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BIOLOGIA
IL CORPO UMANO
LEZIONE N.10
slide n. 39
APPARATO
RESPIRATORIO
La respirazione e gli scambi gassosi
II ITI
Prof. Fabrizio CARMIGNANI
[email protected]
www.fabriziocarmignani.com
IISS “Mattei” – Rosignano S. (LI)
ANATOMIA COMPARATA
MECCANISMI alla BASE degli SCAMBI GASSOSI
GLI ANIMALI SCAMBIANO O2 e CO2 ATTRAVERSO
SUPERFICI CORPOREE UMIDE
Negli animali, l’ossigeno diffonde all’interno del
corpo e l’ anidride carbonica viene liberata
nell’ambiente circostante attraverso una
superficie respiratoria
La SUPERFICIE RESPIRATORIA
è costituita da cellule vive le cui membrane
cellulari devono essere bagnate per poter svolgere
la loro funzione
LOMBRICO (Anellidi)
gli scambi gassosi avvengono a livello di tutta la
superficie del corpo
PIANO della SEZIONE
SEZIONE TRASVERSALE
della superficie respiratoria
(pelle che ricopre il corpo)
CO2
O2
CAPILLARI
SUPERFICIE CUTANEA RESPIRATORIA
PESCI - INSETTI - MAMMIFERI
Nella maggior parte degli animali alcune parti del corpo si
sono trasformate (specializzate) in
SUPERFICI RESPIRATORIE
Superficie
corporea
Superficie respiratoria
(BRANCHIA)
CO2
O2
Superficie
respiratoria
(TRACHEE)
O2
Cellule del corpo
(trachee non a contatto
con i capillari)
CO2
Capillari
BRANCHIE
Superficie
corporea
TRACHEE
Superficie corporea
CO2
O2
CO2 O2
Superficie respiratoria
(all’interno del POLMONE)
Capillari
POLMONI
ANIMALI INVERTEBRATI
INSETTI (Artropodi)
Le TRACHEE degli insetti garantiscono uno scambio
gassoso diretto tra l’aria e le cellule del corpo
Negli ANIMALI TERRESTRI gli scambi gassosi
avvengono attraverso l’aria che viene respirata
Ciò comporta 2 grossi vantaggi:
 l’aria ha una concentrazione di O2 molto
elevata (circa 21%)
 è molto leggera e facile da spostare
Gli INSETTI hanno un vasto sistema di tubi interni
chiamati TRACHEE con molteplici ramificazioni più
strette, dette TRACHEOLE, che trasportano l’O2
direttamente alle cellule del corpo.
SACCHE AEREE
TRACHEE
LM 250
STIGMA
SACCA
AEREA
CELLULA
TRACHEOLA
TRACHEA
O2 CO2
Rivestimento
esterno del corpo
SISTEMA TRACHEALE di un INSETTO
ANIMALI VERTEBRATI
lo scambio dei gas avviene in 3 fasi
O2
POLMONE
11
CO2
RESPIRAZIONE
1
SISTEMA CIRCOLATORIO
22
TRASPORTO di GAS
TRAMITE il SISTEMA CIRCOLATORIO
2
SCAMBI GASSOSI
3
tra SANGUE
3
3
e TESSUTI
CELLULA
CO2
CAPILLARI
O2
MITOCONDRI
Le 3 FASI dello SCAMBIO GASSOSO
Lo scambio di gas fornisce O2 per la respirazione
cellulare e rimuove il suo principale prodotto
di rifiuto, cioè la CO2
Grazie all’O2, tutte le cellule del corpo possono
ottenere energia dalle molecole degli alimenti
che l’organismo ha digerito e assorbito
Sacche AEREE degli ALVEOLI
Le BRANCHIE sono organi specializzati per
gli scambi gassosi nell’ambiente acquatico
Le branchie sono estensioni, o ripiegamenti esterni,
della superficie corporea che assorbono l’O2
disciolto nell’acqua.
L’area della superficie respiratoria delle branchie
dei PESCI è molto più estesa rispetto al resto
della superficie del corpo
PESCI
BRANCHIE
ANFIBI
VERTEBRATI ACQUATICI
PESCI
lo scambio dei gas è intensificato dalla ventilazione e dallo
scambio controcorrente tra sangue e acqua che
fluiscono l’uno in senso opposto all’altra
ARCO BRANCHIALE
Direzione
del flusso
dell’acqua
Sangue povero
di ossigeno
Sangue ricco
di ossigeno
LAMELLA
Arco
branchiale
15%
VASI
SANGUIGNI
Struttura delle BRANCHIE
di un PESCE
% di O2 nell’acqua
che fluisce sopra
le lamelle
% di O2 nel sangue che fluisce
attraverso i capillari all’interno
Filamenti
delle lamelle
branchiali
SCAMBIO CONTROCORRENTE
VERTEBRATI TERRESTRI
si evolvono strutture sempre più complesse ed
efficienti: i POLMONI
 RETTILI, UCCELLI, MAMMIFERI e molti ANFIBI
utilizzano i POLMONI per effettuare gli scambi
gassosi
 I polmoni occupano una zona limitata del corpo
dell’animale e sono collegati ad un sistema
circolatorio che trasporta i gas al resto del corpo.
 Le dimensioni e la complessità dei polmoni sono
correlate alla velocità del metabolismo
dell’animale (quindi al suo fabbisogno di ossigeno)
UCCELLI
Nel sistema respiratorio degli UCCELLI
l’aria scorre in una sola direzione
SACCHE AEREE
ANTERIORI
ARIA
ARIA
Tubi dove
passa l’aria
TRACHEA
SACCHE AEREE
POSTERIORI
POLMONI
INSPIRAZIONE:
sacche aeree
piene d’aria
ESPIRAZIONE:
Sacche aeree vuote;
polmoni pieni d’aria
INSPIRAZIONE ed ESPIRAZIONE negli UCCELLI
1 mm
APPARATO
RESPIRATORIO UMANO
E’ costituito dalle VIE RESPIRATORIE
(superiori ed inferiori) e dai POLMONI
L’apparato respiratorio umano è costituito dai seguenti
organi: NARICI, COANE NASALI,FARINGE,LARINGE
TRACHEA,BRONCHI, BRONCHIOLI e ALVEOLI POLMONARI
CAVITÀ
NASALE
FARINGE
LARINGE
(ESOFAGO)
TRACHEA
POLMONE
SINISTRO
POLMONE
DESTRO
BRONCO
BRONCHIOLO
DIAFRAMMA
(CUORE)
Apparato RESPIRATORIO UMANO
FARINGE
La FARINGE è un organo a forma di imbuto, muscolomembranoso comune sia alle vie respiratorie che a quelle
digerenti
Comincia all'altezza delle coane nasali con l' apertura superiore faringea
(porzione rinofaringea) prosegue poi all'altezza dell'istmo delle fauci
(porzione orofaringea) e termina all'altezza della VI vertebra cervicale
(porzione laringofaringea detta ipofaringe)
Successivamente si collega al canale dell'ESOFAGO
La FARINGE è un importante crocevia anatomico e
funzionale tra gli apparati digerente e respiratorio,
considerato il passaggio sia di bolo che di aria all'interno del
canale faringeo
Presenta nel suo epitelio organi linfoidi (TONSILLE)
che garantiscono difesa aspecifica contro eventuali
agenti patogeni
La FARINGE attraverso la
tromba di EUSTACHIO
è in comunicazione con
l'orecchio medio
Per questo svolge una funzione
primaria nel mantenimento
dell'equilibrio pressorio
nell'orecchio medio
LARINGE
Organo impari e mediano, a forma
di piramide triangolare, posto
nella regione anteriore del collo
appena sotto la faringe e che si
continua verso il basso con la
TRACHEA
I rapporti anatomici della
LARINGE sono, a livello posteriore,
con la faringe e l'esofago, mentre
anteriormente e lateralmente, con
la tiroide
E’ separata dalle vie digestive superiori, durante la deglutizione,
da una valvola chiamata EPIGLOTTIDE
La laringe è formata da uno scheletro cartilagineo rivestito
prevalentemente da mucosa di tipo respiratorio e tramite la
vibrazione delle CORDE VOCALI è la sede della fonazione
CORDE VOCALI
Si trovano all’interno della LARINGE ed a causa delle dimensioni
maggiori della laringe nell'uomo, rispetto alla donna, il timbro di voce
femminile risulta più acuto di quello maschile. Le corde vocali sono:
 2 superiori (false): più sottili e quasi prive di muscolatura, che
hanno funzione protettiva e non servono, di norma, per la fonazione
ma, se stimolate, producono un suono sordo e rauco
La fonazione di "false corde" avviene per patologie della laringe
 Le corde vocali (vere) sono costituite da
importanti fasci muscolari (muscoli vocali)
rivestiti da una mucosa pavimentata appoggiata
su uno strato sottomucoso denso ("spazio di
Rejnke“) e proprio grazie a questa struttura
hanno funzione fonatoria
Le corde vocali vere delimitano uno
spazio virtuale, chiamato GLOTTIDE,
attraverso cui avviene il passaggio
dell'aria in trachea
TRACHEA
Le CORDE VOCALI viste dalla LARINGE
TRACHEA
Tubo semirigido, lungo circa 12 cm
formato da una serie di anelli
cartilaginei (16-20) uniti tra loro
da tessuto connettivo
Si divide poi nei 2 BRONCHi
che sfociano nei rispettivi polmoni (dx e sx)
Gli anelli cartilaginei sono incompleti
per permettere l'espansione
dell'esofago durante la deglutizione.
La sua funzione è di trasferire l'aria
dall'esterno verso i polmoni
All’interno troviamo un
epitelio di rivestimento ciliato
(EPITELIO RESPIRATORIO)
con presenza di
ciglia e ghiandole mucose
Le CIGLIA si muovono in senso verticale ed insieme al MUCO
filtrano le sostanze introdotte attraverso la respirazione
Il muco intrappola il particolato (polvere,polline,batteri, ecc..)
in modo che le vie aeree vengano tenute pulite
Le ciglia spingono il muco verso la laringe e
poi nell’esofago e quindi nello stomaco dove
i succhi gastrici lo eliminano
Se respiriamo aria fredda le ciglia rallentano
la loro attività, sfavorendo il movimento del
muco, il quale si accumula
Se queste strutture sono infiammate il muco
prodotto rimane nella trachea, diventando
un mezzo di coltura ottimale per i batteri
La NICOTINA delle sigarette provoca il blocco della
vibrazione delle ciglia dell’epitelio respiratorio (laringe, trachea
e bronchi ) con accumulo di muco e conseguente tosse
I BRONCHIOLI terminano in sacche aeree, dette
ALVEOLI, riunite in grappoli
Ogni alveolo è costituito da un sottile strato di cellule
epiteliali attraverso cui avvengono gli scambi gassosi
Sangue
ricco di ossigeno
sangue povero
di ossigeno
Capillari
sanguigni
Colonizzato SEM 6200
BRONCHIOLO
ALVEOLI
Struttura degli ALVEOLI
VENTILAZIONE POLMONARE
La respirazione polmonare è l’alternarsi di
INSPIRAZIONI ed ESPIRAZIONI
Grazie alla ventilazione, sulla superficie di scambio dei gas
respiratori viene mantenuta alta la concentrazione
di O2 e bassa quella di CO2
Respirazione a pressione negativa:
la contrazione dei muscoli intercostali e del diaframma
fa aumentare il volume della cavità toracica e riduce la
pressione dell’aria negli alveoli
La cassa toracica
si espande quando
i muscoli intercostali
si contraggono
La cassa toracica
si contrae quando
ARIA i muscoli intercostali
INSPIRATA
si rilassano
ARIA
ESPIRATA
POLMONE
DIAFRAMMA
INSPIRAZIONE ed
ESPIRAZIONE nel
corpo umano
DIAFRAMMA si contrae
(si abbassa)
INSPIRAZIONE
DIAFRAMMA si rilassa
(si alza)
ESPIRAZIONE
Il massimo volume di aria che possiamo inspirare ed
espirare è chiamato CAPACITÀ VITALE
I polmoni contengono più aria rispetto alla capacità
vitale: nei polmoni rimane sempre un volume residuo
di aria che impedisce agli alveoli di collassare
PROVA DOCIMASICA
Prova che si effettua in medicina legale sui POLMONI per vedere se un
neonato morto è nato vivo oppure se era già morto alla nascita
Si esegue la prova del galleggiamento che consiste
nell’immergere, previa legatura della trachea, bronchi e
polmoni, in un grosso vaso pieno d’acqua.
Il polmone che ha respirato, almeno una volta, ha un peso
specifico inferiore a quello dell’acqua e galleggia quello che
non ha respirato, invece, essendo più pesante va a fondo
CONTROLLO della RESPIRAZIONE: involontario
I CENTRI di CONTROLLO DELLA RESPIRAZIONE, situati
nell’encefalo, regolano il ritmo respiratorio in base alle
esigenze dell’organismo , monitorando la concentrazione
di CO2 nel sangue.
CERVELLO
PONTE
MIDOLLO
ALLUNGATO
Segnali nervosi
che inducono la contrazione
dei muscoli
DIAFRAMMA
MUSCOLI
INTERCOSTALI
Liquido
cerebrospinale
CENTRI DI CONTROLLO DELLA
RESPIRAZIONE
stimolati da:
Aumento di CO2 =
diminuzione del pH nel sangue
Segnale nervoso che rileva i livelli di CO2 e O2
Sensore per CO2 e O2
nell’aorta
Centri di controllo che regolano la RESPIRAZIONE
Il principale segnale che indica un aumento della
concentrazione di CO2 nel sangue è rappresentato da lievi
cambiamenti nel pH del sangue e del liquido che bagna
l’encefalo
Quando nel sangue aumenta la concentrazione di CO2, il pH
diminuisce e aumentano il numero e la profondità degli atti
respiratori
Gli scambi gassosi tra sangue e tessuti
seguono un gradiente di pressione
Una parte del cuore pompa sangue povero di
ossigeno ai POLMONI dove lega O2 e libera CO2
Una parte del cuore pompa il sangue ricco di
ossigeno alle cellule del CORPo dove
libera O2 e lega CO2
Scambio e trasporto dei gas
nel CORPO UMANO
ARIA INSPIRATA
ARIA ESPIRATA
Cellule
epiteliali
degli alveoli
SPAZI ALVEOLARI
CO2
O2
Capillari alveolari
del polmone
Sangue povero
di CO2
e ricco di O2
Sangue ricco di O2
e povero di CO2
CUORE
Capillari tessutali
CO2
Liquido O2
interstiziale
CELLULE TESSUTALI di TUTTO il CORPO
Lo scambio dei gas tra i capillari e le cellule
circostanti avviene per DIFFUSIONE
secondo un GRADIENTE di PRESSIONE
Ciascuno dei gas presenti in una miscela è
responsabile di una parte, detta PRESSIONE
PARZIALE, della pressione totale della miscela.
Un gas diffonde da una regione con pressione
parziale maggiore a una con pressione parziale
minore
L’EMOGLOBINA contribuisce al trasporto di O2 e CO2
e a regolare il pH del sangue
L’emoglobina trasporta l’ossigeno (legandolo o
rilasciandolo, a seconda della situazione), contribuisce
al trasporto del diossido di carbonio nel sangue e regola
il pH ematico, impedendone bruschi cambiamenti.
Atomo di ferro
Ossigeno prelevato
nei polmoni
Ossigeno liberato
nei tessuti
CATENA
POLIPEPTIDICA
GRUPPO EME
L’EMOGLOBINA acquista e cede OSSIGENO
La maggior parte della CO2 nel sangue è trasportato nel
PLASMA come IONE BICARBONATO
La CO2 reagisce con l’acqua, grazie all’enzima ANIDRASI
CARBONICA, formando acido carbonico (H2CO3)
Le molecole di H2CO3 si dissociano poi in ioni H+ e ioni HCO3–
L’enzima ANIDRASI CARBONICA catalizza anche la reazione inversa.
Il senso della reazione dipende dalla concentrazione di CO2
H2CO3
ANIDRASI
CARBONICA
CO2
Anidride
carbonica
+
H2 O
H+
acqua
ione
idrogeno
A livello POLMONARE
Bassa concentrazione di CO2
Reazione da DX a SX
+
HCO3–
ione
bicarbonato
A livello TESSUTALE
Alta concentrazione di CO2
Reazione da SX a DX
Collegamenti: EMBRIOLOGIA
Gli scambi gassosi nel FETO avvengono attraverso
la circolazione materna
Un feto umano scambia gas con il sangue materno
attraverso la PLACENTA
PLACENTA
con vasi sanguigni materni
e capillari del feto
CORDONE OMBELICALE
con vasi sanguigni
del feto
LIQUIDO
AMNIOTICO
UTERO
Un FETO umano e la PLACENTA nell’UTERO
La molecola che trasporta l’ossigeno dal sangue
materno al feto prende il nome di
EMOGLOBINA FETALE
Alla nascita, l’aumento di CO2 nel sangue del
bambino causa una drastica caduta del pH che
stimola i centri di controllo della respirazione.
PATOLOGIE dell’ APPARATO RESPIRATORIO
In generale, si possono suddividere in:
 INFEZIONI ACUTE delle vie respiratorie che
rappresentano patologie molto frequenti
Si tratta di malattie virali o batteriche,
ad andamento stagionale.
 AFFEZIONI CRONICHE del sistema respiratorio
che sono legate soprattutto a fattori irritanti
come ad esempio il fumo di sigaretta e
l’ inquinamento atmosferico
DANNI del FUMO di SIGARETTA (nicotina)
Il FUMO irrita le cellule che rivestono i bronchi, inibisce i
movimenti delle ciglia dell’epitelio bronchiale e distrugge i
macrofagi (globuli bianchi che inglobano particelle e
microrganismi difendendoci dai germi patogeni)
POLMONE
CUORE
Polmoni sani (sx) e polmoni colpiti da cancro (dx)
FINE LEZIONE N.7A
APPARATO RESPIRATORIO
Grazie per l’attenzione
E ricordatevi……
…Considerate la vostra semenza
fatti non foste a viver come bruti
ma per seguir virtute e canoscenza…
DANTE ALIGHIERI
(Divina Commedia, INFERNO, canto XXVI , 118-120)
Prof. CARMIGNANI FABRIZIO
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