Respirazione 1

Fisiologia dell’apparato
respiratorio
Perché un apparato respiratorio interno?
Il metabolismo aerobio delle cellule animali dipende dal costante
rifornimento di O2 e nutrienti dall’ambiente, accompagnato dalla
rimozione di CO2 e prodotti di scarto. Negli organismi acquatici
semplici queste necessità vengono soddisfatte per semplice
diffusione. Per ovvi motivi questa soluzione non sarebbe efficiente
negli organismi superiori.
Questi organismi si trovano a dover risolvere due problemi fondamentali:
1 - necessità di grandi quantità di O2
2 - evitare la disidratazione (in seguito all’esposizione all’aria)
La soluzione adottata è stata quella di un sistema respiratorio
internalizzato (polmoni) che associa un’ampissima superficie di scambio
con la protezione dall’ambiente esterno.
Questa soluzione ha però generato un altro problema:
Come attuare lo scambio di aria tra atmosfera e superficie di scambio
polmonare?
Soluzione: adozione di una struttura muscoloscheletrica che funziona da
pompa in grado di portare aria all’interno dei polmoni (superificie di
scambio.
Funzioni dell’apparato
respiratorio




Scambio gas tra atmosfera e
sangue
Regolazione omeostatica del pH
corporeo
Protezione da patogeni e sostanze
irritanti
Vocalizzazione
Compensazioni omeostatiche per perdita di acqua e calore
Respirazione
esterna ed
interna
Schema della respirazione esterna e cellulare.
aria
La respirazione esterna si
divide in quattro fasi
principali:
1 - ventilazione
a - inspirazione
b - espirazione
2 - scambio gassoso
polmonare (tra polmoni e
sangue)
3 - trasporto gassoso
sanguigno
4 - scambio gassoso
cellulare (tra sangue e
tessuti)
Muscoli usati per
la ventilazione
(pompa)
Fase inspiratoria:
a
b
c
d
-
diaframma
intercostali esterni
sternocleidomastoideo
scaleni
Fase espiratoria:
a - intercostali interni
b - addominali
La fase inspiratoria è
sempre attiva mentre la
fase espiratoria può anche
essere passiva (es.: a
riposo)
Il sistema
respiratorio
È costituito da:
1 - vie aeree superiori
a
b
c
d
– cavità orale
- cavità nasale
- faringe
- laringe
2 - vie aeree inferiori
a - trachea
b - bronchi
c - polmoni
I bronchi vanno incontro
a circa 25 divisioni
prima di diventare
bronchioli terminali.
I polmoni sono costituiti da un tessuto leggero, spongioso
e molto elastico: se non fossero mantenuti espansi dalla
cassa toracica collasserebbero su se stessi. Entrambi sono
avvolti nelle membrane pleuriche, che svolgono la funzione di
mantenerli aderenti alla parete toracica (e quindi espansi).
Le pleure sono costituite da diversi strati di tessuto
connettivo elastico e numerosi capillari. Esse contengono il
liquido pleurico e hanno due funzioni fondamentali:


1 - creare una superficie di scorrimento
2 - mantenere i polmoni a stretto contatto con la parete toracica
Vie aeree e lobulo polmonare
Tessuti polmonari
Struttura alveolare
Le pareti degli alveoli sono costituite da cellule di tipo I, molto
sottili e deputate allo scambio gassoso, e cellule di tipo II, più
piccole ma più spesse e che sintetizzano il surfactante. Tra gli
alveoli sono inseriti i capillari.
L’inspirazione è dovuta
all’espansione della gabbia
toracica causata dal movimento
del diaframma verso il basso e
delle coste verso l’alto.
L’aumento del volume toracico
porta ad un abbassamento della
pressione intrapolmonare ed al
conseguente ingresso di aria
attraverso le vie aeree. A
riposo il 60-75% della
modificazione del volume
toracico è dovuta
all’abbassamento del diaframma
(respiraz. diaframmatica); il
resto al movimento verso l’alto
della cassa toracica.
L’espirazione è dovuta al
rilassamento dei muscoli
intervenuti durante
l’inspirazione.
Nell’espirazione forzata
intervengono anche altri
muscoli. La diminuzione del
volume toracico porta ad
un innalzamento della
pressione intrapolmonare e
alla conseguente uscita di
aria attraverso le vie
aeree.
Movimenti durante
la respirazione
Pressione nella cavità pleurica
All’interno delle pleure è
costantemente presente una
pressione negativa di –4 mmHg
dovuta a forze di direzione
opposta.
Due forze tendono a far
collassare il polmone:
1- la tensione delle fibre
elastiche retrattili
2- la tensione superficiale del
liquido fisiologico che bagna
l’alveolo (natura dipolare dell’H2O)
A queste forze si oppongono le
forze elastiche della cassa
toracica dirette verso l’esterno
(analogia siringa-stantuffo)
Pleure
Pintrapleurica e Palveolare durante l’inspirazione
polmone a riposo
Palv
0 mmHg
inspirazione
Palv
-1 mmHg
pleure
piene d’aria
Pip 0 mmHg
Pip -4 mmHg
Pip -7 mmHg
Come si cura lo pneumotorace?
La pressione intrapleurica negativa di –4 mmHg che nasce
dall’equilibrio di queste tre forze diventa –7 mmHg durante
l’inspirazione
Variazioni durante le fasi inspiratoria
ed espiratoria di:
1 - Pressione intrapolmonare
2 - Pressione intrapleurica
3 - Volume intrapolmonare
Compliance e elasticità polmonare
La maggior parte del lavoro respiratorio viene utilizzato per vincere le
resistenze dell’elasticità polmonare.
Clinicamente la capacità del polmone di espandersi viene definita
compliance.
Un polmone con elevata compliance si dilata facilmente, mentre un
polmone con bassa compliance richiede un maggior lavoro da parte dei
muscoli inspiratori.
La compliance è diversa dall’elasticità: un polmone che si espande
facilmente (elevata compliance) non riassume necessariamente il
volume a riposo con facilità.
Le condizioni patologiche che diminuiscono la compliance sono definite
patologie polmonari restrittive (per esempio la fibrosi polmonare).
L’enfisema è una patologia polmonare in cui le fibre di elastina
vengono distrutte: il polmone in questa patologia presenta elevata
compliance ma bassa elasticità. Elastina e fibre elastiche non sono le
fonti principali di resistenza allo stiramento del polmone: i 2/3
dell’elasticità polmonare sono dovuti alla tensione superficiale
determinata dal piccolo strato di liquido che ricopre la superficie di
scambio tra alveoli e aria.
Instabilità degli alveoli e ruolo del surfactante.
All’interfaccia aria-liquido negli alveoli la superficie del liquido ha una
tensione superficiale che genera una pressione diretta verso l’interno. La
pressione a cui gli alveoli sono sottoposti è determinata dalla legge di Laplace
(P=2T/r). L’alveolo più piccolo sarà soggetto a pressioni maggiori: questo
genera il fenomeno dell’instabilità degli alveoli. Il surfactante (miscela
contenente lipoproteine come la dipalmitoilfosfatidilcolina) è la sostanza che
riduce la tensione superficiale e impedisce il collasso degli alveoli stessi
(Sindrome da stress respiratorio del neonato).
Oltre alla compliance è importante la resistenza
dell’apparato respiratorio dovuta principalmente al
diametro
delle
vie
aeree:
- il 90% della resistenza può essere dovuto a trachea e
bronchi (strutture rigide sostenute da cartilagine e ossa il
cui diametro non varia); attenzione all’accumulo di muco
per
allergeni
o
infezioni;
- i bronchioli di solito non causano resistenza per la loro
ampia superficie totale
(2000 volte maggiore della
trachea); i bronchioli possono essere compressi causando
broncocostrizione (allergie-istamina), mentre di dilatano
causando broncodilatazione (a seguito di aumento di CO2).
Nelle malattie polmonari ostruttive il soggetto fa fatica
ad espirare l’aria inalata emettendo un suono sibilante
udibile
Volumi e capacità polmonari
Spirometria:
i volumi polmonari possono essere
misurati dallo spirometro. Oltre ai volumi lo spirometro viene
utilizzato per misurare la velocità del movimento dell’aria
attraverso le vie aeree. Molti test di funzionalità
respiratoria utilizzano lo spirometro: questi tests hanno
solitamente un notevole valore diagnostico.
Funzioni delle vie aeree
• apporto di aria fresca
• rimozione aria alveolare
• funzioni di supporto:
- filtrazione (epitelio cigliato, muco)
- riscaldamento (sinusoidi nasali,
vascolarizzazione, mescolamento aria)
- umidificazione
- fonazione
- olfatto
Funzioni della zona di
conduzione
Riscaldamento e umidificazione
 Distribuzione di aria alle zone
profonde
 Difesa dell’organismo con trasporto
mucociliare

Trasporto mucociliare
Muco prodotto da cellule secernenti e
costituito da acqua, sali, glicoproteine