Appunti del corso Fisiologia umana

SISTEMA RESPIRATORIO

Il sistema respiratorio si divide in due parti:

- ventilazione polmonare -> come entra ed esce l’aria dai polmoni

- come i gas vengono trasportati nell’organismo e arrivano ai tessuti

Respirazione esterna = scambio di gas con l’ambiente esterno

Respirazione interna = cosa succede all’interno della cellula

Noi dobbiamo portare ossigeno alla cellula per ottenere energia dai nutrienti, e invece verrà

prodotta CO2 che dobbiamo eliminare.

Calorimetria indiretta è una tecnica che prevede l’utilizzo di una macchina che viene collegata al

paziente e analizza gli scambi di gas. Si fa a riposo e a digiuno perché, in queste condizioni, quello

che registriamo nella bocca del paziente mima quello che succede nelle cellule e nei tessuti:

calcola quanto ossigeno consuma e quanta CO2 produce il paziente. Misurando l’ossigeno

misuriamo quante calorie sta spendendo il paziente. La CO2 espulsa ci dà un’idea di qual è il

carburante usato dalla cellula in quel momento: infatti ossidare glucosio, acidi grassi o proteine

produce una quantità diversa di CO2. La calorimetria indiretta funziona se la respirazione interna

corrisponde alla respirazione esterna. 45

Tratto respiratorio e vie aeree superiori: i polmoni sono la regione di scambio, in particolare gli

alveoli ma prima di arrivare ai polmoni l’aria fa un tragitto: passa per le vie aree superiori.

Si distinguono, infatti, le vie aeree superiori (naso, faringe, laringe), dalle vie aeree inferiori

(trachea, bronchi, polmoni). La trachea è all’inizio del tratto respiratorio, è un tubicino che poi si

divide i bronchi primari, secondari e terziari che arrivano nei polmoni. C’è un passaggio esclusivo di

aria o bolo alimentare, non dovrebbe mai succedere che il bolo arrivi nei polmoni: glottide ed

epiglottide evitano questo. Alla fine di ogni bronchiolo ci sono gli alveoli dove avvengono gli

scambi d’aria.

Come evolve la zona di conduzione dalla trachea agli alveoli (DOMANDA ESAME): inizia dalla

trachea e si dirama in bronchi primari secondari e terziari che si classificano a seconda del

diametro: se ci fossero solo trachea e bronchi primari la superficie di scambio sarebbe troppo poca

quindi bisogna aumentare la capacità di scambio proprio grazie ai bronchi secondari e terziari.

Quindi ci sono diramazioni (i bronchi secondari e terziari) che servono per aumentare la superficie

di scambio. Ci sono le cartilagini che servono per mantenere distesi questi tubi, per consentire il

passaggio dell’aria ci sono cambiamenti di pressione quindi la cartilagine deve far resistere i tubi ai

cambiamenti di pressione e mantenerli distesi. La tendenza a collassare è > all’aumentare del

diametro dei tubi quindi c’è più cartilagine più è grosso il tubo. La trachea ce l’ha sviluppata diversa

la cartilagine in modo che il bolo possa passare nell’esofago. A livello dei bronchioli il diametro è

così piccolo che non c’è il rischio di collasso quindi non c’è la cartilagine ma è presente la

muscolatura liscia che è più presente più ci avviciniamo agli alveoli perché la muscolatura dà il

vantaggio che può modificare il diametro dei passaggi contraendosi o dilatandosi quindi permette

di far passare una certa quantità di aria (c’è quindi una regolazione molto fine della quantità di aria

che passa da alveolo ad alveolo). Quindi: più ci avviciniamo agli alveoli, più diminuisce la cartilagine

e più aumenta la muscolatura liscia.

Ci sono poi le ciglia e le cellule caliciformi: le cellule caliciformi sono quelle che producono muco,

tutta la zona di conduzione è ricoperta da muco che viene continuamente spostato in su dalle ciglia

e nel muco si intrappolano tutti gli agenti esterni che non sono aria e che non devono arrivare agli

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alveoli. Gli alveoli sono la zona dove avvengono gli scambi. La loro funzione è scambiare gas quindi

la loro caratteristica principale è avere una membrana molto molto sottile perché se fosse più

grande farebbe fatica a scambiare gas. È costituita da una parte dalla membrana dell’alveolo e poi

anche dalla parete del capillare intorno all’alveolo ed è talmente sottile che in molti alveoli questa

membrana è fusa in un'unica membrana. Gli scambi non sono mai limitanti perché c’è un enorme

superficie di scambio e perché gli alveoli non oppongono resistenza allo scambio e perché l’aria è

fitta intorno agli alveoli.

Da cosa è fatto l’alveolo?

- cellule di tipo 1 che rappresentano l’aspetto funzionale dell’alveolo;

- macrofagi per la funzione immunitaria: catturano i patogeni e agenti estranei;

- cellula di tipo 2 che produce surfactante.

L’alveolo ha una struttura semplice, può essere raccolto in strutture a grappolo, ma ci sono dei pori

che consentono che la struttura a grappolo funziona come se fosse un grande alveolo.

I polmoni sono circondati dal sacco pleurico che è fatto da due membrane: la pleura viscerale

attaccata al polmone e la pleura parietale attaccata ai muscoli intercostali e alla gabbia toracica. Il

polmone ha una struttura che da sola collasserebbe su sé stessa, serve che il polmone si muova

insieme alla gabbia toracica, quello che permette il movimento è proprio la pleura. La pleura in

realtà è sempre la stessa membrana, non sono divise, sono la stessa membrana ma divisa in due

zone (viscerale e parietale). C’è uno spazio intrapleurico pieno di liquido importante per evitare

che le due porzioni di membrana si separano. La gabbia toracica è fatta da cartilagine e osso e poi

ci sono i muscoli intercostali del diaframma: è la contrazione di questi muscoli a far muovere la

gabbia e a far muovere poi i polmoni.

L’aria segue il gradiente di pressione (il concetto è lo stesso del gradiente di concentrazione).

Quindi l’aria si muove da zone di alta pressione a zone di bassa pressione. La prima pressione che

incontriamo è la pressione atmosferica, quella dell’aria esterna, che può cambiare ma a livello del

mare è la stessa, di 760 mmHg. Si considera zero per poi calcolare tutte le altre pressioni in

funzione di questa, di quella atmosferica.

Che pressione c’è all’interno dell’alveolo se fuori ci sono 760 mmHg e la situazione è statica?

Sempre 760 perché l’aria non fluisce, siamo in una condizione statica se non inspiriamo. In questa

situazione la pressione nel sacco pleurico è leggermente negativa perché il sacco a riposo subisce

due forze: la forza del polmone che tende a collassare e la parete toracica che tende a espandersi.

Il sacco sta in mezzo a queste due forze che sono in direzioni opposte: la tensione superficiale

all’interno del sacco è sufficiente a equilibrare queste due forze e la pleura è leggermente distesa.

Una distensione corrisponde a una riduzione di pressione e quindi la pressione è leggermente

negativa.

La legge di Boyle: PV = nRT che diventa P = nRT/V

La relazione tra pressione e volume è inversa, a noi interessa sapere questo (non ci interessa la

formula): contraiamo i muscoli della gabbia toracica per modificare il volume dei polmoni, la

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variazione del volume imporrà delle variazioni di pressione che faranno in modo che l’aria si sposti

per gradiente di pressione all’interno o all’esterno.

Cosa succede quando portiamo aria all’interno e all’esterno del polmone? A riposo, quindi dopo

una espirazione, vogliamo portare altra aria dentro all’alveolo quindi dobbiamo creare gradiente di

pressione in modo che l’aria si sposti da una zona ad alta pressione a una zona a bassa pressione

quindi dobbiamo fare in modo che la pressione nell’alveolo sia più bassa rispetto alla pressione

esterna: dato che c’è una relazione inversa tra pressione e volume dobbiamo aumentare il volume,

come facciamo? Espandiamo la gabbia toracica attraverso la contrazione di alcuni muscoli della

gabbia toracica facciamo in modo che i polmoni si espandono e in questo modo l’aria arriva

all’interno.

Respirazione tranquilla

Dopo l’espirazione la pressione dell’alveolo è zero (zero perché è uguale alla pressione atmosferica)

e anche il volume respiratorio è zero, la pressione diventa -1 ed è sufficiente a scambiare l’aria, alla

fine dell’inspirazione la pressione ritorna 0 perché l’aria è entrata nell’alveolo, ma mano che l’aria

entra il numero di particelle aumenta e aumentando il numero di particelle abbiamo riportato la

pressione a zero, uguale a quella atmosferica. Però la situazione non è uguale a quella di prima

perché non siamo rilassati perché il volume respiratorio non è zero ma mezzo litro e per tenerlo

devo tenere espansa la gabbia toracica -> quindi la pressione è zero come prima, ma il volume

respiratorio no. Da questa situazione come avviene l’espirazione? Rilassiamo la muscolatura, il

volume della gabbia toracica si riduce e quindi la pressione dell’alveolo aumenta e aumenta fino a

+1 e man mano che il volume respiratorio diminuisce si ritorna alla situazione iniziale di riposo.

Questo è quello che succede in una respirazione tranquilla, a riposo. In una situazione in

movimento, il meccanismo è lo stesso ma tutto più ampliato.

Muscoli che permettono di modificare il volume della gabbia toracica: il più importante è il

diaframma. Poi ci sono muscoli intercostali interni ed esterni e i muscoli addominali. Quello che

causa più cambiamento di volume è il diaframma che si contrae o si rilassa: quando lo contraiamo

la pancia si espande e i polmoni occupano più volume. Gli intercostali esterni si contraggono e

fanno sì che la costola si alza in modo da aumentare leggermente il volume della gabbia toracica.

Nell’espirazione tranquilla è il diaframma che si rilassa: quando si rilassa sale e salendo riduce il

volume. Nell’espirazione forzata i muscoli addominali aiutano il diaframma e anche gli intercostali

interni lo aiutano nel far tornare i polmoni su.

I muscoli da soli non fanno niente, serve un impulso nervoso che parte dal cervello per farli

muovere. I muscoli si contraggono e la contrazione dei muscoli fa sì che la gabbia toracica aumenta

di volume quindi aumentando il volume diminuisce la pressione degli alveoli e quindi la pressione

tende a pareggiarsi a mano a mano che l’aria entra: quando l’aria entra la pressione torna a zero

perché finiscono gli scambi di aria ma la situazione non è la stessa di prima.

Grazie alla muscolatura liscia sui bronchioli la resistenza locale può aumen