Il sistema respiratorio 18/09/12 27/11/11 Il sistema respiratorio 1 1 1

Pre- requisiti Obiettivi cognitivi Diffusione, pressione parziale, legge di Boyle Obiettivi cognitivi Diversi significati della parola respirazione l’anatomia del sistema respiratorio ventilazione polmonare meccanica respiratoria controllo nervoso della respirazione trasporto e scambio gassoso anatomia comparata del respiratorio 27/11/11 09/09/12 2 2 2

18/09/12 27/11/11 Prerequisiti l’aria è una miscela di gas e la pressione in questo caso è data dalla somma delle pressioni parziali esercitate dai singoli gas che la compongono A livello del mare, l’aria circostante esercita una pressione di 1 atmosfera, ossia 1 Kg per cm2, che corrisponde a una colonna d’acqua alta 10 metri o a una colonna di mercurio altra 760 mm la pressione di ogni gas è proporzionale alla sua concentrazione nella miscela durante la diffusione ciascun gas tende a spostarsi da una regione con pressione parziale maggiore a una minore 3 3 3

Lo scambio di gas avviene per diffusione 18/09/12 27/11/11 Lo scambio di gas avviene per diffusione ... a livello di alveoli polmonari, lo scambio di ossigeno e diossido di carbonio avviene tra l’aria e il sangue ... all’interno dell’organismo, lo scambio di gas avviene sia tra sangue e liquido extracellulare dei tessuti che tra liquido extracellulare dei tessuti e cellule 4 4 4

La parola respirazione puo’ avere tre significati 18/09/12 27/11/11 La parola respirazione puo’ avere tre significati L’assunzione dell’ossigeno e l’eliminazione di anidride carbonica per mezzo di apparati e organi diversi (e.g. polmoni e branchie) da parte di un organismo vivente Lo scambio gassoso che avviene a livello dei sui tessuti Il processo chimico della respirazione cellulare (i.e. glicolisi, ciclo di Krebs e fosforilazione ossidativa) 5 5 5

Anatomia sistema respiratorio 18/09/12 27/11/11 Anatomia sistema respiratorio Porzione di conduzione: ha la funzione prevalente di trasportare l’aria, comprende naso, faringe, laringe, trachea, bronchi, bronchioli e bronchioli terminali. Porzione polmonare: che comprende gli alveoli, strutture dove avviene lo scambio di gas con il sangue. Vie aeree superiori: naso e faringe. Vie aeree inferiori: laringe, trachea, bronchi e polmoni. 6 6 6

18/09/12 27/11/11 L’aria può entrare dalla bocca e dalle cavità nasali che la riscaldano e trattengono le impurità, passa quindi dalla faringe. 7 7 7

Le impurità vengono trattenute nel muco, l’aria viene riscaldata. 18/09/12 27/11/11 Il naso è l’entrata preferenziale a riposo, è formato all’esterno da cartilagine. La cavità nasale è divisa in due dal setto nasale, formando le due narici, sono presenti 3 conche (superiore, media e inferiore) costituite da ripiegamenti che aumentano la superficie a contatto con l’aria. Le impurità vengono trattenute nel muco, l’aria viene riscaldata. 8 8 8

18/09/12 27/11/11 Nel naso ci sono le cellule calciformi che producono muco che trattiene le particelle di polvere e rende l’aria in entrata umida. Le ciglia muovono il muco verso la faringe, la sua deglutizione è un meccanismo di difesa contro i microrganismi esterni. Fumo e sbalzi di temperatura paralizzano le ciglia. Le cellule olfattive trasmettono al cervello informazioni sugli odori, i condotti naso-lacrimali raccolgono le lacrime, i seni paranasali umidificano e riscaldano l’aria. 9 9 9

18/09/12 27/11/11 La faringe è un organo muscolare che comunica sia con il sistema respiratorio, sia digerente. Nella faringe sono presenti le tonsille, ghiandole del sistema immunitario e lo sbocco dell’orecchio mediante le trombe di Eustachio. Quando la pressione cambia, attraverso deglutizione e sbadigli si aumenta la pressione faringea e quindi quella dell’orecchio. Dalla faringe partono due canali: trachea ed esofago. La faringe si trova in continuità con la laringe. 10 10 10

La laringe si trova davanti all’esofago e prima della trachea. 18/09/12 27/11/11 La laringe si trova davanti all’esofago e prima della trachea. Glottide: sito della fonazione contiene le corde vocali. Corde vocali: lamine di tessuto elastico che vibrando al passaggio dell’aria producono suoni di diversa intensità. È formata da otto cartilagini rigide, quella tiroidea protegge la parte anteriore della ghiandola, e da una elastica detta epiglottide, che si chiude al passaggio di cibo. Pomo d’Adamo: sporgenza che si muove verso l’alto durante la deglutizione, visibile nei maschi; è formato da cartilagine tiroidea e strato adiposo. 11 11 11

Dalla laringe l’aria passa nella trachea. 18/09/12 27/11/11 Dalla laringe l’aria passa nella trachea. Pareti rinforzate da anelli cartilaginei a forma di C: su un lato l’anello a contatto con l’esofago si interrompe e rimane solo una membrana muscolare. La trachea si interrompe a livello della quinta vertebra toracica, dove si origina il bronco principale sinistro e destro. 12 12 12

18/09/12 27/11/11 La trachea si divide in due bronchi principali che si dividono in ramificazioni più piccole, i bronchioli. Bronchi e bronchioli sono circondati da un sottile strato muscolare liscio e i bronchi sono sostenuti da anelli incompleti di cartilagine. Al diminuire del diametro dei bronchi, la cartilagine viene sostituita da limine, fino a scomparire, mentre aumenta la muscolatura liscia. Contrazione e rilassamento regolano a resistenza al flusso d’aria, l’istamina fa contrarre la muscolatura liscia con broncocostrizione. 13 13 13

18/09/12 27/11/11 Trachea, bronchi e bronchioli sono rivestiti da cellule epiteliali con cellule ciliate e secernenti muco. Il muco trattiene le particelle estranee, le ciglia spingono il muco verso la faringe e la tosse ha lo scopo di rimuovere il muco in eccesso. 14 14 14

18/09/12 27/11/11 I polmoni sono organi spugnosi a forma di cono che occupano gran parte della cavità toracica. 15 15 15

La pleura è una membrana sierosa che avvolge i polmoni ed 18/09/12 27/11/11 La pleura è una membrana sierosa che avvolge i polmoni ed è formata da due foglietti: parietale che riveste la cavità toracica; viscerale che aderisce alla superficie del polmone; Tra i due strati si trova un liquido che permette lo scorrimento reciproco. Quando la pleura è integra la pressione intratoracica è minore di quella atmosferica e i polmoni restano gonfi. Se per un trauma entra aria nella pleura, i polmoni collassano e non si riesce più a inspirare: pneumotorace. 16 16 16

18/09/12 27/11/11 Scissura cardiaca: si trova sul polmone sinistro ed è dovuta alla presenza del cuore. La scissura divide il polmone sinistro in due lobi, inferiore e superiore, ciascuno ospita un bronco secondario. Il polmone destro è più grande, presenta due scissure ed è suddiviso in tre lobi: superiore, intermedio e inferiore. Ogni lobo si suddivide in strutture che hanno in comune un bronco terziario che si divide in bronchioli e quindi in bronchioli terminali. 5-7 bronchioli terminali determinano un lobulo polmonare, insieme ad arteriole, venule e vasi linfatici. 17 17 17

18/09/12 27/11/11 Gli alveoli sono piccoli sacchi di aria alle estremità dei bronchioli più piccoli, l’insieme degli alveoli costituisce i polmoni. Sono formati da epitelio squamoso semplice, cellule ghiandolari che producono il liquido alveolare e cellule che catturano parti estranee. Nel liquido è presente il surfactante, un insieme di fosfolipidi e lipoproteine che impedisce il collasso degli alveoli durante l’espirazione. 18 18 18

Lo scambio dei gas tra aria e sangue avviene per diffusione. 18/09/12 27/11/11 Ci sono 300 milioni di alveoli per una superficie respiratoria di 70 metri quadri. I pori alveolari garantiscono la comunicazione con gli alveoli adiacenti. Sono circondati da capillari sanguigni e la parete che li separa è sottile. Lo scambio dei gas tra aria e sangue avviene per diffusione. 19 19 19

Ventilazione polmonare 18/09/12 27/11/11 Ventilazione polmonare La ventilazione polmonare è la quantità d’aria che esce ed entra nei polmoni in un minuto normalmente inspiriamo un volume d’aria di circa 500 ml A ogni respiro solo il 10% dell’aria viene scambiata, ma con una respirazione volontaria profonda si può raggiungere anche l’80% 20 20 20

La meccanica respiratoria 18/09/12 27/11/11 La meccanica respiratoria 21 21 21

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Tosse: inspirazione lunga e profonda seguita da violenta espirazione. 18/09/12 27/11/11 Eupnea: successione di inspirazione ed espirazione eseguita in situazioni normali (il respiro fisiologico). 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 (contrazione) 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 23 23

Il controllo della respirazione 18/09/12 27/11/11 Il controllo della respirazione I centri respiratori del sistema nervoso centrale: velocità e profondità del respiro; espirazione e inspirazione a riposo; respirazione forzata volontaria; frequenza della respirazione; prolungamento dell’inspirazione; la respirazione è ritmica e autonoma, ma può essere controllata volontariamente attraverso la contrazione del diaframma e dei muscoli del torace. 24 24 24

18/09/12 27/11/11 I chemiorecettori centrali rilevano il pH nel liquido cefalo-rachidiano (il liquido cerebrospinale tra aracnoide e pia madre). I chemiorecettori periferici si trovano a livello di arco aortico e delle arterie carotidi sono sensibili alla concentrazione di ossigeno nel sangue. 25 25 25

Trasporto e scambio dei gas 18/09/12 27/11/11 Trasporto e scambio dei gas L’ossigeno è poco solubile nel plasma sanguigno e per trasportarlo sono necessarie delle molecole proteiche note come pigmenti respiratori. Nei vertebrati tale pigmento è l’emoglobina. L’ emoglobina permette alla nostra corrente sanguigna di trasportare 65 volte la quantita’ di ossigeno trasportabile dallo stesso volume di plasma 26 26 26

18/09/12 27/11/11 L’emoglobina è costituita da 4 subunità ciascuna delle quali comprende un’unità eme e una catena polipeptidica. È un pigmento rosso che diventa più brillante se legato a ossigeno. Unità eme: complessa struttura ad anello contenente azoto, al centro della quale troviamo un atomo di ferro. Ogni unità eme si combina con una molecola di ossigeno, perciò una molecola di emoglobina lega 4 molecole di ossigeno. Nei globuli rossi sono ammassate fino a 265 milioni di molecole di emoglobina. 27 27 27

18/09/12 27/11/11 Il legame ossigeno-emoglobina avviene in base al valore della pressione parziale di ossigeno. Nei capillari alveolari la pressione parziale dell’ossigeno è alta (160 mmHg nell’aria) e quindi si combina con l’emoglobina. Al diminuire della pressione parziale dell’ossigeno, questo si separa dall’emoglobina. Nei tessuti a seguito delle attività metaboliche la pressione parziale è pari a 40 mmHg. 28 28 28

Il monossido di carbonio CO: è un gas inodore e incolore; 18/09/12 27/11/11 Il monossido di carbonio CO: è un gas inodore e incolore; si trova nei gas di scarico, nei fumi degli impianti di riscaldamento e in quelli delle sigarette; se inspirato si lega all’emoglobina 200 volte più saldamente dell’ossigeno in modo stabile, causando ipossia (carenza di ossigeno); servono dai 40 agli 80 minuti per dimezzare la quantità di monossido nel circolo sanguigno di una persona intossicata. 30 30 30

18/09/12 27/11/11 Scambio di diossido di carbonio: il CO2 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. 31 31 31

18/09/12 27/11/11 Anidrasi carbonica, enzima nei globuli rossi che catalizza la reazione del diossido di carbonio con acqua. Nei tessuti dove la pressione parziale è alta si formano ione bicarbonato e ione idrogeno. Nei polmoni dove la pressione parziale di diossido è bassa, l’acido carbonico si dissocia per formare diossido di carbonio e acqua. Una volta liberato, il CO2 diffonde dal plasma verso gli alveoli ed esce dai polmoni. 32 32 32

Particolarita’ di anfibi (integrazione pelle), cheloni (integrazione da mucosa orale e anale) e Sarcopterigi, pesci con polmoni https://www.youtube.com/watch?v=-OHpjImafL0 https://www.youtube.com/watch?v=tqWciuuKn3c https://www.youtube.com/watch?v=D1UKHimLZao&list=PL8PzguM5r5jFamqqZ-Tf-tdk1WF5vEYwW&index=5