Fisiologia Sistema Respiratorio

Sistema respiratorio

Intendiamo un sistema che deve essere adatto per rendere possibili trasferimenti dei gas respiratori. Questi passaggi avvengono con la diffusione dei gas a livello dei polmoni dove negli alveoli polmonari e i capillari polmonari si rende possibile il passaggio di ossigeno dal sistema respiratorio in direzione di quello circolatorio.

La respirazione

La respirazione si distingue in:

• Respirazione interna: comprende i processi metabolici che avvengono a livello delle cellule, che consumano l’ossigeno nel processo di sintesi di ATP e producono CO₂ che si accumula nei tessuti e viene ritrasportato a livello polmonare.
• Respirazione esterna: la nostra. Avviene scambiando l’aria respirata con l’ambiente esterno.

La respirazione esterna comprende diversi scambi:

1. Tra l’atmosfera e il polmone: si parla di ventilazione = l’aria atmosferica è introdotta a livello alveolare nei polmoni dove avviene il secondo scambio.
2. Tra polmone e sangue.
3. Lo scambio dei gas respiratori: trasporto dei gas nel sangue.
4. A livello periferico: scambio del gas e ossigeno tra sangue e cellule.

I primi due sono svolti dall’apparato respiratorio; gli ultimi due dal sistema circolatorio.

Anatomia del sistema respiratorio

Dal punto di vista anatomico, è composto da una serie di vie aeree che fanno sì che l’aria venga accumulata dall’esterno. Le vie aeree si dividono in:

• Vie aeree superiori: formate dalle cavità nasali, cavità orale, faringe, epiglottide, laringe.
• Tratto respiratorio: glottide, esofago, trachea, bronchi, bronchioli, bronchioli terminali, alveoli.

La parete toracica è una cavità chiusa verso l’esterno ed è costituita funzionalmente dalla gabbia toracica, dal diaframma a essa solidale e dal contenuto della cavità addominale.

Funzionalità del sistema respiratorio

Nei tratti del sistema respiratorio abbiamo diverse caratteristiche morfofunzionali. Dal punto di vista funzionale si divide in:

• Zona di conduzione: dalla laringe ai bronchioli terminali.
• Zona respiratoria: bronchioli respiratori e alveoli.

La zona di conduzione è una zona di passaggio dell’aria che viene respirata; mentre quella respiratoria è una zona in cui avvengono gli scambi respiratori, è solo essa che partecipa di fatto alla respirazione.

Nella zona di conduzione abbiamo una diminuzione del diametro man mano che si discende il tratto respiratorio; abbiamo anche una differenza strutturale: esiste un gradiente morfologico secondo cui partendo dalla laringe ai bronchioli abbiamo una diminuzione delle cellule ciliate e a calice. Solo a livello della zona respiratoria abbiamo una scomparsa delle cellule ciliate.

Esse con il loro battito riescono a far scorrere il muco in direzione della glottide, in maniera che il materiale estraneo possa scorrere in direzione del sistema digerente.

C’è anche una composizione esterna dei diversi tratti diversa: nella trachea è a forma di C; man mano che si scende abbiamo una diminuzione della consistenza della cartilagine, fino ad avere processi cartilaginei a forma di placche che danno consistenza all’apparato respiratorio.

Importante a livello dei bronchioli è la muscolatura liscia, che fa sì che possa variare il raggio e quindi l’apertura dei bronchioli stessi. Qui abbiamo una resistenza respiratoria che è paragonabile alla resistenza circolatoria delle arteriole, proprio per la presenza della muscolatura liscia.

Percorso dell'aria inspirata

Funzioni:

• La zona di conduzione serve oltre che a far passare l’aria, a purificarla e eliminare tutto il materiale presente nell’aria; riscalda e umidifica l’aria: la miscela gassosa che viene respirata è per lo più secca. Questo processo è legato alla termoregolazione: nel processo di estirazione si può disperdere il calore e abbiamo anche una perdita del vapore acqueo con cui l’aria è stata umidificata.

C’è un intimo contatto tra gli alveoli e il letto capillare polmonare. La ramificazione del tratto respiratorio è così elevata da rendere estesa la superficie degli alveoli. Sono avvolti da un letto capillare, cosicché ci possa essere uno scambio. Il letto capillare deve essere così esteso da riuscire a ricoprire tutta la superficie alveolare.

Abbiamo un intimo contatto tra l’alveolo e il capillare: lo spazio tra i pneumociti e le cellule endoteliali è piccolo, per facilitare il passaggio = diffusione dei gas respiratori.

Meccanica respiratoria

Parete toracica e sacco pleurico

I polmoni sono divisi in lobi: in quello destro ci sono 3 lobi, in quello sinistro 2 lobi. Per questo c’è una differenza della divisione dei bronchi primari: 3 tronchi in quello di destra e 2 in quello di sinistra.

I polmoni sono avvolti da foglietti pleurici, tra cui c’è uno spazio pleurico ridotto. Esso è uno spazio virtuale, in quanto è bagnato da un velo di liquido che mantiene adesi i 2 foglietti. La presenza dei foglietti con il liquido è fondamentale per la meccanica respiratoria, in quanto la presenza di quel liquido fa sì che ci sia una forza che tiene i 2 foglietti adesi creando una tensione. Questo vuol dire che quando si espande la gabbia toracica anche il polmone si espande: il sistema di foglietti rende il polmone e la gabbia toracica come un’unica unità: non si parla più di polmone ma di sistema corpo-polmonare.

La respirazione è un susseguirsi di atti espiratori e inspiratori, affinché il sistema corpo-polmonare si debba espandere; i polmoni sono legati al torace perché solo qui abbiamo tessuto muscolare (non c’è tessuto muscolare nei polmoni).

Durante l’inspirazione c’è una espansione del torace affinché si espanda il polmone. Questo è possibile per l’intervento di muscoli inspiratori: i muscoli intercostali esterni e il muscolo del diaframma. Gli intercostali esterni permettono una espansione del torace lateralmente, mentre il diaframma permette una espansione del torace verticalmente. Il diaframma è un muscolo a forma di cupola che quando si contrae cambia la sua forma e abbiamo un appiattimento della cupola. La contrazione del centro frenico fa sì che inferiormente il torace si abbassi.

Per quello che riguarda gli intercostali esterni, durante l’inspirazione la loro contrazione fa innalzare lo sterno perché genera un momento di leva sulle coste in maniera che lo sterno possa essere facilmente innalzato. Questo movimento fa sì che lo sterno si innalzi, e abbiamo un'espansione principalmente laterale anteriore.

La respirazione a riposo (= ventilazione tranquilla) è passiva = non necessita dell’intervento di muscoli per avvenire: basta il rilassamento del diaframma e dei muscoli intercostali esterni. Nella espirazione attiva o forzata intervengono i muscoli intercostali interni. Quindi durante un ciclo respiratorio abbiamo l’attività di gruppi muscolari inspiratori ed espiratori che è diversa. Questo lo si vede vedendo l’attività elettrica dei nervi che innervano i muscoli. La respirazione è fortemente sotto il controllo del SN. Durante la respirazione attiva l’espirazione diventa un processo passivo.

Legge di Boyle

P₁V₁ = P₂V₂

Il sistema corpo-polmonare si deve espandere affinché entri l’aria nei polmoni. Esiste una proporzionalità inversa tra pressione e volume: se aumenta uno deve diminuire l’altro. Se aumenta il volume, aumenta il flusso di aria nel palloncino perché aumenta la pressione che spinge l’aria all’interno.

Affinché ci sia un flusso di aria deve esistere un gradiente di pressione, che in questo caso è la differenza tra pressione atmosferica (che è costante) e pressione alveolare. Si considera anche la pressione transpolmonare= quella che permette l’espansione del sistema toraco-polmonare, data dalla differenza tra la pressione alveolare e quella intrapleurica.

La pressione intrapleurica è una pressione negativa: è inferiore rispetto a quella atmosferica (in fisiologia lo 0 è riferito alla pressione atmosferica). Perché è negativa? Per via della forza di ritrazione da un lato del polmone e del torace. Polmone a riposo. Questa situazione di equilibrio = riposo, è chiamata capacità funzionale residua.

In questa situazione non è ancora iniziata la fase di inspirazione ed è finita l’espirazione. Il flusso di aria in entrambe le direzioni è uguale a 0: equilibrio tra ambiente alveolare e quello atmosferico. Quindi la pressione alveolare in una situazione di riposo è uguale a 0 mmHg.

In questa situazione il polmone tende a collassare per la forza di ritrazione del polmone: esso però non riesce a collassare perché il foglietto viscerale è adeso alla parete toracica: la parete toracica ha una forza in espansione. La forza che fa collassare il polmone è dovuta alla pressione intrapleurica.

In situazioni di equilibrio il torace risulta espanso di una quantità inferiore se non esistesse la forza intrapleurica positiva. I 2 foglietti sono continuamente sottoposti a una forza che tende ad allontanarli, ma la presenza del liquido lo impedisce. Questa forza è contrastata dalla pressione intrapleurica, che allo stesso tempo genera la forza stessa.

Durante lo sviluppo il torace non segue lo stesso sviluppo del polmone: il torace si accresce maggiormente.

Pneumotorace

Affinché venga mantenuta la pressione negativa intrapleurica deve essere mantenuta l’integrità dei foglietti pleurici. Se vengono rotti entra nello spazio intrapleurico area atmosferica (che ha la pressione dell’area atmosferica) e si annulla la forza negativa dello spazio intrapleurico. Così il torace leggermente si espande, e il polmone collassa, perché non esiste più quella forza che si opponeva all’espansione del torace e alla ritrazione del polmone. Questa situazione è chiamata pneumotorace. Il polmone collassa ma la pressione alveolare rimane uguale a 0.

Durante la fase di inspirazione aumentano le afferenze nervose al muscolo: aumenta la contrazione dei muscoli e il torace si espande. Con l’inizio dell’espansione del torace aumenta la pressione sul liquido intrapleurico, e il torace inizia a spingere sul foglietto parietale. Così diminuisce la pressione intrapleurica, che non è costante ma varia al variare del ciclo respiratorio. Con la diminuzione della pressione intrapleurica aumenta quella transpolmonare, e così aumenta il volume polmonare.

Aumenta il volume polmonare e diminuisce la pressione alveolare. Se aumenta il gradiente pressorio si instaura un flusso di aria. Quando c’è il flusso di aria si instaura un feedback negativo = una compensazione sul flusso alveolare.

Durante l’inspirazione e l’espirazione abbiamo variazioni della pressione alveolare con un andamento bifase: la pressione alveolare diventa negativa nell’inspirazione, mentre è positiva nella espirazione.

Inspirazione

È negativa nell’inspirazione per la legge di Boyle: il fatto che si espanda il sistema toraco-polmonare fa sì che aumenti il volume degli alveoli. Se aumentiamo il volume e le molecole rimangono costanti, diminuisce la pressione. Man mano che si espande l’alveolo diminuisce la pressione alveolare. La pressione diventa negativa fino a raggiungere -1, ma può diventare ancora più negativa. Quando diventa negativa inizia...