Fisiologia della respirazione e trasporto di gas nell'organismo umano

La meccanica della respirazione

CO2
O2
Vie aeree
Alveoli polmonari
CO2 O2
6
Scambio di CO2
attraverso
l'interfaccia
alveolo-capillare
102
1
Scambio di ossigeno
attraverso l'interfaccia
alveolo-capillare
Circolazione
polmonare
2 Trasporto di ossigeno
A
5
Trasporto
di CO2
CO2
Circolazione
sistemica
02
4
Scambio di CO2
a livello
delle cellule
3
Scambio di ossigeno
a livello delle cellule
CO2
O2
Respirazione
cellulare
Cellule
Nutrienti
ATP

Pressioni parziali dei gas atmosferici

TABELLA 17-2
Pressioni parziali (Pgas) dei gas atmosferici a 760 mmHg

GAS E LA SUA PERCENTUALE NELL'ARIA	Pgas IN ARIA SECCA A 25 ℃	Pgas IN ARIA A 25 ℃ CON IL 100% DI UMIDITÀ	Pgas IN ARIA A 37 ℃ CON IL 100% DI UMIDITÀ
Azoto (N2) 78%	593 mmHg	574 mmHg	556 mmHg
Ossigeno (O2) 21%	160 mmHg	155 mmHg	150 mmHg
Anidride carbonica (CO2) 0,033%	0,25 mmHg	0,24 mmHg	0,235 mmHg
Vapore acqueo	0 mmHg	24 mmHg	47 mmHg

Il sistema respiratorio

Anatomia dei polmoni e della cavità toracica

RIASSUNTO DI ANATOMIA
I POLMONI E LA CAVITÀ TORACICA
(a) L'apparato respiratorio
(b) Muscoli impiegati per la ventilazione
Faringe
Cavità nasale
Corde vocali
Lingua
Apparato
respiratorio
superiore
Esofago
Laringe
Trachea
Polmone
sinistro
Polmone
destro
Apparato
respiratorio
inferiore
Bronco
sinistro
Intercostali
esterni
Intercostali
interni
Diaframma
Muscoli
addominali
Muscoli dell'inspirazione
Muscoli dell'espirazione
(d) Vista in sezione del torace
Ciascun polmone è racchiuso entro due membrane
pleuriche. L'esofago e l'aorta passano attraverso
il torace tra i sacchi pleurici.
Membrane
pleuriche
Esofago
Aorta
Lobo
superiore
Lobo
superiore
Lobo
intermedio
". Polmone
destro
Polmone
sinistro
Lobo
inferiore
Lobo
inferiore
Base
Incisura cardiaca
Cavità pleurica
destra
Cavità
pericardica
Cavità pleurica
sinistra
Il polmone destro
è suddiviso in tre lobi.
Il polmone sinistro
è suddiviso in due lobi.
Sternocleido-
mastoidei
Scaleni
Bronco
destro
Diaframma
(c) Anatomia esterna dei polmoni
Apice
Cuore
Vista superiore

Struttura dei bronchi e degli alveoli

Diramazioni delle vie aeree e lobulo polmonare

STRUTTURA DEI BRONCHI E DEGLI ALVEOLI
(e) Diramazioni delle vie aeree
(f) Struttura del lobulo polmonare
Ciascun raggruppamento di alveoli è circondato
da fibre elastiche e da una rete di capillari
Bronchiolo
Branca dell'arteria
polmonare
Arteria, nervo e vena
bronchiali
Muscolo
liscio
Fibre
elastiche
Vaso
linfatico
Branca
della vena
polmonare
Il bronco principale si
suddivide altre 22 volte,
terminando in un
raggruppamento di alveoli
Bronco
secondario
Letti capillari
Bronchiolo
Alveoli

Struttura alveolare e superficie di scambio

(g) Struttura alveolare
Capillare
Fibre elastiche
(h) Superficie di scambio degli alveoli
Epitelio
alveolare
Nucleo della cellula
endoteliale
Eritrocita
Endotelio
Plasma
capillare
Cellula alveolare -
di tipo II (cellula
del surfactante),
sintetizza surfactante
0,1-
1,5
p.m
Spazio aereo
alveolare
Alveolo
Surfactante
Membrane
basali
fuse
La freccia blu rappresenta lo scambio di gas
tra lo spazio aereo alveolare e il plasma

Anatomia dei polmoni e della cavità toracica (ripetizione)

RIASSUNTO DI ANATOMIA
I POLMONI E LA CAVITÀ TORACICA
(a) L'apparato respiratorio
(b) Muscoli impiegati per la ventilazione
Faringe
Cavità nasale
-
Corde vocali
Lingua
Apparato
respiratorio
superiore
Esofago
Laringe
Trachea
Polmone
sinistro
Polmone
destro
Apparato
respiratorio
inferiore
Bronco
destro
Bronco
sinistro
Diaframma
(c) Anatomia esterna dei polmoni
(d) Vista in sezione del torace
Ciascun polmone è racchiuso entro due membrane
pleuriche. L'esofago e l'aorta passano attraverso
il torace tra i sacchi pleurici.
Membrane
pleuriche
Lobo
superiore
Lobo
superiore
". Polmone
destro
Polmone
sinistro
Lobo
inferiore
Lobo
inferiore
Base
Incisura cardiaca
Cavità pleurica
destra
Cavità
pericardica
Cavità pleurica
sinistra
Il polmone destro
è suddiviso in tre lobi.
Il polmone sinistro
è suddiviso in due lobi.
Vista superiore
- Laringe
La trachea
si dirama
nei due bronchi
principali
Trachea
Sternocleido-
mastoidei
Scaleni
Intercostali
esterni
Intercostali
interni
Diaframma
Muscoli
addominali
Muscoli dell'inspirazione
Muscoli dell'espirazione
Apice
Esofago
Aorta
Cellule alveolari
di tipo I, attraverso
cui avviene lo
scambio di gas
Cellule
dell'endotelio
Capillare
Lobo
intermedio
Cuore
Macrofago
alveolare,
fagocita materiale
esterno
Bronco principale
sinistro
Alveoli

Ossa e muscoli del torace

Anatomia dell'apparato respiratorio e muscoli della ventilazione

R
ASSUNTO DI ANATOMIA
I POLMONI E LA CAVITÀ TORACICA
(a) L'apparato respiratorio
(b) Muscoli impiegati per la ventilazione
Faringe
Cavità nasale
Corde vocali
Lingua
Apparato
respiratorio
superiore
Sternocleido-
mastoidei
Esofago
Laringe
Scaleni
Trachea
Polmone
sinistro
Polmone
destro
Apparato
respiratorio
inferiore
Bronco
sinistro
Intercostali
esterni
Intercostali
interni
Bronco
destro
Diaframma
Muscoli
addominali
Muscoli dell'inspirazione
Muscoli dell'espirazione
(d) Vista in sezione del torace
Ciascun polmone è racchiuso entro due membrane
pleuriche. L'esofago e l'aorta passano attraverso
il torace tra i sacchi pleurici.
Apice
Lobo
superiore
Lobo
superiore
Lobo
intermedio
". Polmone
destro
Polmone
sinistro
Lobo
inferiore
Lobo
inferiore
Base
Incisura cardiaca
Cavità pleurica
destra
Cavità
pericardica
Cavità pleurica
sinistra
Il polmone destro
è suddiviso in tre lobi.
Il polmone sinistro
è suddiviso in due lobi.
Vista superiore
Membrane
pleuriche
Esofago
Aorta
Cuore
Diaframma
(c) Anatomia esterna dei polmoni

La pleura

Anatomia esterna dei polmoni e vista in sezione del torace

(c) Anatomia esterna dei polmoni
Apice
(d) Vista in sezione del torace
Ciascun polmone è racchiuso entro due membrane
pleuriche. L'esofago e l'aorta passano attraverso
il torace tra i sacchi pleurici.
Membrane
pleuriche
Esofago
Aorta
Lobo
superiore
Lobo
superiore
Lobo
intermedio
·· Polmone
destro
Polmone
sinistro
Lobo
inferiore
Lobo
inferiore
Base
Incisura cardiaca
Cavità pleurica
destra
Cavità
pericardica
Cavità pleurica
sinistra
Il polmone destro
è suddiviso in tre lobi.
Il polmone sinistro
è suddiviso in due lobi.
Vista superiore

Il sacco pleurico

Il sacco pleurico costituisce una doppia membrana che circonda il polmone, simile a un palloncino
pieno di liquido che circonda un palloncino pieno d'aria.
Palloncino pieno
d'aria
Spazio aereo
del polmone
Liquido pleurico
Membrane pleuriche
Palloncino pieno
di liquido
Il liquido pleurico ha un volume molto inferiore a quello
suggerito dall'illustrazione.
Cuore

Le vie aeree

Divisione, diametro, numero e area trasversale

Nome	Divisione	Diametro (mm)	Numero	Area trasversale (cm2)
Trachea	0	15-22	1	2,5
Bronchi principali	1	10-15	2
Bronchi più piccoli	2	4	3
Sistema di conduzione	4	1-10	5
	6-11		1 × 104	2 × 104
			100
Bronchioli	1-23	0,5-1	->
			>	8 × 107
			5 × 103
Superficie di scambio
Alveoli	24	0,3	3-6 × 108	>1 × 106

Funzione delle ciglia e del muco

Le ciglia spostano il muco verso la faringe
Particella di polvere
Lo strato di muco
intrappola le particelle
inalate
Lo strato
di soluzione salina
consente alle ciglia
di spostare
il muco verso
la faringe
Ciglia
Le cellule
caliciformi
secernono muco
Nucleo
di una cellula
epiteliale
colonnare
Membrana
basale
Epitelio cigliato della trachea

Gli alveoli sono la sede degli scambi gassosi

Struttura dei bronchi e degli alveoli

STRUTTURA DEI BRONCHI E DEGLI ALVEOLI
(e) Diramazioni delle vie aeree
(f) Struttura del lobulo polmonare
Ciascun raggruppamento di alveoli è circondato
da fibre elastiche e da una rete di capillari
Bronchiolo
Branca dell'arteria
polmonare
Arteria, nervo e vena
bronchiali
Muscolo
liscio
Fibre
elastiche
Bronco principale
sinistro
Vaso
linfatico
Branca
della vena
polmonare
Il bronco principale si
suddivide altre 22 volte,
terminando in un
raggruppamento di alveoli
Bronco
secondario
Letti capillari
Alveoli
Bronchiolo
Alveoli

Struttura alveolare e superficie di scambio

(g) Struttura alveolare
Capillare
Fibre elastiche
(h) Superficie di scambio degli alveoli
Epitelio
alveolare
Nucleo della cellula
endoteliale
Cellule alveolari
di tipo I, attraverso
cui avviene lo
scambio di gas
Cellule
dell'endotelio
capillare
Eritrocita
Endotelio
Plasma
0,1-
1,5
Spazio aereo
alveolare
Alveolo
Surfactante
Membrane
basali
fuse
La freccia blu rappresenta lo scambio di gas
tra lo spazio aereo alveolare e il plasma
Capillare
Cellula alveolare
di tipo II (cellula
del surfactante),
sintetizza surfactante
Macrofago
alveolare,
fagocita materiale
esterno
- Laringe
La trachea
si dirama
nei due bronchi
principali
- Trachea

La circolazione polmonare

Scambio di gas e trasporto di CO2 e O2

CO2
O2
Vie aeree
Alveoli polmonari
CO2 O2
6
Scambio di CO2
attraverso
l'interfaccia
alveolo-capillare
1
Scambio di ossigeno
attraverso l'interfaccia
alveolo-capillare
CO2
O
Circolazione
polmonare
2 Trasporto di ossigeno
5
Trasporto
di CO2
Circolazione
sistemica
CO~
02
4
Scambio di CO2
a livello
delle cellule
3
Scambio di ossigeno
a livello delle cellule
CO2
O
Respirazione
cellulare
Cellule
Nutrienti
ATP

L'aria è una miscela di gas

Leggi dei gas

TABELLA 17-1
Leggi dei gas

1. La pressione totale di una miscela di gas è data dalla
   somma delle pressioni dei singoli gas (legge di Dalton).
2. I gas, singoli o miscele, si spostano da un'area ad alta
   pressione verso un'area a bassa pressione.
3. Se il volume del contenitore di un gas cambia,
   la pressione del gas cambierà in maniera inversa
   (legge di Boyle).
   Legge di Boyle: P1V1 = P2V2
   Una riduzione del volume aumenta le collisioni e aumenta la pressione.
   V1 = 1,0L
   P1 = 100 mmHg
   V2 = 0,5L
   P2 = 200 mmHg

La ventilazione

Spirometria e flusso d'aria

Spiro wet
Campana
Aria
Inspirazione Espirazione Inspirazione Espirazione
0,5
Volume
(L)
Acqua
0
Tempo
Quando il soggetto inspira, l'aria fluisce nei polmoni. Il volume
della campana diminuisce e la penna sale sul tracciato.

I volumi dei polmoni e capacità

Tracciato spirometrico e volumi polmonari

Un tracciato spirometrico che mostra i volumi e le capacità polmonari
I quattro volumi polmonari
Spazio morto
VR
VRE
VC
VRI
VR = Volume residuo
VRE = Volume di riserva espiratoria
Vc = Volume corrente
VRI = Volume di riserva inspiratoria
Volumi polmonari
Maschi Femmine
VRI 3000
1900] Capacità
Capacità
vitale
Vc
500
500
inspiratoria
VRE 1100
7007
Capacità
-funzionale
Volume residuo
1200
1100
residua
5800 mL
4200 mL
5800
Volume
di riserva
inspiratoria
3000 mL
Capacità
inspiratoria
Fine
dell'inspirazione
tranquilla
Volume
corrente
500 mL
Capacità
vitale
4600 mL
2800
Capacità
polmonare
totale
2300
Volume
(mL)
Fine
dell'espirazione
tranquilla
Volume
di riserva
espiratoria
1100 mL
1200
Capacità
funzionale
residua
Volume
residuo
1200 mL
Tempo
Le capacità sono somme di due o più volumi