22/04/2010 Funzioni del sistema respiratorio 1. Fornire una vasta area per lo scambio gassoso tra sangue e ambiente esterno (aria) per consentire ingresso g di ossigeno g ed eliminazione di anidride carbonica. 2. Convogliare l’aria muovendola verso le vie respiratorie e viceversa. 3. Proteggere le superfici di scambio da danni ambientali e disidratazione. 4. Riscaldare e umidificare l’aria inspirata fornendo un ambiente caldo-umido. 5. Filtrare l’aria depurandola da particelle estranee e da patogeni. 6. Consentire la comunicazione attraverso la parola, il canto, e la produzione di suoni. 7 7. Partecipare alla regolazione del volume ematico e della pressione, pressione e al controllo del pH. pH Anatomia del sistema respiratorio 1 22/04/2010 Vie aeree Struttura del lobulo polmonare Le pleure costituiscono uno spazio chiuso ripieno di liquido 2 22/04/2010 Superficie di scambio molto estesa Legge di Dalton Leggi dei gas ciascun gas contribuisce alla pressione totale di una miscela di gas (aria) in proporzione alla sua abbondanza relativa (concentrazione) Composizione dell’aria N2 = 78,6% O2 = 20,8% CO2 = 0,04% H2O = 0,5% 0 5% 760 mm Hg = pN2 +pO2 + pCO2 +pH2O = 597 + 159 + 0,3 + 3,7 3 22/04/2010 Legge di Boyle Leggi dei gas Fisiologia della respirazione 1. Ventilazione polmonare: respiro Meccanismo attraverso il quale viene introdotta aria dall’esterno verso i polmoni e viceversa. 2. Respirazione esterna: Diffusione di O2 verso il flusso sanguigno e CO2 verso gli alveoli. 3. Respirazione interna: Scambio di gas tra sangue e tessuti. 4. Respirazione cellulare: Utilizzo di O2 da parte delle cellule per la produzione di energia (ATP) con relativa produzione di CO2 4 22/04/2010 Ventilazione polmonare Il flusso d’aria dentro e fuori i polmoni è determinato da gradienti pressori generati da una pompa. Respiro tranquillo 5 22/04/2010 Polmone a riposo Pneumotorace Volumi respiratori Capacità vitale = volume corrente+ volume di riserva espiratoria e inspiratoria Capacità polmonare totale = capacità vitale + volume residuo 6 22/04/2010 Ciclo respiratorio Fine inspirazione inspirazione espirazione Fine espirazione Ventilazione polmonare totale = volume corrente X frequenza respiratoria 500 mL X 12 respiri/minuto= 6000 mL/minuto Ventilazione alveolare S i morto Spazio t anatomico t i = 150 150mLL (500 - 150) mL X 12 respiri/minuto= 4200 mL/minuto 7 22/04/2010 Costo energetico della respirazione 3-5% del dispendio energetico dell’organismo è utilizzato per la respirazione a riposo (detta respiro tranquillo) Fattori che influenzano il lavoro necessario per la ventilazione: • estensibilità dei polmoni (complianza): capacità dei polmoni di espandersi. Nota: la complianza è diversa dall’elastanza (elasticità, capacità di tornare alla posizione di riposo). • resistenza delle vie aeree: R = 8Lη/π r4 a)) b) c) Lunghezza L h d delle ll vie i aeree: L= costante t t Raggio delle vie aeree: r; circa il 90 % della R attribuibile a trachea e bronchi. Viscosita’ dell’aria: η= quasi costante Il sufactante aumenta la complianza polmonare Legge di Laplace 8 22/04/2010 Variazioni della composizione dell’aria Ventilazione alveolare 9 22/04/2010 Fisiologia della respirazione 1. Ventilazione polmonare: respiro Meccanismo attraverso il quale viene introdotta aria dall’esterno verso i polmoni e viceversa. 2. Respirazione esterna: Diffusione di O2 verso il flusso sanguigno e CO2 verso gli alveoli. 3. Respirazione interna: Scambio di gas tra sangue e tessuti. 4. Respirazione cellulare: Utilizzo di O2 da parte delle cellule per la produzione di energia (ATP) con relativa produzione di CO2 Accoppiamento ventilazione-perfusione Ventilazione ridotta Flusso ridotto 10 22/04/2010 Resistenza = (η8L)/(π x r4) Solubilità dei gas respiratori 11 22/04/2010 I globuli rossi contengono emoglobina Funzione dell’emoglobina 12 22/04/2010 Curva di saturazione dell’emoglobina Curva di saturazione dell’emoglobina 13 22/04/2010 Effetto del 2,3 difosfoglicerato Contenuto totale di ossigeno nel sangue arterioso 14 22/04/2010 Trasporto dell’anidride carbonica Attività spontanea dei neuroni inspiratori bulbari 15 22/04/2010 Controllo nervoso del respiro La respirazione è una funzione involontaria controllata da 3 gruppi di neuroni (centri) localizzati nel tronco encefalico: Centro respiratorio bulbare costituito dal: Gruppo dorsale con funzione di centro inspiratorio Controlla il ritmo di base del respiro Gruppo ventrale con funzione di centro espiratorio Responsabile dell’espirazione: inattivo nel respiro tranquillo attivo durante attività fisica Ce t o ap Centro apneustico: eust co ecc eccita ta il ce centro t o inspiratorio sp ato o de del bu bulbo, bo, evocando una prolungata contrazione del diaframma Danno di questo centro provoca apneusi: prolungata boccheggiante inspirazione, seguita da breve espirazione e Centro pneumotassico: modula l’inspirazione, limitando ampiezza del volume corrente e regolando la frequenza respiratoria. Chemocettori periferici Localizzazione: Glomo aortico Glomo carotideo Misurano: Ossigeno pH 16 22/04/2010 Chemocettori centrali Localizzazione: Oltre barriera emoto-encefalica Misurano: CO2 Risposta integrata dei chemocettori 17 22/04/2010 Regolazione della respirazione 18