Sistema respiratorio

Capacità dei polmoni di incamerare il massimo volume di aria

La capacità dei polmoni di incamerare il massimo volume di aria può essere calcolata sommando i seguenti volumi:

• Volume corrente: 500mL
• Volume di riverso espiratorio: 1000mL
• Volume di riserva inspiratoria: 3500mL
• Volume residuo: 1200mL

Queste definizioni e valori sono estremamente importanti per gli pneumologi, in quanto permettono di valutare la presenza di eventuali patologie respiratorie in base alle variazioni di questi valori.

Respirazione alveolare

La respirazione alveolare rappresenta la quantità di aria scambiata con l'esterno ad ogni singolo atto respiratorio, moltiplicata per la frequenza dei respiri al minuto.

Quindi, la respirazione alveolare rappresenta la quantità di aria scambiata nell'unità di tempo, cioè in un minuto.

V (ventilazione)

alveolare al minuto) = V (volume corrente) x f (frequenzaEP trespiratoria/minuto)500mL (volume corrente) x 12 (frequenza respiratoria ammonta a 11-12 respirial minuto) = 6000mL di aria al minuto è il volume di aria che scambiamo con l'esterno al minuto. V = V x frequenzaEP trespiratoria/minuto500mL x 12 = 6000mL

Noi scambiamo aria con l'esterno, quindi durante l'inspirazione facciamo entrare 5000mL di aria e durante l'espirazione ne facciamo uscire sempre 5000mL. Questi 5000mL di aria, quindi il volume corrente, occupa tutto l'albero respiratorio ossia vanno ad occupare la zona di conduzione fino agli alveoli. La zona di conduzione ha la semplice funzione di condurre l'aria mentre la zona respiratoria ha la funzione di far avvenire gli scambi gassosi. Quindi, la ventilazione alveolare media totale è uguale a 6000mL; in realtà non tutti i 6000mL di aria arrivano agli alveoli perché una parte di questo volume di aria va ad occupare

Le zone di conduzione quindi solo una parte arriva fino agli alveoli a livello del quale avviene lo scambio gassoso. Non tutti i 6000mL di aria vengono impiegati per gli scambi gassosi ma solo quelli che arrivano agli alveoli. Il volume di aria che occupa le zone di conduzione, e che quindi non è implicata negli scambi gassosi, viene detta aria dello spazio morto così detto ad indicare che l'aria che occupa le vie di conduzione non è implicata negli scambi gassosi mentre la quantità di aria che arriva agli alveoli è aria che è implicata negli scambi gassosi ed è un'area quindi che cede ossigeno e acquista anidride carbonica. Quest'aria che raggiunge gli alveoli e che partecipa agli scambi è detta aria fresca.

Quanta aria fresca arriva agli alveoli e partecipa allo scambio gassoso? Quanto invece è l'aria che partecipa allo spazio morto e che non dà nessun contributo agli scambi gassosi?

La quantità

di gas nei polmoni? Gli scambi di gas nei polmoni avvengono grazie alla circolazione polmonare. Quando inspiriamo, l'aria arriva agli alveoli, dove avviene lo scambio di ossigeno e anidride carbonica con il sangue. L'ossigeno viene trasportato ai tessuti del corpo, mentre l'anidride carbonica viene eliminata attraverso l'espirazione. La circolazione polmonare permette quindi di ossigenare il sangue e di eliminare i prodotti di scarto del metabolismo.

gassosi fra il sangue e l'aria che è contenuta negli alveoli? Per capirlo dobbiamo riprendere il concetto di circolazione sistemica e di circolazione polmonare prestando attenzione alla quantità di gas che sono implicati nello scambio gassoso. Questo perché la circolazione del sangue a livello dei polmoni è legata alla circolazione sistemica e al cuore. Prendiamo in considerazione due leggi della fisica: legge di Dalton e legge di Harry

Legge di Dalton

Legge di Dalton dice che la pressione totale di una miscela gassosa (costituita da più gas) è uguale alla somma delle pressioni parziali dei singoli componenti della miscela. L'aria che inspiriamo ed espiriamo non è un gas puro ma è una miscela costituita da tanti gas, i maggiormente rappresentati sono ossigeno, anidride carbonica, l'elio ed altri gas. Quindi Dalton dice che la pressione totale dell'aria intesa come miscela di gas sarà data dalla pressione parziale

dell'ossigeno + la pressione parziale dell'anidride carbonica + la pressione parziale dell'elio + la pressione parziale dell'azoto, cioè di tutti i componenti.

Legge di Harry

La legge di Harry dice invece che la concentrazione di un gas è data dal prodotto di una costante k per la pressione parziale del un gas. Ad esempio la concentrazione dell'ossigeno è uguale a k che è una costante di proporzionalità per la pressione parziale dell'ossigeno. Quindi la concentrazione dei singoli gas me la posso calcolare moltiplicando la pressione parziale del gas in quella miscela per la costante di proporzionalità.

Il ventricolo sinistro pompa sangue arterioso nell'aorta. La concentrazione dell'ossigeno nel sangue arterioso è 1000 millilitri mentre la concentrazione dell'anidride carbonica nel sangue arterioso ammonta a 2500 millilitri al minuto. Questo sangue arterioso arriva a livello dei capillari sistemici

dove avviene la respirazione cellulare, per cui l'ossigeno viene ceduto alle cellule polo arterioso dei capillari e al polo venoso dei capillari il sangue raccoglie l'anidride carbonica. L'ossigeno che viene ceduto è 250 millilitri al minuto e l'anidride carbonica che viene raccolta dal sangue e che quindi diventa venoso ammonta a 200 millilitri al minuto. Per cui, il sangue venoso che grazie alle vene arriva a livello dell'atrio destro ha la seguente composizione: 1000 mL - 250 mL = 750 mL al minuto di ossigeno mentre 2500 mL + 200 mL = 2700 mL al minuto di anidride carbonica. Dall'atrio destro il sangue venoso, grazie alla forza di gravità, scende nel ventricolo destro e viene eiettato da quest'ultimo nell'arteria polmonare che porta il sangue ai capillari polmonari, cioè a quei capillari che abbracciano in maniera fitta gli alveoli. A livello dei capillari polmonari l'anidride carbonica viene ceduta all'aria che

quindi diventa ricca dianidride carbonica che poi espiriamo e dall'aria fresca contenuta negli alveoli, aria che abbiamo inspirato, l'ossigeno passa nel sangue. Quindi a livello dei capillari polmonari abbiamo che l'ossigeno passa dall'aria alveolare nel sangue e l'anidride carbonica dal sangue negli alveoli. La quantità di ossigeno che lascia l'area alveolare fresca inspirata e passa nel sangue è 250mL al minuto invece la quantità di anidride carbonica che lascia il sangue dai capillari polmonari ed entra nell'aria degli alveoli per essere espirata è uguale a 200mL al minuto. Per cui abbiamo questo scambio a livello dei capillari e il sangue da venoso diventa arterioso. Il sangue arterioso confluisce nella vena polmonare che lo porta all'atrio sinistro e da qui scende nel ventricolo sinistro dove tutto ricomincia. Prima osservazione: Le quantità di ossigeno e di anidride carbonica che vengono scambiate a livello dellaosservazione La respirazione cellulare avviene all'interno delle cellule e coinvolge il processo di produzione di energia attraverso l'ossidazione del glucosio. Durante questo processo, l'ossigeno viene utilizzato e l'anidride carbonica viene prodotta come sottoprodotto. Questi gas vengono poi scambiati tra le cellule e il sangue attraverso i capillari. Quarta osservazione L'equilibrio dei gas tra i capillari sistemici e quelli polmonari è fondamentale per il corretto funzionamento del sistema respiratorio. Durante la respirazione, l'ossigeno viene trasportato dai polmoni ai tessuti attraverso il sangue arterioso, mentre l'anidride carbonica viene trasportata dai tessuti ai polmoni attraverso il sangue venoso. Quinta osservazione È importante notare che il sangue arterioso non è completamente privo di anidride carbonica, così come il sangue venoso non è completamente privo di ossigeno. Ciò è dovuto al fatto che il processo di scambio gassoso non è perfetto e una piccola quantità di gas rimane sempre presente nel sangue. In conclusione, la respirazione cellulare e il processo di scambio gassoso a livello dei capillari polmonari sono strettamente correlati e fondamentali per il corretto funzionamento del sistema respiratorio.

osservazioneLa quantità di gas (ossigeno e anidride carbonica) che si viene a instaurare fra l'aria atmosferica e la quantità di ossigeno che viene scambiata con il sangue.

L'aria atmosferica è una miscela di gas ed essendo una miscela avrà una certa quantità di ossigeno, di anidride carbonica, di elio e di altri gas. La quantità di ossigeno al minuto contenuta nell'aria atmosferica ammonta a 882 millilitri al minuto. Di questi 250mL vengono movimentanti con il sangue. Così come anche la quantità di anidride carbonica che è contenuta nell'aria atmosferica è una quantità molto bassa infatti è pressocché zero. Nell'aria che inspiriamo emettiamo 250mL al minuto di anidride carbonica e la restante parte di ossigeno che non abbiamo utilizzato ovvero 232mL. Queste sono le quantità riferite al minuto, quindi i flussi di ossigeno e anidride carbonica nella circolazione. Driving

to più alta rispetto all'area alveolare, dove la pressione parziale di ossigeno è di circa 100 millimetri di mercurio. Questa differenza di pressione parziale spinge l'ossigeno a diffondersi attraverso la membrana respiratoria e ad entrare nel sangue. D'altra parte, la pressione parziale di anidride carbonica nell'area alveolare è di circa 40 millimetri di mercurio, mentre nel sangue arterioso è di circa 45 millimetri di mercurio. Questa differenza di pressione parziale spinge l'anidride carbonica a diffondersi attraverso la membrana respiratoria e ad entrare nell'area alveolare, dove viene poi espirata. Quindi, le pressioni parziali dei gas negli ambienti respiratori sono le driving force che spingono l'ossigeno a entrare nel sangue e l'anidride carbonica a lasciare il sangue.