Ricerche di scienze: Movimenti respiratori e ventilazione

Ricerche di scienze: Movimenti respiratori e ventilazione



Il normale consumo di ossigeno è di circa 250ml/minuto nell’uomo adulto a riposo. Sia la ventilazione polmonare, che il consumo di ossigeno, aumentano fino a 20 volte durante l’attività sportiva di massima intensità. Durante tale tipo di attività la ventilazione polmonare è di circa 100/110 litri/minuto, di appena il 50% inferiore alla capacità respiratoria massimale (150/170 litri al minuto). La superiorità della capacità respiratoria massimale, consente di intraprendere attività sportive in situazioni difficoltose (in altitudine, in ambienti caldi ed in caso di alterazioni dell’apparato respiratorio). La captazione di ossigeno a livello polmonare in situazioni di metabolismo aerobico massimale (Vo2Max), tende a migliorare con l’allenamento di circa il 10%, ma arrivando ad essere superiore alla norma di anche il 45% nei maratoneti. Anche la capacità di diffusione dell’ossigeno dagli alveoli al circolo ematico migliora con la pratica sportiva, passando dai 23 ml/min di un sedentario a riposo, agli 80 ml/min di un canottiere in attività massimale (situazione in cui tutti i capillari polmonari sono perfusi al massimo). Anche durante un’intensa attività fisica, il sistema respiratorio è in grado di fronteggiare le variazioni della pressione di ossigeno e anidride carbonica nel sangue, mantenendole a livelli normali nonostante la tendenza della prima ad abbassarsi in favore della seconda. Non a caso, nell’attività fisica, la stimolazione all’incremento della respirazione non è dovuta a variazioni di pressione dei gas, ma da meccanismi neurogeni.

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Movimenti respiratori e ventilazione

I polmoni non hanno muscoli, si espandono e sì ritraggono passivamente grazie ai movimenti dei muscoli intercostali e del diaframma. I muscoli intercostali contraendosi sollevano le costole provocando un movimento verso l'esterno delle pareti toraciche; quando questi muscoli si rilassano, il volume toracico diminuisce. Un altro muscolo impiegato nella respirazione è il diaframma, che costituisce il pavimento della cavità toracica. Quando il diaframma si contrae, cioè nell'inspirazione, si abbassa e la cavità toracica aumenta; quando il diaframma si rilassa, si solleva formando una specie dì cupola e la cavità toracica diminuisce. Anche i muscoli addominali contribuiscono a questi mutamenti di volume.

I cambiamenti delle dimensioni della cavità toracica influiscono sulla pressione gassosa all'interno dei polmoni: quando la cavità toracica aumenta la pressione all'interno del torace diminuisce; questa diminuzione di pressione fa si che si aspiri aria all'interno dall'ambiente esterno, che si trova ad una pressione più elevata. Quando la cavità toracica diminuisce, la pressione interna diviene maggiore di quella atmosferica e il gas viene espulso dalle vie respiratorie.

La tosse e gli starnuti sono delle attività respiratorie modificate che servono ad eliminare secrezioni mucose, particelle di polvere od altro materiale dalle vie respiratorie.

La capacità polmonare:
La capacità dei polmoni ammonta a circa 5000 cc Cioè, 5 Litri così distribuita:

- 500 cc aria introdotta tramite inspirazione normale;
- 1500 cc possono essere introdotti con inspirazione forzata;
- 1500 cc vengono espulsi con espirazione forzata;
- 1500 cc aria che rimane nei polmoni (aria residua).

I polmoni hanno sempre una quantità di aria residua presente.

Evoluzione del polmone dei tetrapodi

Anfibi
Negli anfibi troviamo

• polmoni a forma di sacco, cioè un'ampia cavità centrale a parete liscia.
• è importante la respirazione cutanea attraverso la pelle sottile e bagnata ricca di capillari.

Alcuni anfibi hanno solo la respirazione cutanea per esempio la rana adulta può vivere a lungo sommersa, senza usare polmoni, ma muore all'aria se ha la cute verniciata.

Rettili
Nei rettili troviamo polmoni sacciformi e anche parenchimatosi.

i polmoni parenchimatosi hanno setti che dividano in tante camere la cavità centrale, è un polmone comprimibile e si comporta al tatto come la gomma-piuma.
Questi setti si sviluppano tanto da invadere tutta la cavità a formare il parenchima.

Nel corso dell'evoluzione delle diverse classi di vertebrati notiamo che i polmoni iniziano a dividersi internamente in numerose piccole camere e cominciano ad assumere un aspetto spugnoso (come quello dei mammiferi).
La superficie di scambio è molto maggiore rispetto agli anfibi (polmoni sacciformi) e la respirazione polmonare è più efficiente.

I polmoni dei tetrapodi.

In figura: polmoni delle classi dei vertebrati (polmone di anfibio, rettile , uccello e mammifero).

• anfibi sacciformi con corti bronchi e poche pieghe.
• dai rettili si formano pliche e bronchi penetrano all'interno.
• mammiferi strutture parenchima tolse costituite dal violento e un albero bronchiale che entra nei polmoni, presenze del diaframma
• uccelli polmoni piccoli e poco elastici presenza di sacchi aeriferi.

Meccanismi di ventilazione particolati nei tetrapodi

Come respirare se il torace è chiuso in una struttura rigida? Nei cheloni le costole sono inglobate nel carapace.

Come avviene la ventilazione polmonare?

• nel cheloni acquatici il polmone è unito ai visceri con dei legamenti, i movimenti dei visceri espandono il polmone rendendo possibile la ventilazione.

• nel cheloni terrestri un muscolo unisce il polmone al cinto toracico e pelvico, il movimento dei cinti si trasmette ai polmoni. (...praticamente respira e cammina, cammina e respira....)
• inoltre è persente la ventilazione tramite i movimenti della cavità boccale. Come avviene nelle rane. I movimenti del capo orale e faringeo i movimenti di deglutizione portano aria ai polmoni.

e il coccocrillo...... e IL COCCODRILLO!!!!

Evoluzione dell'apparato respiratorio

In riferimento al precedente post.

L'evoluzione dell'apparato respiratorio ha portato a sviluppare, oltre ai tre sistemi a maggior diffusione considerati dai miei compagni, diverse forme intermedie o adattamenti particolari. I pesci polmonati possedevano, oltre alle branchie, semplici strutture respiratorie accessorie paragonabili ad una primitiva forma di polmoni. Queste strutture erano probabilmrente un adattamento alla vita nell'acqua dolce che, a differenza dell'acqua di mare, poteva diventare stagnante ed impoverirsi di ossigeno. Anche oggi esistono alcune specie di pesci polmonati.

Nonostante i polmoni siano soprattutto una "invenzione" dei vertebrati, si trovano anche in alcuni invertebrati. Le lumache terricole, ad esempio, hanno sviluppato indipendentemente polmoni molto simili a quelli di alcuni anfibi.

Gli anfibi e i rettili si avvalgono anche della respirazione cutanea

Gli uccelli hanno sviluppato particolari adattamenti. A ciascun polmone sono attaccate parecchie sacche aeree: ad ogni respiro le sacche si sgonfiano e si gonfiano come palloncini in sintonia con i movimenti della parete del corpo che li fa comprimere ed espandere. Non si ha alcuno scambio d'aria a livello delle sacche che funzionano come soffietti che riempiono il polmone di aria fresca ad ogni respiro. Di conseguenza, nei polmoni degli uccelli rimane sempre un volume d'aria residuo, come avviene per i mammiferi.

I meccanismi alla base degli scambi gassosi

Gli animali di piccole dimensioni si scambiano in casa attraverso la pelle come ad esempio il lombrico, che ha l'intera superficie corporea umida, ma nella maggior parte degli animali il rapporto fra superficie e volume è tale che l'ossigeno non può raggiungere direttamente per diffusione delle cellule dell'organismo.
Ma la maggior parte degli organismi ha dimensioni tali da non permettere questa diffusione a tutte le cellule, per cui negli animali di grandi dimensioni alcune parti del corpo si sono trasformate in superfici respiratorie, dove:

• lo scambio di gas respiratori tra organismo e ambiente avviene per diffusione attraverso una sottile pellicola d'acqua.
• le superfici di scambio devono essere sufficientemente estese e sempre umide sia negli animali acquatici che nei terrestri.
• la diffusione dei in casa avviene attraverso uno strato di cellule sottili mantenuto umido.

Nei vertebrati lo scambio di gas avviene in tre fasi, sia con i polmoni che con le branchie:

1. diffusione dei gas respiratori cioè respirazione esterna, dove si espone il mezzo esterno ricco di ossigeno (a o aria) ad una superficie estesa umida
2. trasporto cioè la fase circolatoria
3. Scambio dei gas cioè la diffusione dell'ossigeno delle cellule, l'ossigeno arriva alle cellule dove è utilizzato per trasformare le molecole organiche in energia.
   

Gli animali scambiano i gas respiratori attraverso superfici umide. Le superfici respiratorie hanno delle caratteristiche comuni per poter svolgere alla loro funzione di scambio di gas per diffusione passiva:

• superficie estesa
• membrane sottili e permeabili(elevata permeabilità ai gas respiratori)
• ricca vascolarizzazione
• il ricambio continuo di aria o acqua
• le membrane cellulari devono essere umide perché avvenga la diffusione
  

La superficie di scambio ha tre aggettivi: estesa , sottile , sempre umida . Questo garantisce alla sua efficienza!!!