Cosa intendiamo con il termine Cosa intendiamo con il termine “Respirazione”?“Respirazione”?

Ogni cellula per svolgere le sue funzioni ha Ogni cellula per svolgere le sue funzioni ha bisogno di energia.bisogno di energia.

L’energia è fornita dalla combustione degli L’energia è fornita dalla combustione degli alimentialimenti

La combustione richiede ossigeno e produce La combustione richiede ossigeno e produce anidride carbonicaanidride carbonica

Un organismo complesso (multicellulare) Un organismo complesso (multicellulare) necessita di un sistema che rifornisca tutte le necessita di un sistema che rifornisca tutte le cellule di O2 ed allontani la CO2 prodottacellule di O2 ed allontani la CO2 prodotta

Cosa intendiamo con il termine Cosa intendiamo con il termine “Respirazione”?“Respirazione”?

VentilazioneVentilazione: Il movimento dell’aria nei : Il movimento dell’aria nei polmonipolmoni

Scambio dei GasScambio dei Gas: fra polmoni e sangue: fra polmoni e sangue Trasporto dei gasTrasporto dei gas: mediante il sangue: mediante il sangue Scambio dei GasScambio dei Gas: fra sangue e tessuti: fra sangue e tessuti Respirazione cellulare: uso dell’Respirazione cellulare: uso dell’OO22

DEFINIZIONIDEFINIZIONI

VentilazioneVentilazione: la distribuzione dei gas dentro e : la distribuzione dei gas dentro e fuori le vie aeree.fuori le vie aeree.

Respirazione esternaRespirazione esterna: lo scambio dei gas nei : lo scambio dei gas nei polmoni.polmoni.

Perfusione polmonarePerfusione polmonare: il flusso sanguigno dal : il flusso sanguigno dal lato destro del cuore, attraverso la circolazione lato destro del cuore, attraverso la circolazione polmonare, al lato sinistro del cuore.polmonare, al lato sinistro del cuore.

Respirazione internaRespirazione interna: lo scambio dei gas nei : lo scambio dei gas nei tessuti.tessuti.

DEFINIZIONIDEFINIZIONI

DiffusioneDiffusione: il movimento dei gas : il movimento dei gas attraverso una membrana attraverso una membrana semipermeabile da un’area di maggiore semipermeabile da un’area di maggiore concentrazione ad una di minore concentrazione ad una di minore concentrazione concentrazione

Tutti e tre i processiTutti e tre i processi

ventilazione, perfusione polmonare e ventilazione, perfusione polmonare e diffusionediffusione

sono vitali per il mantenimento di un sono vitali per il mantenimento di un adeguato livello di Oadeguato livello di O22

e per il mantenimento dell’equilibrio e per il mantenimento dell’equilibrio acido-base.acido-base.

Che cosa è importante sapere per capire le malattie polmonari?Che cosa è importante sapere per capire le malattie polmonari? 1. 1. Meccanica Meccanica (presuppone un lavoro)(presuppone un lavoro)

Movimento dei gas nei Movimento dei gas nei polmoni.polmoni.

Meccanica dei polmoniMeccanica dei polmoni Meccanica della Meccanica della

parete toracicaparete toracica

Forze richieste per la Forze richieste per la respirazionerespirazione

Il polmone si comporta come un Il polmone si comporta come un pallone in quanto pallone in quanto tende sempre a tende sempre a sgonfiarsisgonfiarsi..

Ciò significa che Ciò significa che l’espirazione è un l’espirazione è un fenomeno passivofenomeno passivo che avviene che avviene senza impegno muscolare grazie al senza impegno muscolare grazie al ritorno elastico.ritorno elastico.– Eccezione!!Eccezione!!

Enfisema: perdita di Enfisema: perdita di elasticità del polmoneelasticità del polmone

L’espirazione è difficile L’espirazione è difficile e l’aria deve essere e l’aria deve essere spinta fuorispinta fuori

È una malattia molto È una malattia molto debilitantedebilitante

Per far entrare l’aria nei polmoni Per far entrare l’aria nei polmoni (inspirazione) occorre il (inspirazione) occorre il lavoro lavoro muscolaremuscolare. Esso è necessario . Esso è necessario per superare due forze per superare due forze contrarie:contrarie:

1. Il 1. Il ritorno elasticoritorno elastico del del polmone e della parete toracica.polmone e della parete toracica.

2. La 2. La resistenza al flussoresistenza al flusso aereo delle vie bronchiali di aereo delle vie bronchiali di conduzione.conduzione.

Il lavoro nella respirazioneIl lavoro nella respirazione1)1) Dobbiamo distendere la gabbia toracica ed il tessuto polmonare. Dobbiamo distendere la gabbia toracica ed il tessuto polmonare.

Sono strutture elastiche che, distese dai muscoli, tornano nella posizione Sono strutture elastiche che, distese dai muscoli, tornano nella posizione di equilibrio (compliance toraco-polmonare).di equilibrio (compliance toraco-polmonare).

2) 2) Dobbiamo distendere il velo di liquido che ricopre l’interno degli alveoli, Dobbiamo distendere il velo di liquido che ricopre l’interno degli alveoli, che esercita una tensione superficiale. che esercita una tensione superficiale.

Negli alveoli viene prodotto dagli pneumociti del II ordine un surfattante, Negli alveoli viene prodotto dagli pneumociti del II ordine un surfattante, che ricopre il velo di liquido e diminuisce la tensione superficiale che ricopre il velo di liquido e diminuisce la tensione superficiale (malattia ialina dei bambini fortemente immaturi)(malattia ialina dei bambini fortemente immaturi)

3) 3) Per muovere l’aria dobbiamo superare gli attriti (resistenza al flusso) Per muovere l’aria dobbiamo superare gli attriti (resistenza al flusso) ((asmaasma))

La ventilazione: richiami anatomiciLa ventilazione: richiami anatomici

Le vie respiratorie iniziano Le vie respiratorie iniziano nelle cavità nasali e nelle cavità nasali e terminano nei bronchioli terminano nei bronchioli terminali (terminali (spazio morto spazio morto anatomicoanatomico). Hanno la ). Hanno la funzione di convogliare funzione di convogliare l’aria negli alveoli, dove l’aria negli alveoli, dove avvengono gli scambi avvengono gli scambi gassosi.gassosi. Umidificano e riscaldano Umidificano e riscaldano l’aria, ed eliminano le l’aria, ed eliminano le particelle solide contenute particelle solide contenute nell’aria. Queste aderiscono nell’aria. Queste aderiscono alle pareti delle vie alle pareti delle vie respiratorie e vengono respiratorie e vengono trasportate verso l’esterno trasportate verso l’esterno dal movimento di ciglia.dal movimento di ciglia.

Cuore

La ventilazione: richiami anatomiciLa ventilazione: richiami anatomici

La pleura è un foglietto La pleura è un foglietto molto sottile che aderisce molto sottile che aderisce alla superficie esterna delalla superficie esterna delpolmone. Poi si ripiega ed polmone. Poi si ripiega ed aderisce allaaderisce allasuperficie interna della superficie interna della gabbia toracica ed alla gabbia toracica ed alla superficie del muscolo superficie del muscolo diaframma. diaframma. Uno strato sottilissimo di Uno strato sottilissimo di liquido mantiene aderenti liquido mantiene aderenti le due superfici pleuriche, le due superfici pleuriche, consentendo di scorrere consentendo di scorrere l’una sull’altra ma l’una sull’altra ma impedendone il distacco.impedendone il distacco.

Cuore

Meccanica respiratoriaMeccanica respiratoria I muscoli inspiratori sono il diaframma e gli intercostali I muscoli inspiratori sono il diaframma e gli intercostali

esterni.esterni.

Il diaframma, rilasciato, ha la forma di una cupola. Il diaframma, rilasciato, ha la forma di una cupola. Contraendosi, si appiattisce e tira verso il basso i due Contraendosi, si appiattisce e tira verso il basso i due foglietti pleurici, che si tirano dietro il polmone, dilatandolo. foglietti pleurici, che si tirano dietro il polmone, dilatandolo.

I muscoli intercostali esterni, contraendosi, muovono le I muscoli intercostali esterni, contraendosi, muovono le costole verso l’esterno. La gabbia toracia trascina le pleure costole verso l’esterno. La gabbia toracia trascina le pleure che trascinano il polmone, dilatandolo.che trascinano il polmone, dilatandolo.

Meccanica respiratoriaMeccanica respiratoria La dilatazione del polmone rende la pressione intra-La dilatazione del polmone rende la pressione intra-

alveolare minore di quella atmosferica: l’aria entra.alveolare minore di quella atmosferica: l’aria entra. Nell’espirazione i muscoli inspiratori si rilasciano Nell’espirazione i muscoli inspiratori si rilasciano

ed il sistema torna alla posizione di equilibrio. ed il sistema torna alla posizione di equilibrio. Nell’espirazione forzata si attivano i muscoli Nell’espirazione forzata si attivano i muscoli

espiratori (intercostali interni ed addominali).espiratori (intercostali interni ed addominali).

La meccanica della respirazioneLa meccanica della respirazione

Modello dell’inspirazioneModello dell’inspirazione

Come respiriamoCome respiriamo

PPatmatm = P= Ppolmpolm

Come respiriamoCome respiriamo

PPatmatm > P> Ppolmpolm

Come respiriamoCome respiriamo

PPatmatm < P< PLL

La Pathway dell’Ossigeno:La Pathway dell’Ossigeno:

Zona di conduzioneZona di conduzione Trachea fino ai Trachea fino ai

bronchioli terminali.bronchioli terminali. Non vi è scambio di gas Non vi è scambio di gas Il trasporto dei gas Il trasporto dei gas

avviene per convezioneavviene per convezione Viene definito “Viene definito “spazio spazio

morto anatomico”morto anatomico”

La Pathway dell’Ossigeno:La Pathway dell’Ossigeno:

Zona respiratoriaZona respiratoria Bronchioli fino agli Bronchioli fino agli

AlveoliAlveoli Gas exchange Gas exchange

attraverso la membrana attraverso la membrana Alveolo - Capillare.Alveolo - Capillare.

Trasporto dei Gas per Trasporto dei Gas per DiffusioneDiffusione

Ventilazione polmonare e ventilazione alveolareVentilazione polmonare e ventilazione alveolare

Per ventilazione polmonare (VP) si intende l’aria che entra ed Per ventilazione polmonare (VP) si intende l’aria che entra ed esce dall’apparato respiratorio in 1 minuto. esce dall’apparato respiratorio in 1 minuto.

Se la respirazione è tranquilla la frequenza respiratoria è circa Se la respirazione è tranquilla la frequenza respiratoria è circa di 15 atti/min ed il volume respiratorio 500 ml, per cui VP= 500 x di 15 atti/min ed il volume respiratorio 500 ml, per cui VP= 500 x 15 = 7500 ml/min15 = 7500 ml/min

Dei 500 ml, 150 ml sono spazio morto, per cui VP= (350 +150) x Dei 500 ml, 150 ml sono spazio morto, per cui VP= (350 +150) x 15 = (5250+ 2250) ml/min. Solo 5250 sono utili ai fini respiratori.15 = (5250+ 2250) ml/min. Solo 5250 sono utili ai fini respiratori.

La VP può aumentare fino a 50 l/min, per aumento della La VP può aumentare fino a 50 l/min, per aumento della profondità del respiro e della frequenza respiratoria. In linea di profondità del respiro e della frequenza respiratoria. In linea di principio, è più vantaggioso aumentare la profondità.principio, è più vantaggioso aumentare la profondità.

Il respiro è ciclico o Il respiro è ciclico o “tidal”“tidal”

Tidal volume, VTidal volume, VT T è il è il volume di ciascun volume di ciascun respiro.respiro.

La frequenza, f La frequenza, f respiri/minrespiri/min

Ventilazione = VVentilazione = VTT x f x f Litri/minLitri/min

0.5 L x 15= 7.5 L/min0.5 L x 15= 7.5 L/min

Concetto di Spazio Morto & Concetto di Spazio Morto & Ventilazione Alveolare Ventilazione Alveolare

DISTINGUEREMO:DISTINGUEREMO: Volume della Zona di Volume della Zona di

Conduzione = spazio Conduzione = spazio morto, Vmorto, VD D (0.15 L)(0.15 L)

Volume della Zona Volume della Zona Respiratoria che Respiratoria che raggiunge raggiunge effettivamente gli effettivamente gli Alveoli, VAlveoli, VAA

Ricordiamo:Ricordiamo:

Ventilazione/ MinutoVentilazione/ Minuto = =

(V(VT T x f) = 7.5 L/min x f) = 7.5 L/min

Ventilazione Alveolare Ventilazione Alveolare (V(VAA) =) =

(V(VTT -V -VDD) x f) x f (0.5L - 0.15L) x 15 = 5.25 L/min(0.5L - 0.15L) x 15 = 5.25 L/min

Flusso alveolare effettivoFlusso alveolare effettivo

Qual’è l’mpatto di Qual’è l’mpatto di differenti pattern differenti pattern respiratori?respiratori?

Elevato VElevato VT o T o volume volume di ciascun respiro.di ciascun respiro.

Bassa Frequenza, f Bassa Frequenza, f respiri/minrespiri/min

Basso VBasso VTT

Elevata f o Elevata f o respiri/minrespiri/min

5 s

Volume 0.5 L

NORMALENORMALE

Bronchite cronicaBronchite cronica

Conseguenze di un respiro corto e Conseguenze di un respiro corto e frequentefrequente

Cosa accade se la Cosa accade se la ventilazione minuto è ventilazione minuto è raggiunta dimezzando raggiunta dimezzando VVTT e raddoppiando f ? e raddoppiando f ?

VVDD non cambia non cambia

Ventilazione Alveolare Ventilazione Alveolare (V(VTT -V -VDD) x f) x f

(0.25L - 0.15L) x 30(0.25L - 0.15L) x 30 3.0 L/min3.0 L/min Invece di Invece di 5.25 L/min5.25 L/min

Riduzione dell’afflusso Riduzione dell’afflusso di gas agli alveoli.di gas agli alveoli.

Volumi respiratoriVolumi respiratori

Volume di riserva inspiratoria: volume di aria che possiamo inspirareVolume di riserva inspiratoria: volume di aria che possiamo inspirare dopo dopo un’inspirazione tranquillaun’inspirazione tranquilla

Volume di riserva espiratoria: volume di aria che possiamo espirareVolume di riserva espiratoria: volume di aria che possiamo espirare dopo dopo un’espirazione tranquilla. un’espirazione tranquilla.

Che cosa è importante sapere per capire le malattie polmonari?Che cosa è importante sapere per capire le malattie polmonari? 2. 2. Scambio dei gasScambio dei gas

Diffusione – Trasferimento Diffusione – Trasferimento dei gas dall’aria al sangue.dei gas dall’aria al sangue.

L’incontro aria/sangue: L’incontro aria/sangue: Ventilazione / Perfusione.Ventilazione / Perfusione.

Trasporto di OTrasporto di O22 e CO e CO22 - -

emoglobina.emoglobina.

Scambio dei gas:Scambio dei gas: L’efficienza dipende da:L’efficienza dipende da:

GradientiGradienti Pressori Pressori fra gli alveoli e i capillarifra gli alveoli e i capillariCostante di Solubilità Costante di Solubilità del gasdel gas

OO22 in H in H220: 0.1 m moli/L (scarsa)0: 0.1 m moli/L (scarsa)

COCO22 in H in H220 : 3.0 m moi/L (buona)0 : 3.0 m moi/L (buona)

Distanza di DiffusioneDistanza di Diffusione: ampiezza della : ampiezza della membrana semipermeabilemembrana semipermeabile

Superficie di scambioSuperficie di scambio: gli alveoli : gli alveoli garantiscono un’area di 70 mgarantiscono un’area di 70 m22

Pressione dei GasPressione dei Gas

Le molecole di un gas sono in costante movimento, cosicchèLe molecole di un gas sono in costante movimento, cosicchèesse regolarmente colpiscono le pareti del contenitoreesse regolarmente colpiscono le pareti del contenitore

La forza esercitata dalle molecole del gas sulle pareti La forza esercitata dalle molecole del gas sulle pareti del contenitore si definisce del contenitore si definisce pressione del gaspressione del gas..

Pressione dei GasPressione dei Gas

Più molecole di gas ci sono, più spesso le pareti del Più molecole di gas ci sono, più spesso le pareti del contenitore sono colpite, e la pressione è maggiore.contenitore sono colpite, e la pressione è maggiore.

Pressione dei GasPressione dei Gas

Pressione Parziale (P) dei Gas.Pressione Parziale (P) dei Gas.

In una miscela di In una miscela di gas, la pressione gas, la pressione totale è data dalla totale è data dalla somma delle somma delle pressioni esercitate pressioni esercitate dalle molecole di dalle molecole di ogni singolo gas.ogni singolo gas.

Per pressione Per pressione parziale si intende parziale si intende la pressione la pressione esercitata da ogni esercitata da ogni singolo gas singolo gas costituente la costituente la miscela.miscela.

Legge di Dalton della Legge di Dalton della Pressione ParzialePressione Parziale

Pressione TotalePressione Totale = Somma delle singole = Somma delle singole pressioni dei gas. pressioni dei gas.

Pressione ParzialePressione Parziale = Pressione che ciascun = Pressione che ciascun singolo gas eserciterebbe se fosse da solo.singolo gas eserciterebbe se fosse da solo.

Come fa un gas a muoversi o fluire.

Flusso dei gasFlusso dei gas

I gas fluiscono dalle aree ad alta pressione,I gas fluiscono dalle aree ad alta pressione,alle aree a bassa pressione fino a raggiungere l’equilibrio.alle aree a bassa pressione fino a raggiungere l’equilibrio.

O2O2

CO2

O2

CO2CO2

CO2

O2

Cellula muscolare

Globulo Globulo rossorosso

Polmoni Polmoni

Aria AlveolareAria Alveolare

POPO22 PCOPCO22

100 mmHg100 mmHg 40 mmHg40 mmHg

Sangue nell’arteria polmonareSangue nell’arteria polmonare (sangue venoso) (sangue venoso)

POPO22 PCOPCO22

4040 mmHg mmHg 45 mmHg45 mmHg

Sangue delle vene polmonari Sangue delle vene polmonari (sangue arterioso)(sangue arterioso)

POPO22 PCOPCO22

100 mmHg100 mmHg 40 mmHg40 mmHg

Trasporto dell’ossigeno nel sangue:Trasporto dell’ossigeno nel sangue:

Disciolto nel plasma (1.5 %)Disciolto nel plasma (1.5 %)

Legato all’emoglobina (98,5 %)Legato all’emoglobina (98,5 %)

Ruolo dell’emoglobinaRuolo dell’emoglobinaL’emoglobina L’emoglobina nei globuli rossi nei globuli rossi

aumenta la capacità di trasporto aumenta la capacità di trasporto dell’Odell’O22 del sangue del sangue

L’emoglobina ha un’elevata capacità L’emoglobina ha un’elevata capacità di legame di legame (affinità)(affinità) per l’ossigeno per l’ossigeno

L’emoglobina trasporta ~98.5% L’emoglobina trasporta ~98.5% dell’O2 nel sanguedell’O2 nel sangue

Anidride carbonica:Anidride carbonica:

Elevata concentrazione nei tessutiElevata concentrazione nei tessuti Elevata solubilità e diffusioneElevata solubilità e diffusione 7% dissolto nel plasma7% dissolto nel plasma 23% si combina con l’ emoglobina23% si combina con l’ emoglobina

70% si combina con H70% si combina con H22O O

COCO22 + H + H22O HO H22COCO33

Bicarbonati e pHBicarbonati e pH In condizioni fisiologiche (In condizioni fisiologiche (tessutitessuti):):

HH22COCO33 HH++ + HCO + HCO33--

pertanto COpertanto CO22 causa la riduzione del pH causa la riduzione del pH

Respirazione e pHRespirazione e pH Nei polmoni, la reazione si inverte:Nei polmoni, la reazione si inverte:

HH22COCO33 H H22O + COO + CO22

Pertanto l’espirazione elimina COPertanto l’espirazione elimina CO22 … …

E riduce gli HE riduce gli H++

Compensazione respiratoria Compensazione respiratoria (dell’acidosi)(dell’acidosi)

DEFINIZIONIDEFINIZIONI

IpossiaIpossia: : basso afflusso di ossigeno ai tessuti basso afflusso di ossigeno ai tessuti

IpossiemiaIpossiemia: ridotta quantità di O: ridotta quantità di O22 nel sangue nel sangue

CianosiCianosi: colorito bluastro della cute e delle : colorito bluastro della cute e delle mucose per carenza di ossigenomucose per carenza di ossigeno

IpercapniaIpercapnia: eccesso di CO: eccesso di CO22 nel sangue nel sangue

DEFINIZIONIDEFINIZIONI

TachipneaTachipnea: respirazione rapida (> 35/min): respirazione rapida (> 35/min)

BradipneaBradipnea: respirazione lenta (< 10/min): respirazione lenta (< 10/min)

Che cosa è importante sapere per capire le malattie polmonari?Che cosa è importante sapere per capire le malattie polmonari? 3. 3. Controllo del respiroControllo del respiro

Effettori – muscoli Effettori – muscoli respiratori respiratori

Sensori:Sensori:

1. Meccanici - polmone, 1. Meccanici - polmone, parete toracica & vie aeree parete toracica & vie aeree superiori.superiori.

2. Chimici - Ossigeno & 2. Chimici - Ossigeno & anidride carbonica.anidride carbonica.

Il ritmo respiratorioIl ritmo respiratorio Il ritmo respiratorio origina da un’alternata attivazione dei muscoli respiratori, Il ritmo respiratorio origina da un’alternata attivazione dei muscoli respiratori,

in genere inconscia. I muscoli respiratori sono muscoli scheletrici, e sono in genere inconscia. I muscoli respiratori sono muscoli scheletrici, e sono perciò attivabili anche volontariamente.perciò attivabili anche volontariamente.

Nel bulbo e nel ponte troviamo i neuroni che pilotano i motoneuroni dei Nel bulbo e nel ponte troviamo i neuroni che pilotano i motoneuroni dei muscoli respiratori. L’attività di tali neuroni è modulata tramite diversi muscoli respiratori. L’attività di tali neuroni è modulata tramite diversi meccanismi. meccanismi.

Pool di neuroniPool di neuroni MotoneuroniMotoneuroni

Muscoli respiratoriMuscoli respiratori

Regolazione della ventilazione polmonareRegolazione della ventilazione polmonare

Vi sono dei chemocettori nei glomi aortici e carotidei: Vi sono dei chemocettori nei glomi aortici e carotidei:

se la COse la CO22 aumenta, aumenta,

se il pH diminuisce, se il pH diminuisce,

se l’Ose l’O22 diminuisce, diminuisce,

aumenta la ventilazione.aumenta la ventilazione.