APPARATO RESPIRATORIO 1

LICEO SCIENTIFICO STATALE“LEONARDO da VINCI” di FIRENZE

CORSO SPERIMENTALE FDOCENTE Prof. Enrico Campolmi

APPARATO RESPIRATORIO

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L’apparato respiratorio ha il compito di assicurare gli scambi gassosi tra l’aria ed il nostro organismo

In biologia il termine respirazione ha due significati differenti:

Respirazione “polmonare”: scambi gassosi effettuati dall’apparato respiratorio

I due fenomeni sono in effetti associati, perché i gas respiratori scambiati dall’apparato respiratorio, e veicolati dal sangue, vengono utilizzati e prodotti proprio nella respirazione cellulare

Respirazione “cellulare”: produzione di energia all’interno dei mitocondri delle cellule

C6H12O6 + 6O2→ 6CO2 + 6H2O + ENERGIA

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O2

CO2

Polmone

Sistema circolatorio

2 Trasporto di gas tramite il sistema circolatorio

3

Scambi gassosi tra sangue e tessuti

Capillari

Cellula

CO2

O2

Mitocondri

1 Scambi gassosi tra aria e sangue

Nei vertebrati lo scambio dei gas avviene quindi in tre fasi:

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Gli scambi gassosi tra aria e fluidi corporei avvengono attraverso superfici umide

Gli animali terrestri debbono mettere a disposizione degli scambi grandi superfici che debbono rimanere umide senza troppo dispendio di acqua

VIE RESPIRATORIE

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Nelle cavità nasali l’aria viene filtrata, umidificata e riscaldata

L’olfatto controlla la composizione chimica dei gas e dei vapori inalati

Nella faringe le corde vocali sono gli organi della fonazione

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Dopo la faringe e la laringe le vie respiratorie proseguono nella trachea e quindi nei bronchi e nei bronchioli all’interno dei polmoni

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Sangue ricco di ossigeno

Bronchiolo

Sangue povero di ossigeno

AlveoliCapillari sanguigni

I bronchioli terminano in sacche aeree riunite in grappoli, dette alveoli.

Ogni alveolo è costituito da un sottile strato di cellule epiteliali attraverso cui avvengono gli scambi gassosi.

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Le vie respiratorie sono rivestite di muco con funzione protettiva

L’epitelio ciliato alla superficie delle mucose allontana il muco verso l’alto

I danni prodotti dal fumo a carico delle ciglia originano la tosse del fumatore

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Espirazione: la cassa toracica si contrae, la pressione interna aumenta, l’aria viene espirata

L’alternanza di inspirazione ed espirazione consente di ventilare i polmoni

MECCANICA RESPIRATORIA

Legge di Boyle PV=K

Inspirazione: la cassa toracica si espande, la pressione interna cala, l’aria viene inspirata

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SCAMBI GASSOSI

La presenza nei polmoni delle numerosissime cavità alveolari porta la superficie di scambio tra aria e sangue a circa 70 m2

L’enfisema, provocando la fusione di alveoli adiacenti, riduce la superficie respiratoria, rendendo la respirazione meno efficiente

Nei polmoni gli scambi gassosi tra aria e sangue avvengono attraverso la superficie interna umida e vascolarizzata

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L’aria è ricca di O2 (21%) e povera di CO2 (0,03%)

Il sangue venoso, che arriva ai polmoni dai tessuti, è invece ricco di CO2 e povero di O2

Per diffusione semplice quindi l’ossigeno passa dall’aria al sangue, mentre la CO2 passa dal sangue all’aria

Aria nei polmoni

Molto O2

Poca CO2

Sangue nei capillari

Poco O2

Molta CO2

La ventilazione polmonare mantiene sulla superficie respiratoria i gradienti di concentrazione che garantiscono gli scambi gassosi

Nel sangue l’ossigeno si lega all’emoglobina all’interno dei globuli rossi

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L’ossigeno si lega all’emoglobina con una forza direttamente proporzionale alla concentrazione dell’ossigeno stesso

Il monossido di carbonio (CO) si lega invece all’emoglobina in modo permanente, esercitando così la sua azione tossica

La maggior parte della CO2 è trasportata nel plasma sanguigno; solo una piccola percentuale si lega all’emoglobina (ma in un sito differente dall’O2)

CO2+H2O H2CO3 H+ + HCO3–

La concentrazione plasmatica della CO2 influenza il pH del sangue

I tessuti sono ricchi di CO2 e poveri di O2

Il sangue arterioso, che arriva ai tessuti, è invece ricco di O2 e povero di CO2

Tessuti

Poco O2

Molta CO2

Sangue nei capillari

Molto O2

Poca CO2

Per diffusione semplice quindi l’ossigeno passa dal sangue ai tessuti, mentre la CO2 passa dai tessuti al sangue

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Cervello

Ponte

Midollo allungato

Segnali nervosi che inducono la contrazione dei muscoli

Centri di controllo della respirazione

Aumento di CO2

Segnale nervoso che rileva i livelli di CO2 e O2

Sensore per CO2 e O2 nell’aorta

Diaframma

Muscoli intercostali

Il controllo della respirazione è involontario

I centri di controllo della respirazione, situati nell’encefalo, regolano il ritmo respiratorio in base alle esigenze dell’organismo ed alla concentrazione di CO2 nel sangue.

Aria espirata Aria inspirata

Spazi alveolari

CO2 O2

CO 2 O2

Sangue povero di O2 e ricco di CO2

Sangue ricco di O2 e povero di CO2

Cuore

Capillari tessutaliCO

2

O 2

Liquido interstiziale

CO2 O2

Cellule tessutali di tutto il corpo

Capillari alveolari del polmone

Polmoni

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TABAGISMO

Abbiamo già visto che il fumo di tabacco provoca:

Danni all’epitelio ciliato → maggiore frequenza, gravità e durata di infezioni ed altre patologie respiratorie (ad es. tosse e/o bronchite ricorrente e cronica)

Enfisema polmonare → difficoltà respiratorie di entità variabile

Inattivazione dell’emoglobina da parte del CO, → minor efficienza nel trasporto dell’ossigeno, con difficoltà respiratorie ed affaticamento del cuore

A ciò va aggiunto:

Tumore del polmone: circa 35.000 decessi all’anno in Italia, di cui circa il 90% è legato al tabagismo

Tumori in sedi diverse dal polmone: tra cui bocca, faringe, esofago, stomaco e vescica

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Irritazione delle mucose (si somma ai danni all’epitelio ciliati) → maggiore frequenza, gravità e durata di infezioni ed altre patologie respiratorie

Danni all’apparato circolatorio (danni all’endotelio vasale, aumento della pressione, aumento del colesterolo) → maggiore frequenza di malattie cardiovascolari

Il fumo è un miscuglio eterogeneo costituito da circa 5.000 composti solidi, liquidi, vapori e gas che prende il nome di aerosol.

La sostanza responsabile della dipendenza del fumatore è la nicotina

Secondo alcune stime ogni anno in Italia circa 80.000 persone morirebbero in seguito ai danni del fumo di tabacco