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Fisiologia apparato respiratorio, Scambio gassoso - Coggle Diagram
Fisiologia apparato respiratorio
Meccanica Respiratoria e Ventilazione Polmonare
La ventilazione polmonare è il processo meccanico mediante il quale l’aria entra nei polmoni (inspirazione) ed esce (espirazione). Questo avviene grazie alla meccanica respiratoria, che si basa sull’aumento del volume della gabbia toracica, riducendo la pressione interna e permettendo il flusso d’aria.
Movimenti del Torace
Costole:
si muovono obliquamente verso l’alto, in avanti e verso l’esterno attorno all’articolazione costovertebrale (fulcro). Questo aumenta:
Diametro trasversale
(movimento “a secchio”).
Diametro anteroposteriore
(movimento “a pompa”).
Sterno:
si sposta in avanti e verso l’alto.
Diaframma:
la contrazione abbassa il diaframma, aumentando il diametro verticale del torace.
Muscoli Respiratori
Diaframma:
inserito su vertebre lombari, coste e sterno; principale muscolo inspiratorio.
Intercostali esterni:
tra le costole, favoriscono l’inspirazione.
Sollevatori costali:
pettorali, dentato maggiore, scaleni, sternocleidomastoideo (SCM).
Addominali e abbassatori costali
(sterno triangolare, quadrato dei lombi, dentato inferiore): attivi nell’espirazione forzata.
Cavità Pleurica e Pressione Intrapleurica
La superficie polmonare è rivestita dalla pleura viscerale, che continua con la pleura parietale (riveste la gabbia toracica). Tra le due c’è uno spazio virtuale con un film di liquido non comprimibile. La pressione intrapleurica è:
Negativa a riposo:
-4 mmHg (rispetto alla pressione atmosferica, 760 mmHg), dovuta alla trazione del polmone (fibre elastiche tendono al collasso) bilanciata dall’espansione della gabbia toracica.
Inspirazione silenziosa: -6/-7 mmHg.
Inspirazione forzata: fino a -30 mmHg.
Espirazione tranquilla: +2 mmHg.
Espirazione forzata: +5-10 mmHg.
Legge di Boyle
La pressione di un gas è inversamente proporzionale al suo volume. L’aumento del volume toracico riduce la pressione intrapolmonare, favorendo l’ingresso di aria.
Struttura e Funzione delle Vie Aeree
Prime Vie Aeree
L’aria entra attraverso naso e bocca, passa per faringe, laringe e trachea, raggiungendo i polmoni. Queste strutture:
Trasportano l’aria.
La riscaldano e umidificano.
Devono restare aperte per garantire la respirazione.
Bronchi e Alveoli
I bronchi derivano dalla trachea e si ramificano nei polmoni, terminando negli alveoli, piccole sacche a parete sottile (spessore membrana respiratoria ≈0,5 μm) dove avviene lo scambio gassoso. Gli alveoli:
Hanno una superficie ampia (50-100 m²).
Sono circondati da capillari polmonari (rami delle arterie polmonari).
La membrana respiratoria è composta da epitelio squamoso alveolare, membrana basale alveolare, membrana basale capillare ed epitelio capillare.
Tensioattivo (Surfattante)
Secretato dai pneumociti di tipo II (granulari), è una miscela di fosfolipidi e lipoproteine che:
Riduce la tensione superficiale del fluido alveolare.
Contrasta la Legge di Laplace (pressione interna ∝ tensione parete / raggio), impedendo il collasso degli alveoli più piccoli.
Facilita lo scambio gassoso mantenendo gli alveoli aperti.
Scambio gassoso
Respirazione Esterna
Avviene tra alveoli e capillari polmonari:
Ossigeno (O₂): diffonde dagli alveoli (PO₂ ≈100 mmHg) al sangue venoso (PO₂ ≈40 mmHg).
Anidride carbonica (CO₂): diffonde dal sangue agli alveoli 20 volte più velocemente dell’O₂.
In condizioni di riposo, il sangue resta nei capillari per ≈0,75 s, ossigenandosi completamente in ≈0,25 s. Durante l’esercizio, il flusso aumenta, riducendo il tempo di contatto; in caso di malattie polmonari, l’ossigenazione può essere incompleta.
Respirazione Interna
Avviene tra capillari sistemici e cellule tissutali:
O₂: dal sangue ai tessuti.
CO₂: dai tessuti al sangue.
Trasporto dei Gas
O₂: 98,5% legato all’emoglobina, 1,5% disciolto nel plasma.
CO₂: trasportato principalmente come bicarbonato (HCO₃⁻), grazie all’anidrasi carbonica (converte CO₂ + H₂O in HCO₃⁻ + H⁺).
Pressione Atmosferica e Pressioni Parziali
Pressione atmosferica:
760 mmHg (livello del mare).
Composizione aria secca:
21% O₂, 78% N₂, tracce di altri gas.
PO₂ aria secca:
159 mmHg (21% di 760).
PO₂ trachea:
≈149 mmHg (dopo umidificazione).
Legge di Dalton:
la pressione totale è la somma delle pressioni parziali dei gas.
Legge di Henry:
la solubilità di un gas in un liquido è proporzionale alla sua pressione parziale.
Leggi della Fluidodinamica
Legge di Poiseuille:
il flusso d’aria aumenta con la pressione di spinta e il raggio del condotto (inversamente proporzionale a r⁴), diminuisce con lunghezza e viscosità.
Resistenza al flusso:
aumenta drasticamente con la riduzione del raggio.