Fisiologia renale e Fisiologia respiratoria

FISIOLOGIA RESPIRATORIA

Funzioni del sistema respiratorio:

1. permette lo scambio di sostanze gassose tra l’interno dell’organismo e l’atmosfera;

2. in lavoro integrato con il sistema urinario mantiene l’equilibrio acido-base;

3. protezione da patogeni e sostanze irritanti;

4. importante nella vocalizzazione.

Ventilazione/respirazione esterna

Si suddivide in diverse tappe:

chiamata “ventilazione” consiste nello scambio di gas tra l’atmosfera e l’interno dei

1. polmoni, ovvero gli alveoli polmonari;

scambio tra gli alveoli e il sangue a livello dei capillari perialveolari;

2.

3. trasporto dei gas respiratori dai capillari perialveolari fino a destinazioni periferiche;

4. scambio di gas a livello periferico tra sangue e cellule.

Generalmente distinguiamo il sistema respiratorio in due tratti: un tratto superiore (arriva

fino alla trachea e consiste della cavità nasale o cavità orale, faringe, laringe e trachea) e un

tratto inferiore(bronco destro e sinistro che si suddividono a calibro più piccolo, fino a qui

sono solo sistemi di conduzione).

Dal punto di vista macroscopico abbiamo polmone destro (3 lobi) e polmone sinistro(2

lobi) che presenta una concavità che è l’incisura cardiaca dove si trova posizionato il

cuore. Le due strutture fondamentali del sistema respiratorio sono la gabbia toracica e i

due polmoni che si trovano all’interno. Adesa alla gabbia toracica esiste una membrana

che prende il nome di pleura parietale, abbiamo un altra membrana che prende il nome

di pleura viscerale, ed è adesa ai polmoni. Lo spazio tra le due pleure prende il nome di

cavità pleurica. Lo spazio pleurico ha un volume di 3ml totali quindi viene considerato

spazio virtuale. I due foglietti pleurici servono perché determinano l’accoppiamento

meccanico tra gabbia toracica e polmoni. All’interno dello spazio pleurico è contenuto il

liquido pleurico che consente l’accoppiamento meccanico tra le pleure e

conseguentemente quello della gabbia toracica e polmoni, perché i polmoni non sono

dotati di muscolatura propria quindi per contrarsi ed espandersi hanno bisogno di altri

muscoli che sono muscoli inspiratori e muscoli espiratori. Muscoli inspiratori: diaframma,

divide il torace dalla cavità addominale; muscoli intercostali esterni, muscoli scaleni,

muscoli sternocleidomastoidei(?). Muscoli espiratori: entrano in azione solo durante

espirazione forzata sono i muscoli intercostali interni e i muscoli addominali.

Il sistema di conduzione permette all’aria di raggiungere gli alveoli, quindi è una struttura di

transito. Abbiamo un aumento del contenuto di vapore acqueo e l’aria viene riscaldata e

infine abbiamo anche un processo di filtrazione, quindi se entra materiale estraneo viene

filtrato dall’epitelio del sistema di conduzione. Questo epitelio è costituito da due tipi di

cellule: cellule ciliate e cellule caliciformi, producono muco che trattiene sostanze

estranee e le ciglia lo mandano verso l’esterno.

Al termine di questi processi di ramificazione abbiamo le strutture di scambio vere e

proprie che sono gli alveoli. Questi insieme ai bronchioli terminali partecipano allo scambio

dei gas. Le superfici degli alveoli sono sottilissimi (1micron) che permette facilmente la

diffusione di gas. Sezione degli alveoli: i capillari ricoprono quasi il 80% della superficie

degli alveoli. Nei capillari alveolari la resistenza che viene sottoposta al sangue è davvero

bassa; il flusso è dato dalla differenza di pressione diviso la resistenza. Se pensiamo al

cuore (due pompe che lavorano in parallelo ma anche in serie tra di loro) il flusso del cuore

destro deve essere uguale al flusso del cuore sinistro. Le pressioni sono completamente

diverse, nel piccolo circolo la pressione è bassissima mentre nel grande circolo è molto alta

quindi per avere lo stesso flusso devo agire sulla resistenza. Nel piccolo circolo ho una

bassa resistenza perché ho un numero molto alto di capillari, quindi ho un flusso laminare.

2

La superficie di scambio è di circa 75m . Il processo di diffusione dipende dalla

concentrazione, ma anche dalla distanza. La parete degli alveoli ha spessore molto basso,

costituito da cellule dell’epitelio di due tipi: pneumociti di tipo I e pneumociti di tipo II. Gli

pneumociti di tipo I sono le cellule attraverso le quali avviene lo scambio di gas, mentre

gli pneumociti di tipo II sono responsabili della secrezione di una sostanza chiamata

surfactante, tensioattivo che riduce la tensione superficiale.

I gas devono passare (l’ossigeno ne attraversa 5):

la membrana delle cellule pneumociti di tipo I e fuoriescono dall’altra parte;

• la membrana connettivale che è una lamina basale;

• l’endotelio del capillare dove raggiungono il plasma;

• l’ossigeno entra nei globuli rossi per legarsi all’emoglobina, quindi attraversa anche

• la membrana dei globuli rossi.

Lo spessore di tutte queste strutture è di circa 1micron.

Meccanica respiratoria

I gas come i fluidi che si muoveranno da una zona ad alta pressione verso una zona a

bassa pressione. Nel processo inspiratorio devo creare la condizione in cui la pressione

atmosferica sia sempre maggiore della pressione alveolare, viceversa nel processo

espiratorio la pressione all’interno dei polmoni deve essere sempre maggiore rispetto alla

pressione esterna. Tra i due processi di inspirazione ed espirazione c’è un momento nel

quale non ho flusso, ovvero la pressione atmosferica è uguale alla pressione alveolare. È un

flusso quindi anche il flusso d’aria attraverso il sistema di conduzione è dato dalla

differenza di pressione, quindi maggiore è la differenza e maggiore sarà il flusso d’aria a

meno di una resistenza che è un fattore variabile e dipende da:

lunghezza del condotto , che in questo caso è una lunghezza fissa che non cambia;

• calibro del condotto , che può variare nelle situazioni patologiche come le allergie,

• che tramite l’assunzione di antistaminici perché l’istamina fa vasocostringere i

bronchioli;

tipo di respirazione ;

• tipo di flusso (in condizioni normale abbiamo flusso laminare, nel caso di attività

• fisica diventa flusso turbolenta e aumenta quindi la resistenza).

Leggi dei gas

La pressione totale di una miscela di gas è data dalla somma delle pressioni parziali

• dei singoli gas. Le pressioni parziali differiscono anche in base alla percentuale di

umidità.

Legge di Boyle: PxV=costante (in sistema chiuso).

• I gas si muovono da un’area ad alta pressione verso una a bassa pressione.

•

Quali sono gli eventi che mi permettono di inspirare aria?

L’aria deve passare dall’atmosfera all’interno degli alveoli, inoltre la pressione alveolare

deve essere più bassa di quella atmosferica. Per controllare la pressione alveolare, il

sistema respiratorio agisce sul volume dei polmoni.

Processo inspiratorio:

I polmoni non posseggono muscolatura propria, quindi si agisce sui muscoli

1. respiratori (che non appartengono ai polmoni). I muscoli inspiratori si contraggono,

i muscoli che entrano in gioco sono diaframma e muscoli intercostali esterni, e in

caso di bisogno lo sternocleidomastoideo e lo scaleno.

Il diaframma, separa cavità toracica e addominale, quando si contrae determina

abbassamento del diaframma, questo determina un aumento del diametro cranio-

caudale del torace. Inspiriamo 500ml d’aria di cui 350 sono dovuti all’abbassamento

del diaframma, anche fino a 10cm nel caso di respiro forzato determinando una

variazione di volume di 2-3L. I muscoli intercostali esterni aumentano il diametro

antero-posteriore tramite innalzamento delle coste e lateralmente determinano un

aumento del diametro trasverso.

2. aumento della cavità toracica;

3. aumenta il volume dei polmoni

4. diminuisce la pressione(effetto legge di Boyle);

5. un flusso d’aria che entra nei polmoni fin tanto che la pressione interna uguaglierà

la pressione esterna.

Processo espiratorio:

in condizione di respiro tranquillo l’espirazione è un processo passivo tramite ritorno

elastico del sistema, nel caso di eliminare grandi quantità d’aria intervengono muscoli

intercostali interni e muscoli addominali.

4 volumi respiratori (tramite spirometro):

boccale in cui deve respirare il soggetto, collegato allo spirometro che consiste di due

cilindri concentrici (uno interno e uno esterno), tra i due cilindri viene posizionata

dell’acqua. Sopra i cilindri una campana viene messa in modo che possa scorrere

liberamente nello spazio dove c’è l’acqua tra i due cilindri. Se inspiro osservo che la

campana scende e il pennino sale, viceversa se espiro la campana sale e il pennino scende.

Ottengo il tracciato spirometrico.

Quali volumi posso misurare?

Volume di equilibrio del sistema toraco-polmonare (inspiro-espiro);

1. volume corrente: volume d’aria che entra nell’albero respiratorio nel corso di un

2. atto respiratorio in condizioni di riposo, solitamente è 500;

volume di riserva inspiratoria: quantità massima che, dopo un’inspirazione

3. normale, può essere ancora introdotta forzatamente nei polmoni;

volume di riserva espiratoria: quantità massima di aria che può essere espirata

4. con una espirazione forzata, dopo un’espirazione normale;

volume residuo: quantità di aria che rimane nell’albero respiratorio al termine di

5. una respirazione forzata. È l’unico che non può essere misurato direttamente con lo

spirometro.

Capacità inspiratoria (CI): volume corrente + volume di riserva inspiratorio;

• quantità massima di aria che può essere inspirata dopo un’espirazione forzata;

capacità funzionale residua (CFR): volume di riserva espiratorio + volume residuo;

• quantità d’aria che rimane dopo un’espirazione forzata;

capacità polmonare totale (CPT): capacità vitale + volume residuo; quantità

• massima di aria che può essere contenuta nei polmoni;

capacità vitale (CV): volume corrente + volume di riserva inspiratorio + volume di

• riserva espiratorio.

Come calcolo il volume residuo?

Per calcolare il volume residuo si utilizza il sistema di diluizione dei gas ed il gas che viene

utilizzato è l’elio, è un gas inerte che difficilmente passa attraverso i tessuti quindi se lo

respiro rimane all’interno del sistema respiratorio e non diffonde nei sangue.

Parto dalla condizione iniziale in cui ho l’elio a concentrazione nota, che si accumula tutto

all’interno dello spirometro e la comunicazione tra il soggetto e lo spirometro è chiusa. La