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Prof. Fabrizio CARMIGNANI IISS Mattei – Rosignano S. (LI) APPARATO RESPIRATORIO La respirazione e gli scambi.

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1 Prof. Fabrizio CARMIGNANI IISS Mattei – Rosignano S. (LI) APPARATO RESPIRATORIO La respirazione e gli scambi gassosi BIOLOGIA IL CORPO UMANO LEZIONE N.7A slide n. 39 IV Liceo SCIENZE APPLICATE

2 ANATOMIA COMPARATA

3 GLI ANIMALI SCAMBIANO O 2 e CO 2 ATTRAVERSO SUPERFICI CORPOREE UMIDE Negli animali, lossigeno diffonde allinterno del corpo e l anidride carbonica viene liberata nellambiente circostante attraverso una superficie respiratoria La SUPERFICIE RESPIRATORIA è costituita da cellule vive le cui membrane cellulari devono essere bagnate per poter svolgere la loro funzione MECCANISMI alla BASE degli SCAMBI GASSOSI

4 SUPERFICIE CUTANEA RESPIRATORIA PIANO della SEZIONE SEZIONE TRASVERSALE della superficie respiratoria (pelle che ricopre il corpo) CAPILLARI CO 2 O2O2O2O2 gli scambi gassosi avvengono a livello di tutta la superficie del corpo LOMBRICO (Anellidi)

5 Superficie corporea corporea Superficie respiratoria (BRANCHIA) Capillari CO 2 O2O2O2O2 SuperficiecorporeaSuperficierespiratoria(TRACHEE) Cellule del corpo (trachee non a contatto con i capillari) con i capillari) O2O2O2O2 CO 2 Superficie corporea Superficie respiratoria (allinterno del POLMONE) Capillari CO 2 O2O2O2O2 O2O2O2O2 BRANCHIE TRACHEE Nella maggior parte degli animali alcune parti del corpo si sono trasformate (specializzate) in SUPERFICI RESPIRATORIE POLMONI PESCI - INSETTI - MAMMIFERI

6 Le TRACHEE degli insetti garantiscono uno scambio gassoso diretto tra laria e le cellule del corpo Negli ANIMALI TERRESTRI gli scambi gassosi avvengono attraverso laria che viene respirata Ciò comporta 2 grossi vantaggi: laria ha una concentrazione di O 2 molto elevata (circa 21%) laria ha una concentrazione di O 2 molto elevata (circa 21%) è molto leggera e facile da spostare è molto leggera e facile da spostare INSETTI (Artropodi) ANIMALI INVERTEBRATI

7 SACCHE AEREE TRACHEE STIGMA LM 250 LM 250 CELLULA TRACHEOLA SACCA AEREA TRACHEA Rivestimento esterno del corpo CO 2 O2O2O2O2 SISTEMA TRACHEALE di un INSETTO Gli INSETTI hanno un vasto sistema di tubi interni chiamati TRACHEE con molteplici ramificazioni più strette, dette TRACHEOLE, che trasportano lO 2 direttamente alle cellule del corpo.

8 lo scambio dei gas avviene in 3 fasi 1RESPIRAZIONE O2O2O2O2 CO 2 POLMONE SISTEMA CIRCOLATORIO 2 TRASPORTO di GAS TRAMITE il SISTEMA CIRCOLATORIO 3 SCAMBI GASSOSI tra SANGUE e TESSUTI CAPILLARI CELLULA CO 2 O2O2O2O2 MITOCONDRI Le 3 FASI dello SCAMBIO GASSOSO ANIMALI VERTEBRATI 1 2 3

9 Lo scambio di gas fornisce O 2 per la respirazione cellulare e rimuove il suo principale prodotto di rifiuto, cioè la CO 2 Grazie allO 2, tutte le cellule del corpo possono ottenere energia dalle molecole degli alimenti che lorganismo ha digerito e assorbito Sacche AEREE degli ALVEOLI

10 Le BRANCHIE sono organi specializzati per gli scambi gassosi nellambiente acquatico Le branchie sono estensioni, o ripiegamenti esterni, della superficie corporea che assorbono lO 2 disciolto nellacqua. Larea della superficie respiratoria delle branchie dei PESCI è molto più estesa rispetto al resto della superficie del corpo BRANCHIE PESCI ANFIBI

11 ARCO BRANCHIALE Direzione del flusso dellacqua Arcobranchiale VASISANGUIGNI Filamentibranchiali Sangue ricco di ossigeno Sangue povero di ossigeno LAMELLA 15% 40% 70% 100% 60% 80% 30% 5% % di O 2 nellacqua che fluisce sopra le lamelle % di O 2 nel sangue che fluisce attraverso i capillari allinterno delle lamelle SCAMBIO CONTROCORRENTE Struttura delle BRANCHIE di un PESCE di un PESCE lo scambio dei gas è intensificato dalla ventilazione e dallo scambio controcorrente tra sangue e acqua che fluiscono luno in senso opposto allaltra PESCI VERTEBRATI ACQUATICI

12 si evolvono strutture sempre più complesse ed efficienti: i POLMONI RETTILI, UCCELLI, MAMMIFERI e molti ANFIBI utilizzano i POLMONI per effettuare gli scambi gassosi RETTILI, UCCELLI, MAMMIFERI e molti ANFIBI utilizzano i POLMONI per effettuare gli scambi gassosi I polmoni occupano una zona limitata del corpo dellanimale e sono collegati ad un sistema circolatorio che trasporta i gas al resto del corpo. I polmoni occupano una zona limitata del corpo dellanimale e sono collegati ad un sistema circolatorio che trasporta i gas al resto del corpo. Le dimensioni e la complessità dei polmoni sono correlate alla velocità del metabolismo dellanimale (quindi al suo fabbisogno di ossigeno) Le dimensioni e la complessità dei polmoni sono correlate alla velocità del metabolismo dellanimale (quindi al suo fabbisogno di ossigeno) VERTEBRATI TERRESTRI

13 ARIA ARIA SACCHE AEREE ANTERIORI POSTERIORI TRACHEA POLMONI Tubi dove passa laria 1 mm ESPIRAZIONE: Sacche aeree vuote; polmoni pieni daria INSPIRAZIONE: sacche aeree piene daria Nel sistema respiratorio degli UCCELLI laria scorre in una sola direzione INSPIRAZIONE ed ESPIRAZIONE negli UCCELLI UCCELLI

14 APPARATO RESPIRATORIO UMANO

15 E costituito dalle VIE RESPIRATORIE (superiori ed inferiori) e dai POLMONI Lapparato respiratorio umano è costituito dai seguenti organi: NARICI, COANE NASALI,FARINGE,LARINGE TRACHEA,BRONCHI, BRONCHIOLI e ALVEOLI POLMONARI (CUORE) DIAFRAMMA BRONCHIOLO BRONCO POLMONEDESTRO TRACHEA LARINGE (ESOFAGO) FARINGE CAVITÀ NASALE NASALE POLMONE SINISTRO SINISTRO Apparato RESPIRATORIO UMANO

16 La FARINGE è un organo a forma di imbuto, muscolo- membranoso comune sia alle vie respiratorie che a quelle digerenti Comincia all'altezza delle coane nasali con l' apertura superiore faringea (porzione rinofaringea) prosegue poi all'altezza dell'istmo delle fauci (porzione orofaringea) e termina all'altezza della VI vertebra cervicale (porzione laringofaringea detta ipofaringe) Comincia all'altezza delle coane nasali con l' apertura superiore faringea (porzione rinofaringea) prosegue poi all'altezza dell'istmo delle fauci (porzione orofaringea) e termina all'altezza della VI vertebra cervicale (porzione laringofaringea detta ipofaringe) Successivamente si collega al canale dell'ESOFAGO FARINGE

17 La FARINGE attraverso la tromba di EUSTACHIO è in comunicazione con l'orecchio medio Per questo svolge una funzione primaria nel mantenimento dell'equilibrio pressorio nell'orecchio medio Per questo svolge una funzione primaria nel mantenimento dell'equilibrio pressorio nell'orecchio medio La FARINGE è un importante crocevia anatomico e funzionale tra gli apparati digerente e respiratorio, considerato il passaggio sia di bolo che di aria all'interno del canale faringeo Presenta nel suo epitelio organi linfoidi (TONSILLE) che garantiscono difesa aspecifica contro eventuali agenti patogeni

18

19 Organo impari e mediano, a forma di piramide triangolare, posto nella regione anteriore del collo appena sotto la faringe e che si continua verso il basso con la TRACHEA I rapporti anatomici della LARINGE sono, a livello posteriore, con la faringe e l'esofago, mentre anteriormente e lateralmente, con la tiroide E separata dalle vie digestive superiori, durante la deglutizione, da una valvola chiamata EPIGLOTTIDE La laringe è formata da uno scheletro cartilagineo rivestito prevalentemente da mucosa di tipo respiratorio e tramite la vibrazione delle CORDE VOCALI è la sede della fonazione LARINGE

20 Si trovano allinterno della LARINGE ed a causa delle dimensioni maggiori della laringe nell'uomo, rispetto alla donna, il timbro di voce femminile risulta più acuto di quello maschile. Le corde vocali sono: 2 superiori (false): più sottili e quasi prive di muscolatura, che hanno funzione protettiva e non servono, di norma, per la fonazione ma, se stimolate, producono un suono sordo e rauco La fonazione di "false corde" avviene per patologie della laringe 2 superiori (false): più sottili e quasi prive di muscolatura, che hanno funzione protettiva e non servono, di norma, per la fonazione ma, se stimolate, producono un suono sordo e rauco La fonazione di "false corde" avviene per patologie della laringe CORDE VOCALI Le corde vocali (vere) sono costituite da importanti fasci muscolari (muscoli vocali) rivestiti da una mucosa pavimentata appoggiata su uno strato sottomucoso denso ("spazio di Rejnke) e proprio grazie a questa struttura hanno funzione fonatoria Le corde vocali (vere) sono costituite da importanti fasci muscolari (muscoli vocali) rivestiti da una mucosa pavimentata appoggiata su uno strato sottomucoso denso ("spazio di Rejnke) e proprio grazie a questa struttura hanno funzione fonatoria Le corde vocali vere delimitano uno spazio virtuale, chiamato GLOTTIDE, attraverso cui avviene il passaggio dell'aria in trachea

21 Le CORDE VOCALI viste dalla LARINGE TRACHEA

22 TRACHEA Tubo semirigido, lungo circa 12 cm formato da una serie di anelli cartilaginei (16-20) uniti tra loro da tessuto connettivo Si divide poi nei 2 BRONCHi che sfociano nei rispettivi polmoni (dx e sx) Gli anelli cartilaginei sono incompleti per permettere l'espansione dell'esofago durante la deglutizione. La sua funzione è di trasferire l'aria dall'esterno verso i polmoni Allinterno troviamo un epitelio di rivestimento ciliato (EPITELIO RESPIRATORIO) con presenza di Allinterno troviamo un epitelio di rivestimento ciliato (EPITELIO RESPIRATORIO) con presenza di ciglia e ghiandole mucose

23 Le ciglia spingono il muco verso la laringe e poi nellesofago e quindi nello stomaco dove i succhi gastrici lo eliminano Se respiriamo aria fredda le ciglia rallentano la loro attività, sfavorendo il movimento del muco, il quale si accumula Se respiriamo aria fredda le ciglia rallentano la loro attività, sfavorendo il movimento del muco, il quale si accumula Se queste strutture sono infiammate il muco prodotto rimane nella trachea, diventando un mezzo di coltura ottimale per i batteri Le CIGLIA si muovono in senso verticale ed insieme al MUCO filtrano le sostanze introdotte attraverso la respirazione Il muco intrappola il particolato (polvere,polline,batteri, ecc..) in modo che le vie aeree vengano tenute pulite La NICOTINA delle sigarette provoca il blocco della vibrazione delle ciglia dellepitelio respiratorio (laringe, trachea e bronchi ) con accumulo di muco e conseguente tosse

24 I BRONCHIOLI terminano in sacche aeree, dette ALVEOLI, riunite in grappoli Ogni alveolo è costituito da un sottile strato di cellule epiteliali attraverso cui avvengono gli scambi gassosi Colonizzato SEM 6200 Colonizzato SEM 6200 Sangue ricco di ossigeno BRONCHIOLO sangue povero di ossigeno ALVEOLI Capillarisanguigni Struttura degli ALVEOLI

25 VENTILAZIONE POLMONARE La respirazione polmonare è lalternarsi di INSPIRAZIONI ed ESPIRAZIONI Grazie alla ventilazione, sulla superficie di scambio dei gas respiratori viene mantenuta alta la concentrazione di O 2 e bassa quella di CO 2

26 La cassa toracica si espande quando i muscoli intercostali si contraggono ARIAINSPIRATA La cassa toracica si contrae quando i muscoli intercostali si rilassano ARIA ESPIRATA ESPIRATA POLMONE DIAFRAMMA DIAFRAMMA si rilassa (si alza) (si alza) DIAFRAMMA si contrae DIAFRAMMA si contrae (si abbassa) (si abbassa) INSPIRAZIONE ESPIRAZIONE INSPIRAZIONE ed ESPIRAZIONE nel corpo umano Respirazione a pressione negativa: la contrazione dei muscoli intercostali e del diaframma fa aumentare il volume della cavità toracica e riduce la pressione dellaria negli alveoli

27 Il massimo volume di aria che possiamo inspirare ed espirare è chiamato CAPACITÀ VITALE I polmoni contengono più aria rispetto alla capacità vitale: nei polmoni rimane sempre un volume residuo di aria che impedisce agli alveoli di collassare PROVA DOCIMASICA Si esegue la prova del galleggiamento che consiste nellimmergere, previa legatura della trachea, bronchi e polmoni, in un grosso vaso pieno dacqua. Il polmone che ha respirato, almeno una volta, ha un peso specifico inferiore a quello dellacqua e galleggia quello che non ha respirato, invece, essendo più pesante va a fondo Il polmone che ha respirato, almeno una volta, ha un peso specifico inferiore a quello dellacqua e galleggia quello che non ha respirato, invece, essendo più pesante va a fondo Prova che si effettua in medicina legale sui POLMONI per vedere se un neonato morto è nato vivo oppure se era già morto alla nascita

28 CONTROLLO della RESPIRAZIONE: involontario I CENTRI di CONTROLLO DELLA RESPIRAZIONE, situati nellencefalo, regolano il ritmo respiratorio in base alle esigenze dellorganismo, monitorando la concentrazione di CO 2 nel sangue. CERVELLOLiquidocerebrospinale PONTE MIDOLLOALLUNGATO Segnali nervosi che inducono la contrazione dei muscoli CENTRI DI CONTROLLO DELLA RESPIRAZIONE stimolati da: Aumento di CO 2 = diminuzione del pH nel sangue Segnale nervoso che rileva i livelli di CO 2 e O 2 Sensore per CO 2 e O 2 nellaorta DIAFRAMMA MUSCOLIINTERCOSTALI Centri di controllo che regolano la RESPIRAZIONE

29 Il principale segnale che indica un aumento della concentrazione di CO 2 nel sangue è rappresentato da lievi cambiamenti nel pH del sangue e del liquido che bagna lencefalo Quando nel sangue aumenta la concentrazione di CO 2, il pH diminuisce e aumentano il numero e la profondità degli atti respiratori

30 Gli scambi gassosi tra sangue e tessuti seguono un gradiente di pressione Una parte del cuore pompa sangue povero di ossigeno ai POLMONI dove lega O 2 e libera CO 2 Una parte del cuore pompa sangue povero di ossigeno ai POLMONI dove lega O 2 e libera CO 2 Una parte del cuore pompa il sangue ricco di ossigeno alle cellule del CORPo dove libera O 2 e lega CO 2 Una parte del cuore pompa il sangue ricco di ossigeno alle cellule del CORPo dove libera O 2 e lega CO 2

31 ARIA ESPIRATA ARIA INSPIRATA SPAZI ALVEOLARI Celluleepiteliali degli alveoli CO 2 O2O2O2O2 O2O2 Sangue povero di CO 2 e ricco di O 2 Sangue ricco di O 2 e povero di CO 2 CUORE Capillari tessutali CO 2 O2O2 Liquidointerstiziale O2O2O2O2 CELLULE TESSUTALI di TUTTO il CORPO Capillari alveolari del polmone Scambio e trasporto dei gas nel CORPO UMANO

32 Lo scambio dei gas tra i capillari e le cellule circostanti avviene per DIFFUSIONE secondo un GRADIENTE di PRESSIONE Ciascuno dei gas presenti in una miscela è responsabile di una parte, detta PRESSIONE PARZIALE, della pressione totale della miscela. Un gas diffonde da una regione con pressione parziale maggiore a una con pressione parziale minore

33 LEMOGLOBINA contribuisce al trasporto di O 2 e CO 2 e a regolare il pH del sangue Lemoglobina trasporta lossigeno (legandolo o rilasciandolo, a seconda della situazione), contribuisce al trasporto del diossido di carbonio nel sangue e regola il pH ematico, impedendone bruschi cambiamenti. Atomo di ferro GRUPPO EME Ossigeno prelevato nei polmoni Ossigeno liberato nei tessuti CATENAPOLIPEPTIDICA LEMOGLOBINA acquista e cede OSSIGENO

34 La maggior parte della CO 2 nel sangue è trasportato nel PLASMA come IONE BICARBONATO La CO 2 reagisce con lacqua, grazie allenzima ANIDRASI CARBONICA, formando acido carbonico (H 2 CO 3 ) Le molecole di H 2 CO 3 si dissociano poi in ioni H + e ioni HCO 3 – CO 2 + H2OH2OH2OH2O H+H+H+H+ + HCO 3 – Anidridecarbonica acqua ioneidrogeno ionebicarbonato ANIDRASICARBONICA A livello POLMONARE Bassa concentrazione di CO 2 Reazione da DX a SX A livello TESSUTALE Alta concentrazione di CO 2 Reazione da SX a DX H 2 CO 3 Lenzima ANIDRASI CARBONICA catalizza anche la reazione inversa. Il senso della reazione dipende dalla concentrazione di CO 2

35 Collegamenti: EMBRIOLOGIA Gli scambi gassosi nel FETO avvengono attraverso la circolazione materna Un feto umano scambia gas con il sangue materno attraverso la PLACENTA PLACENTA con vasi sanguigni materni e capillari del feto CORDONE OMBELICALE con vasi sanguigni del feto LIQUIDOAMNIOTICO UTERO Un FETO umano e la PLACENTA nellUTERO

36 La molecola che trasporta lossigeno dal sangue materno al feto prende il nome di EMOGLOBINA FETALE Alla nascita, laumento di CO 2 nel sangue del bambino causa una drastica caduta del pH che stimola i centri di controllo della respirazione.

37 PATOLOGIE dell APPARATO RESPIRATORIO In generale, si possono suddividere in: INFEZIONI ACUTE delle vie respiratorie che rappresentano patologie molto frequenti INFEZIONI ACUTE delle vie respiratorie che rappresentano patologie molto frequenti Si tratta di malattie virali o batteriche, ad andamento stagionale. AFFEZIONI CRONICHE del sistema respiratorio che sono legate soprattutto a fattori irritanti come ad esempio il fumo di sigaretta e l inquinamento atmosferico AFFEZIONI CRONICHE del sistema respiratorio che sono legate soprattutto a fattori irritanti come ad esempio il fumo di sigaretta e l inquinamento atmosferico

38 POLMONE Polmoni sani (sx) e polmoni colpiti da cancro (dx) Il FUMO irrita le cellule che rivestono i bronchi, inibisce i movimenti delle ciglia dellepitelio bronchiale e distrugge i macrofagi (globuli bianchi che inglobano particelle e microrganismi difendendoci dai germi patogeni) CUORE DANNI del FUMO di SIGARETTA (nicotina)

39 FINE LEZIONE N.7A APPARATO RESPIRATORIO Grazie per lattenzione E ricordatevi…… …Considerate la vostra semenza fatti non foste a viver come bruti ma per seguir virtute e canoscenza… DANTE ALIGHIERI (Divina Commedia, INFERNO, canto XXVI, ) Prof. CARMIGNANI FABRIZIO


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