Fisiologia - apparato respiratorio, digerente

Apparato respiratorio

Funzioni

• Scambio dei gas tra ossigeno o anidride carbonica tra ambiente esterno e capillari polmonari.
• Garanzia di un ottimale equilibrio acido-basico, giusto pH del plasma.
• Vocalizzazione.
• Protezione da microorganismi esterni o sostanze irritanti.
• Modificazione della concentrazione di sostanze presenti nel sangue arterioso.
• Secrezione di sostanze che garantiscono il funzionamento delle aree respiratorie = surfactante.
• Compensazione delle perdite di acqua e calore che avvengono durante il riscaldamento e l’umidificazione dell’aria inspirata.

Respirazione esterna

Scambio continuo di ossigeno e anidride carbonica tra ambiente esterno e interno dell’organismo.

• Ventilazione polmonare permette lo scambio gassoso tra ambiente esterno e cavità aeree polmonari attraverso inspirazione e espirazione.
• Scambio tra polmoni e sangue di O2 e CO2.
• Distribuzione attraverso il sangue dell’ossigeno, legato all’emoglobina, e anidride carbonica, bicarbonato.
• Scambio tra sangue e tessuti: ossigeno trasportato dal sangue e anidride carbonica che i tessuti donano.
• Regolazione della ventilazione: controllo centrale e periferico del respiro.

Netta divisione tra le vie aeree superiori e aree inferiori.

Andando dalla trachea fino ad arrivare al livello alveolare varia la suddivisione della struttura: trachea unica, divisione in due bronchioli in quanto abbiamo due polmoni, ramificazioni in bronchi e alveoli; scendendo il diametro va a ridursi ma la superficie aumenta.

Zona respiratoria: strutture alveolari.

Zona di conduzione

Parte dalla trachea, fino ai bronchioli terminali dove non si hanno scambi gassosi.

Trachea si ramifica in 2 bronchi primari che si diramano fino a 12 divisioni fino ai bronchioli.

Bronchiolo: si ramificano fino a 23 volte fino ai bronchioli terminali.

Scendendo il diametro diminuisce ma aumenta l’area della superficie.

In questa zona non c’è scambio di gas, via di passaggio.

Zona rivestita da un epitelio respiratorio che cambia composizione; funzione di questo epitelio di riscaldare l’aria che entra fino a 37°, e umidificazione dell’aria, + vapore acqueo.

Bronchi

Ci sono cellule caliciformi, ghiandole mucose e cellule ciliate.

Cellule caliciformi.

Ghiandole mucose hanno una sorta di canale che arriva a sbucare alle cellule celiali. Cellule che secernono un muco che serve per creare una sorta di trappola per particelle, microorganismi. Questo muco contiene anche immunoglobuline e altre sostanze in grado di inattivare patogeni.

Cellule ciliate hanno la precisa funzione data dalle ciglia stesse: creano un movimento che consente una direzione unica del muco; ciglia fortemente inibite dal fumo di sigaretta.

Quest’epitelio serve a garantire il riscaldamento dell’aria che entra, funzione di portare la temperatura dell’aria inspirata a 37° indipendentemente dalla stagione.

Oltre a questo, c’è una capacità di umidificare l’aria che entra addizionando a questo vapore acqueo.

Zona respiratoria

Comprende bronchioli respiratori, dotti alveolari, sacchi alveolari.

Zona in cui avvengono gli scambi gassosi e zona che, essendo molto ramificata, presenta un’elevata superficie d’azione; gli alveoli si raggruppano a grappolo intorno ai dotti.

Nella struttura alveolare si ha un epitelio a singolo strato, ma a questo livello riconosciamo due tipi di cellule epiteliali: cellule di tipo 1, cellule di tipo 2.

Cellule di tipo 1: classiche cellule epiteliali schiacciate in fila tra loro e mononucleate.

Cellule di tipo 2: un po’ più grosse e funzionalmente più importanti in quanto c’è una produzione di surfactante in grado di abbassare la tensione superficiale del liquido che ricopre l’alveolo.

Alveoli

A livello alveolare troviamo dei macrofagi: sono in grado di andare a fagocitare delle sostanze pericolose e andare a permettere una degradazione enzimatica di queste strutture.

A questo livello non si hanno fibre muscolari ma fibre elastiche e fibre di tessuto connettivo per garantire il ritorno elastico e quindi permettono l’espansione della struttura richiesta da inspirazione e espirazione.

Polmone

Tra polmone e muscolatura si riconosce uno spazio che rappresenta il sacco pleurico, formato da uno spazio centrale e due foglietti: foglietto viscerale più interno attaccato all’organo e foglietto parietale più esterno attaccato alla muscolatura.

In questo spazio pleurico si ha il liquido pleurico che, creando una superficie umida e scivolosa, permette uno scorrimento tra polmone e muscolo; se non ci fosse liquido ci sarebbe contatto diretto e non si avrebbe scorrimento negli atti respiratori.

Pressioni

3 pressioni:

• Pressione alveolare: a livello della struttura alveolare, è definita nulla, 0, nel momento in cui non abbiamo flussi d’aria. Nel momento dell’espirazione è considerata positiva, a riposo +1, e negativa nell’inspirazione, a riposo -1.
• Pressione intrapleurica: garantita solo se il sacco pleurico è integro. È dovuta alle forze di contrazione e quelle di distensione che agiscono sul polmone con 2 forze opposte.
• Pressione transpolmonare: è la differenza tra la pressione alveolare e la pressione intrapleurica. Agisce tra l’interno e l’esterno del polmone. Aumenta durante l’inspirazione fino a 7 mmHg e poi torna a valori di riposo, 4 mmHg.

In caso di pneumotorace, aria nel torace, la cavità pleurica entra in contatto con l’ambiente esterno e la pressione si equilibra con la pressione atmosferica annullando valore e anche funzione.

Atto respiratorio = inspirazione + espirazione

Per permettere questo tipo di fenomeno occorre una pompa respiratoria che permetta questi due fenomeni.

Atto controllato dai muscoli che rivestono la gabbia toracica e dal diaframma che va a spingere i polmoni o verso l’alto o verso il basso.

Atto inspiratorio: la gabbia toracica si solleva, il diaframma si abbassa e permette la massima espansione del polmone; il diametro della gabbia toracica risulta essere aumentato. Lavorano gli intercostali interni e esterni, muscoli che lavorano opposti quindi se un tipo si contrae l’altro si rilassa.

Atto espiratorio: gabbia toracica si comprime abbassandosi, il diaframma si rilascia andando a sollevarsi come se esercitasse una spinta verso il basso. Gli intercostali esterni si rilasceranno mentre gli intercostali interni si contraggono. Gli addominali inoltre vanno a favorire il rialzo del diaframma.

Compliance

Il grado di espansione del polmone dipende dal valore della pressione transpolmonare, Palv-Pip.

Maggior pressione transpolmonare, maggiore espansione della cassa toracica.

Il flusso d’aria che entra ed esce dai polmoni è invece proporzionale alla Palv.

Più negativa o positiva è la Palv, maggiore è il flusso d’aria che entra o esce dal polmone.

Compliance polmonare = la facilità di distensione della struttura polmonare.

Rapporto tra la variazione di volume polmonare e la variazione di pressione transpolmonare, quindi differenza tra pressione alveolare e pressione intrapleurica.

Compliance = il rapporto mi dice che ho una bassa variazione di pressione; il polmone si distende facilmente per piccole variazioni ΔV di pressione e richiede poco lavoro muscolare.

Δ(Palv−Pip) compliance = serve maggior pressione ed uno sforzo muscolare più intenso per distendere il polmone.

Su questa grandezza influiscono l’elasticità del tessuto polmonare, quindi lo strato strutturale, e la tensione superficiale del liquido all’interno dell’alveolo.

Surfactante

Sostanza tensioattiva lipoproteica con quindi priorità lipidica che si interpone nell’interfaccia tra aria e liquido e va a interagire con le molecole d’acqua.

Va a ridurre la forza di coesione tra l’epitelio e il liquido; diminuisce la tensione superficiale, la compliance totale aumenta quindi saranno sufficienti piccole pressioni transpolmonari per spostare normali volumi di gas.

Valutare la funzionalità respiratoria

= Andare a vedere quanta aria riesce a spostare in una situazione normale o in caso di respirazione forzata.

Si usa lo spirometro: misura il volume d’aria inspirato e espirato quando il soggetto effettua un atto respiratorio. Ottengo uno spirogramma che appunto mi dà l’efficacia dell’atto respiratorio in funzione del tempo. Si possono ricavare tre volumi:

• Volume corrente VC: rappresenta volume inspirato e espirato in una ventilazione normale.
• Volume di riserva espiratoria VRE: volume che si può espirare dopo un’espirazione normale.
• Volume di riserva inspiratoria VRI: volume che si può inspirare dopo una inspirazione normale.

Questi tre volumi ci fanno calcolare:

• Capacità vitale: rappresenta quanta aria può essere scambiata nel caso in cui si effettuano inspirazioni e espirazioni estreme, dato dalla somma dei tre volumi precedenti.
• Capacità inspiratoria: data dall’area totale che può essere inspirata al termine di una espirazione tranquilla. VC+VRI.

In condizione di equilibrio la quantità di ossigeno scambiata a livello alveolare deve essere uguale alla quantità di ossigeno consumata dalle cellule. Questo deve valere anche per l’anidride carbonica.

In condizioni normali:

• Circa 250 ml di ossigeno consumato ogni minuto.
• Circa 200 ml di anidride carbonica consumata al minuto.

Quoziente respiratorio: rapporto tra anidride carbonica prodotta e ossigeno consumato = quante molecole di anidride carbonica vengono prodotte per ogni molecola di ossigeno consumata prodotte, 0,8.

Due leggi fondamentali per gli scambi di gas, e quindi che riguardano pressione gassosa.

Legge di Boyle e Gay-Lussac e legge di Henry

Ventilazione polmonare totale

Ventilazione polmonare totale per valutare la funzionalità respiratoria.

Si ottiene moltiplicando la quantità d’aria inspirata ad ogni atto per la frequenza respiratoria.

In condizioni di equilibrio medialmente la quantità d’aria inspirata ad ogni atto è considerata 500 ml, 12 respiri al minuto, 6 L al minuto.

In condizioni di equilibrio medialmente la quantità di aria espirata ad ogni atto è considerata 350 ml, 12 respiri al minuto, 4,2 L al minuto.

Parte dell’aria inspirata non raggiunge mai la zona respiratoria, ma serve a riempire le vie aeree di conduzione, naso, faringe, laringe, trachea, bronchi e bronchioli, dove non avviene alcuno scambio respiratorio. Volume chiamato spazio morto anatomico in quanto non contribuisce alla respirazione, occupa un volume di 150 mL.

Ossigeno e anidride carbonica hanno diversa solubilità in H2O per la loro diversa natura polare.

CO2 ha coefficiente di solubilità di 0,57 ml CO2/ml H2O.

O2 ha coefficiente di solubilità di 0,024 ml O2/ml H2O.

Questo vuol dire che piccole differenze di pressione di CO2 tra la fase gassosa e la fase liquida, alveolo-capillare polmonare, o tra due compartimenti liquidi, capillare sistemico-tessuto, sono sufficienti a muovere grandi quantità di gas.

P O2 e P CO2 sono ben controllate a livello alveolare.

Variazione di ventilazione alveolare rispetto alla pressione alveolare.

Variazioni patologiche dei livelli di entrambe avvengono tipicamente quando viene alterato l’equilibrio tra ventilazione e metabolismo, consumo di O2 e produzione di CO2.

• Ipoventilazione: se il rapporto tra la produzione di CO2 e ventilazione aumenta.
• Iperventilazione: se il rapporto tra la produzione di CO2 e ventilazione diminuisce.

Affinché la respirazione sia efficiente e completa non basta alta PO2 alveolare e alta velocità di diffusione; serve che il sangue circoli liberamente nei capillari cioè che ci sia una perfusione ottimale negli alveoli.

Rapporto normale tra ventilazione e perfusione: V AQ.

Per questa struttura c’è efficienza ottimale; in ogni zona si hanno differenze di flusso sanguigno e ventilazione, rapporto che dipende dalla zona in cui ci si trova.

La perfusione e la ventilazione vanno a diminuire andando verso l’apice.

Trasporto

L’ossigeno e l’anidride carbonica devono percorrere degli spazi piuttosto brevi, la capacità diffusiva del tessuto è regolata dalla velocità di diffusione del gas proporzionale alla differenza di pressione tra interno ed esterno.

L’anidride carbonica viaggerà nel verso opposto; diffusione condizionata anche dalla zona di scambio che più è ampia più la diffusione è efficiente.

L’area di scambio è molto grande, 70 m². Ma si può ridurre nel tempo a causa di fumo, bronchiti, inalazione di sostanze tossiche o per traumi o patologie.

Ridotta area di scambio, riduzione della velocità di diffusione, difficoltà respiratorie.

Se io mi trovo in una situazione in cui ho una pressione di ossigeno che mediamente è 100 mm/Hg, ho 3 ml di ossigeno sciolto in ogni litro di sangue; con tale pressione e gittata cardiaca media di 5 L/min forniscono all’organismo al massimo 15 ml/min di ossigeno, ma a riposo il nostro organismo necessita di 250 ml/min di ossigeno.

L’ossigeno ha bisogno di un trasporto più efficiente della semplice diffusione.

L’emoglobina è formata da 4 catene polipeptidiche, 2 α e 2 β, ciascuna delle quali contiene un gruppo eme: è un anello porfirinico con al centro un atomo di ferro allo stato ferroso che può formare sei legami di coordinazione. Una molecola di emoglobina lega 4 molecole di O2.

L’occupazione dell’emoglobina

L’occupazione dei siti dell’emoglobina avviene a pressione dell’ossigeno elevata, 100 mmHg. L’occupazione del primo sito da una molecola di O2 causa un cambiamento di conformazione degli altri 3 siti liberi, facilitando così l’occupazione del secondo e del terzo: effetto cooperativo positivo.

La curva di dissociazione dell’emoglobina è una sigmoide, a forma a S: la % di siti occupato dall’ossigeno aumenta all’aumentare della pressione dell’ossigeno.

La quantità massima di O2 legato all’emoglobina è di circa 200 ml/L di sangue.

L’emoglobina rappresenta una riserva energetica di ossigeno del nostro organismo: il sangue arterioso cede ai tessuti solo il 25% dell’O2 totale, il 75% restante è disponibile in caso la richiesta dovesse aumentare.

50 ml/L di ossigeno ceduti ai tessuti, moltiplicati per la gittata cardiaca, 5 L/min, danno la quantità di ossigeno al minuto richiesta dall’organismo per mantenere le funzioni basali a riposo = 250 mL/min.

Ridotta affinità: curva spostata verso destra.

Aumentata affinità: curva spostata verso sinistra.

L’affinità dell’emoglobina per il suo substrato può essere modificata da fattori endogeni o esogeni.

Tra i fattori endogeni più importanti ci sono:

• pH plasmatico = l’abbassamento del pH da 7,4 a 7,2 causa uno spostamento della curva di dissociazione verso destra; effetto Bohr permette all’emoglobina di compensare l’aumento di acidità tissutale, rilasciando più ossigeno.
• Temperatura corporea = quando aumenta la temperatura, aumenta anche la richiesta di ossigeno per compensare l’aumentato metabolismo cellulare.
• Livelli di 2,3-difosfoglicerato = condizioni prolungate di ipossia stimolando la produzione di 2,3-difosfoglicerato per compensare la ridotta quantità di ossigeno plasmatico.

La capacità di trasporto dell’ossigeno può essere gravemente compromessa se:

1- Se l’atomo di ferro viene ossidato allo st