Fisiologia Respiratoria
Composizione e pressioni parziali dei gas nell’aria inspirata e nell’aria alveolare
la respirazione
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L’apparato respiratorio Il ruolo del sistema respiratorio è principalmente quello di generare a livello dei polmoni le condizioni perché l’ossigeno (O2) diffonda nel sangue e l’anidride carbonica (CO2) lo lasci liberandosi negli alveoli.
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La diffusione dei gas a livello alveolare La pressione parziale di un gas si calcola moltiplicando la concentrazione del gas per la pressione totale
PO2 = 760 x 20.8/100 = 159 mmHg I gas si muovono secondo un gradiente di pressione F = D x (Palv - Psangue) x A/s 4
Il trasporto dei gas nel sangue Il coefficiente di solubilità dell’O2 è moto basso, pertanto l’O2 si lega all’emoblobina (Hb) che presenta alta affinità di legame per esso
Schema del meccanismo del legame tra O2 ed Hb 5
Curva di dissociazione dell’emoglobina per l’ossigeno
15 g Hb/100 ml sangue
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L’apparato Respiratorio Insieme di organi e strutture implicate nella respirazione, il processo di scambio di gas (ossigeno e anidride carbonica) tra aria ambientale e sangue
Le vie aeree sono divise in: VIE AEREE SUPERIORI Nasofaringe: porzione posteriore del naso Orofaringe: porzione posteriore della bocca VIE AEREE INFERIORI Trachea bronchi
La respirazione è un processo involontario, ma in parte controllato dalla volontà. L’impulso alla respirazione parte dai centri del respiro situati a livello cerebrale. Esiste un sistema di controllo, basato su recettori (meccano-cettori e chemo-cettori), che disattivano i suddetti centri.
Controllo della respirazione La respirazione viene controllata da due centri nervosi posti rispettivamente nel ponte e nel midollo allungato, alla base dell’encefalo. Il centro di controllo del ponte regola il ritmo della respirazione. Dal centro posto nel midollo allungato partono i nervi che inviano al diaframma e ai muscoli intercostali i segnali che ne inducono la contrazione provocando l’inspirazione, tra un’inspirazione e l’altra i muscoli si rilassano e avviene l’espirazione. Il centro di controllo del midollo allungato risponde all’abbassamento del pH del sangue dovuto all’aumentare della concentrazione di CO2, provocando l’aumento del numero e della profondità degli atti respiratori.
Il sistema respiratorio comprende •
Ventilazione polmonare
• Scambio dei gas a livello polmonare e tissutale (diffusione O2 e CO2) • Trasporto dei gas nel sangue • Regolazione del respiro
VENTILAZIONE POLMONARE
movimento di aria dall'esterno all'interno del polmone e viceversa
DIFFUSIONE FRA ALVEOLI E SANGUE
movimento di O2 e CO2 attraverso la membrana respiratoria (membrana alveolo-capillare)
PERFUSIONE POLMONARE flusso sanguigno polmonare richiesto per apportare sangue e rimuovere sangue dalla zona di scambio
• RAPPORTO VENTILAZIONE-PERFUSIONE importante per l'efficacia degli scambi gassosi • TRASPORTO O2 e CO2 NEL SANGUE • TRASFERIMENTO O2 DAI CAPILLARI ALLE CELLULE E CO2 IN DIREZIONE OPPOSTA • UTILIZZAZIONE O2 E PRODUZIONE CO2 NELLE CELLULE
La respirazione cellulare consiste nella demolizione delle molecole organiche per produrre ATP. La cellula necessita di un adeguato apporto di O2 affinché le due fasi della respirazione cellulare, il ciclo di Krebs e la catena respiratoria, convertano l'energia contenuta nelle molecole organiche in energia immagazzinata sotto forma di ATP. La CO2 che viene generata dal metabolismo cellulare, deve essere rimossa dalla cellula. Deve quindi avvenire uno scambio gassoso : la CO2 deve uscire dalla cellula e l'O2 entrare. Per respirazione si intende dunque un complesso di funzioni che coinvolgono diversi organi e apparati e che infine porta allo scambio dei gas per diffusione tra le cellule utenti e il mezzo contenente i gas stessi.
Il sistema respiratorio dell'uomo comprende i polmoni, le vie respiratorie che li connettono all'ambiente esterno e le strutture toraciche che convogliano l'aria dentro e fuori dai polmoni. L'aria entra nel corpo attraverso il naso dove, passando attraverso le cavità nasali, viene scaldata e filtrata. Prosegue quindi nella faringe che presenta l'epiglottide, la quale impedisce al cibo di entrare nella trachea. La parte superiore della trachea contiene la laringe. Le corde vocali sono due nastri di tessuto che si estendono attraverso l'apertura della laringe. Dopo aver passato la laringe l'aria entra nei bronchi.
A livello del torace, i meccano-cettori sono recettori meccanici, ossia strutture localizzate nella parete toracica che “sentono” la distensione toracica quando il torace è espanso (quindi a fine inspirazione) e inviano impulsi al cervello “per comunicare l’evento”. Si chiamano recettori meccanici perché lo stimolo che ricevono è uno stimolo meccanico (distensione toracica).
A livello di aorta e carotide sono presenti altri recettori, i recettori chimici (o chemocettori) che rilevano l’efficacia della respirazione a livello del sangue “VEDONO” se il sangue è ossigenato se accumula anidride carbonica se il pH è normale poiché il pH può dipendere da problemi respiratori e a sua volta può esser corretto dalla respirazione).
IL PROCESSO IN DETTAGLIO: 1) I centri del respiro si attivano e scaricano impulsi attraverso il midollo spinale che alla muscolatura polmonare 2) Espansione cassa toracica e l’aria viene attirata nei polmoni 3) A questo punto entrano in azione i recettori: - I MECCANOCETTORI percepiscono l’espansione del torace e disattivano il centro del respiro quando il torace è espanso - I CHEMOCETTORI percepiscono l’ossigenazione del sangue (che è avvenuta grazie all’espansione toracica e, quindi, all’inspirazione) e controllano il centro del respiro 4) Il centro del respiro viene bloccato e non stimola la muscolatura respiratoria - il torace si rilascia espellendo l’aria contenuta, carica di CO2 5) nel frattempo i tessuti consumano O2 e producono CO2 riversandola nel sangue e il torace si sgonfia 6) in questo modo meccanocettori e chemiocettori permettono al centro del respiro di riattivarsi con un nuovo ciclo respiratorio
L’apparato respiratorio è formato da:
- Naso e bocca (umidificazione, filtro, immunità) - Seni paranasali (funzione strutturale) - Faringe (barriera immunitaria) - Laringe (fonazione) - Trachea (collega laringe a bronchi) - Bronchi - Bronchioli - Alveoli (area di scambio dei gas) - Pleure
VIE AEREE SUPERIORI • •
Nasofaringe: Aria inspirata nel naso passa alla faringe fino alla trachea e polmoni.
• •
Orofaringe: Aria inspirata nella bocca passa alla faringe fino alla trachea e polmoni
Naso: rappresenta la prima barriera al flusso di aria dall’esterno, contribuisce all’umidificazione e riscaldamento dell’aria inspirata e all’eliminazione di muco (contenente agenti patogeni, particelle di ricambio cellulare e eventuali corpi estranei), quindi alla funzione immunitaria
Bocca: struttura finalizzata alla digestione e, in parte, al passaggio di aria. Presenta alcune aree specializzate come barriera alle infezioni (tessuto linfatico).
NASO - BOCCA Sono punti d'ingresso di aria nel nostro corpo e viaggia lungo la faringe. Le ciglia del naso (peli) puliscono, scaldano e inumidiscono l'aria per proteggere le vie respiratorie dei polmoni, che sono particolarmente sensibili.
NASO - BOCCA Il rivestimento interno delle vie respirtorie produce costantemente un fluido vischioso, chiamato MUCO, intrappola le particelle di sporco. Il muco è sempre in movimento. Nel naso, è spinto dalle ciglia verso il fondo della gola, dove viene inghiottito. Inoltre, il muco si sposta anche dalle vie respiratorie alla gola
Faringe: tratto respiratorio compreso tra naso/bocca (in alto) e laringe/esofago (in basso), è una via comune tra apparato digerente e respiratorio; si suddivide in rinofaringe, oro-faringe, laringo-faringe a seconda della struttura con cui comunica.
FARINGE Lungo 15 cm che si trova nella parte posteriore della gola, è un passaggio per il cibo e per l'aria. • I muscoli costrittori della faringe consentono di schiacciare il cibo nell'esofago. •
Laringe: primo tratto di via esclusivamente respiratoria, contiene le corde vocali, termina a livello della trachea
LARINGE La laringe si trova nel collo al di sotto e davanti alla faringe. • E' l'ingresso che protegge i polmoni e contiene le corde vocali. • Negli uomini, parte della laringe si vede nel cosidetto “Pomo di Adamo”.
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LARINGE La laringe è costituita da due parti di cartilagini, una tiroidea una cricoidea alla sommità della trachea e da due lembi di tessuto, le corde vocali, che si allungano tra esse.
Se le corde vocali sono aperte, l'aria le attraversa silenziosamente. Se sono unite, l'aria le fa vibrare, dando vita ad un suono.
Fonazione: produzione di suoni con un senso compiuto, volta alla comunicazione Le strutture interessate sono: - LARINGE, dove si localizzano le code vocali, due strutture speculari che rimangono separate durante la respirazione e collabiscono durante la fonazione per creare la vibrazione che dà origine al suono - MEZZI DI RISONANZA: sono le cavità faringee e i seni paranasali (celle di aria che si trovano all’interno delle ossa craniche e comunicano con la cavità nasale) - ZONA ORO-RINO-FARINGEA: dove sono presenti strutture come le labbra e i denti, utili alla modulazione dei suoni.
CORDE VOCALI
Le corde vocali sono due membrane che permettono l'emissione della voce. • Se sono molto vicine le une alle altre, l'aria le fa vibrare producendo suoni. •
Olfatto In una particolare area dell’apparato respiratorio è situato l’organo di senso dell’olfatto.
Esso consiste in diverse strutture che rilevano la presenza di odori nell’aria inspirata e trasportano la sensazione al cervello. Esse sono: recettori dell’olfatto, bulbo olfattivo, nervo olfattivo, nuclei cerebrali dell’olfatto.
Albero bronchiale: comprende strutture tubulari che si riducono via via dirigendosi verso la parte terminale dei polmoni; Trachea Bronchi (destro e sinistro) rami sempre più sottili Internamente sono Bronchioli rivestiti da epitelio ciliato, cilia che, Nell’epitelio, spingono muco e alcune cellule detriti verso l’esterno. producono muco.
LA PARETE MUSCOLARE BRONCHIALE È FORMATA DA MUSCOLO INVOLONTARIO (LISCIO)
TRACHEA Un duro e flessibili tubo lungo 12cm. • A livello dell'angolo sternale, dove si incontrano il manubrio e il corpo dello stern. • La trachea si divide in due grandi vie respiratorie, i bronchi principali,destro e sinistro. •
TRACHEA La trachea è composta da anelli catilaginei a forma di C che mantengono aperte le vie aeree. La trachea è rivestita all'interno da una mucosa ricoperta da piccoli processi piliformi chiamati ciglia. Questi spingono continuamente i materiali estranei verso l'esternoo dalle vie respiratorie in direzione. Nel'atto della deglutizione del cibo, l'entrata della trachea viene normalmente chuisa dalla epiglottide. Se un corpo estraneo entra in trachea determina il soffocamento. Intervento del V.d.S: Manovra di Heimlich
POLMONI
POLMONI • Gli organi principali dell'apparato respiratorio sono i polmoni che si espandono e si contraggono; la loro rete di vie respiratorie porta a minuscole sacche, gli alveoli, dove l'ossigeno entra nel sangue e l'anidride carbonica viene espulsa: avviene lo •SCAMBIO DI GAS
•Altra funzione del polmone è •ELIMINARE ANIDRIDE CARBONICA
POLMONI
• I polmoni sono due muscoli posti nella gaggia toracica. • Uno a destra diiviso in tre lobo polmonari dove in ogni lobo vi entrano i bronchi. • Uno a sinistra con due lobi polmonari in quanto vi è la presenza del cuore. Anche questi vi entrano i bronchi.
POLMONI CHE COSA FA ESPANDERE E CONTRARRE I POLMONI I polmoni si affidano ai muscoli circostanti per espandersi e contrarsi. I muscoli intercostali muovono la gabbia toracica, facendo dilatare il petto mentre entra aria, o rilassando per costringere i polmoni a farla uscire, mentre la gabbia toracica scende e rientra. Intanto il diaframma (muscolo tondeggiante soto i polmoni) si contrae per far entrare l'aria nelle vie respiratorie, o si rilassa e si solleva per farla uscire.
POLMONI •COME FUNZIONA LA RESPIRAZIONE •INSPIRAZIONE – ARIA ENTRA •L'ara ispirata entra dalle narici e dalle labbra •La trachea trasporta l'aria inspirata nei polmoni. •I muscoli si contraggono per sollevare e spostare in avanti la gabbia toracica. •I polmoni si espandono, aspirando aria. •Il diaframma si contrae e si sposta verso il basso.
POLMONI •ESPIRAZIONE – ARIA ESCE
• L'aria espirata è spinta verso l'alto dalla trachea e dalla gola • I muscoli si rilassano e la gabbia toracica rientra, spostandosi verso il basso • I polmoni si rimpiccioliscono per spingere fuori l'aria • Il diaframma si rilassa e scatta verso l'alto.
POLMONI
PERCENTUALE DI GAS COMPONENTI L'ARIA ISPIRATA ED ESPIRATA ISPIRAZIONE: OSSIGENO – 20,95% AZOTO – 79,01% ANIDRIDE CARBONICA – 0,04% ESPIRAZIONE: OSSIGENO – 16,4% AZOTO – 79,6% ANIDRIDE CARBONICA - 4%
Il controllo della respirazione Il centro del respiro nel cervello regola la nostra respirazione, persino quando dormiamo, con l'aiuto di recettori situati in alcune delle grandi arterie. Essi monitorano il livello dell'anidride carbonica nel sangue, che si alza quando siamo attivi, e comunichiamo al cervello se abbiamo bisogno di respirare più velocemente per liberarci di essa.
I bronchi sono rinforzati da anelli cartilaginei per impedirne il collasso e tappezzati da un epitelio cigliato contenete ghiandole mucipare. I bronchi si ramificano in condotti via via più sottili, i bronchioli formando una specie di albero capovolto.
BRONCHI •
• •
I bronchi si dividono in due parti: Bronco destro Bronco sinisttro
BRONCHI
Bronco principale destro: Più largo, più corto e si estende più in verticale rispetto al bronco principale snistro. Esso entra nell'ilo del polmone destro e quindi si ramifica per rifornire tutte le aree del polmone
BRONCHI
•Bronco principale sinistro: • Più lungo e disposto maggiormente in orizzontale rispetto al bronco principale destro, dato che deve lasciare spazio per il cuore. • Esso entra nell'ilo del polmone sinistro prima di dividersi nelle vie respiratorie più piccole.
BRONCHIOLI • •
I bronchioli conducono l'aria all'interno delle sache alveolari.
ALVEOLI Gli alveoli sono sacche con pareti così sottili che i gas le attraversano. • Nei polmoni ci sono circa 300 milioni di alveoli, che forniscono un'area per lo scambio dei gas grande come un campo da tennis. •
Alveoli: parte terminale dell’albero bronchiale. A questo livello hanno luogo gli scambi gassosi tra aria e sangue, attraverso i capillari polmonari.
ALVEOLI
•COME ENTRA L'OSSIGENO NEL SANGUE
• L'ossigeno passa dalle pareti degli alveoli e dei capillari circostanti al sangue; entra nei globuli rossi, legandosi a una sostanza chimica chiamata emoglobina. L'anidride carbonica lascia il plasma ( la parte liquida del sangue) ed entra negli alveoli.
Alveoli I bronchioli sboccano in minuscole sacche simili ad acini d'uva chiamate alveoli. Ogni alveolo è circondato da una rete di capillari sanguigni ed è rivestito all'interno da uno strato umido di cellule epiteliali. Solo circa 0,2µm separano l'aria contenuta negli alveoli dal sangue dei capillari. E' qui che avviene lo scambio gassoso tra l'aria contenuta negli alveoli e il sangue dei capillari.
Pleura: Tessuto che riveste i polmoni (due foglietti): - PARIETALE, Accollato Alla Parete Toracica - POLMONARE (Viscerale) Accollato Al Polmone Tra i due foglietti è presente un sottile strato di liquido pleurico (lubrificante), utile per far slittare i due foglietti uno sull’altro durante i movimenti respiratori.
PLEURA
PLEURA I polmoni sono rivestiti da due membrane sottili.
Pleura Viscerale quella adiacente al polmone, Pleura Parietale quella adiacente alla gabbia toracica. Le due membrane sono continuative e contengono un liquido lubrificante detto Cavo Pleurico di circa 2-3 litri.
GABBIA TORACICA
GABBIA TORACICA
La gabbia toracica è una struttura ossea formata da 12 coste che si articolano con lo sterno e la colonna vertebrle dorsale.
MUSCOLI RESPIRATORI INSPIRAZIONE • diaframma • muscoli intercostali esterni • “ accessori muscoli scaleni “ sternocleidomastoidei “ alae nasi “ del collo e del capo ESPIRAZIONE • muscolo retto dell’addome • “ interno dell’addome • “ esterno dell’addome • “ trasverso dell’addome • “ intercostali interni
DIAFRAMMA
DIAFRAMMA Il diaframma è un muscolo respiratorio con movimento ritmico permette l'espansione dei polmoni. Assieme al diaframma lavorano muscoli accessori come muscoli intercostali e muscoli del collo.
L’apparato respiratorio ha diverse funzioni: 1) Scambio di gas (O2 e CO2) 2) La protezione dalle infezioni e dai corpi estranei 3) La fonazione 4) La sensorialità (organo dell’olfatto)
Ventilazione Nel corpo i polmoni sono sospesi nella cavità toracica, all'interno della cassa toracica e poggiano su un ampio muscolo laminare a forma di cupola, il diaframma, che separa la cavità toracica da quella addominale. Ciascun polmone è circondato da due sottili membrane, le pleure, di cui quella interna aderisce al polmone e quella esterna alla cavità toracica; tra le pleure vi è uno strato di liquido lubrificante che facilita lo scorrimento durante i movimenti respiratori. La ventilazione avviene in due fasi: l'inspirazione e l'espirazione. Durante l'inspirazione i muscoli intercostali si contraggono provocando il sollevamento e un leggero distanziamento delle costole, contemporaneamente il diaframma si abbassa e la sua "cupola" si appiattisce, provocando la dilatazione della cavità toracica, diminuisce così la pressione dell'aria nei due polmoni e di conseguenza l'aria fluisce dall'esterno nei polmoni. L'espirazione, cioè la fuoriuscita passiva dell'aria dai polmoni, è il risultato dell'inversione delle fasi appena descritte.
Scambio di gas A livello alveolare arriva aria ambientale arricchita di vapore acqueo durante il passaggio nelle vie aeree. L’aria normalmente è ricca in Ossigeno (O2) e contiene Azoto, Anidride Carbonica e altri gas.
Nell’alveolo, l’aria viene a contatto ravvicinato con i capillari polmonari che trasportano sangue venoso. I globuli rossi, carichi di CO2, rilasciano quest’ultima nell’alveolo e catturano O2 sull’emoglobina (proteina di trasporto contenuta nel GR)
Gli alveoli e lo scambio gassoso La diffusione è il processo per cui una sostanza migra spontaneamente da una regione in cui la sua concentrazione è più alta ad una regione in cui la sua concentrazione è più bassa. Le differenze tra le concentrazioni di ossigeno e di anidride carbonica sono misurate in pressioni parziali. Maggiore è la differenza tra le pressioni parziali, maggiore è il tasso di diffusione. I pigmenti respiratori aumentano la capacità del sangue di trasportare l’ossigeno. L'uomo possiede un pigmento rosso l'emoglobina. Essa aumenta la capacità del sangue di trasportare ossigeno da 65 a 70 volte. Ogni globulo rosso ha circa 250 milioni di molecole di emoglobina. La concentrazione di ossigeno nelle cellule è bassa (quando lascia i polmoni il sangue è saturo al 97% di ossigeno), così l'ossigeno, quando raggiunge i capillari, diffonde dal sangue nelle cellule.
La concentrazione di anidride carbonica nelle cellule metabolicamente attive è maggiore che nei capillari, così l'anidride carbonica diffonde dalle cellule nei capillari. L'acqua contenuta nel sangue si combina con l'anidride carbonica formando acido carbonico, il quale si dissocia in ione bicarbonato e ione ossigeno. Ciò provoca la rimozione dell'anidride carbonica dal sangue così la diffusione di anidride carbonica dalle cellule nel sangue può continuare. Nei capillari degli alveoli il bicarbonato si combina con lo ione idrogeno formando acido carbonico, che si dissocia in anidride carbonica e acqua. L'anidride carbonica diffonde quindi negli alveoli e poi fuori dal corpo con l'espirazione.
Protezione dalle infezioni Lungo tutto l’albero respiratorio sono presenti cellule e strutture deputate alla difesa dalle infezioni: Tonsille e adenoidi: agglomerati di cellule linfatiche diffusi a livello della faringe; si distinguono in palatine, linguari, faringee, tubariche a seconda della zona. Cellule immunitarie: (linfociti, macrofagi) sparse nell’epitelio IgA(anticorpi associati alle mucose) Epitelio ciliato Produzione di muco
Le cellule immunitarie associate alla mucosa: Linfociti: (globuli bianchi), due grandi classi (B e T) con alcuni sottogruppi Diversi tipi di anticorpi: IgM IgG IgE IgA. La sigla IG sta per Immuno-Globuline.
LINFOCITI B PRODUCONO ANTICORPI, proteine che si legano ai corpi estranei e agli agenti patogeni e ne permettono il rapido riconoscimento da parte degli altri globuli bianchi.
PARAMETRI RESPIRATORI Frequenza respiratoria – atti respiratori al minuto ETA'
FREQUENZA RESPIRATORIA
BRADIPNEA TACHIPNE A
NORMALE LATTANTE
30 - 40
BAMBINO (1 – 5 ANNI )
25 - 30
BAMBINO ( 6 – 14 ANNI )
20 - 25
< 20
> 25
15 - 20
< 16
> 20
< 30
< 25
> 40
> 30
ADULTO
Volumi polmonari statici
Parametri respiratori, costo energetico della respirazione e componenti elastica e resistiva del lavoro respiratorio a vari livelli metabolici
la respirazione
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GLOSSARIO EUPNEA: frequenza respiratoria normale 12 – 16 atti respiratori al minuto TACHIPNEA: aumento della frequenza respiratoria > a 24 atti respiratori al minuto BRADIPNEA: diminuzione della frequenza respiratoria < 9 atti respiratori al minuto APNEA: assenza di atti respiratori IPOSSIEMIA: ossigeno disciolto nel sangue con una concentrazione inferiore a 80 mmhg IPOSSIA: diatribuzione inadeguata di ossigeno nei tessuti DISPNEA: difficoltà respiratoria che comporta un aumento del lavoro respiratorio ed un scarso scambio gassoso ORTOPNEA: alitamento delle vie nasali e rientramento degli spazi intercostali OSMOSI: fenomeno fisico per il quale, quando noi abbiamo due soluzioni acquose di diversa concentrazione di sali, separate da una membrana semipermeabile l'acqua tende a passare dalla parte meno salata a quella più salata per diluirla. T.V.P: tromboembolia polmonare RESPIRO AGONICO – GASPING: contrazione di muscoli respiratori accessori che non portano ad espansione toracica – non respira ASFISSIA. Assenza di ossigenazione ANOSSIA: mancanza di ossigeno
BPCO: BroncoPatia Cronica Ostruttiva CIANOSI: particolare colorazione della cute IPERCAPNIA: eccesso di CO2 IPERPNEA: respiro profondo IPERVENTILAZIONE: tachipnea più iperpnea IPOCAPNIA: scarsità di ossigeno EMOFTOE: espettorato ematico PARADOSSO:si realizza quando un polmone o parte di esso si svuota d'aria durante l'inspirazionee se ne riempie durante l'espirazione ILO: depressione o infossamento in un organo, dove entrano ed escono vasi e nervi
