Fisiologia della deglutizione e della respirazione

FISIOLOGIA DELLA DEGLUTIZIONE E RESPIRAZIONE

Prof. Fabio Carraro

FONAZIONE.

Non siamo nati per parlare, perché la fonazione non è una capacità che abbiamo sviluppato durante

l'evoluzione ma abbiamo adattato degli organi per parlare, abbiamo usato strutture preesistenti, nate

per l'apparato respiratorio e digerente, e le abbiamo adattate per permettere la fonazione, queste

sono: le cavità nasali, faringe, la cavità orale, laringe, trachea, tutte strutture appartenenti

all'apparato respiratorio o digerente, mutuate per avere la fonazione. La fonazione è quindi una

funzione secondaria istallata su una serie di organi designati per la respirazione e l'alimentazione.

La fonazione durante l'evoluzione è stata scelta come metodo elettivo per la comunicazione dagli

umani, perché ha una sua efficacia maggiore.

L'apparato di fonazione è costituito da:

l la gabbia toracica

l la laringe

l la cavità faringale

l la cavità nasale

l la cavità orale: la lingua, il palato duro, gli alveoli, i denti,le labbra, le cavità nasali

l

Tutte queste strutture contribuiscono alla fonazione in vari modi, per modificare i suoni.

Ci sono organi fissi:

l faringe

l palato duro

l alveoli

l denti

sono modulati su un certo tipo di struttura.

Organi mobili:

l pliche vocali

l velo palatina

l lingua

l labbra

sono gli organi che modificano il suono.

Nelle persone adulte è difficile riuscire ad apprendere una nuova lingua, e riuscire a mascherare

l'accento della lingua madre, perché gli organi fissi sono modellati sulla lingua di appartenenza,

proprio per questo nei bambini invece è più facile, semplice e veloce apprendere una lingua nuova

con la pronuncia corretta.

Il vantaggio della comunicazione verbale sono che è simultanea, può essere eseguita e ricevuta

anche in condizione ambientali anche difficili, è modulabile, può essere ricevuta da più riceventi

contemporaneamente, può essere prodotta in modo continuo, è portatile, è rapida. Meccanismo:

durante la fonazione un flusso di aria proveniente dai polmoni viene spinto attraverso laringe,

faringe, cavità orale o nasali, e durante questo percorso l'incontro del flusso d'aria con degli ostacoli

fa si che si generino dei suoni che possono essere interpretati come fonazione.

FISIOLOGIA DELLA RESPIRAZIONE.

I processi ossidativi richiedono ossigeno, per questo dobbiamo respirare. La respirazione può essere

esterna o interna, la respirazione esterna è quella che ci permette di muovere l'aria dall'esterno

all'interno del nostro organismo, e viceversa, mentre la respirazione interna è quella che fa respirare

le nostre cellule. Per poter avere degli scambi e per poter avere degli assorbimenti dobbiamo avere

delle superfici assorbenti bagnate.

Vediamo qualche esempio del mondo animale: i pesci spendono il 25% della loro energia per

respirare, perché nell'acqua è più difficile estrarre l'ossigeno, un altro sistema di respirazione

interessante è quello del lombrico, che respira per diffusione dalla cute, per questo sono sempre

umidi, anche noi se asciugassimo i nostri alveoli non riusciremmo a scambiare l'ossigeno e

l'anidride carbonica.

L'apparato respiratorio serve:

l per gli scambi si ossigeno e anidride carbonica;

l per la regolazione del pH ematico, che è fondamentale e rimanga costante, 7,38 pH;

l e deve rimanere sempre costante ed è mantenuto costante dai tamponi fisiologici, questi

tamponi fisiologici si esaurirebbero se non fossero continuamente riorganizzati e questo

lo facciamo attraverso l'eliminazione dell'anidride carbonica, il pH deve rimanere

costante perché serve per eliminare i metaboliti;

l per bloccare l'ingresso dei patogeni, abbiamo una serie di strutture che servono a proteggerci

dall'inalazione di patogeni, come i peli del naso, che sono le strutture più grossolane, o le

tonsille che permettono il riconoscimento e la risposta agli eventuali agenti patogeni. I

peli del naso sono il primo meccanismo di difesa contro le cose più grandi. Quando

parliamo di respirazione dovremmo dare per scontata l'inspirazione attraverso il naso,

perchè la cavità orale non fa parte dell'apparato respiratorio ma fa parte dell'apparato

digerente, è mutuata dall'apparato respiratorio, possiamo respirare dalla bocca, ma l'aria

non ha la stessa qualità di quella respirata dal naso. Anche il muco, prodotto dall'epitelio

che riveste l'apparato respiratorio, ha la funzione, oltre a quella di umidificare l'aria, di

intrappolare i batteri, che poi vengono espulsi (catarri e muco delle vie aeree superiori) o

digeriti, quando è in atto un processo infiammatorio abbiamo una ipervascolarizzazione

e una ipersecrezione di muco, il muco intrappola i batteri che poi viene eliminato o

digerito.

l vocalizzazione.

La laringe può essere divisa in regione :

l sovraglottica

l glottica

l sottoglottica

Sul piano piano glottico troviamo le corde vocali, o pliche vocali che sono delle strutture che vanno

a interagire con l'aria e, ostacolando l'aria, permettono di generare i suoni per la fonazione.

Effetto Bernulli: l'aria che entra dentro in tubo diventa più o meno grande, e che quindi la velocità

dell'aria varia a seconda delle dimensioni del tubo.

Composizione dell'aria.

L'aria che respiriamo è composta per la maggior parte da azoto, che rappresenta il 78,08%, l'azoto è

un gas inerte perché non scambia con noi, e per il 20,93% è composta da ossigeno, poi in minima

parte, in condizioni normali, troviamo anche un residuo di anidride carbonica, che rappresenta lo

0,03% , il restante 1% è rappresentato da gas rari quali (argon, neon, metano, elio...). L'aria ha una

certa pressione, quindi di i rapporti tra i vari gas sono in funzione della pressione. In fisiologia

quando parliamo di aria diamo per scontato che questa abbia una pressione di 760 mmHg, questa è

la pressione media a livello del mare, ma la pressione può variare sia in funzione dell'altitudine che

del tempo (brutto tempo bassa pressione, bel tempo alta pressione). Se noi parliamo della pressione

parziale dell'ossigeno, che misuriamo in millimetri di mercurio, e il 20% è la quantità di ossigeno

nell'aria, noi possiamo dire che respiriamo circa 159 mmHg, questi numeri sono importanti per

capire come funzionano gli scambi a livello alveolare, quindi la pressione parziale dell'ossigeno

nell'aria è di 159mmHg, se proviamo a calcolare la pressione parziale dell'anidride carbonica

vediamo che otteniamo un numero incredibilmente piccolo, perché possiamo dire che normalmente

non c'è anidride carbonica nell'aria, questo può variare se siamo in un ambiente chiuso, per questo à

così facile eliminare anidride carbonica anche con un Δ molto piccolo.

Quando è nato il nostro pianeta l'ossigeno non c'era , è venuto dopo, e quando è arrivate le forme

animali anaerobi hanno cominciato a morire, perché l'ossigeno è tossico, poi ci siamo adattati a

vivere con queste concentrazioni di ossigeno. Sembra che l'ossigeno sia proprio uno degli agenti

responsabili dell'invecchiamento, se vivessimo con meno ossigeno probabilmente invecchieremmo

meno.

A livello del mare la pressione è 760 mmHg, se vado a 3000 m di altezza la pressione barometrica

scende. Che cosa succede? Io ho sempre la stessa identica quantità di ossigeno, in percentuale è

sempre 20%, il problema è che mi è cambiata la pressione, devo ricalcolare la pressione parziale

dell'ossigeno a questa nuova condizione, ho una pressione parziale di ossigeno di 110 mmHg, a

6000 m di altezza è 74 mmHg, a 9000 m di altezza è 48 mmHg, la pressione parziale di ossigeno

nel sangue è circa 100 mmHg, quindi a 9000 m di altezza non respiro, perché la pressione parziale

di ossigeno nel sangue è più alta di quella esterna, quindi io scambio ossigeno, ma lo scambio

avviene al contrario, è il mio organismo che cede ossigeno all'ambiante, a 9000 m respiro con la

bombola di ossigeno.

L'incidenza di aborti nella popolazione Himalayana è molto più alta dell'incidenza di aborti nella

popolazione normale, perché l'adulto si è adattato ma il feto non ce la fa e ha maggiori problemi.

I ciclisti si allenano a 4000 m, che è un altezza perfetta perché ho una pressione parziale di

ossigeno che è circa uguale a quella del sangue, quindi il mio organismo soffre ma non troppo e

quindi riesce ad adattarsi, aumentando la produzione di eritropoietina, è un ormone prodotto dal

rene (che ha un sistema di sensori per l'ossigeno), l'eritropoietina stimola la cellula staminale

pluripotente del sangue a diventare un globulo rosso, quindi i soggetti che si adattano a stare a

4000 m di altitudine hanno un maggiore numero di globuli rossi, conseguentemente aumenta anche

l'emoglobina, e aumenterà di conseguenza il trasporto di ossigeno, quando poi tornano a

condizioni normali, sul livello del mare, fa si che abbiano molti più globuli rossi degli altri

soggetti, quindi per 2-4 giorni sono decisamente avvantaggiati, dopo di che l'organismo distrugge i

globuli rossi e li riporta a valori normali. Il problema grosso è quando si fanno le olimpiadi a Città

del Messico, che è a 2000 m di altitudine, e per i soggetti che normalmente si allenano a livello del

mare, questo è un grosso svantaggio, a meno che non si faccia una preparazione atletica sul luogo,

con un anticipo tale da permettere un adattamento dell'organismo. Comunque vada le prestazioni

in alta quota sono decisamente inferiori per gli sport aerobici, mentre per gli sport anaerobici non

c'è nessunissima differenze.

Io posso tranquillamente respirare fino circa 4000/5000 m poi dipende anche dalle condizioni dl

giorno, ma sopra di questo io ho dei problemi, per via della pressione.

Lo stesso problema si pone per i piccoli aeroplani, gli aeroplani di linea invece volano a 9000 m di

altezza, ma si respira perché sono pressurizzati a un valore che, per legge, è intorno ai 700 mmHg,

ma le compagnie aeree tengono questi valori alla partenza poi di solito la pressione, durante il volo

è intorno ai 500 mmHg, per questo durante il volo può venire un po' di mal di testa, i soggetti

cardiopatici possono invece avere dei problemi seri per questo sono obbligati a notificarlo alla

compagnia prima di imbarcarsi. I piccoli aerei invece hanno i finestrini e quindi volano a

determinate altezze, più basse, se invece si superano determinate altezze ci vuole la maschera

dell'ossigeno. I caccia non sono pressurizzati e quindi il pilota ha sempre la maschera e respira

una miscela particolare di gas che gli facilità assorbimento di ossigeno e gli permette di respirare

meno.

Quindi fino a 6000-7000 m di altitudine io riesco a respirare aumentando anche la ventilazione ma

poi ho bisogno della maschera di ossigeno.

Nell'aria atmosferica dobbiamo inserire una nuova variabile, l'acqua, infatti l'acqua che noi

respiriamo non è secca, ma contiene una piccola percentuale di acqua. Quando noi iniziamo le

prime fasi della respirazione, la prima modifica che facciamo all'aria inspirata è l'umidificazione,

infatti le strutture delle cavità nasali, come primo effetto sull'aria, è proprio quello dell'idratazione,

quindi si passa da 0,5 % a 6,2%, ma essendo in percentuale il rapporto dei gas, questo aumento di

acqua mi cambia anche tutte le altre percentuali, aumentando l'acqua mi diminuiscono

proporzionalmente tutti gli altri valori. Quando arrivo nell'area alveolare io ho già una certa quantità

di anidride carbonica presente, questa è lì per via degli spazi morti, infatti trachea e polmoni non

sono come l'esofago che è chiuso, ma sono sempre aperti. Questa quantità di anidride carbonica è

piuttosto importante e mi da una pressione parziale di 40,00 mmHg, questa anidride carbonica che

rimane intrappolata negli spazi alveolari, come accade per l'acqua, mi sposta tutte le altre

percentuali, che si abbassano proporzionalmente, quella che a noi interessa di più è quella

dell'ossigeno, che passa a 104,00 mmHg. L'anidride carbonica che è nell'aria atmosferica ha un

valore trascurabile mentre nell'aria polmonare ha un valore molto significativo. Fortunatamente

l'anidride carbonica diffonde benissimo, per cui anche se il Δ tra la pressione parziale di anidride

carbonica nell'alveolo e quella nel sangue è piccolo, riusciamo lo stesso a eliminarla. Noi di fatto

non scambiamo con i valori dell'aria atmosferica ma con i valori dell'aria alveolare.

Il nostro sangue dovrà equilibrarsi con questo valore di ossigeno e con questo valore di anidride

carbonica. Una volta che l'aria è arrivata negli alveoli l'aria dovrà essere espirata. E nell'aria

espirata sempre a 760mmHg troviamo l'acqua, che

non si è modificata, mentre l'anidride carbonica è la

metà, questo perché parte dell'anidride carbonica

rimane negli spazi morti delle vie aeree. L'ossigeno è

più alto di quello alveolare, perché mentre viene

espirata l'aria l'ossigeno scambia con l'aria esterna,

sempre presente nelle nostre vie aeree, per cui l'aria

che noi eliminiamo ha una maggior quantità di aria

relativa perché incontra dell'aria fresca nelle vie aeree

che sono sempre rimaste aperte. Per cui noi

eliminiamo un aria che ha una pressione parziale di

ossigeno pari a 120 mmHg.

L'azoto diventa rilevante per un subacqueo, se io aumento la pressione aumenta anche la diffusione

dei gas nel sangue. Se vado a -10 m e respiro per un'ora quando poi risalgo devo fare le tappe di

decompressione, nonostante sia un gas inerte, infatti l'azoto, se c'è una risalita rapida, forma delle

bollicine (succede esattamente quello che accade quando apro una lattina di una qualsiasi bevanda

gassata, solo che in questa caso le bollicine non sono di anidride carbonica ma di azoto) e queste

mi bloccano il flusso del sangue, il problema non è l'azoto in sé, ma diventa un problema di

emodinamica. La maggior parte dell'azoto mi va a bloccare i capillari polmonari, lì i danni sono

ridotti, ma la formazione di queste bollicine è casuale, e quelle che si formano negli arti inferiori o

nelle coronarie possono provocare dei danni importanti. Un subacqueo quindi se è costretto a una

rapida risalita lo metto nella camera iperbarica per non generare emboli.

L'unità funzionale dell'apparato respiratorio sono gli alveoli, e lì avvengono gli scambi gassosi.

Il sangue venoso arriva al polmone attraverso le arterie polmonari, questo

perché le arterie sono vasi di resistenza mentre le vene sono vasi di

capacitanza: infatti il sangue venoso entra nell'arteria polmonare dal

ventricolo destro, è quindi sottoposto alla pressione generata dalla

contrazione del cuore. Le vene polmonari portano il sangue ossigenato

all'atrio sinistro, che riceve il sangue e grazie alla contrazione del

ventricolo sinistro lo distribuisce a tutto il corpo.

L'importante è quella che viene definita la membrana alveolo-capillare, è la distanza che intercorre

tra il nostro sangue e l'aria che è presenta negli alveoli, questo spazio deve essere il minore

possibile, perché come enunciato dalla legge di Fick gli scambi sono in funzione del Δ di

concentrazione ,della resistenza della membrana e della dimensione della superficie. La superficie

dei nostri alveoli è 70 m? per polmone, avendo una superficie così grande è più facile avere gli

scambi. In condizioni di normalità non scambiamo con tutti gli alveoli, ma respiriamo solo con una

piccola parte, infatti io posso sopravvivere anche con un polmone solo, comunque la nostra

superficie complessiva a disposizione per gli scambi è di 140 m?.

L'albero respiratorio è importante perché lo possiamo dividere in due aree, quella dove avvengono

gli scambi e quella di conduzione, quando si parlava di spazi morti ci si riferiva proprio alla zona di

conduzione che ha una struttura anatomica tale da rimanere sempre aperta, e questi tubi sono

semplici tubi di condizione, gli scambi cominciano a livello dei bronchioli respiratori ma il la

stragrande maggioranza degli scambi avviene negli alveoli. I due polmoni destro e sinistro non sono

uguali, ma dal punto di vista funzionale sono identici. Dal punto di vista anatomico abbiamo: 1

trachea, 2 bronchi primari, 500.000 bronchioli respiratori, 8.000.000 di alveoli, che corrispondono a

una superficie di 70 m?, se io avessi un unico alveolo la superficie sarebbe incredibilmente ridotta.

Il problema dei nostri alveoli è che c'è una variazione di pressione, perché a seconda del livello nel

polmone del mio alveolo la pressione potrebbe essere diversa, e quindi se un alveolo avesse una

pressione diversa da un altro, l'uno tenderebbe a collassare nell'altro, secondo il principio della legge

di Laplace. Quindi io devo far in modo che tutti gli alveoli abbiano la stessa pressione al loro

interno, e questo è possibile grazie alla presenza del surfactante e a un meccanismo anatomico, per

cui tra un alveolo e l'altro ci sono dei piccoli pori, che equilibrano la pressione. Come detto sopra è

necessario che tra i vari alveoli ci sia la stessa pressione perché altrimenti, durante la fase di

distensione dei polmoni, gli alveoli andrebbero a collassare, se un alveolo piccolo collassasse in un

alveolo grande, si formerebbe un unico grande alveolo diminuendo la superficie di scambio. Se per

assurdo tutti gli alveoli collassassero in un unico grande alveo