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Sistema respiratorio

La ventilazione polmonare: Anatomia funzionale del sistema respiratorio; caratteristiche e funzioni delle vie aeree superiori e del tessuto alveolare. Meccanica della ventilazione polmonare. Variazioni di pressione intrapolmonare e intrapleurica durante il ciclo respiratorio. Ventilazione e perfusione alveolare.

Scambi gassosi nei polmoni e nei tessuti: Struttura della membrana alveolare.... Vedi di più

Esame di Fisiologia docente Prof. P. Fattori

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polmonare → cambio pressione → flusso d'aria.

La respirazione è un processo attivo (cioè c'è spesa di energia), anche quando respiriamo

tranquillamente (respirazione a riposo).

Nella respirazione forzata si contraggono anche altri muscoli.

Muscoli coinvolti nella respirazione:

Muscoli inspiratori

• muscoli intercostali esterni

◦ diaframma

◦ muscoli scaleno

◦ muscoli sternocleidomastoidei

Muscoli espiratori → si contraggono solo con l'espirazione forzata

• muscoli intercostali interni

◦ addominali

VARIAZIONI DI PRESSIONE DURANTE IL CICLO RESPIRATORIO

Il ciclo respiratorio è composto da:

inspirazione → entrata di aria nei polmoni

• espirazione → uscita di aria dai polmoni

INSPIRAZIONE: P < P

alv atm

L'inspirazione è dovuta al fatto che la P alveolare diventa inferiore di quella atmosferica; per fare

questo si deve aumentare il volume del polmone.

Il diaframma a riposo ha una forma a cupola; quando si contrae si “schiaccia” e il volume del

polmone aumenta (perchè il polmone segue i movimenti del diaframma).

I muscoli intercostali esterni si contraggono: le coste si spostano in avanti e lateralmente quindi il

volume del polmone aumenta (perchè il polmone è attaccato alle coste)

L'inspirazione è sempre un processo attivo.

L'inspirazione va da A1 ad A3 ma da A2 ad A3 la P alveolare inizia a crescere invece che continuare

a calare. Questo succede perchè la legge di Boyle vale solo per compartimenti chiusi; il polmone è

un compartimento aperto (perchè collegato con le vie aeree) quindi man mano che il polmone si

espande inizia ad entrare sempre più aria con un conseguente aumento di pressione. Nel punto A3 si

ha la fine dell'inspirazione: l'aria smette di entrare perchè non c'è più un gradiente di pressione.

ESPIRAZIONE: P > P

alv atm

L'inspirazione è dovuta al fatto che la P alveolare diventa maggiore di quella atmosferica; per fare

questo si deve diminuire il volume del polmone.

Nell'espirazione tranquilla non si contraggono muscoli; è un processo passivo: i muscoli inspiratori

si rilassano e quelli espiratori non si contraggono.

La diminuzione del volume polmonare è data dal ritorno elastico cioè le fibre elastiche che erano

super tirate durante l'inspirazione quando si rilassano si riaccorciano.

Nell'espirazione forzata si contraggono i muscoli espiratori, i quali amplificano ancora di più la

diminuzione del volume polmonare.

L'espirazione va da A3 ad A5 ma da A4 ad A5 la P alveolare inizia a diminuire invece che

continuare a crescere. Questo succede perchè la legge di Boyle vale solo per compartimenti chiusi;

il polmone è un compartimento aperto (perchè collegato con le vie aeree) quindi man mano che il

polmone si riduce inizia ad uscire sempre più aria con una conseguente diminuzione di pressione.

Nel punto A5 si ha la fine dell'espirazione: l'aria smette di uscire perchè non c'è più un gradiente di

pressione.

La pressione intrapleurica è sempre negativa, anche a riposo, e fa si che le pleure tengano attaccati i

polmoni alla gabbia toracica.

Sui due foglietti pleurici agiscono due forze:

sul foglietto interno → agisce il ritorno elastico del polmone→ lo tira verso l'interno

• sul foglietto esterno → agisce la forza di distensione della gabbia toracica → verso l'esterno

La pressione è quindi negativa a causa di queste due forze, che tirando in direzioni opposte creano

un sottovuoto (P<0) (questo perchè la pleura è un compartimento chiuso con pochissimo liquido)

In caso di rottura della pleura l'aria entra subito nel sacco pleurico grazie al suo gradiente

favorevole; questo causa il distacco del polmone dalla gabbia toracica e il ritorno elastico fa

collassare il polmone.

INSPIRAZIONE

Durante l'inspirazione la gabbia toracica si espande e aumenta la forza di distensione che tira verso

l'esterno il foglietto esterno.

La forza elastica che agisce sul foglietto interno aumenta perchè le fibre elastiche sono molto tirate

(più le fibre sono tirate e maggiore sarà il ritorno elastico)

L'aumento di queste forza causa un aumento del sottovuoto quindi la P diventa più negativa.

ESPIRAZIONE

Durante l'espirazione l'elastico polmonare diventa sempre meno teso e la gabbia toracica lo segue.

Le due forze diventano meno intense quindi la P diventa sempre meno negativa.

Il volume di aria aumenta fino a un massimo alla fine dell'inspirazione e poi cala. Questo volume

massimo è detto Volume corrente (Vc) ed è circa 500 mL, anche se è estremamente variabile da

persona a persona.

1. respirazione tranquilla → ΔV = V corrente = 500 mL

2. espirazione forzata → volume espirabile forzatamente dopo un'inspirazione tranquilla =

volume di riserva espiratoria = 1100 mL

3. inspirazione forzata → volume inspirabile in più dopo un' inspirazione tranquilla = volume

di riserva inspiratoria = 3 L

4. volume che resta nei polmoni alla fine di una espirazione forzata (nei polmoni rimane

sempre un po' d'aria, non si vuotano mai; si svuotano solo quando il polmone collassa) =

volume residuo = 1200 mL (non è misurabile, si fa una stima)

Le capacità polmonari sono la somma di più volumi:

capacità vitale = V corrente + V di riserva inspiratoria + V di riserva espiratoria

• capacità inspiratoria = V corrente + V di riserva inspiratoria

• capacità funzionale residua = V residuo + V di riserva espiratoria

Il volume residuo è molto importante perchè il fatto che ci sia sempre aria nei polmoni consente gli

scambi gassosi in ogni momento.

Per valutare l'efficienza della ventilazione polmonare si usa il Volume minuto (detto anche

ventilazione polmonare totale).

Volume minuto = frequenza respiratoria (12 atti/min) * Vc (500 mL) = 6 L/min

In realtà questo parametro va corretto perchè quando si inspira aria non tutta va nei polmoni, ma

una parte resta nelle vie aeree (dove non avvengono scambi)

Quindi come parametro per valutare l'efficienza della ventilazione polmonare è più corretto usare la

ventilazione alveolare.

Ventilazione alveolare = frequenza respiratoria (12 atti/min) * (Vc – V spazio vuoto) = 4,2 L/min

VENTILAZIONE E PERFUSIONE ALVEOLARE

La ventilazione serve per far arrivare aria ricca di O2 ed eliminare aria ricca di CO2.

Il sangue, passando nei polmoni, cambia composizione gassosa:

Sangue che arriva agli alveoli → ricco di CO2 e povero di O2

• Sangue che lascia gli alveoli → ricco di O2 e povero di CO2

Per massimizzare lo scambio gassoso la perfusione alveolare (= apporto di sangue agli alveoli) è

accoppiata con la ventilazione.

Se, per esempio, ho una situazione in cui sono presenti alveoli poco ventilati, essi conterranno molta

CO2 e poco O2 con il risultato che il sangue che ci passa non si arricchirà molto di O2 e non cederà

molta CO2. Per ovviare a questo problema esistono meccanismi naturali che consentono la

riduzione del diametro dei vasi sanguigni di alveoli poco ventilati (vasocostrizione); in questo modo

il sangue prenderà la strada dei vasi più grandi, i quali sono a contatto con alveoli più ventilati.

SURFACTANTE

Negli alveoli sono presenti cellule che producono surfactante; esso è un tensioattivo e svolge varie

funzioni:

Riduce la tensione superficiale

• Sulla superficie degli alveoli è presente un sottile strato di liquido (è una soluzione acquosa),

il quale ha una sua tensione superficiale. La tensione superficiale è una forza diretta verso

l'interno dell'alveolo e che quindi tende a farlo collassare. Durante l'inspirazione i muscoli

inspiratori devono lavorare molto per opporsi a questa forza; il surfactante riduce la tensione

superficiale, riducendo quindi il lavoro respiratorio

• Il surfactante è più concentrato negli alveoli più piccoli; in questo modo fa si che negli

alveoli più piccoli ci sia una minore tensione superficiale in modo che tutti gli alveoli

abbiano la stessa pressione. SCAMBI GASSOSI

Gli scambi gassosi riguardano O2 e CO2 a avvengono a due livelli:

tra area alveolare e il sangue nei polmoni

• tra sangue e tessuti

Il consumo di O2 è di 250 mL/min e la produzione di CO2 è di 200 mL/min.

O2 e CO2 sono dei fluidi quindi necessitano di un gradiente di pressione per muoversi. Lo scambio

avviene per diffusione semplice.

Da questo momento in poi parleremo di pressione parziale di un gas cioè la frazione della pressione

totale della miscela tenendo conto della % di presenza di quel gas in miscela

COMPOSIZIONE DELL'ARIA ATMOSFERICA E DELL'ARIA ALVEOLARE

La componente principale dell'aria atmosferica è l'azoto che però non viene scambiato. La % di

acqua è molto variabile perchè dipende dall'umidità.

L'aria umidificata è l'aria che entra nelle vie aeree. Esse infatti scaldano e umidificano l'aria per non

danneggiare gli alveoli.

L'aria alveolare ha una composizione diversa dall'aria atmosferica perchè

in ogni ciclo respiratorio l'aria alveolare è sostituita sola parzialmente da quella atmosferica

• l'aria alveolare scambia continuamente gastroenterico

• attraversando le vie aeree l'aria atmosferica viene umidificata

L'aria alveolare si rinnova lentamente per evitare che il sangue che attraversai polmoni sia

sottoposto a brusche variazione di gas.

NB: da ricordare i valori di % di composizione dell'aria atmosferica e il valori di PO2 e PCO2

nell'aria alveolare

GRADIENTI DI PRESSIONE DI O2 E CO2 NEI POLMONI E NEI TESSUTI

Sangue che arriva Gradiente di

Alveoli

ai polmoni pressione

PO2 40 mmHg 100 mmHg 60 mmHg

PCO2 46 mmHg 40 mmHg 6 mmHg

I fluidi si muovono da pressioni maggiori a pressioni minori quindi l'O2 si sposterà dagli alveoli

verso il sangue e la CO2 si sposterà dal sangue verso gli alveoli.

Sangue in uscita Gradiente di

Tessuti

dai polmoni pressione

PO2 100 mmHg <40 mmHg <60 mmHg

PCO2 40 mmHg >46 mmHg >6 mmHg

Il sangue in uscita dai polmoni si mette in equilibrio con l'aria alveolare quindi assumerà i suoi

valori. Le P dei tessuti non possono essere stabilite con certezza ma si possono solo stimare poiché

dipendono dallo stato metabolico del tessuto in quel momento.

Grazie al gradiente di pressione O2 si sposterà dal sangue verso i tessuti e la CO2 si sposterà dai

tessuti verso il sangue che poi andrà ai polmoni.

In realtà la pressioni parziali di O2 e CO2 negli alveoli non sono costanti


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8 mesi fa


DESCRIZIONE APPUNTO

La ventilazione polmonare: Anatomia funzionale del sistema respiratorio; caratteristiche e funzioni delle vie aeree superiori e del tessuto alveolare. Meccanica della ventilazione polmonare. Variazioni di pressione intrapolmonare e intrapleurica durante il ciclo respiratorio. Ventilazione e perfusione alveolare.

Scambi gassosi nei polmoni e nei tessuti: Struttura della membrana alveolare. Composizione dell'aria atmosferica e dell'aria alveolare. Gradienti di pressione dell'ossigeno e dell'anidride carbonica nei polmoni e nei tessuti. Fattori che influenzano lo scambio gassoso nei polmoni e nei tessuti.

Trasporto dell'ossigeno e dell'anidride carbonica: Trasporto dell'ossigeno e dell'anidride carbonica nel sangue. Curva di dissociazione dell'ossiemoglobina e suo significato funzionale.

Meccanismi di controllo dell'attività respiratoria: Genesi del ritmo respiratorio. Strutture tronco-encefaliche coinvolte nel controllo della respirazione. Modulazione nervosa del ritmo respiratorio: centri sovrapontini e segnali afferenti. Modulazione chimica del ritmo respiratorio: chemocettori centrali e periferici, controllo della respirazione ad opera dell'anidride carbonica, del pH e dell'ossigeno


DETTAGLI
Esame: Fisiologia
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in chimica e tecnologia farmaceutiche (ordinamento U.E. - a ciclo unico) (magistrale europea)
SSD:
Università: Bologna - Unibo
A.A.: 2017-2018

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher _Cice_ di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Fisiologia e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Bologna - Unibo o del prof Fattori Patrizia.

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