Regolazione della respirazione - Progetto e

a.a. 2016/17
Prof.ssa Pia Lucidi
Laboratorio di Cognizione e Benessere Animale
RICEVIMENTO fine lezione o previo appuntamento: [email protected]
Regolazione della respirazione
La meccanica respiratoria è
• Automatica (involontaria, se non in minima parte)
• Ritmica
Regolazione nervosa
Regolazione chimica
Fattori che influenzano il ritmo e la
profondità della respirazione
•
•
•
•
•
•
pO2, pCO2, pH
Emozioni
Sonno
Inspirazione ed espirazione profonde
Irritazioni polmonari
Variazioni di luce e temperatura
TUTTO INTEGRATO A LIVELLO DEL BULBO
Regolazione bulbo-pontina
• Generatore di RITMO (BULBARE): regola la
frequenza respiratoria
• Generatore di MODULI (PONTINO):
controlla ampiezza e profondità di ogni
respiro.
Ritmo respiratorio (frequenza)
• Neuroni pacemaker formano il complesso preBötzinger
• Gruppo inspiratorio dorsale: attiva i muscoli
inspiratori* (fase attiva del respiro, l’espirazione
è passiva)
• Gruppo espiratorio ventrale: entra in gioco
durante le espirazioni forzate
*Il diaframma ed i mm.li intercostali sono innervati dai motoneuroni spinali e
del n. frenico. Tali strutture ricevono gli stimoli dal centro respiratorio bulbare
Moduli respiratori (ponte)
• Centro Pneumotassico:
– controlla la frequenza respiratoria
– indurrebbe un respiro rapido e superficiale
• Arco riflesso di Breuer-Hering
Frequenza del respiro
• Centro pneumotassico (pontino)
– Quando i neuroni Inspiratori si attivano, oltre a far
partire il diaframma e l’inspirazione, scaricano sul
centro pneumotassico.
– Il centro a sua volta, dopo un certo ritardo, invia
un feedback negativo ai neuroni Inspiratori,
controllandone la frequenza di scarica.
• Stimolato da ≠ zone del cervello (emozioni,
variazioni di T°)
Riflesso di Hering-Breuer*
distensione del polmone

atto espiratorio
desufflazione del polmone

atto inspiratorio
Attivazione tensocettori
Cessa attivazione tensocettori
Inibizione del centro Inspiratorio
Cessa inibizione centro Inspiratorio
* arco riflesso vagale
• Nel polmone sono presenti recettori di stiramento a
livello della parete alveolare, che inattivano i neuroni
inspiratori, evitando una eccessiva distensione del
polmone
• L’espirazione è eminentemente passiva. I neuroni
espiratori sono in funzione solo se quelli inpiratori
sono inattivi. In ogni caso il rapporto
espirazione/inspirazione è costante (circa 1.25)
Lesioni bulbopontine
• Sperimentazione animale cruenta
• Ritmi non modulati
• Respiro lento, profondo
• Apneusi*
*apneusi: sforzo inspiratorio lungo e sostenuto, interrotto da una breve espirazione. Si verifica quando
vengono lesionati il centro pneumotassico e l’arco riflesso vagale (vagotomia).
Riflessi respiratori
• a partenza polmonare
• sono possibili grazie alla presenza di recettori
– Recettori di distensione
– Recettori irritans
– Recettori J (fibre C)
Recettori apparato respiratorio
A lento adattamento (distensione)
•Nella muscolatura liscia di trachea e bronchi
•La frequenza di scarica aumenta progressivamente durante l’I
fino a che la inibiscono (sono responsabili del riflesso di HeringBreuer)
•Poiché sono a lento adattamento, mantengono l’insufflazione
polmonare
•Effetti:
–regolano il ritmo respiratorio (inibendo i muscoli inspiratori)
–aumentano la frequenza respiratoria ed evocano broncodilatazione
riflessa
–aumentano la frequenza cardiaca
•Vengono inibiti da un aumento della pCO2
Recettori apparato respiratorio
A rapido adattamento (irritant)
• In laringe, trachea, grossi bronchi, vie aeree intrapolmonari
•Stimolati da inspirazione, broncocostrizione, irritazione della
mucosa (gas irritanti, polveri, istamina etc.)
•Quelli tracheali sono implicati nel riflesso della tosse
•Responsabili del primo respiro dopo il parto (respiro affannoso
e profondo)
•Effetti:
–Aumentano la frequenza respiratoria (iperpnea)
–Inducono la costrizione riflessa dei bronchi
–Inducono costrizione riflessa della laringe
–Inducono secrezione di muco
Recettori apparato respiratorio
Recettori J (fibre C)
•Sono localizzati negli alveoli e nelle pareti bronchiali
•Sono attivati da GRAVI danni a livello di parenchima:
–presenza di liquido negli alveoli (edema)
–istamina, bradichinina, prostaglandine (malattie polmonari)
•Sono responsabili di:
–apnea
–diminuzione della frequenza cardiaca
–diminuzione pressione sanguigna
–costrizione della laringe
Altri recettori
Recettori delle vie aereee superiori
• Cavità nasali:
– aspirazione
– starnuto
• Laringe e faringe:
– tosse
– apnea
– broncocostrizione
Tosse
• Riflesso protettivo per allontanare materiale accumulato a vari
livelli o proveniente dall’esterno
• Recettori:
– nella biforcazione tracheale e grossi bronchi(fibre mieliniche)
– nel faringe (a rapido adattamento)
– sulle corde vocali (recettori di aspirazione)
• Via afferente: vago e glossofaringeo
• Integrazione nel bulbo (centro della tosse nell’obex)
• Via efferente: vago (mm. del laringe) e nervi spinali e toracici (diaframma,
intercostali)
Meccanismo alla base della tosse
• Profonda inspirazione a glottide dilatata
• Chiusura della glottide
• Atti espiratori corti e violenti (a glottide chiusa)
Influenze centrali
• Corteccia:
– apnea volontaria
– iperventilazione volontaria
• Sostanza reticolare
Chemiocettori
• Rilevano alterazioni di:
– ossigeno
– anidride carbonica
– concentrazione di ioni idrogeno
• Variazioni di CO2 e pH inducono grosse
modificazioni della ventilazione
• Variazioni di O2 inducono modificazioni solo se
significative
Regolazione chimica
CO2 ≈ 0,03% (0,3mmHg)
Se sale a 4% (pCO2 = 30 mmHg)
la ventilazione aumenta di 6 L/min (da 7 a 13L/min)
O2 ≈ 21% (159 mmHg)
Se O2 scende al 12% (pO2 = 92 mmHg)
la ventilazione aumenta un po’
L’organismo è più sensibile alle variazioni della pCO2
Due meccanismi
•Periferico
•Centrale
Biforcazione
della carotide comune
Arco dell’aorta
Meccanismo periferico
Glomi
Meccanismo periferico
• Chemiocettori (glomi) nell’apparato circolatorio
– aortici
– carotidei
• Rilevano modificazioni di
– pO2
– pCO2
– pH
• NB: la loro inattivazione fa perdere la risposta riflessa
all’ipossia (si perde la risposta all’ipossia ma non quella all’ipercapnia e alle variazioni di
pH, che sono controllate anche a livello centrale)
• Trasferiscono le informazioni tramite fibre afferenti
rilascianti dopamina e catecolamine
• Conseguenza: meccanismo riflesso di azione sui
motoneuroni dei nervi per i muscoli respiratori
Altri stimoli sul glomo carotideo
1. Aumento della T° del sangue
2. Diminuzione del flusso ematico nel glomo
3. Caduta della pressione arteriosa
Meccanismo centrale
• Chemiocettori nel bulbo, vicino ai neuroni
respiratori (pavimento IV ventricolo)
• Risentono di variazioni del pH nel liquido
interstiziale
• Liquido interstiziale è in comunicazione con il
LCR, a sua volta in comunicazione con sangue
Chemiocettori risentono di variazioni di pH del
sangue
Controllo chimico centrale
•
•
•
•
CO2 passa la barriera ematoencefalica
H+ e bicarbonato non passano nelle cellule
Perciò nel liquor c’è CO2H+ + HCO3Pertanto i recettori sono sensibili a
– pCO2
– pH (+++, perché il liquor è scarsamente tamponato)
• Variazioni di pH nel sangue non vengono subito
risentite a livello centrale (H+ non passa la barriera)
ma dopo 10-40 minuti
Differenze
Meccanismo periferico
I glomi sono influenzati da:
• Ipossia
• Ipercapnia
• Diminuzione pH (anche lievi)
Meccanismo centrale
I chemocettori bulbari sono
stimolati da:
•Ipercapnia
•Diminuzione pH (solo
consistenti)
NB: l’ipossia anziché 
ventilazione, deprime centri
respiratori !!!
Altri riflessi
Barocettori del seno carotideo e
arco aortico
Un  della pressione sui recettori
determina diminuzione della
ventilazione (fino all’apnea)
Una  della pressione determina
iperventilazione
REGOLAZIONE CHIMICA
Relazione CO2/pH
H2O + CO2  H2CO3  H+ + HCO3-
Relazione ventilazione/pH
• I polmoni possono modificare il pH del sangue
aumentando o diminuendo l’eliminazione di CO2
• Iperventilazione=
– maggiore eliminazione CO2
– innalzamento del pH (alcalosi respiratoria)
• Ipoventilazione=
– minore eliminazione di CO2
– abbassamento del pH (acidosi respiratoria)
Regolazione respiratoria
dell’equilibrio acido-base
Alterazioni dell’equilibrio
•Acidosi: quando il pH tende a valori inferiori a 7,4
•Alcalosi: quando il pH tende a valori superiori a 7,4
Entrambe possono essere
–COMPENSATE
–SCOMPENSATE
• acidosi coma e morte
• alcalosi  contrazioni e spasmi muscolari
Acidosi respiratoria
•
•
•
•
Ventilazione ridotta
La CO2 non viene eliminata normalmente
Il pH si abbassa
Cause:
– Apnea
– Patologie polmonari
– Lesioni del centro respiratorio bulbare
Compenso
• Se i centri bulbari rispondono con una
iperventilazione polmonare
• Se i sistemi tampone funzionano
• Se il rene elimina H+ (pompa Na)
Alcalosi respiratoria
• Aumento espirazione (volontaria)
• Anossia anossica (pO2 nel sangue arterioso)
• Avvelenamento da salicilato (iperstimolazione
del centro bulbare)
• Compensata facilmente dal rene
Ipossia
• carenza di ossigeno
• SNC +++ sensibile (dopo 8-9 minuti senza O2 danni
irreversibili)
–
–
–
–
–
–
–
Perdita forze
Cefalea
Nausea e vomito
Sonnolenza
Iperventilazione (fino a dispnea)
Cianosi
Tachicardia
Classificazione ipossia
1. Anossica (ipossica): diminuzione della pO2
nel sangue arterioso
2. Stagnante: circolazione lenta
3. Anemica: legata alla funzione dei GR
4. Istotossica: i tessuti non possono utilizzare
l’O2
Ipossia ipossica
pO2 < 95 mmHg e sangue meno saturo di O2
Ventilazione polmonare
-Ostruzioni
-Depressione centri respiratori
-Pneumotorace
Ossigenazione nei polmoni
-Ridotta diffusione O2 (enfisema)
-Costrizione alveoli (asma)
-Presenza di essudati o liquidi (polmonite, edema)
shunt arterovenoso (malattie congenite)
 pO2 nell’aria inspirata (mal di montagna, sopra i 3.000- 6.000 morte)
Ipossia ipossica
pO2 < 95 mmHg e sangue meno saturo di O2
Ventilazione polmonare
-Ostruzioni
-Depressione centri respiratori
-Pneumotorace
Ossigenazione nei polmoni
-Ridotta diffusione O2 (enfisema)
-Costrizione alveoli (asma)
-Presenza di essudati o liquidi (polmonite, edema)
shunt arterovenoso (malattie congenite)
 pO2 nell’aria inspirata (mal di montagna, sopra i 3.000- 6.000 morte)
Ipossia stagnante
rallentamento della circolazione
• disfunzioni cardiache
• ostacoli al deflusso venoso
Ipossia anemica
• Anemie
• Avvelenamento da: CO, ferrocianuro, clorati etc (metaHB)
Cause di anemia
• Perdita di sangue acuta o cronica
• Scarsa produzione di GR
– Dieta
•Vitamina B12, acido folico
– Midollo emopoietico
• Distruzione dei GR
– Malattie emolitiche infettive o autoimmuni
Ipossia istotossica
• Avvelenamento da acido cianidrico e cianuri
l’O2 arriva ma i tessuti non possono utilizzarlo
Antidoti al CN: nitriti di Na, amile; blu di metilene