Apparato respiratorio • RESPIRAZIONE CELLULARE O INTERNA: processi metabolici che avvengono nei mitocondri. • RESPIRAZIONE ESTERNA: scambio di gas tra ambiente e cellule dell’organismo. Funzione della respirazione: portare O2 ai tessuti e rimuovere CO2 FENOMENI ASSOCIATI: 1- MECCANICA RESPIRATORIA forze implicate nel mantenere in posizione il polmone e la gabbia toracica e nel determinarne il movimento durante l'atto respiratorio 2- CONTROLLO DELLA VENTILAZIONE meccanismi che regolano la funzione degli scambi gassosi nel polmone 2- EVENTI COINVOLTI NELLO SCAMBIO GASSOSO: • 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 • 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 Il polmone è costituito da milioni di sacchetti a fondo cieco intercomunicanti detti alveoli. Gli alveoli che fanno capo a un bronchiolo terminale costituiscono un lobulo; centinaia di lobuli formano un lobo; il polmone destro ha tre lobi, il sinistro due. I bronchi ed i vasi penetrano nel polmone a livello dell’ilo, medialmente. Struttura dell’apparato respiratorio Punto di vista anatomico Punto di vista funzionale No scambio gassoso: spazio morto anatomico Epitelio respiratorio ciliato: le cilia spingono il muco verso la faringe rimuovendo il materiale patogeno e particolato. Le cellule a calice secernono muco che intrappola le particelle inalate. Struttura della parete di bronchi, bronchioli e alveoli Struttura zona respiratoria ed alveolare Membrana alveolo-capillare pneumociti di tipo I: scambi gassosi. pneumociti di tipo II: sintetizzano surfactante (si distribuisce sopra il liquido che riveste l’alveolo diminuendo la tensione superficiale ed impedendo il collasso alveolare). La circolazione polmonare assicura gli scambi gassosi, che avvengono attraverso la parete dei capillari polmonari e l'epitelio alveolare L'epitelio alveolare è caratterizzato da particolare sottigliezza (0.1-5 μm) Membrana alveolo-capillare Polmoni contenuti nella cavità toracica. I polmoni aderiscono alla parete grazie al liquido pleurico contenuto nello spazio pleurico compreso tra pleura viscerale e parietale La pleura È una membrana sierosa (tessuto connettivo elastico e capillari) che riveste ed aderisce alla parete interna del torace col suo foglietto parietale, e alla parete di ogni polmone col suo foglietto viscerale. I due foglietti sono in continuità l'uno con l'altro e sono strettamente adesi delimitando uno spazio contenente un liquido (liquido pleurico) che permette: •Lo scivolamento dei due foglietti l'uno sull'altro. •L’adesione del polmone alla parete toracica. Relazione tra sacco pleurico e polmone Volume di liquido pleurico in un adulto di 70kg=25-30ml FUNZIONI ACCESSORIE condizionamento dell’aria (riscaldamento, aggiunta di vapore acqueo, filtrazione materiale esterno) funzioni di difesa: apparato mucociliare (il muco contiene immunoglobuline) fonazione deglutizione movimenti respiratori anomali: tosse e starnuto accelerazione dell’aria: effetto meccanico chiusura dei bronchioli in espirazione (ruolo della cartilagine) vocalizzazione La laringe, oltre a permettere il passaggio dell'aria durante la respirazione, è la sede dell'organo della fonazione. All'interno della laringe, in uno spazio chiamato glottide, si trovano le corde vocali: • due superiori (false) più sottili e quasi prive di muscolatura, che hanno funzione protettiva e non servono né a cantare né a parlare, ma, se stimolate, producono un suono sordo e rauco; • due inferiori (vere) più spesse e con importanti fasci muscolari. Quando vengono avvicinate in fase espiratoria vengono poste in vibrazione dal passaggio dell’aria: hanno funzione fonatoria. Meccanica respiratoria Diaframma si contrae: si abbassa verso l’addome. il volume della cassa toracica aumenta. Diaframma si rilascia: il volume della cassa toracica diminuisce. Movimenti del diaframma Respirazione tranquilla il diaframma si abbassa di 1,5cm La contrazione del diaframma determina il 60-70% della variazione del volume polmonare. Il movimento della gabbia toracica determina il 25-40%. INSPIRAZIONE: Aumento del diametro cranio-caudale e trasverso della gabbia toracica. Aumento volume gabbia toracica 200-400 ml in respirazione tranquilla, 2-4 l in respirazione profonda. • Efficienza diaframma diminuisce nella donna durante la gravidanza, negli obesi e per compressione della parete addominale ESPIRAZIONE: Il diaframma si rilascia, il volume della gabbia toracica diminuisce. In condizioni di riposo è un meccanismo passivo che non necessita di contrazione muscolare. In seguito al rilasciamento dei ms inspiratori le FORZE DI RETRAZIONE del polmone garantiscono il ritorno ai volumi di partenza. LIQUIDO PLEURICO Il liquido pleurico ha volume di pochi mm. Si forma per filtrazione dei capillari della pleura parietale e viene assorbito attraverso la pleura viscerale e il sistema linfatico della pleura parietale. In condizioni fisiologiche il volume è mantenuto costante da un bilancio filtrazione-assorbimento. I meccanismi di assorbimento hanno effetto aspirante per cui la pressione è negativa. In condizioni patologiche il volume di liquido aumenta e la pressione diventa meno negativa. Interazione tra polmone e parete toracica A riposo: P alveolare= 0 mmHg P intrapleurica= -4 mmHg P transpolmonare= Palv- Pip= 4 mmHg Polmone e parete toracica hanno comportamento elastico Responsabile delle variazioni di volume polmonare ORIGINE DELLA NEGATIVITA' PLEURICA tendenza dei polmoni a ritrarsi (se esposti alla pressione atmosferica collassano al di sotto di Volume Residuo, senza svuotarsi completamente) volume di aria a riposo 2-3l tendenza della gabbia toracica ad espandersi (strutture elastiche muscolo-tendinee). PNEUMOTORACE PNEUMOTORACE PRIMARIO: cause non ben definite. Difetti di parete. PNEUMOTORACE SECONDARIO: associato a patologie polmonari o traumi. PNEUMOTORACE NEONATALE Vol residuo 1-1.3l SOLUZIONI: - Risoluzione spontanea->recidive - Aspirazione/drenaggio - Chirurgia • Ripasso delle leggi dei gas LEGGI DEI GAS 1. La pressione totale di una miscela di gas è data dalla somma delle pressioni parziali dei singoli gas. (legge di Dalton). 2. I gas, puri o miscelati, si spostano da un’area a più alta pressione verso un’area a più bassa pressione (legge di Fick). 3. Se il volume del contenitore di un gas cambia, la pressione del gas cambierà in maniera inversa (legge di Boyle). 4. La quantità di gas che può sciogliersi in un liquido è determinata dalla pressione parziale del gas e dalla sua solubilità nel liquido (legge di Henry). • I gas, singoli o miscele, si spostano da un’area ad alta pressione verso un’area a bassa pressione: Il movimento della cassa toracica durante la respirazione genera condizioni alternanti di alta e bassa pressione all’interno dei polmoni che sono alla base della ventilazione polmonare. Il movimento secondo gradiente di pressione avviene anche per i singoli gas fra sangue e tessuti e fra aria alveolare e sangue. Il movimento di aria dall’esterno all’interno del polmone e viceversa, è assicurato da un gradiente pressorio che si crea tra l’esterno (P atmosferica) e l’interno del polmone (P alveolare). Secondo la legge di Boyle: Inspirazione: > volume del polmone < P alveolare, aria entra. Espirazione: < volume del polmone, > P alveolare, aria esce . Numero di molecole e temperatura costanti Legge di Henry La quantità di gas che può sciogliersi in un liquido è determinata dalla pressione parziale del gas e dalla sua solubilità nel liquido. Ciclo respiratorio Volumi e pressioni in un normale ciclo respiratorio Muscoli inspiratori Palv=Patm=0 forze elastiche di ritorno Palv=1 Patm=0 No flusso di aria Pressione transpolmonare Aumenta Aria entra Se atto respiratorio è profondo le variazioni di Palv e Pip sono maggiori, perché maggiore è la forza di contrazione dei muscoli inspiratori. Gradiente di pressione aria esce Nella respirazione normale il quantitativo di aria che esce è uguale a quello che è entrato Valutazione dei volumi polmonari: la spirometria Volumi e capacità polmonari Volumi e capacità polmonari 2.5-3l 3.5l 6-6.5l 5l Ventilazione polmonare Vol d’aria inspirata o espirata ad ogni atto respiratorio Ventilazione polmonare: volume di aria che entra e che esce dal polmone al min (7.5l/min) A riposo atto respiratorio dura 4sec, 15 atti resp al min 500mlx15=7.5l/min Non tutta l’aria inspirata raggiunge gli alveoli polmonari x lo scambio dei gas, ma una parte resta nelle vie aeree di conduzione. In realtà nell’alveolo 350x15=5l/min Spazio morto anatomico e spazio morto fisiologico Non tutta l’aria inspirata raggiunge gli alveoli: SPAZIO MORTO ANATOMICO di circa 150 ml nell’adulto. SPAZIO MORTO FISIOLOGICO: spazio morto anatomico + spazi alveolari che non partecipano agli scambi respiratori. Nel polmone normale il numero degli alveoli in cui gli scambi non avvengono è ridotto, quindi lo spazio morto fisiologico coincide con quello anatomico. Frequenza del respiro 1)EUPNEA: del soggetto normale a riposo 2)IPERVENTILAZIONE / IPOVENTILAZIONE: aumento o riduzione della quantità di aria spostata nelle due direzioni, indotti da variazioni della profondità e frequenza del respiro 3)APNEA: assenza del respiro 4)DISPNEA: respiro faticoso 5)POLIPNEA: aumento velocità del respiro senza aumento di profondità per compensare un’insufficiente ossigenazione del sangue (fisiologica: rarefazione O2 atmosferico, attività fisica; patologica: riscontrabile negli stati febbrili e nelle malattie che comportano compromissione della normale funzionalità polmonare.) Immagini tratte da: •Principi di Fisiologia- Zocchi L.- Ed. Edises •Fisiologia Umana- Silverthorn D.U.- Ed. Pearson