Sistema respiratorio Flashcards
Respirazione
E’ il processo di SCAMBIO DEI GAS che avviene a due livelli:
RESPIRAZIONE INTERNA O RESPIRAZIONE CELLULARE in cui attraverso la FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA viene generato ATP e ANIDRIDE CARBONICA come prodotto di scarto utilizzando OSSIGENO
RESPIRAZIONE ESTERNA in cui c’è lo SCAMBIO di OSSIGENO e ANIDRIDE CARBONICA tra l’ATMOSFERA e i TESSUTI.
Comprende 4 processi:
1.VENTILAZIONE POLMONARE ossia il movimento dell’aria dentro ai polmoni (INSPIRAZIONE) e fuori dai polmoni (ESPIRAZIONE) come movimento di volume
2.Scambio per DIFFUSIONE di OSSIGENO e ANIDRIDE CARBONICA tra le CAVITA’ AEREE POLMONARI e il SANGUE
3.TRASPORTO attraverso il sangue di OSSIGENO e ANIDRIDE CARBONICA tra i POLMONI e i TESSUTI
4.Scambio per DIFFUSIONE di OSSIGENO e ANIDRIDE CARBONICA tra il SANGUE e i TESSUTI
Anatomia sistema respiratorio
Le vie respiratorie superiori includono la cavità nasale, la cavità orale e la faringe. Dopo la faringe che costituisce una via di passaggio comune per l’aria e per il cibo, le vie per il passaggio del cibo e dell’aria divergono. Il tratto respiratorio forma la via per l’aria e può essere diviso funzionalmente in due componenti: la zona di conduzione e la zona respiratoria. La zona di conduzione (laringe, trachea, bronchi e bronchioli) permette il passaggio dell’aria dalla faringe ai polmoni; è ricoperta da un epitelio che contiene le cellule ciliate e le cellule caliciformi. Le cellule caliciformi secernono un fluido viscoso chiamato muco che ricopre le vie respiratorie e cattura le particelle estranee che si trovano nell’aria inalata. Le cilia delle cellule ciliate si muovono da una parte all’altra con movimento simile a quello di una frusta per sospingere il muco contenente le particelle inglobate verso la glottide e quindi verso la faringe dove viene deglutito. Questo processo (scalata del muco) previene l’accumularsi del muco nelle vie respiratorie e le ripulisce dalle sostanze estranee che vi sono inglobate. L’accumularsi del muco nelle vie respiratorie aumenta la probabilità di infezioni. Le cilia vengono facilmente paralizzate dal fumo di tabacco che rende difficoltosa la scalata del muco e le particelle e il muco stesso che si accumulano nelle vie respiratorie possono essere eliminati solamente con la tosse.
La zona respiratoria (bronchioli respiratori, dotti alveolari, alveoli e sacchi alveolari) è la sede degli scambi di gas nei polmoni; gli alveoli costituiscono la sede principale di scambio. La parete di un alveolo contiene cellule di tipo I e di tipo II (pneumociti di tipo I e di tipo II). Le cellule di tipo I e le cellule endoteliali dei capillari formano la membrana respiratoria attraverso cui ha luogo lo scambio gassoso. Le cellule di tipo II secernono la sostanza tensioattiva polmonare che favorisce l’espansione polmonare. Negli alveoli si trovano anche i macrofagi alveolari. Le pleure sono membrane formate da connettivo a strati e capillari che ricoprono la parete toracica e i polmoni, formando il sacco pleurico attorno a ciascun polmone. La porzione di sacco pleurico aderente ai polmoni viene chiamata pleura viscerale, mentre quella aderente alla parete toracica viene chiamata pleura parietale. Lo spazio tra le due pleure chiamato spazio intrapleurico è riempito da un sottile strato di liquido intrapleurico che consente lo scorrimento delle pleure durante il movimento dei polmoni e tiene in contatto i polmoni con la parete toracica. La parete toracica è formata dalla gabbia toracica, dallo sterno, dalle vertebre toraciche, dai muscoli e dal tessuto connettivo associati. I muscoli della parete toracica includono i muscoli intercostali interni ed esterni ed il diaframma
Ventilazione polmonare
Il flusso di ARIA all’interno e all’esterno dei polmoni è guidato da un GRADIENTE DI PRESSIONE tra gli ALVEOLI e l’ARIA ESTERNA (ATMOSFERICA).
L’INSPIRAZIONE avviene quando la PRESSIONE degli ALVEOLI è MINORE della PRESSIONE ATMOSFERICA determinando un GRADIENTE DI PRESSIONE che INTRODUCE l’aria negli ALVEOLI.
L’ESPIRAZIONE avviene quando la PRESSIONE negli ALVEOLI è MAGGIORE della PRESSIONE ATMOSFERICA determinando un GRADIENTE DI PRESSIONE che provoca la FUORIUSCITA dell’aria dagli ALVEOLI
Pressioni associate alla ventilazione
PRESSIONE ATMOSFERICA (Patm): pressione dell’ARIA ESTERNA a livello del mare: 760 mmHg. Costante anche se diminuisce al crescere dell’altitudine
PRESSIONE INTRA-ALVEOLARE (Palv): pressione dell’aria all’INTERNO degli ALVEOLI. A riposo è pari alla Patm. La DIFFERENZA tra la Palv e la Patm costituisce il GRADIENTE DI PRESSIONE che guida la VENTILAZIONE
PRESSIONE INTRAPLEURICA (Pip): pressione all’INTERNO del SACCO PLEURICO. A riposo è -4 mmHg. E’ sempre inferiore alla Palv e negativa durante la respirazione normale
PRESSIONE TRANSPOLMONARE: DIFFERENZA tra la Palv e la Pip. E’ una misura della FORZA DI DILATAZIONE attraverso il polmone
Il flusso di aria attraverso i polmoni è definito come FLUSSO DI VOLUME la cui VELOCITA’ è determinata da un GRADIENTE DI PRESSIONE e da una RESISTENZA: Patm-Palv/R
Inspirazione
Inizia con la STIMOLAZIONE NERVOSA dei MUSCOLI INSPIRATORI (scheletrici) che si CONTRAGGONO in risposta al RILASCIO di ACETILCOLINA nella GIUNZIONE NEUROMUSCOLARE.
Il DIAFRAMMA e i MUSCOLI INTERCOSTALI ESTERNI si CONTRAGGONO determinando l’AUMENTO del volume della CAVITA’ TORACICA. Di conseguenza la Pip DIMINUISCE e i polmoni si ESPANDONO causando la DIMINUZIONE della Palv che scende sotto la Patm: l’aria entra negli alveoli
Espirazione
Durante la respirazione tranquilla, la PARETE TORACICA e i POLMONI ritornano PASSIVAMENTE nella loro POSIZIONE INIZIALE (non c’è contrazione). Il volume dei polmoni diminuisce e la Palv diventa MAGGIORE di quella atm: l’aria fluisce all’esterno.
L’espirazione attiva è un’espirazione forzata determinata da una contrazione dei muscoli intercostali interni e addominali che produce un maggiore gradiente di pressione che spinge l’aria fuori
Fattori che influenzano la ventilazione polmonare
COMPLIANZA: i polmoni possono facilmente essere stirati durante l’inspirazione all’aumentare del volume polmonare (distensibilità). Il fattore surfattante polmonare o sostanza tensioattiva (simil detergente) aumenta la complianza
RESISTENZA DELLE VIE RESPIRATORIE: bassa, ma può essere influenzata dal SNA, fattori chimici, meccanica respiratoria. Dipende dal raggio dei condotti del tratto respiratorio (minore raggio, maggiore resistenza)
Circolazione polmonare
Per mantenere l’omeostasi, l’organismo deve assumere l’ossigeno dall’atmosfera ed espellere in essa anidride carbonica. Il movimento di ossigeno e di anidride carbonica tra l’aria alveolare e il sangue si ottiene per diffusione e dipende dal gradiente di concentrazione. L’ossigeno si trova ad una concentrazione maggiore negli alveoli e diffonde nel sangue, mentre l’anidride carbonica si trova ad una concentrazione maggiore nel sangue e diffonde negli alveoli
Trasporto dell’ossigeno nel sangue
L’1.5% dell’ossigeno è disciolto nel plasma o nel citosol degli eritrociti, mentre il 98.5% dell’ossigeno è trasportato legato all’emoglobina.
L’EMOGLOBINA è formata da QUATTRO SUBUNITA’, ciascuna delle quali contiene una globina e un gruppo EME che contiene FERRO. Ciascun gruppo eme è capace di legare una molecola di ossigeno, quindi ciascuna molecola di emoglobina può trasportare quattro molecole di ossigeno. Il complesso costituito dall’emoglobina e dall’ossigeno ad essa legato viene chiamato OSSIEMOGLOBINA. Una molecola di emoglobina priva di ossigeno DEOSSIEMOGLOBINA.
Nei polmoni le molecole di ossigeno che si spostano dall’area alveolare al sangue capillare si legano all’emoglobina. Quando il sangue raggiunge i tessuti, le molecole di ossigeno si dissociano dall’emoglobina e diffondono nelle cellule (legame reversibile).
Quando tutti i siti di legame dell’ossigeno in una molecola di emoglobina sono occupati, si dice che la molecola di emoglobina è satura al 100%
Curva di dissociazione dell’Hb
Valuta la PERCENTUALE DI SATURAZIONE di EMOGLOBINA in funzione della PRESSIONE PARZIALE DELL’OSSIGENO.
Il legame tra ossigeno ed emoglobina è rappresentato da una SIGMOIDE in quanto la capacità dell’emoglobina di legarsi all’ossigeno dipende da quante molecole di ossigeno sono già legate ad essa. Il LEGAME di una molecola di ossigeno all’emoglobina AUMENTA l’AFFINITA’ della molecola di emoglobina per l’OSSIGENO.
Il legame dell’ossigeno ad una delle subunità dell’emoglobina induce una MODIFICAZIONE STRUTTURALE nella molecola che AUMENTA l’AFFINITA’ per l’ossigeno delle rimanenti subunità (cooperazione positiva). Questo determina un AUMENTO della PRESSIONE PARZIALE DELL’OSSIGENO che porta ad un maggiore AUMENTO della PERCENTUALE DI SATURAZIONE.
A PRESSIONI PARZIALI molto BASSE, molte molecole di EMOGLOBINA NON hanno alcun OSSIGENO legato ad esse. In queste condizioni, l’AFFINITA’ dell’emoglobina per l’ossigeno è relativamente BASSA quindi la % DI SATURAZIONE è BASSA. All’AUMENTARE della PRESSIONE PARZIALE DELL’OSSIGENO, più molecole di EMOGLOBINA LEGANO almeno una molecola di OSSIGENO determinando un AUMENTO dell’AFFINITA’ dell’emoglobina per altre molecole di ossigeno.
A valori ALTI di pressione parziale, la PENDENZA della curva DIMINUISCE fino ad APPIATTIRSI in quanto, all’aumentare della saturazione, è disponibile un minor numero di siti di legame
(75% saturazione vene sistemiche, 25% ossigeno prelevato da tessuti a riposo)
Fattori che influenzano affinità dell’Hb
Diminuzioni di affinità spostano la curva verso destra, indicando che è necessaria una pressione parziale dell’ossigeno più alta per ottenere un dato livello di saturazione.
Aumenti di affinità spostano la curva verso sinistra indicando che è sufficiente una pressione parziale dell’ossigeno più bassa per ottenere qualsiasi livello di saturazione.
TEMPERATURA: ALTERA la STRUTTURA della molecola di EMOGLOBINA. All’aumentare del metabolismo dei tessuti, AUMENTA la TEMPERATURA DIMINUENDO l’AFFINITA’ dell’emoglobina per l’ossigeno. Come risultato, PIU’ OSSIGENO è RILASCIATO ai tessuti molto attivi. La DIMINUZIONE della TEMPERATURA del sangue, durante il passaggio nei polmoni, AUMENTA l’AFFINITA’ dell’emoglobina per l’ossigeno, promuovendone il legame
pH: EFFETTO BOHR ed è basato sul fatto che quando l’ossigeno si lega all’emoglobina, alcuni amminoacidi della proteina rilasciano IONI IDROGENO. Un AUMENTO della concentrazione di ioni idrogeno e quindi una DIMINUZIONE del pH sposta la reazione verso sinistra determinando la liberazione di qualche molecola di ossigeno dall’emoglobina. Gli ioni idrogeno legandosi all’emoglobina DIMINUISCONO l’AFFINITA’ dell’emoglobina per l’ossigeno che viene rilasciato. La concentrazione di ioni idrogeno tende ad aumentare nel tessuto attivo, facilitando il rilascio di ossigeno
PRESSIONE PARZIALE DELL’ANIDRIDE CARBONICA: l’ANIDRIDE CARBONICA reagisce in modo reversibile con certi GRUPPI AMMINICI dell’emoglobina per formare la CARBAMMINOEMOGLOBINA. Quando l’attività metabolica aumenta, la PRESSIONE PARZIALE dell’anidride carbonica AUMENTA e la reazione si sposta verso destra, formando più carboamminoemoglobina. Quando l’anidride carbonica si lega all’emoglobina, la CONFORMAZIONE dell’emoglobina si MODIFICA, DIMINUENDO la sua AFFINITA’ per l’ossigeno
2,3-DPG: intermedio della glicolisi anaerobica grazie alla quale gli eritrociti ottengono l’energia. Quando l’OSSIEMOGLOBINA è presente ad ALTA concentrazioni, essa INIBISCE l’enzima che forma il 2,3-DPG e i livelli di 2,3-DPG sono bassi ed hanno poco effetto sull’affinità dell’emoglobina. Se i livelli di ossiemoglobina sono BASSI interviene la SINTESI di 2,3-DPG che provoca una DIMINUZIONE dell’AFFINITA’ dell’emoglobina per l’ossigeno. Ciò incrementa il rilascio di ossigeno nei tessuti che ne hanno bisogno
Trasporto dell’anidride carbonica nel sangue
Nei polmoni, l’anidride carbonica diffonde secondo il suo gradiente di pressione dal sangue ai capillari polmonari e quindi agli alveoli per essere espirata, diminuendo quindi i livelli di anidride carbonica nel sangue stesso. La perdita di anidride carbonica fa in modo che gli ioni bicarbonato e idrogeno negli eritrociti si combinino per formare acido carbonico il quale è convertito dall’anidrasi carbonica in anidride carbonica e acqua. L’anidride carbonica diffonde negli alveoli per essere espirata. I livelli di ioni bicarbonato diminuiscono e questi ioni vengono trasportati dal plasma agli eritrociti in cambio di ioni cloruro
Regolazione nervosa
La respirazione è sotto controllo VOLONTARIO e INVOLONTARIO.
I centri respiratori si trovano nel ponte e nel bulbo del controllo encefalico. In queste regioni due classi di neuroni, i neuroni inspiratori e i neuroni espiratori, generano potenziali d’azione durante l’inspirazione e l’espirazione.
Ci sono due centri per ogni lato del bulbo (midollo allungato):
Gruppo respiratorio ventrale contiene i neuroni che controllano i muscoli utilizzati nell’espirazione attiva e inspirazione profonda
Gruppo respiratorio dorsale contiene i neuroni inspiratori
Gruppo respiratorio pontino contiene i neuroni inspiratori, espiratori e misti che controllano la frequenza e la profondità del respiro
Chemocettori
I chemocettori sono coinvolti nel controllo delle pressioni parziali di ossigeno e di anidride carbonica nel sangue arterioso ed inviano tali informazioni ai centri respiratori in modo tale che essi possano regolare la ventilazione in risposta ai cambiamenti di queste variabili. I chemocettori coinvolti nel controllo respiratorio sono classificati come periferici o centrali a seconda della loro localizzazione.
I chemocettori periferici sono cellule sensoriali specializzati in contatto diretto con il sangue arterioso e comunicano con i neuroni afferenti che proiettano ai centri respiratori bulbari. I chemocettori periferici rispondono alle modificazioni della pressione parziale dell’ossigeno e dell’anidride carbonica arteriosa o del pH. In risposta alla diminuzione della pressione parziale dell’ossigeno e del pH i chemocettori periferici inviano potenziali d’azione ai centri di controllo bulbari che rispondono producendo un aumento della ventilazione.
I chemocettori centrali sono neuroni bulbari che rispondono direttamente ai cambiamenti della concentrazione degli ioni idrogeno nel liquido cerebrospinale. Questi chemocettori si trovano nell’encefalo e sono protetti dalla barriera ematoencefalica che separa il liquido cerebrospinale dal sangue. Gli ioni idrogeno non possono attraversare la barriera ematoencefalica. L’anidride carbonica nel sangue diffonde nel liquido cerebrospinale dove l’anidrasi carbonica catalizza la conversione di anidride carbonica e acqua in acido carbonico che si dissocia in ioni bicarbonato e ioni idrogeno. Gli ioni idrogeno possono quindi attivare i chemocettori centrali
