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Il nuovo Invito alla biologia.blu 13/11/11 H. Curtis, N. S. Barnes, A. Schnek, A. Massarini Il nuovo Invito alla biologia.blu 2 2 2

La respirazione Capitolo C4 3 13/11/11 3 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 3 3

Le funzioni dell’apparato circolatorio 13/11/11 Lezione 1 Le funzioni dell’apparato circolatorio 4 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 4 4

La respirazione Il termine respirazione ha due significati: 13/11/11 La respirazione Il termine respirazione ha due significati: a livello cellulare indica le reazioni chimiche di ossidazione del glucosio che avvengono nei mitocondri per produrre molecole di ATP; a livello di organismo indica il processo con cui il corpo assume ossigeno ed elimina diossido di carbonio (respirazione polmonare). La respirazione polmonare comprende due processi: la ventilazione polmonare e lo scambio di gas. 5 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 5 5

La pressione atmosferica 13/11/11 La pressione atmosferica A livello del mare si registra una pressione atmosferica di 1 atm (circa 1 kg/cm2) sufficiente a bilanciare una colonna d’acqua alta circa 10 m o una colonna di mercurio (Hg) alta 760 mm. 6 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 6 6

La pressione di una miscela di gas 13/11/11 La pressione di una miscela di gas La pressione totale di una miscela gassosa, come l’aria è la somma delle pressioni parziali esercitate dai singoli gas che la compongono. La pressione di ogni gas è proporzionale alla sua concentrazione. 7 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 7 7

L’anatomia dell’apparato respiratorio 13/11/11 Lezione 2 L’anatomia dell’apparato respiratorio 8 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 8 8

Le vie aeree L’apparato respiratorio è suddiviso in: 13/11/11 Le vie aeree L’apparato respiratorio è suddiviso in: via aeree superiori (naso e faringe); vie aeree inferiori (laringe, trachea, bronchi, polmoni). 9 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 9 9

13/11/11 Le cavità nasali L’aria può entrare sia dalla bocca sia dalle cavità nasali, che la riscaldano e trattengono le impurità. All’interno del naso sono presenti tre conche, che aumentano la superficie della mucosa nasale a contatto con l’aria. Le cellule caliciformi producono il muco, per intrappolare le impurità e rendere umida l’aria. 10 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 10 10

13/11/11 La faringe La faringe è un organo muscolare che comunica sia con il sistema respiratorio (rinofaringe) sia con quello digerente (orofaringe). Le tonsille sono organi linfoghiandolari con funzione antinfettiva e immunitaria. Nella rinofaringe si trova lo sbocco dell’orecchio medio tramite le trombe di Eustachio, che drenano le secrezioni del cavo timpanico e permettono il passaggio di aria dalla faringe verso il timpano. La faringe è in continuità con la laringe. 11 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 11 11

La laringe La laringe mette in contatto la faringe con la trachea. 13/11/11 La laringe La laringe mette in contatto la faringe con la trachea. Contiene le corde vocali, che vibrano al passaggio dell’aria espirata e producono suoni. La laringe è formata da otto cartilagini rigide. L’epiglottide è una lamina elastica che si abbassa a chiudere l’ingresso della laringe quando deglutiamo. 12 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 12 12

13/11/11 La trachea Dalla laringe l’aria passa nella trachea, un condotto di circa 2 cm di diametro e 10-12 cm di lunghezza. Le pareti sono rinforzate da anelli cartilaginei a forma di C che la sostengono. Nella parte posteriore, la trachea è a contatto con l’esofago. La trachea si interrompe a livello della quinta vertebra toracica, dove hanno origine i bronchi principali sinistro e destro. 13 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 13 13

13/11/11 I bronchi La trachea si divide in due bronchi principali, che si dividono in ramificazioni più piccole, i bronchioli, formando un albero bronchiale. Bronchi e bronchioli sono circondati da un sottile strato muscolare liscio. I bronchi sono sostenuti da anelli incompleti di cartilagine, che scompaiono a mano a mano che diminuisce il diametro. Internamente le cellule epiteliali secernono muco. 14 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 14 14

13/11/11 I polmoni I polmoni sono organi spugnosi a forma di cono che occupano gran parte della cavità toracica. Sono avvolti da una membrana sierosa chiamata pleura. 15 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 15 15

13/11/11 Gli alveoli polmonari Gli scambi gassosi avvengono negli alveoli, piccoli sacchi di tessuto elastico raggruppati alle estremità dei bronchioli più piccoli. Sono costituiti da epitelio squamoso semplice. Ogni alveolo è circondato da capillari sanguigni, con cui avviene lo scambio di gas: CO2 dal sangue all’alveolo, O2 dall’alveolo al sangue. 16 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 16 16

La meccanica respiratoria 13/11/11 Lezione 3 La meccanica respiratoria 17 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 17 17

Come avviene la respirazione 13/11/11 Come avviene la respirazione La contrazione e il rilassamento del diaframma e dei muscoli intercostali modifica il volume della gabbia toracica, generando una differenza di pressione che richiama un flusso di aria. contrazione muscoli rilassamento muscoli espansione cavità toracica restrizione cavità toracica depressione aumento pressione inspirazione espirazione 18 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 18 18

Inspirazione ed espirazione 13/11/11 Inspirazione ed espirazione 19 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 19 19

13/11/11 Volumi respiratori /1 Volume corrente: normalmente respiriamo un volume d’aria di circa 500 ml. Volume di riserva inspiratorio: con un’inspirazione forzata introduciamo circa 2000-3000 ml di aria. Volume di riserva espiratorio: 1200 ml. Capacità vitale dell’organismo: volume corrente + i due volumi di riserva (fino a 5000 ml in un uomo giovane e sano). Volume residuo: la quantità di aria che rimane all’interno anche dopo l’espirazione forzata (1200 ml). 20 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 20 20

Volumi respiratori /2 21 13/11/11 21 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 21 21

La ventilazione polmonare 13/11/11 La ventilazione polmonare La ventilazione polmonare è la quantità d’aria che esce ed entra nei polmoni in un minuto: questa misura varia a seconda di sesso, età e attività fisica. atti respiratori in un minuto (frequenza respiratoria) ventilazione polmonare volume corrente x = 22 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 22 22

Variazioni dei movimenti respiratori 13/11/11 Variazioni dei movimenti respiratori Eupnea: successione di inspirazione ed espirazione eseguita in situazioni normali. Tosse: inspirazione lunga e profonda seguita da violenta espirazione. Starnuto: spasmo molto forte dei muscoli espiratori che produce espulsione di aria e saliva dal naso e dalla bocca. Singhiozzo: spasmo del diaframma e della faringe, dovuto a irritazione delle mucose. Risata e pianto: inspirazione a cui seguono brevi e ritmiche espirazioni. Sbadiglio: inspirazione profonda e prolungata con apertura della mandibola. 23 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 23 23

Gli scambi gassosi Lezione 4 24 13/11/11 24 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 24 24

Il trasporto dell’ossigeno 13/11/11 Il trasporto dell’ossigeno L’ossigeno è relativamente insolubile nel plasma sanguigno e per trasportarlo sono necessarie molecole proteiche note come pigmenti respiratori: nei vertebrati questo pigmento è l’emoglobina. L’emoglobina è costituita da 4 subunità, ciascuna delle quali comprende un’unità eme e una porzione proteica. L’unità eme contiene un atomo di ferro che può legarsi all’ossigeno. 25 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 25 25

Il legame ossigeno-emoglobina 13/11/11 Il legame ossigeno-emoglobina La combinazione dell’ossigeno con l’emoglobina dipende dal valore della pressione parziale dell’ossigeno nel plasma. Nei capillari alveolari: pressione parziale dell’ossigeno nell’aria è alta (160 mmHg), si combina con l’emoglobina. Nei tessuti: pressione parziale è circa 40 mmHg, ossigeno si dissocia dall’emoglobina e passa nelle cellule. 26 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 26 26

Lo scambio di diossido di carbonio /1 13/11/11 Lo scambio di diossido di carbonio /1 Il diossido di carbonio è più solubile dell’ossigeno. Si trova per il 7% disciolto nel plasma, il 23% si trova legato all’emoglobina e il 70% si lega con acqua per formare acido carbonico. Nei tessuti la pressione parziale di CO2 è alta: si formano ioni bicarbonato e ioni idrogeno. Nei polmoni la pressione parziale di CO2 è bassa: l’acido carbonico si dissocia per formare CO2 e acqua. 27 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 27 27

Lo scambio di diossido di carbonio /2 13/11/11 Lo scambio di diossido di carbonio /2 La reazione del diossido di carbonio con l’acqua è catalizzata dall’enzima anidrasi carbonica, presente nei globuli rossi insieme all’emoglobina. 28 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 28 28

Il controllo della respirazione 13/11/11 Lezione 5 Il controllo della respirazione 29 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 29 29

13/11/11 I centri respiratori /1 I centri respiratori si trovano nel tronco cerebrale del sistema nervoso centrale. I neuroni dei centri respiratori regolano l’inspirazione e l’espirazione in condizioni di riposo, la respirazione forzata volontaria, la frequenza della respirazione e il prolungamento dell’inspirazione. In condizioni normali la respirazione è ritmica e autonoma, ma può essere parzialmente controllata grazie alla contrazione volontaria del diaframma e dei muscoli del torace. 30 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 30 30

13/11/11 I centri respiratori /2 I chemiorecettori centrali (nel tronco cerebrale) rispondono alla concentrazione di CO2 e H+ nel liquido cefalorachidiano. I chemiorecettori periferici (nell’arco aortico e nelle arterie carotidi) rispondono alla concentrazione di O2, CO2 e H+ nel sangue. 31 Curtis et al., Il nuovo Invito alla biologia.blu © Zanichelli editore 2017 31 31