli avviene per
FLUSSO MASSIVO, secondo l’equazione riportata nella figura (il
flusso è proporzionale alla differenza di pressione esistente tra la
pressione atmosferica e la pressione intralveolare, k essendo la
costante di proporzionalità).
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Il mantice polmonare
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Il mantice polmonare
•
•
Il mantice è un apparecchio utilizzato fin
dall’antichità dai fabbri per attivare il fuoco della
fucina, che produce un soffio alternato.
E’ costituito da una camera d’aria deformabile
(otre o soffietto a fisarmonica), collegata a due
piani rigidi in legno che terminano in due
impugnature. I due piani rigidi sono mantenuti
avvicinati da una molla.
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Il mantice polmonare
• A) Situazione paragonabile alla condizione di equilibrio del sistema
toraco-polmonare, a bocca aperta e a CFR (pressione intralveolare=0).
• B) Una forza esterna al soffietto, la forza del fabbro (i muscoli
inspiratori), aumenta il volume della camera d’aria (gli alveoli), con
conseguente diminuzione della sua pressione interna (subatmosferica).
Il gradiente pressorio fra aria ambiente e camera d’aria fa entrare aria
fino a pareggiarne la pressione. La molla espansa corrisponde al
tessuto elastico polmonare, che accumula energia.
• C) Al termine dell’inspirazione la forza esterna cessa, la molla ritorna
alla condizione di equilibrio (restituendo l’energia elastica accumulata
nella fase B), l’aria viene compressa, ne aumenta la pressione e quindi
fuoriesce dal mantice.
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Lavoro dei muscoli respiratori
I muscoli respiratori devono vincere
due tipi di resistenze principali:
1) resistenze elastiche;
2) resistenza dovute al flusso di aria
nelle vie aeree.
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Le RESISTENZE ELASTICHE
del sistema torace-polmone
tessutale
1. RESISTENZE ELASTICHE DEL POLMONE
P/V polmone
2. RESISTENZE ELASTICHE DEL TORACE
P/V torace
tensione
superficiale
struttura
osteo-artromuscolare
parete
addominale
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T = tensione superficiale delle pareti alveolari (è la forza che tende
a far collassare l’alveolo)
P = pressione necessaria a mantenere teso l’alveolo
P = 2T/r (Legge di Laplace)
Il surfactante è un composto fosfolipidico-proteico che riduce T
T va crescendo man mano che i polmoni si espandono (la sua
concentrazione va diminuendo)
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Relazione P/V polmone isolato
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Relazione P/V polmone isolato
• Tolta la gabbia toracica, nel polmone dell’uomo rimangono a riposo
solo circa 250 ml.
• Fase di insufflazione: nella fase 1 è necessaria una forza notevole per
vincere la tensione superficiale degli alveoli che sono collassati (è
necessario insufflare aria finché P non abbia raggiunto 10 cmH2O).
• Nella fase 2 la distensibilità (compliance) è elevata (gli alveoli offrono
una resistenza modesta).
• Nella fase 3, a elevati volumi, sono messe in tensione le strutture
collagene e quindi la distensibilità diminuisce.
• Svuotando il polmone si delimita un’area di isteresi (l’isteresi è quel
fenomeno per cui, allungando lentamente un materiale elastico, la
forza sviluppata a una specifica lunghezza è maggiore nella fase di
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allungamento rispetto a quella di accorciamento).
Relazione P/V polmone isolato
• Riempiendo il polmone con soluzione fisiologica la curva di isteresi
scompare e il polmone è molto più distensibile.
• In vivo, grazie alla presenza del surfactante, la curva è molto simile.
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La Legge di Laplace applicata a due alveoli
P = 2T/r
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La Legge di Laplace applicata a due alveoli
• Due alveoli sono collegati tra loro attraverso le vie
aeree.
• Se le tensioni superficiali (T) sono uguali in entrambi
gli alveoli, quello con raggio (r) minore ha una
pressione (P) interna maggiore e si svuoterebbe in
quello più grande.
• Una maggiore concentrazione di surfactante negli
alveoli più piccoli evita questo fenomeno.
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RELAZIONE P/V SISTEMA TP
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RELAZIONE P/V SISTEMA TP
• A capacità funzionale residua (CFR = 35% CV), il sistema toracopolmonare (linea blu) è in equilibrio, in quanto la tendenza del
polmone ad esercitare una pressione positiva è bilanciata dalla
tendenza della parete toracica all’espansione.
• Al termine dell’inspirazione normale, CFR+VC, il torace è in
equilibrio (la curva PT taglia P=0), mentre la pressione sviluppata dal
polmone è positiva (Polmone = + 9 cm H2O): l’espirazione è quindi
passiva e sostenuta unicamente dalla retrazione elastica polmonare.
• Per volumi inferiori al 35% di CV l’inspirazione è passiva e
l’espirazione attiva.
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Resistenza delle vie aeree
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Resistenza delle vie aeree
•
•
Le vie aeree sono state paragonate ad una
“tromba”, con la porzione più ristretta
corrispondente alla trachea e ai bronchi principali e
quella più ampia alla sezione trasversa totale degli
alveoli.
Poiché il flusso d’aria di ciascuna sezione trasversa
delle vie aeree è costante (ventilazione
polmonare), a partire dalla 4a generazione la
resistenza al flusso è sempre minore man mano
che si procede verso l’alveolo.
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Resistenza delle vie aeree
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The one minute paper
• Write down one main point from today’s
lecture and also one question that you may
have about this topic.
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Domande
• Funzione della porzione conduttiva del sistema respiratorio
• Definizione di ventilazione e di respirazione
• Descrivere la sequenza di eventi che causano il movimento di
aria all’interno e all’esterno dei polmoni (inspirazione ed
espirazione)
• Quali forze si oppongono alla distensione dei polmoni?
• Ruolo del surfactante polmonare
• Volumi e capacità polmonari
• Definizione di spazio morto
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Letture Consigliate
• Vander, Sherman, Luciano. Fisiologia
dell’uomo.
– Capitolo 10
• DISPONIBILE IN BIBLIOTECA
• Autori vari. Fisiologia dell’uomo.
– Capitolo 12
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