IL SISTEMA RESPIRATORIO
Il sistema respiratorio è deputato allo scambio dei
gas (respirazione) e a molte altre funzioni:
•Regolazione del bilancio acido-base del sangue
•Vocalizzazione
•Difesa contro fattori patogeni nelle vie respiratorie
•Via di dispersione per umidità e calore
•Aumento del ritorno venoso
Lezione 21
1
Fasi della respirazione
La respirazione interna
o
cellulare
è
riferita
alle
reazioni dell’O2 con varie
molecole per produrre CO2,
H2O e ATP.
1
2
3
La respirazione esterna è lo
scambio di O2 e CO2 tra
l’atmosfera ed i tessuti del
corpo (sistema respiratorio e
circolatorio). Comprende:
1
ventilazione
polmonare:
scambio di aria tra atmosfera
e polmoni
2 scambio per diffusione di O2
e CO2 tra polmoni e sangue
3 trasporto di O2 e CO2 nel
sangue
4 scambio per diffusione di O2
e CO2 tra sangue e tessuti
Lezione 21
4
2
L’apparato respiratorio
CAVITA’ NASALE
LINGUA
FARINGE
EPIGLOTTIDE
LARINGE
TRACHE
A
ESOFAGO
BRONCO
DESTRO
BRONCO
SINISTRO
DIAFRAMMA
BRONCHIOLI
TERMINALI
VIE AEREE SUPERIORI: CAVITA’ NASALI, BOCCA, FARINGE
TRATTO RESPIRATORIO: TRACHEA, BRONCHI PRIMARI, BRONCHIOLI
Lezione 21
3
Il tratto respiratorio è costituito da una zona di
conduzione e da una zona respiratoria
DIVISIONI
TRACHEA
CONDUZIONE
BRONCHI
PRIMARI
1
mm
numero
20-25
1
2
12-16
2
3
10-12
4
Cm^2
BRONCHI
SECONDARI
BRONCHIOLI
Solo muscolatura liscia
BRONCHIOLI
TERMINALI
12
<0.5
10^4
100
12-23
<0.5
10^7
10^3
24
0.3
10^8
10^6
BRONCHIOLI
RESPIRATORI
ALVEOLI
Nella zona di conduzione l’aria viene umidificata e
riscaldata. Il volume corrispondente (150 ml) è detto
SPAZIO MORTO ANATOMICO.
Nei bronchioli la cartilagine è assente mentre aumenta il
muscolo liscio: ciò permette una regolazione del diametro
del condotto e quindi un controllo della resistenza al flusso
aereo.
Lezione 21
4
Differenze del tessuto epiteliale respiratorio nei
bronchi, bronchioli ed alveoli
BRONCHI
ZONA DI CONDUZIONE
-cellule a calice
secernono un fluido mucoso per
intrappolare
particelle
estranee
e
microrganismi
patogeni: presenti in laringe, trachea ed, in parte, nei
bronchi.
-cellule ciliate facilitano il passaggio del muco verso la
faringe con il movimento delle loro cilia: presenti lungo
tutta la zona di conduzione.
Lezione 21
5
ALVEOLI
ZONA RESPIRATORIA
-cellule tipo I : piatte ed allungate, appoggiate su una
lamina basale (rapida diffusione dei gas).
-cellule tipo II: più spesse, parzialmente ciliate,
sintetizzano e secernono surfactante, una sostanza lipoproteica che si mescola con il liquido di rivestimento
alveolare e facilita l’espansione polmonare durante la
ventilazione (riduce la tensione superficiale)
-macrofagi, eliminano le sostanze estranee dalla superficie
alveolare.
La parete degli alveoli con quella dei capillari formano la
membrana respiratoria, che separa l’aria dal sangue (0.2
mm).
Comunicano tra loro tramite i pori.
Area totale pari a 70 m^2.
Lezione 21
6
legge di Henry
La concentrazione del gas disciolto
dipende dalla pressione parziale e dalla
solubilità
C= Pgas x S(T)
Un aumento della temperatura provoca aumento
dell’energia cinetica del gas e quindi diminuzione
della solubilità, perché le molecole gassose si
allontanano dalla fase liquidida.
C = quantità di gas in fase acquosa
Pgas = pressione parziale del gas in fase gassosa
S = solubilità del gas in acqua
T = temperatura
Il coefficiente di solubilità dipende dalle interazioni del gas
con il liquido.
La CO2 ha un coefficiente di solubilità 24 volte superiore a
quello dellO2.
CO2
= 0.57 / 0.024 24
O2
Lezione 21
7
LE LEGGI DEI GAS
Legge di Dalton
La pressione totale di una gas è data dalla somma delle
pressioni parziali esercitate dai singoli gas che la
compongono
Ptot = P1 + P2 + ……….. + Pn
Esempio:
Nell’aria
N2 = 79%, O2 = 21% e la Ptot = 760 mmHg
quindi
PN2 = 760 x 0.79 = 600 mmHg
PO2 = 760 x 0.21 = 160 mmHg
Ptot
gas
= 760 mmHg
aria atmosferica aria umidificata* aria alveolare
(37oC)
aria espirata
N2
597
78.7 %
563
74.0 %
569
75.0 %
566
74.5 %
O2
159
20.8 %
149
19.7 %
104
13.6 %
120
15.7 %
CO2
0.3
0.04 %
0.3
0.04 %
40
5.3 %
27
3.6 %
H2O
3.7
0.5 %
47
6.2 %
47
6.1 %
47
6.2 %
760
100 %
760
100 % 760
100 %
Tot
100 % 760
Lezione 21
8
Legge di Graham
Il coefficiente di diffusione D di un gas che
diffonde dall’alveolo al capillare dipende da:
D=
DP x S x A
d x P.M.
DP = gradiente di pressione
S = solubilità del gas nel plasma
A = area della superficie di scambio
d = spessore delle pareti
P.M. = peso molecolare del gas
Poichè il rapporto di solubilità tra la CO2 e l’O2 vale 24, e poichè:
CO2
= 44 = 6.63
O2
= 32 = 5.66
il rapporto S/ P.M. (CO2 vs O2) vale:
24 x 5.66 / 6.63 = 20.3
Il coefficiente di diffusione è 20 volte maggiore per la CO2 e quindi
richiede minori gradienti di pressione (DP) per spostare volumi di CO2
paragonabili a quelli di O2
DPO2 = PO2alv - PO2capill
= 104 – 40 = 64 mmHg
Lezione 21
DPCO2 = PCO2capill - PCO2alv = 45 – 40 = 5 mmHg
9
D=
DP x S x A
d x P.M.
I fattori costitutivi d e A sono uguali per l’O2 e la CO2
ma possono variare in caso di:
- edemi o fibrosi polmonari: d aumenta
- traumi o enfisemi: A diminuisce
Lezione 21
10
SCAMBIO DEI GAS TRA ALVEOLI E
CAPILLARI
Nelle miscele di gas, ciascun gas diffonde in base al suo
gradiente di pressione parziale (lo scambio di ossigeno e
anidride carbonica tra alveoli e sangue, tra sangue e
tessuti)
Lezione 21
11
Capillari sistemici
Capillari alveolari
Lezione 21
12
PO2 venosa e arteriosa durante l’ossigenazione
alveolare
- La PO2 del capillare passa da 40 a 104 mmHg in breve
tempo (1/3 del percorso)
- La DPmedia non è 64/2 = 32 mmHg ma molto più bassa
(10 mmHg) (64=104-40)
- Questo garantisce che se la G.C. aumenta il sangue può
essere egualmente ossigenato.
Lezione 21
13
PO2 e PCO2 alveolare in funzione della ventilazione
alveolare
3 fattori possono influenzare la PO2 e la PCO2
alveolare:
-PO2 e la PCO2 dell’aria inspirata (ma questi valori si
possono considerare costanti)
-Ventilazione alveolare al minuto
-Velocità di consumo di O2 e produzione di CO2 da
parte dei tessuti
Lezione 21
14
I valori del rapporto ventilazione/perfusione variano
in funzione dell’altezza
nella parte alta dei polmoni i
.
capillari sono collassati.
Q diminuisce verso l’alto.
. .
VA/Q > 1
30 cm
23mmHg
(15 sopra cuore
8 sotto)
nella parte bassa dei polmoni
i capillari sono dilatati
(Q aumenta verso il basso)
Lezione 21
. .
VA/Q < 1
15
.
.
Il rapporto ventilazione/perfusione (VA/Q)
Alveolo normalmente ventilato e ben perfuso
. .
VA/Q = 1
Frequenza
respiratori
a (12/min)
Volume
corrent
e (350
ml)
Ventilazion
e alveolare
(4.2 l/min)
Flusso
sanguigno
5l/min
.
.
Il rapporto ottimale VA/Q=0.84 1 è un valore medio su
tutto il polmone.
La quantità di flusso d’aria agli alveoli (ventilazione) è uguale
alla quantità di flusso di sangue agli alveoli (perfusione): la
ventilazione alveolare risponde alle richieste dei tessuti
Lezione 21
16
. .
VA/Q < 1
ventilazione bloccata: la ventilazione alveolare
non risponde alle richieste dei tessuti:
VA si riduce (blocco alveolare).
PO2 alveolare diminuisce, PCO2 aumenta
La ventilazione non è sufficiente a ossigenare il sangue che arriva
ai polmoni
Lezione 21
17
. .
VA/Q =
perfusione bloccata: la ventilazione alveolare (flusso
di aria) aumenta rispetto al consumo di O2 e
produzione di CO2:
PO2 alveolare aumenta
PCO2 diminuisce
La ventilazione eccede il flusso sanguigno polmonare
Lezione 21
18
