Come funziona e struttura dell'apparato respiratorio

O

adesa agli alveoli per permettere gli scambi tra 2

presente nell’alveolo e sangue.

Intorno agli alveoli sono presenti una serie di fibre

elastiche importantissime perché il bronchiolo viene

riempito d’aria e l’alveolo si espanderà, dopo di ché

dovrà tornare alla situazione normale.

N.B. Tutto il sangue che circola intorno agli alveoli è quello che il polmone riceve dai ventricoli.

Il polmone riceve dal ventricolo destro (5L/min). La portata di 5 L si suddivide in molti capillari,

questo permette di avere una pressione idrostatica polmonare molto bassa. La pressione

idrostatica bassa è importante perché non permette la fuoriuscita di liquidi (→ liquido

interstiziale minimo) e quindi la struttura dell’alveolo resta strettamente adesa al capillare

barriera emocapillare).

senza che ci sia del liquido in mezzo ( Questi determinano una struttura

fusa (fused basement membrane).

L’alveolo è formato da cellule epiteliali piatte che costituiscono i sacchetti. Non contengono

cellule muscolari per cui non si possono contrarre e permettono il ritorno elastico quando il

tessuto polmonare viene stirato.

La parete alveolare è molto ricca di fibre elastiche di grande importanza per la funzionalità

polmonare ed è costituita da:

Epitelio alveolare

 Lamina basale

 Endotelio capillare



Che sono tutti fusi tra di loro e costituiscono la barriera emato-aerea.

Epitelio alveolare:

Pneuomociti di tipo I

 Pneumociti di tipo II: funzione importante di produzione del surfactante, un tensio

 attivo. Poiché la struttura interna dell’alveolo è ricoperta da un velo d’acqua, le

molecole che costituiscono il liquido danno luogo a delle forze che fanno tendono verso

il centro della sfera (legge di Laplace). Questa pressione è proporzionale al raggio

della sfera, quindi più la sfera è piccola maggiore sarà questa forza.

Questo surfactante diminuisce le forze di interazione tra le molecole d’acqua e quindi

diminuisce la forza verso il centro della sfera, riducendo così la resistenza del polmone

all’espansione. Più l’alveolo è piccolo più viene prodotto surfactante, così da rendere la

pressione degli alveoli più piccoli uguale a quella degli alveoli più grandi (in questo

modo l’aria entra indifferentemente nell’alveolo senza fare differenze di grandezza).

Scambi di gas tra atmosfera e sangue:

Lo scambio di aria tra l’atmosfera e il sangue è dettato da un flusso di massa, quindi anche

l’aria si sposta in base alla differenza di pressione.

L’aria si sposta da un’area a pressione maggiore verso una zona a pressione inferiore

La pressione interna dei nostri polmoni è identica alla pressione atmosferica.

La respirazione consiste nel cambiare la pressione all’interno dei polmoni. Questo gradiente di

pressione è generato da:

Una pompa muscolare

 Resistenza determinata dal diametro dei bronchi



N.B. La pressione totale di una miscela di gas è data dalla somma delle pressioni dei singoli

gas (legge di Dalton)

N.B. I gas, singoli o miscele, si spostano da un’area ad alta pressione verso un’area a bassa

pressione.

È il movimento della cassa toracica durante la ventilazione a generare cicliche condizioni di

alta e bassa pressione all’interno dei polmoni.

N.B. Se il volume del contenitore di un gas cambia, la pressione del gas cambierà in maniera

inversa (legge di Boyle).

La legge di Boyle e Mariotte afferma che in condizioni di temperatura costante la pressione di

un gas perfetto è inversamente proporzionale al suo volume, ovvero che il prodotto della

pressione del gas per il volume da esso occupata è costante.

P = k/V

Meccanismo della ventilazione polmonare:

Il movimento dell’aria dentro e fuori i polmoni avviene per variazioni del volume polmonare

che modificando i rapporti pressori determina il movimento dell’aria.

Contributo di:

Diaframma, muscoli intercostali, muscoli accessori, elasticità del tessuto

P P

Inspirazione: < → determina un gradiente di pressione che induce l’aria

alveoli atm

all’interno degli alveoli

Meccanismo attivo: contrazione muscolare di diaframma e intercostali esterni che determina

l’espansione della cavità toracica. La pressione negli alveoli diminuisce fino a diventare

minore della pressione atmosferica, quindi ‘aria fluisce negli alveoli e continua a fluire finché

la pressione non raggiunge il livello della pressione atmosferica.

P P

Espirazione: > → determina un gradiente di pressione che induce la

alveoli atm

fuoriuscita di aria dagli alveoli.

È attiva o passiva a seconda del livello di attività respiratoria.

passiva

Durante la respirazione tranquilla è perché non richiede una contrazione muscolare.

L’espirazione attiva genera la contrazione dei muscoli respiratori espiratori, che produce una

maggiore e più rapida diminuzione della cavità toracica. Questo determina un maggiore

aumento della pressione intra-alveolare e quindi un maggior gradiente di pressione che

spinge l’aria fuori dagli alveoli.

Quando è attiva coinvolge i seguenti muscoli: intercostali interni, trasverso del torace,

addominali esterno e interno

La ventilazione è ottenuta grazie alla presenza di gradienti di pressione tra gli alveoli e l’aria

esterna. Il movimento dell’aria dipende dal gradiente di pressione fra le zone di alta pressione

e le zone e quelle di bassa. Pressione.

La funzionalità polmonare viene valutata mediante misurazione del volume di aria che un

soggetto riesce a spostare durante la ventilazione a riposo o forzata.

Si misura mediante lo spirometro.

Volumi polmonari:

La quantità d’aria spostata durante la ventilazione può essere suddivisa in 4 volumi polmonari

(VP), suddivisioni della capacità polmonare totale.

I VP variano in funzione dell’età, del sesso e dell’altezza.

I volumi sono riferiti a maschio 70kg (nella donna 25% in meno)

- Volume corrente (Vc) → volume d’aria che si sposta in una singola inspirazione o

espirazione

Circa 500 mL V

- Volume di riserva inspiratoria (VRI) → volume d’aria aggiuntivo (cioè in più al )

c

che può essere ancora inspirato al termine di una normale inspirazione

Circa 300 mL

- Volume di riserva espiratoria (VRE) → volume di aria che può essere ancora espirato

al termine di una normale espirazione

Circa 1100 mL

- Volume residuo (Vr) → volume d’aria che rimane nei polmoni dopo un’espirazione

massimale

Circa 1200 mL

Capacità polmonari: la somma di due o più volumi è detta capacità.

- Capacità vitale (CV): VRI + VRE + Vc → è il massimo volume di aria che può essere

espirata dopo un’inspirazione massimale

- Capacità polmonare totale (CPT): CV + Vr → nel loro insieme i 4 volumi costituiscono

la CPT: è il volume di aria presente nei polmoni al termine di un’inspirazione massimale

(CPT = Vc + VRI + VRE + Vr)

- Capacità inspiratoria: Vc + VRI → volume massimo di aria che può essere inspirata alla

fine di un’espirazione tranquilla

- Capacità funzionale residua: VRE + Vr → volume di aria che rimane nei polmoni al

termine di un’espirazione tranquilla La respirazione a

riposo consuma il 3-5% del dispendio energetico giornaliero.

La quantità di lavoro necessaria varia con la capacità di espansione dei polmoni e con la

resistenza delle vie aeree.

Complianza = capacità dei polmoni di espandersi. Un polmone con elevata complianza si

dilata facilmente.

Elastanza = capacità del polmone di riassumere il proprio volume a riposo.

Se la complianza diminuisce serve più lavoro per espandere la cassa toracica e si hanno

patologie polmonari restrittive.

Le due cause più comuni sono:

- formazione di tessuto cicatriziale fibroso anaelastico nelle patologie polmonari fibrotiche

(dovute ad inalazione cronica di materiale particolato fine che sfugge al muco arriva agli

alveoli stimola i macrofagi a produrre GF che stimolano i fibroblasti del connettivo a

produrre tessuto cicatriziale fibroso anelastico)

- inadeguata formazione di surfactante

Resistenza delle vie aeree:

La resistenza è data da: ∝ 4

R L / r

L è costante

η è costante

N.B. Al diminuire del raggio aumenta la resistenza

Il lavoro per superare questa resistenza è molto più basso di quello richiesto per superare la

resistenza dell’espansione dei polmoni.

Nei polmoni sani la resistenza al flusso d’aria dentro e fuori i polmoni è bassa, in quanto il

raggio è relativamente grande (questa situazione è simile alla bassa resistenza nei capillari

del sistema circolatorio).

I bronchioli sono sottoposti al controllo riflesso del sistema nervoso ed endocrino e delle

sostanze paracrine.

La resistenza al flusso d’aria è influenzata da numerosi fattori:

forze passive esercitate sulle vie respiratorie

- Le includono i cambiamenti nella pressione

forze di trazione

transpolmonare che intervengono durante la respirazione e le esercitate

sulle vie respiratorie dall’azione dei tessuti che le circondano. Durante l’inspirazione

l’aumento della pressione transpolmonare distende le vie respiratorie determinando una

diminuzione della resistenza. Durante l’espirazione la pressione transpolmonare

diminuisce determinando il restringimento delle vie respiratorie e quindi aumentandone la

resistenza.

resistenza al flusso d’aria nei bronchioli

- La si modifica in conseguenza alla contrazione o al

rilasciamento della muscolatura liscia nelle pareti dei bronchioli.

Quando la muscolatura liscia si contrae, il raggio dei bronchioli si riduce

(broncocostrizione), aumentandone la resistenza.

I bronchioli sono sottoposti al controllo riflesso del:

- Sistema nervoso ed endocrino: la muscolatura liscia dei bronchioli è influenzata dal

broncocostrizione.

sistema nervoso autonomo, la stimolazione parasimpatica determina

Quest’ultimo è un riflesso che serve per proteggere da eventuali sostanze tossiche inalate.

Non c’è innervazione simpatica, pero ci sono i recettori β2 che rispondono all’adrenalina

dando broncodilatazione.

- Sostanze paracrine: CO

- La principale sostanza paracrina regolatrice è la : se aumenta nell’aria espirata fa

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rilasciare la muscolatura dei bronchioli dando broncodilatazione, se invece i livelli sono

bassi i bronchioli si restringono.

- L’istamina, ril