Fisiologia cuore reni e polmoni

Apparato respiratorio: struttura e funzione di polmoni, gabbia toracica e alveoli

Polmoni

I polmoni sono organi essenziali per la respirazione, formati da un tessuto spugnoso. Il polmone destro è diviso in 3 lobi (superiore, intermedio, inferiore), mentre il sinistro in 2 lobi (superiore e inferiore). Sono separati dal mediastino ma uniti dalla trachea. La loro funzione è quella di trasportare ossigeno al sangue e espellere anidride carbonica. Sappiamo che l’aria entra dalla bocca e nella cavità nasale, passando per la faringe, laringe, trachea, ramificandosi in 2 bronchi primari, e successivamente nei bronchioli per poi arrivare agli alveoli.

Alveoli

Gli alveoli sono la sede degli scambi gassosi e sono costituiti da due tipi di cellule epiteliali: quelle di tipo 1 (le più grandi, permettono la diffusione rapida dei gas) e tipo 2 (più piccole, secernono una sostanza chiamata surfactante, che facilita l’espansione polmonare). La funzione degli alveoli è lo scambio di gas tra l’aria e il sangue.

Gabbia toracica

La gabbia toracica è delimitata dalle ossa della colonna vertebrale, formata dalle coste e dai muscoli associati. Ha un'importante funzione di sostegno e favorisce i processi di inspirazione (ingresso di aria nei polmoni) ed espirazione (uscita di aria dai polmoni), grazie anche all’azione del diaframma, il principale muscolo della respirazione.

Le 4 fasi della respirazione esterna: quali sono e quali compiti svolgono

La respirazione esterna è lo scambio dei gas tra ambiente esterno e le cellule dell’organismo. La suddividiamo in 4 fasi:

• Ventilazione → Scambio di aria tra atmosfera e polmoni. Processo che si forma di una fase di inspirazione ed una di espirazione.
• Lo scambio di O₂ e CO₂ tra polmoni e sangue (alveoli).
• Il trasporto di O₂ e di CO₂ nel sangue.
• Lo scambio di gas tra cellule e sangue.

La ventilazione: muscoli implicati e meccanica respiratoria

La ventilazione si riferisce allo scambio di aria tra l’atmosfera e gli alveoli; un ciclo respiratorio è costituito da una fase di inspirazione → fase nella quale il diaframma si contrae abbassandosi, per permettere ai muscoli inspiratori (intercostali esterni e scaleni) di sollevare le coste verso l’alto facendo espandere la gabbia toracica. Espirazione → fase nella quale il diaframma viene spinto verso l’alto, diminuendo il volume della cavità toracica, per permettere ai muscoli espiratori (intercostali interni e addominali) di spostare le coste verso l’interno, diminuendo il volume.

Come cambiano pressione, volume intrapolmonare, e pressione intrapleurica durante la ventilazione a riposo

Nella ventilazione a riposo, i polmoni si muovono insieme alla gabbia toracica, grazie all’azione del liquido pleurico che ritroviamo dentro le pleure (che racchiudono i polmoni); la forza esercitata dal liquido tra le due membrane pleuriche provoca l’adesione dei polmoni alla cassa toracica, muovendosi insieme. Nel ritorno elastico dei polmoni viene generata una forza verso l’interno che allontana i polmoni dalla gabbia toracica. Quindi, la combinazione della spinta verso l’esterno della cassa toracica e il ritorno elastico dei polmoni creano una pressione intrapleurica di circa -3 mmHg (inspirazione a riposo). Al termine dell’inspirazione, la pressione intrapleurica scende fino a -6 mmHg. Durante l’espirazione, la cassa toracica torna alla posizione di partenza; la pressione intrapleurica torna ai valori normali (-3 mmHg).

La funzione delle pleure e la loro importanza per la ventilazione

Le pleure sono membrane (2) ricoperte di tessuto connettivo che racchiudono i polmoni, rispettivamente sono la pleura viscerale (superficie polmoni) e pleura parietale (fodera la cavità toracica). Mantenute dal liquido pleurico, la loro funzione nella ventilazione è quella di permettere l’espansione dei polmoni nell’inspirazione, e di far scorrere le membrane durante il movimento dei polmoni nella gabbia toracica. Il liquido pleurico è importante perché mantiene unite le membrane e quindi mantiene i polmoni a stretto contatto con la gabbia toracica.

La spirometria: volumi e capacità polmonari che con essa possono essere misurati

La spirometria è un test usato per valutare le capacità polmonari e il volume di aria che un soggetto riesce a spostare in una ventilazione a riposo o forzata. Questo test si effettua usando lo spirometro, uno strumento che misura il volume di aria spostato in un atto ventilatorio. I volumi polmonari, quindi la quantità di aria spostata nella ventilazione, possono essere divisi in 4 volumi:

• Volume corrente: volume di aria che si muove durante una singola inspirazione o espirazione, corrisponde a 500 mL.
• Volume di riserva inspiratoria: volume aggiuntivo inspirato oltre al volume corrente, 3000 mL.
• Volume di riserva espiratoria: volume di aria espirata forzatamente dopo una espirazione tranquilla, 1100 mL.
• Volume residuo: volume di aria che rimane dopo un’espirazione massimale, 1200 mL.

Le capacità polmonari invece sono:

• Capacità vitale: volume di riserva inspiratoria + volume di riserva espiratoria + volume corrente.
• Capacità inspiratoria: volume corrente + volume di riserva inspiratoria.
• Capacità funzionale residua: volume di riserva espiratoria + volume residuo.

Ventilazione polmonare e alveolare: come si calcolano e differenze tra di esse

Ventilazione polmonare: volume di aria spostato dentro e fuori dai polmoni in ogni minuto, si calcola: frequenza respiratoria x volume corrente. Ventilazione alveolare: volume di aria che raggiunge gli alveoli ogni minuto, si calcola: frequenza respiratoria x (volume corrente – spazio morto anatomico). La differenza che si viene a creare tra queste due ventilazioni viene definita spazio morto anatomico, ovvero quella parte di aria che non raggiunge gli alveoli ma resta nelle vie di conduzione, dove non è possibile scambiare gas con il sangue. Il volume parte da 150 mL.

Come cambiano le pressioni alveolari di O2 e CO2 con ipo ed iperventilazione

Nella ventilazione normale a riposo, la pressione alveolare di O₂ (PO₂) rimane ad un valore costante di 100 mmHg e la pressione alveolare di CO₂ (PCO₂) resta a circa 40 mmHg. Nella iperventilazione, si osserva un aumento della PO₂ alveolare e una diminuzione della PCO₂. Nella ipoventilazione, quando diminuisce l’aria fresca che entra negli alveoli, la PO₂ alveolare si riduce e la PCO₂ alveolare aumenta.

Scambio gassoso alveolare e tissutale di O2 e CO2

Quando l’aria raggiunge gli alveoli, i gas (O₂ e CO₂) passano dagli alveoli al sangue grazie al fenomeno della diffusione, ovvero il movimento di una molecola da una regione in cui la sua concentrazione è alta a una in cui è più bassa. La PO₂ negli alveoli è di 100 mmHg. La stessa pressione (PO₂) nel sangue venoso che arriva ai polmoni è di 40 mmHg. Qui l’O₂ si muove secondo il proprio gradiente di concentrazione dagli alveoli ai capillari. Avviene la diffusione e viene raggiunto l’equilibrio; difatti la PO₂ nel sangue arterioso è pari a quella degli alveoli (100 mmHg). La PCO₂ negli alveoli è di 40 mmHg. La stessa pressione nel sangue venoso è di 46 mmHg. Essendo maggiore la PCO₂ nel plasma, essa passa dai capillari agli alveoli. Quando il sangue lascia gli alveoli, la sua PCO₂ è pari a quella degli alveoli (40 mmHg).