FISIOLOGIA DEL SISTEMA RESPIRATORIO
LA VENTILAZIONE (VENTILAZIONE POLMONARE), è quella funzione vitale grazie alla quale i polmoni effettuano scambi gassosi tra l’atmosfera e il sangue. Il metabolismo del nostro organismo necessita, fra le tante cose, di introdurre ossigeno ed espellere anidride carbonica. È nel sangue, grazie ai globuli rossi e specificamente alla molecola dell’emoglobina in essi contenuta, che avvengono il trasporto di ossigeno a tutte le cellule e il trasporto di anidride carbonica da tutte le cellule ai polmoni che lo liberano all’esterno. A livello delle cellule avviene invece la respirazione cellulare. La funzione respiratoria comprende tutte quelle attività fisiologiche finalizzate ad assicurare un adeguato apporto di ossigeno (O2) ai tessuti ed assicurare lo smaltimento dell’anidride carbonica (CO2) prodotta dal metabolismo delle cellule. La ventilazione è dunque una conseguenza macroscopica della respirazione cellulare, e consiste nello scambio tra l’aria esterna che entra nei polmoni durante l’inspirazione e l’aria interna che viene espulsa nell’ambiente attraverso l’espirazione. La respirazione è controllata dal centro respiratorio che si trova nel midollo allungato. | |||||||
CICLO RESPIRATORIO | |||||||
Il processo più importante della respirazione polmonare si svolge negli alveoli: il sangue scarica l’anidride carbonica (CO2) e si carica di ossigeno (O2). I polmoni non sono esattamente simmetrici: il destro è suddiviso in tre lobi (superiore, medio ed inferiore), mentre il sinistro ne ha solo due (superiore ed inferiore); ma hanno circa lo stesso volume. L’aria passa attraverso il naso, la laringe, la trachea, i bronchi principali (destro e sinistro), da ciascuno di questi si dipartono i bronchi di primo ordine (vanno ai lobi) e via via suddividendosi in rami sempre più minuti, gli ultimi dei quali, i bronchioli terminali e ali alveoli portano l’aria al tessuto polmonare che è un tessuto elastico che si contrae su sé stesso. Il tessuto polmonare è, schematicamente, un’interfaccia tra aria e sangue. La maggior parte degli alveoli polmonari si riunisce in gruppi situati all’estremità di ogni bronchiolo respiratorio. Attraverso quest’ultimo ricevono l’aria atmosferica proveniente dai tratti contigui superiori delle vie aeree Gli alveoli polmonari si presentano come piccole camere d’aria di dimensione sferica od esagonale, con diametro medio di 250-300 micrometri in fase di massima insufflazione. Il ruolo primario degli alveoli è arricchire il sangue di ossigeno e ripulirlo dall’anidride carbonica. L’elevata densità di questi alveoli caratterizza l’aspetto morfologico spugnoso del polmone; inoltre, aumenta sensibilmente la superficie di scambio gassoso, che nel complesso raggiunge i 70 – 140 metri quadrati in relazione a sesso, età, altezza ed allenamento fisico Ogni alveolo polmonare presenta un’elevata vascolarizzazione, garantita da numerosissimi capillari. All’interno degli alveoli polmonari, il sangue è separato dall’aria da una sottilissima membrana Il processo di scambio gassoso, chiamato anche ematosi, consiste nell’arricchimento del sangue di ossigeno e nell’eliminazione di anidride carbonica e vapore acqueo. a riposo, il quantitativo di ossigeno scambiato tra l’aria alveolare ed il sangue si aggira attorno ai 250-300 ml al minuto, mentre il quantitativo di anidride carbonica diffusa dal sangue all’aria alveolare è di circa 200-250 ml. Questi valori possono aumentare di circa 20 volte durante un’attività sportiva intesa. Gli scambi gassosi sangue-alveoli sono possibili perché gli alveoli polmonari possiedono una parete molto sottile, che permette il passaggio di gas come l’ossigeno e l’anidride carbonica, e perché tutt’attorno agli alveoli polmonari c’è una fitta rete di capillari sanguigni. Il meccanismo di scambio alveolare avviene poiché ciascun gas diffonde in modo indipendente da un’area in cui la propria pressione parziale è maggiore ad un’area in cui essa è minore, la respirazione esterna consiste in:1-diffusione di O2 dall’aria alveolare (P= 105 mmHg) al sangue circolante nei capillari polmonari (P= 40 mmHg) 2-diffusione di CO2 nella direzione opposta, dal sangue dei capillari polmonari (P= 45 mmHg) all’aria alveolare(P=40mmHg), in pratica è più semplicemente la conformazione degli alveoli in associazione ai differenti gradienti di pressione consentono gli scambi alveolari. A scambio avvenuto, il sangue defluisce nei capillari che poi lo porteranno alle vene polmonari.
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MECCANICA DELLA RESPIRAZIONE | |||||||
La ventilazione avviene grazie ai muscoli respiratori, che contraendosi e rilassandosi permettono l’entrata e la fuoriuscita di aria dai polmoni. Nell’inspirazione: i muscoli si contraggono dilatando gabbia toracica e polmoni, i quali aspireranno aria atmosferica e accumuleranno tensione elastica, liberata poi a fine inspirazione. Nell’espirazione: i muscoli respiratori si rilassano, liberando la tensione elastica accumulata in precedenza. Gabbia toracica e polmoni si restringono, soffiando via l’aria. L’espirazione è passiva. Nel respiro tranquillo non vi è alcuna contrazione muscolare. I muscoli espiratori si rilassano, la forza di retrazione elastica degli alveoli distesi è sufficiente a far abbassare il volume alveolare e a far salire la pressione fino a valori superiori rispetto a quella atmosferica, di conseguenza il gradiente pressorio consente la fuoriuscita dell’aria dai polmoni La respirazione è una successione di inspirazione ed espirazione, che il corpo esegue grazie all’azione coordinata dei muscoli respiratori su stimoli del Sistema Nervoso Centrale, l’impulso nervoso giunge ai muscoli respiratori attraverso il midollo spinale e i nervi periferici. Il normale automatismo della respirazione trae origine da impulsi generati da gruppi di neuroni situati nel midollo allungato. | |||||||
MUSCOLI INSPIRATORI | |||||||
DIAFRAMMA
| MUSCOLI INTERCOSTALI ESTERNI | MUSCOLI ACCESSORI
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È un grosso muscolo cupoliforme che separa il torace dalla cavità addominale, è parte integrante della parete toracica. È innervato dai due nervi frenici, mentre le fibre muscolari si inseriscono sullo sterno, sulle sei coste più basse e sulla colonna vertebrale. Quando il soggetto è in posizione supina il diaframma è responsabile di circa i due terzi dell’aria che entra nei polmoni durante la respirazione tranquilla (eupnea). Quando il soggetto si trova in piedi o è seduto in posizione eretta, il diaframma è responsabile di un terzo del volume corrente. Durante il respiro tranquillo la cupola diaframmatica si abbassa di 1-2cm verso la cavità addominale modificando la sua forma; di conseguenza la dimensione della cavità toracica e il volume aumentano, mentre il contenuto addominale viene spinto verso il basso. | La contrazione dei muscoli intercostali esterni, degli intercostali parasternali e dei muscoli scaleni spingono le coste verso l’alto e in avanti. I muscoli parasternali sono considerati parte dei muscoli intercostali interni, ritenuti parzialmente responsabili dell’innalzamento delle coste inferiori. I muscoli scaleni favoriscono la contrazione durante la respirazione tranquilla. Durante la fase di inspirazione il diaframma e i muscoli inspiratori della gabbia toracica si contraggono simultaneamente | Questi muscoli intervengono nell’ esercizio fisico, nella fase inspiratoria della tosse o dello starnuto o in condizioni patologiche come l’asma. Gli sternocleidomastoidei elevano lo sterno e contribuiscono all’aumento dei diametri anteroposteriore e trasverso del torace | |||||
MUSCOLI ESPIRATORI | |||||||
MUSCOLI ADDOMINALI | MUSCOLI INTERCOSTALI INTERNI | ||||||
Quando si contraggono determinano incremento della pressione addominale e spingono il contenuto dell’addome contro il diaframma rilasciato, spingendo in alto verso la cavità toracica. Abbassano inoltre le coste inferiori e stirano verso il basso la parte infero-anteriore del torace | Essi spostano verso il basso la gabbia toracica con un’azione contraria a quella degli intercostali esterni | ||||||
FASI DELLA VENTILAZIONE POLMONARE SPONTANEA | |||||||
In un atto respiratorio tranquillo, le fasi si susseguono e la fase espiratoria dura circa il doppio rispetto all’inspirazione: RAPPORTO INSPIRAZIONE : ESPIRAZIONE = 1:2 Il ritmo della respirazione è automatico, mentre i muscoli che vengono coinvolti sono volontari e ogni loro contrazione è stimolata da impulsi nervosi che hanno origine nel midollo allungato | |||||||
APNEA | INSPIRAZIONE | PAUSA ESPIRATORIA | ESPIRAZIONE | ||||
Equilibrio tra ambiente interno ed esterno | Il diaframma si appiattisce e allo stesso tempo i muscoli intercostali si contraggono e spingono in alto e in fuori il torace. Contemporaneamente si espandono anche i polmoni. Più intensa è l’azione dei muscoli intercostali, più aria entra nei polmoni. E’ un evento attivo ovvero: è necessario dispendio di energia dato dal lavoro muscolare. |
| I muscoli e diaframma si rilasciano, determinando una costrizione della gabbia toracica e una costrizione dei polmoni che, essendo molto elastici, espellono l’aria. E’ un evento passivo ovvero: non è necessario dispendio di energia dato dal lavoro muscolare. | ||||
PARAMETRI DELLA RESPIRAZIONE FISIOLOGICA | |||||||
VOLUME CORRENTE | Quantità di aria che si inspira ed espira in un singolo atto respiratorio(350-500ml) | ||||||
VOLUME RESPIRATORIO DI RISERVA | Quantità di aria che può essere inspirata durante un’inspirazione forzata al termine di una inspirazione normale | ||||||
VOLUME ESPIRATORIO DI RISERVA | Quantità di aria che può essere espirata durante un’espirazione forzata al termine di una espirazione normale | ||||||
CAPACITÀ VITALE | Somma dei 3 parametri: Volume respiratorio di riserva + Volume espiratorio di riserva * Volume corrente | ||||||
VOLUME RESIDUO | quantità di aria che rimane nei polmoni al termine di una espirazione forzata | ||||||
CAPACITÀ TOTALE | capacità vitale + volume residuo | ||||||
CAPACITÀ VITALE RESIDUA | volume residuo + volume espiratorio di riserva | ||||||
FREQUENZA RESPIRATORIA | Numero atti /minuto | ||||||
VOLUME MINUTO | Quantità d’aria inspirata ed espirata in un minuto = Volume Corrente x Frequenza Minuto | ||||||
FUNZIONI DELLA CO2 NELLA RESPIRAZIONE | |||||||
Se la CO2 non viene rimossa attraverso i polmoni e si accumula nel sangue. La conseguente crescita di tensione della CO2 e il crollo del pH risultano nella stimolazione dei centri respiratori del cervello, che non possono essere sopraffatti volontariamente L’aumento della concentrazione oltre il 7% ha come conseguenza l’attivazione di alcuni stimoli chemiotattici che attivano la muscolatura respiratoria provocando delle contrazioni involontarie del diaframma. In pratica è l’aumento della Pressione Parziale di CO2 che stimola la respirazione prima ancora che il livello di Pressione Parziale di O2 diventi pericoloso o intollerabile per l’organismo. | |||||||
CONTROLLO DELLA VENTILAZIONE | |||||||
La ventilazione può essere controllata coscientemente, ovvero può essere interrotta volontariamente: Apnea Volontaria. La ventilazione può essere controllata sempre coscientemente e può anche essere modificata sia in frequenza che in intensità. Il tutto sempre per brevi periodi di tempo che possono essere però sufficienti per alterare significativamente il pH, la Pressione Parziale di O2 e la Pressione Parziale di CO2 sanguigni. Anche diverse patologie influenzano significativamente la respirazione e i suoi ritmi. | |||||||
APPARATO CARDIORESPIRATORIO | |||||||
Gli scambi gassosi polmonari e cellulari interessano i Sistemi Respiratori e Cardio Circolatorio, la stretta correlazione funzionale dei due Sistemi è definito APPARATO CARDIO RESPIRATORIO | |||||||