LICEO SCIENTIFICO STATALE “LEONARDO da VINCI” di FIRENZE CORSO SPERIMENTALE F DOCENTE Prof. Enrico Campolmi APPARATO RESPIRATORIO APPARATO RESPIRATORIO

APPARATO RESPIRATORIO L’apparato respiratorio ha il compito di assicurare gli scambi gassosi tra l’aria ed il nostro organismo In biologia il termine respirazione ha due significati differenti: Respirazione “polmonare”: scambi gassosi effettuati dall’apparato respiratorio Respirazione “cellulare”: produzione di energia all’interno dei mitocondri delle cellule C6H12O6 + 6O2→ 6CO2 + 6H2O + ENERGIA I due fenomeni sono in effetti associati, perché i gas respiratori scambiati dall’apparato respiratorio, e veicolati dal sangue, vengono utilizzati e prodotti proprio nella respirazione cellulare APPARATO RESPIRATORIO

APPARATO RESPIRATORIO Nei vertebrati lo scambio dei gas avviene quindi in tre fasi: Polmone O2 1 Scambi gassosi tra aria e sangue CO2 Sistema circolatorio 2 Trasporto di gas tramite il sistema circolatorio 3 Scambi gassosi tra sangue e tessuti Mitocondri O2 CO2 Capillari Cellula APPARATO RESPIRATORIO

APPARATO RESPIRATORIO VIE RESPIRATORIE Gli scambi gassosi tra aria e fluidi corporei avvengono attraverso superfici umide Gli animali terrestri debbono mettere a disposizione degli scambi grandi superfici che debbono rimanere umide senza troppo dispendio di acqua APPARATO RESPIRATORIO

APPARATO RESPIRATORIO Nelle cavità nasali l’aria viene filtrata, umidificata e riscaldata L’olfatto controlla la composizione chimica dei gas e dei vapori inalati Nella faringe le corde vocali sono gli organi della fonazione APPARATO RESPIRATORIO

APPARATO RESPIRATORIO Dopo la faringe e la laringe le vie respiratorie proseguono nella trachea e quindi nei bronchi e nei bronchioli all’interno dei polmoni APPARATO RESPIRATORIO

APPARATO RESPIRATORIO I bronchioli terminano in sacche aeree riunite in grappoli, dette alveoli. Ogni alveolo è costituito da un sottile strato di cellule epiteliali attraverso cui avvengono gli scambi gassosi. Sangue ricco di ossigeno Bronchiolo Sangue povero Alveoli Capillari sanguigni APPARATO RESPIRATORIO

APPARATO RESPIRATORIO Le vie respiratorie sono rivestite di muco con funzione protettiva L’epitelio ciliato alla superficie delle mucose allontana il muco verso l’alto I danni prodotti dal fumo a carico delle ciglia originano la tosse del fumatore APPARATO RESPIRATORIO

APPARATO RESPIRATORIO MECCANICA RESPIRATORIA L’alternanza di inspirazione ed espirazione consente di ventilare i polmoni Legge di Boyle PV=K Inspirazione: la cassa toracica si espande, la pressione interna cala, l’aria viene inspirata Espirazione: la cassa toracica si contrae, la pressione interna aumenta, l’aria viene espirata APPARATO RESPIRATORIO

APPARATO RESPIRATORIO SCAMBI GASSOSI Nei polmoni gli scambi gassosi tra aria e sangue avvengono attraverso la superficie interna umida e vascolarizzata La presenza nei polmoni delle numerosissime cavità alveolari porta la superficie di scambio tra aria e sangue a circa 70 m2 L’enfisema, provocando la fusione di alveoli adiacenti, riduce la superficie respiratoria, rendendo la respirazione meno efficiente APPARATO RESPIRATORIO

APPARATO RESPIRATORIO Aria nei polmoni Molto O2 Poca CO2 Sangue nei capillari Poco O2 Molta CO2 L’aria è ricca di O2 (21%) e povera di CO2 (0,03%) Il sangue venoso, che arriva ai polmoni dai tessuti, è invece ricco di CO2 e povero di O2 Per diffusione semplice quindi l’ossigeno passa dall’aria al sangue, mentre la CO2 passa dal sangue all’aria La ventilazione polmonare mantiene sulla superficie respiratoria i gradienti di concentrazione che garantiscono gli scambi gassosi Nel sangue l’ossigeno si lega all’emoglobina all’interno dei globuli rossi APPARATO RESPIRATORIO

APPARATO RESPIRATORIO L’ossigeno si lega all’emoglobina con una forza direttamente proporzionale alla concentrazione dell’ossigeno stesso Il monossido di carbonio (CO) si lega invece all’emoglobina in modo permanente, esercitando così la sua azione tossica La maggior parte della CO2 è trasportata nel plasma sanguigno; solo una piccola percentuale si lega all’emoglobina (ma in un sito differente dall’O2) La concentrazione plasmatica della CO2 influenza il pH del sangue CO2 + H2O H2CO3 H+ HCO3– Tessuti Poco O2 Molta CO2 Sangue nei capillari Molto O2 Poca CO2 I tessuti sono ricchi di CO2 e poveri di O2 Il sangue arterioso, che arriva ai tessuti, è invece ricco di O2 e povero di CO2 Per diffusione semplice quindi l’ossigeno passa dal sangue ai tessuti, mentre la CO2 passa dai tessuti al sangue APPARATO RESPIRATORIO

APPARATO RESPIRATORIO Il controllo della respirazione è involontario Aria espirata Aria inspirata Spazi alveolari CO2 O2 Sangue povero di O2 e ricco di CO2 ricco di O2 e Cuore Capillari tessutali Liquido interstiziale Cellule tessutali di tutto il corpo Capillari alveolari del polmone Polmoni Cervello Ponte Midollo allungato Segnali nervosi che inducono la contrazione dei muscoli Centri di controllo della respirazione Aumento di CO2 Segnale nervoso che rileva i livelli di CO2 e O2 Sensore per CO2 e O2 nell’aorta Diaframma Muscoli intercostali I centri di controllo della respirazione, situati nell’encefalo, regolano il ritmo respiratorio in base alle esigenze dell’organismo ed alla concentrazione di CO2 nel sangue. APPARATO RESPIRATORIO

APPARATO RESPIRATORIO TABAGISMO Abbiamo già visto che il fumo di tabacco provoca: Danni all’epitelio ciliato → maggiore frequenza, gravità e durata di infezioni ed altre patologie respiratorie (ad es. tosse e/o bronchite ricorrente e cronica) Enfisema polmonare → difficoltà respiratorie di entità variabile Inattivazione dell’emoglobina da parte del CO, → minor efficienza nel trasporto dell’ossigeno, con difficoltà respiratorie ed affaticamento del cuore A ciò va aggiunto: Tumore del polmone: circa 35.000 decessi all’anno in Italia, di cui circa il 90% è legato al tabagismo Tumori in sedi diverse dal polmone: tra cui bocca, faringe, esofago, stomaco e vescica APPARATO RESPIRATORIO

APPARATO RESPIRATORIO Irritazione delle mucose (si somma ai danni all’epitelio ciliati) → maggiore frequenza, gravità e durata di infezioni ed altre patologie respiratorie Danni all’apparato circolatorio (danni all’endotelio vasale, aumento della pressione, aumento del colesterolo) → maggiore frequenza di malattie cardiovascolari Il fumo è un miscuglio eterogeneo costituito da circa 5.000 composti solidi, liquidi, vapori e gas che prende il nome di aerosol. La sostanza responsabile della dipendenza del fumatore è la nicotina Secondo alcune stime ogni anno in Italia circa 80.000 persone morirebbero in seguito ai danni del fumo di tabacco APPARATO RESPIRATORIO