Fisiologia e biofisica - respirazione

Decima lezione: "Respirazione"

Prima di iniziare a parlare di respirazione nel senso specifico, dobbiamo per forza ricordare che cosa noi respiriamo: aria, cioè utilizziamo una miscela di gas. Capiamo anche l'importanza delle leggi dei gas applicate al nostro sistema. Prima di tutto dobbiamo dire che c'è una pressione atmosferica, cioè l'aria pesa ed è chiaro che questo peso è maggiore sulla superficie che non su una montagna, perché c'è meno aria. Quindi man mano che saliamo la pressione che esercita l'aria tende a diminuire; questo perché qui in superficie le molecole dell'aria sostanzialmente sono più vicine tra di loro e si urtano di più; infatti si dice che in montagna l'aria è rarefatta, cioè le molecole sono più lontane tra di loro e la possibilità che si urtano è minore. Le scorse lezioni dicemmo anche come è fatta

l'aria: l'80% circa di azoto, il 20% circa di ossigeno e l'anidride carbonica è quasi assente salvo inquinamenti e altre cose. Quindi non è fatta di ossigeno, ma, praticamente, è tutta azoto, l'ossigeno è poco; anzi di per se l'ossigeno è un gas che non favorisce la respirazione, ma inibisce la respirazione: se ce ne è troppo io iperventilo di meno, respiro di meno, e non c'è il tempo per la regolazione della pressione. Questo gas è importante per la respirazione mitocondriale, ma il problema è: come ci arriva l'ossigeno al livello dei mitocondri? Deve arrivare da fuori attraverso un sistema respiratorio e poi attraverso il sangue con un percorso lungo e abbastanza complesso. Noi abbiamo dei gas e rispondiamo alle leggi fisiche di base, ma nel sangue non c'è l'aria; la maggior parte dei gas li troviamo legati a qualche cosa. I gas per arrivare nella cellula devonoentrare nel sangue, devono essere trasportati e poi arrivano nella cellula. Ma nel sangue possono esistere i gas come tali? Noi non possiamo iniettare aria in un paziente, si verrebbero a creare gli emboli che bloccano il sistema circolatorio. Quindi nel sangue i gas non devono esistere come tali. Partiamo dalle leggi della fisica di base: Boyle-Mariotte, Gay-Lussac, Henry, Dalton… Se nell'apparato respiratorio entra dell'aria, essa risponde a queste leggi: cioè il volume del polmone e la pressione rispondono sempre a queste leggi. Partiamo dalla legge di Henry: ad una data temperatura, un gas si scioglie in un liquido in modo direttamente proporzionale alla pressione che viene esercitata, e la domanda è: come si scioglie un gas in un liquido? Se la sera lasciamo in un bicchiere dell'acqua, la mattina troviamo delle bollicine sulle pareti, che non sono altro che aria la quale dall'esterno è entrata nel liquido in base alla pressione.

atmosferica (infatti in montagna si faranno meno bollicine, a causa della minor pressione dell'aria). La legge di Henry dipende anche dal coefficiente di solubilità dei gas, cioè per l'ossigeno, l'azoto, l'anidride carbonica alla stessa pressione si scioglie la stessa quantità di gas o no? Quale gas si scioglie più facilmente nei liquidi? Noi sappiamo che l'anidride carbonica si scioglie molto più facilmente dell'ossigeno. Poi c'è la legge di Dalton, la pressione totale esercitata da una miscela di gas è uguale alla somma delle pressioni che sarebbero esercitate dai gas se fossero presenti da soli in eguale volume; cioè l'aria è una miscela di gas e il totale della pressione dell'aria a livello del mare è 706 mm/hg (1 atm); ma quanto di questa pressione totale è dovuta all'azoto, quanto all'ossigeno? Se l'ossigeno è il 20% basta fare il

20% del totale e so la quantità di questo gas. Questo vale anche per gli altri gas. Se la pressione atmosferica cambia (ad esempio 700mm/hg) bisogna rifare i calcoli e le pressioni parziali cambieranno.

L'aria deve entrare nel nostro sistema respiratorio, che fisiologicamente ha dei problemi: è un sistema aperto essendo comunicante con l'esterno ed è diverso dal sistema circolatorio, che è un sistema chiuso con un senso. Esso utilizza la stessa strada per far entrare ed uscire l'aria, quindi ci vuole un regolatore: bisogna prima attivare l'inspirazione, per poi bloccarla, e poi attivare l'espirazione. Prima di tutto gli scambi gassosi avvengono a livello alveolare perché là la parete è più sottile; affinché l'aria entri nel sistema, si deve creare una differenza di pressione nell'apparato toraco-polmonare, cioè una diminuzione di pressione con un aumento di volume. Ciò

avviene grazie ai muscoli respiratori. Ma come fa il polmone a seguire i movimenti della gabbia toracica? Il polmone è di natura elastica, e se il torace si espande anche il polmone si espande grazie alle pleure. Innanzitutto il circolo respiratorio è fatto di due fasi: una inspiratoria e una espiratoria. A riposo noi facciamo circa 15/18 atti respiratori al minuto, ognuno dei quali dura 2/3 secondi. I muscoli inspiratori, che possono far aumentare il volume del torace sono gli intercostali interni (che, contraendosi, avvicinano le coste), i pettorali (che, contraendosi, portano avanti le coste), il deltoide, gli scaleni… Gli intercostali sono muscoli piccoli e non hanno la possibilità di per sé di sviluppare una grossa potenza, però questo è vero solo se considerati singolarmente, bisogna infatti vederli nel complesso. L'inspirazione aumenta tutti e tre gli assi del torace (in altezza, in avanti e in dietro, in modo trasversale). Unaltromuscolo inspiratorio è lo sternocleidomastoideo, che aiuta nel sollevamento dello sterno ed agisce soprattutto nelle grosse inspirazioni. Anche il diaframma interviene in questo processo; esso è formato da due semicupole, aderisce all'interno della gabbia toracica ed ha un tendine situato centralmente che si attacca in alto al mediastino. Il diaframma entra in funzione anche nella espirazione: nella contrazione (inspirazione) si "abbassa", cioè si appiattisce e le semicupole tendono a scomparire; però se è attaccato in alto, come fa a scendere giù? Dovrebbe