APPARATO RESPIRATORIO NEI VERTEBRATI A CURA DI COLOMBO ROSSANA DA PROPORRE IN CLASSE II LICEO CLASSICO

BIBLIOGRAFIA TESTI UNIVERSITARI CONSULTATI Kent G.C., Anatomia comparata dei vertebrati - Seconda edizione Italiana, Piccin, 1997 Maci, Cappelletti, Vismara, Atlante di anatomia microscopica comparata dei vertebrati, Edizioni Unicopli, 1996 Campbell, Reece, Biologia, Zanichelli, 2004 Rosati, Colombo, La cellula, EdiErmes, 1999 TESTI PER LA SCUOLA SECONDARIA DI SECONDO GRADO Purves, Orians, Heller, Corso di Biologia, Zanichelli, 1995 Thibodeau, Anatomia e fisiologia, Casa Editrice Ambrosiana, 1991

Sapere cosa si intende per: PREREQUISITI - I tessuti - Il sistema scheletrico - Il sistema circolatorio (capillari,sangue, cuore) Sapere cosa si intende per: respirazione cellulare diffusione pressione parziale tensione superficiale

OBIETTIVI SONO PREVISTE 3 LEZIONI CONOSCERE LA FUNZIONE DELL’APPARATO RESPIRATORIO RELATIVAMENTE ALL’APPARATO RESPIRATORIO NELL’UOMO, SAPER DESCRIVERE: GLI ORGANI E LA LORO FUNZIONE LA MECCANICA RESPIRATORIA COME AVVENGONO GLI SCAMBI GASSOSI CONFRONTARE L’APPARATO RESPIRATORIO DEI MAMMIFERI CON QUELLO DEGLI ALTRI VERTEBRATI: PESCI, ANFIBI, RETTILI, UCCELLI SONO PREVISTE 3 LEZIONI

L’APPARATO RESPIRATORIO E’ COSTITUITO DA UN INSIEME DI STRUTTURE CHE RENDONO POSSIBILI GLI SCAMBI GASSOSI:  ASSUNZIONE DI OSSIGENO DALL’AMBIENTE  ELIMINAZIONE DI ANIDRIDE CARBONICA DALL’ORGANISMO

NEI VERTEBRATI RESPIRAZIONE: -CUTANEA -BRANCHIALE: BRANCHIE ACQUA -POLMONARE: POLMONE ARIA BRONCOALVEOLARE FUNZIONE RESPIRATORIA SAVOLTA DA: EPITELIO RESPIRATORIO MONOSTRATIFICATO UOMO

APPARATO RESPIRATORIO NELL’UOMO (Cuore) Diaframma Bronchiolo Bronco Polmone destro Trachea Laringe (Esofago) Faringe Cavità nasale Polmone sinistro

Le vie respiratorie partono dal NASO (o bocca se vie nasali sono ostruite) Flusso dell’aria: narici (possono dilatarsi - muscoli mimici) Vestibolo (vibrisse) simultaneamente meati superiore, medio, inferiore simultaneamente recessi sfenoetmoidali e coane - MUCOSA nella cavità nasale: cellule cilindriche con CIGLIA: esse eliminano il pulviscolo dell’aria e CELLULE MUCIPARE è molto vascolarizzata: ciò permette di riscaldare l’aria Attraverso le COANE il naso comunica con la FARINGE

seno cornetto faringe

SENI PARANASALI SENI FRONTALI CELLETTE ETMOIDALI SENI SFENOIDALI SENI MASCELLARI

SENI PARANASALI Sono spazi contenenti aria che si aprono nella cavità nasale nome da ossa del cranio entro le quali sono collocati rivestiti da mucosa di tipo respiratoriosecreto mucoso anche per alleggerire il cranio camere di risonanza della voce

FARINGE FARINGE: organo comune all’apparato digerente. Fonazione: la sua forma timbro della voce. E’ una struttura tubolare che si divide in tre settori: - Rinofaringe (con adenoidi) - Orofaringe (con tonsille palatine e tonsilla linguale) - Faringe laringea Alla faringe seguono: LARINGE TRACHEA

LARINGE e’ un organo dotato di motilità, può compiere movimenti e modificando la forma della sua cavità partecipa ai processi della fonazione. è situata nella regione anteriore del collo, davanti all’esofago. È costituita da una serie di strutture cartilaginee, collegate da legamenti e formazioni muscolari.

LA LARINGE COSTITUISCE IL PRIMO TRATTO DELLE VIE AEREE (CORDE VOCALI)

VISTA POSTERIORE DELLA LARINGE CON I MUSCOLI ATTI A MODIFICARE LA FORMA

LARINGE La laringe è un breve tratto delle vie aeree dei Tetrapodi tra la glottide e l’inizio della trachea; Lo scheletro della laringe è formato da nove cartilagini: - 3 impari: tiroidea (pomo d’Adamo), epiglottide (si veda oltre), cricoidea Pari: 2 aritenoidi (punto di attacco per corde vocali), 2 corniculate, 2 cuneiformi Ai lati della camera laringea nei Mammiferi si trovano , disposte trasversalmente e più o meno tese, le pieghe vocali = corde vocali conferiscono capacità di comunicare tramite suoni.

LARINGE E CORDE VOCALI non usate per la fonazione sono rilassate e consentono all’aria di passare con flusso costante senza vibrazioni di frequenza sonora. più o meno tese  possono vibrare variazioni del flusso d’aria danno origine ai suoni. Durante la fonazione i muscoli intrinseci della laringe modificano in continuazione la posizione delle cartilagini tiroidee rispetto alle aritenoidee, regolando quindi la tensione delle corde. La frequenza delle vibrazioni della colonna d’aria in uscita è funzione del grado di tensione delle corde vocali. 18 mesi bambini E’ la posizione definitiva della laringe nell’adulto che ci consente di parlare. Ippopotami non hanno le corde vocali. Le scimmie urlatrici hanno cartilagini tiroidee enormemente sviluppate (e anche l’osso ioide).

LARINGE: EPIGLOTTIDE, CORDE VOCALI Nell’uomo l’atto della deglutizione spinge la laringe verso l’alto contro l’epiglottide: così viene bloccato l’accesso alla laringe stessa, alla trachea ed ai polmoni.

TRACHEA Connette la laringe ai bronchi con funzione essenzialmente passiva di conduzione dell’aria. Lunga 11- 13 cm decorre sul piano mediano, davanti all’esofago, nella parte inferiore del collo e del torace. Il suo scheletro è formato da 16-20 anelli cartilaginei a forma di C, regolarmente sovrapposti. Posteriormente, dove le cartilagini sono interrotte, la parete è completata da un muscolo liscio che, contraendosi può modificare il raggio di curvatura delle cartilagini e il lume della trachea. E’ rivestita da un epitelio con cellule dotate di ciglia vibratili, capaci di veicolare all’esterno il muco secreto in cui è intrappolato il pulviscolo atmosferico.

LA TRACHEA

MUCOSA TRACHEALE UMANA Fotografia al microscopio elettronico a scansione della superficie della mucosa tracheale umana. Oltre alle cellule cigliate si osservano anche delle cellule mucipare. (Pag. 263 La cellula -RosatiColombo)

ALBERO BRONCHIALE Trachea Bronco primario Bronchi secondari Terziari anelli irregolari Bronchioli no anelli cartilaginei Dotti alveolari ( metafora peduncolo-acino) Alveoli singolo strato di tessuto epiteliale pavimentoso semplice

ALBERO BRONCHIALE POLMONE DESTRO POLMONE SINISTRO

BRONCHIOLI- DOTTI ALVEOLARI- ALVEOLI

GLI ALVEOLI

ALVEOLI Un sottile velo umido riveste la superficie degli alveoli e rappresenta il medium nel quale l’ossigeno transita prima di raggiungere la parete alveolare. Negli alveoli è presente il surfactante, che riduce la tensione superficiale in corrispondenza della faccia interna degli alveoli; in assenza di questo prodotto si rende necessario un grande sforzo inspiratorio per distendere la parete alveolare e per ventilare le superfici di scambio gassoso

POLMONI Parenchimatosi (spugnosi, non cavi) Occupano la cavità toracica delimitando uno spazio centrale detto MEDIASTINO in cui ha sede il cuore Polmone destro: tre lobi Polmone sinistro: due lobi

PROIEZIONE DEI POLMONI E DELLA TRACHEA IN RAPPORTO ALLA GABBIA TORACICA E ALLE CLAVICOLE 11 E 12 COSTA NON VISIBILI DA QUESTA PROIEZIONE POSIZIONE DELLE CUPOLE DEL DIAFRAMMA AL TERMINE DELL’ESPIRAZIONE

PLEURA PARIETALE, VISCERALE E LIQUIDO PLEURICO

INSPIRAZIONE ED ESPIRAZIONE La cassa toracica si espande quando i muscoli intercostali si contraggono Aria inspirata si contrae quando si rilassano Aria espirata Polmone Diaframma Il diaframma si rilassa (si alza) Il diaframma si contrae (si abbassa) Inspirazione Espirazione

INSPIRAZIONE

ESPIRAZIONE

VENTILAZIONE POLMONARE NELL’UOMO CAPACITA’ POLMONARE TOTALE = VOLUME CORRENTE: volume d’aria mobilitato in condizioni di riposo (500 ml di aria) + VOLUME DI RISERVA INSPIRATORIA: aria inalata con respirazione profonda + VOLUME DI RISERVA ESPIRATORIA: massa d’aria esalata in eccesso + VOLUME RESIDUO: volume di aria non mobilitabile SPAZIO MORTO: volume non ventilato dall’aria inalata

DIFFUSIONE DEI GAS NEI POLMONI E NEGLI ALTRI ORGANI Un gas diffonde sempre da una regione a pressione parziale più alta verso una caratterizzata da una pressione parziale più bassa.

ASSUNZIONE E RILASCIO DI OSSIGENO ARIA INSPIRATA: OSSIGENO 160 mmHg RAGGIUNGE GLI ALVEOLI: 104 mmHg CAPILLARI PORTANO NEGLI ALVEOLI SANGUE CON: OSSIGENO 40 mmHg IL SANGUE CHE LASCIA I CAPILLARI ALVEOLARI HA OSSIGENO: 104 mmHg IL SANGUE: 100 mmHg RAGGIUNGE CUORE POMPATO I TESSUTI HANNO OSSIGENO: <40 mm Hg QUINDI L’OSSIGENO DIFFONDE NEL SANGUE QUINDI L’OSSIGENO DIFFONDE NEI TESSUTI

SCAMBI DI ANIDRIDE CARBONICA Nelle cellule del tessuto anidride carbonica: > 45mmHg Sangue ossigenato che raggiunge i tessuti ha anidride carbonica: 40 mmHg Quindi l’anidride carbonica diffonde nei capillari Sangue nei capillari che lasciano i tessuti ha anidride carbonica: 45 mmHg Raggiunge il cuore Pompato Raggiunge i polmoni Quindi l’anidride carbonica diffonde negli alveoli (poi espirazione) Negli alveoli l’aria inspirata ha anidride carbonica: 40 mm Hg

CENNI SUL TRASPORTO DI OSSIGENO E ANIDRIDE CARBONICA OSSIGENO: viene trasportato dall’emoglobina: essa lega l’ossigeno in maniera reversibile: viene legato in corrispondenza dei polmoni e ceduto in corrispondenza dei capillari sistemici. ANIDRIDE CARBONICA: Il 70% viene trasportato nel sangue sotto forma di ioni bicarbonato Il 23% si lega ai gruppi aminoacidici dell’emoglobina 7% viene trasportato disciolto nel plasma sanguigno

RESPIRAZIONE NEI VERTEBRATI: -CUTANEA -BRANCHIALE: BRANCHIE: INTERNE ESTERNE -POLMONARE: POLMONE: BRONCOALVEOLARE SACCIFORME PARABRONCHIALE MAMMIFERI ANFIBI E RETTILI UCCELLI

RESPIRAZIONE BRANCHIALE: ACQUA Le branchie non possono funzionare nell’ambiente aereo perché il loro epitelio respiratorio, organizzato in lamelle e filamenti, richiede il supporto meccanico fornito dall’acqua! All’asciutto le lamelle branchiali collassano e si verificano fenomeni di adesione tra ampie aree di epitelio respiratorio adiacenti.

LE BRANCHIE DEI PESCI OSSEI L’OPERCOLO protegge le branchie e concorre alla loro ventilazione Da ognuno degli archi branchiali emanano lamelle di primo ordine in duplice serie. Da ognuna di esse prendono a loro volta origine le lamelle di secondo ordine, che rappresentano le strutture respiratorie. In loro corrispondenza si sviluppano due flussi in controcorrente: quello del sangue e quello dell’aria.

I PESCI: OSTEITTI Lamelle primarie opercolo Lamelle secondarie branchie Lamelle secondarie Lamelle primarie

PESCI: SCAMBIO CONTROCORRENTE Arco branchiale Direzione del flusso dell’acqua Arco branchiale Vasi sanguigni Filamenti branchiali Sangue ricco di ossigeno Sangue povero Lamella 15% 40% 70% 100% 60% 80% 30% 5% % di O2 nell’acqua che fluisce sopra le lamelle % di O2 nel sangue che fluisce attraverso i capillari all’interno delle lamelle

ANFIBI CORDE VOCALI: i maschi degli anuri presentano anche i sacchi vocali grazie ai quali emettono gracidii -Respirazione branchiale - Cutanea - Polmonare (polmone non parenchimatoso, cavo)

RETTILI Nei loricati (coccodrilli) i polmoni hanno una consistenza parzialmente spugnosa e sono definiti semiparenchimatosi. Anfibi e rettili ventilano i polmoni con un meccanismo semplice, deglutendo l’aria a piccoli bocconi ed emettendola in un solo atto espiratorio.

IL SISTEMA RESPIRATORIO DEGLI UCCELLI Privi di corde vocali, presentano la siringe, organo vocale situato alla base della trachea. Complesso sviluppo di dotti aerei interconnessi Dalla biforcazione della trachea, i bronchi penetrano nel polmone costituendo il mesobronco, da cui per successive ramificazioni, originano bronchi secondari e terziari o parabronchi. I parabronchi terminano nei sacchi aerei. I sacchi aerei, compressi dai muscoli che li circondano, agiscono come mantici. I sacchi aerei funzionano come “deposito d’aria”.

IL SISTEMA RESPIRATORIO DEGLI UCCELLI L’aria inspirata va direttamente nei sacchi aerei, le cui estroflessioni si portano in tutto il corpo, anche nelle ossa; in seguito l’aria si dirige ai polmoni. Aria Sacche aeree anteriori Sacchi aerei posteriori Trachea Polmoni 1 mm Espirazione: Sacchi aerei vuote; polmoni pieni d’aria Inspirazione: sacchi aerei piene d’aria Condotti aerei nei polmoni