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APPARATO RESPIRATORIO NEI VERTEBRATI

A CURA DI COLOMBO ROSSANA DA PROPORRE IN CLASSE II LICEO CLASSICO 1

BIBLIOGRAFIA TESTI UNIVERSITARI CONSULTATI • Kent G.C.,

Anatomia comparata dei vertebrati Seconda edizione Italiana,

Piccin, 1997 • Maci, Cappelletti, Vismara,

Atlante di anatomia microscopica comparata dei vertebrati

, Edizioni Unicopli, 1996 • Campbell, Reece,

Biologia

, Zanichelli, 2004 • Rosati, Colombo,

La cellula

, EdiErmes, 1999 TESTI PER LA SCUOLA SECONDARIA DI SECONDO GRADO • Purves, Orians, Heller, 1995

Corso di Biologia

, Zanichelli, • Thibodeau,

Anatomia e fisiologia

, Casa Editrice Ambrosiana, 1991 2

PREREQUISITI - I tessuti - Il sistema scheletrico - Il sistema circolatorio (capillari,sangue, cuore) Sapere cosa si intende per: • respirazione cellulare • diffusione • pressione parziale • tensione superficiale 3

OBIETTIVI

• CONOSCERE LA FUNZIONE DELL’APPARATO RESPIRATORIO • RELATIVAMENTE ALL’APPARATO RESPIRATORIO NELL’UOMO, SAPER DESCRIVERE: - GLI ORGANI E LA LORO FUNZIONE - LA MECCANICA RESPIRATORIA - COME AVVENGONO GLI SCAMBI GASSOSI • CONFRONTARE L’APPARATO RESPIRATORIO DEI MAMMIFERI CON QUELLO DEGLI ALTRI VERTEBRATI: PESCI, ANFIBI, RETTILI, UCCELLI SONO PREVISTE 3 LEZIONI 4

L’APPARATO RESPIRATORIO E’ COSTITUITO DA UN INSIEME DI STRUTTURE CHE RENDONO POSSIBILI GLI SCAMBI GASSOSI:  ASSUNZIONE DI OSSIGENO DALL’AMBIENTE  ELIMINAZIONE DI ANIDRIDE CARBONICA DALL’ORGANISMO 5

NEI VERTEBRATI RESPIRAZIONE: -

CUTANEA

BRANCHIALE

: BRANCHIE  ACQUA -

POLMONARE

: POLMONE  ARIA BRONCOALVEOLARE FUNZIONE RESPIRATORIA SAVOLTA DA: EPITELIO RESPIRATORIO MONOSTRATIFICATO UOMO 6

APPARATO RESPIRATORIO

NELL’UOMO

Cavità nasale Polmone sinistro Faringe

(Esofago)

Laringe Trachea Polmone destro Bronco Bronchiolo Diaframma

(Cuore)

Le vie respiratorie partono dal NASO (o bocca se vie nasali sono ostruite) Flusso dell’aria: - narici (possono dilatarsi - muscoli mimici) - Vestibolo (vibrisse) - simultaneamente meati superiore, medio, inferiore - simultaneamente recessi sfenoetmoidali e coane MUCOSA nella cavità nasale: cellule cilindriche con CIGLIA: esse eliminano il pulviscolo dell’aria e CELLULE MUCIPARE è molto vascolarizzata: ciò permette di riscaldare l’aria Attraverso le COANE il naso comunica con la FARINGE 8

cornetto seno

faringe

SENI PARANASALI SENI FRONTALI CELLETTE ETMOIDALI SENI SFENOIDALI SENI MASCELLARI 10

SENI PARANASALI • Sono spazi contenenti aria che si aprono nella cavità nasale • nome da ossa del cranio entro le quali sono collocati • rivestiti da mucosa di tipo respiratorio  secreto mucoso • anche per alleggerire il cranio • camere di risonanza della voce 11

FARINGE • FARINGE: organo comune all’apparato digerente. Fonazione: la sua forma  timbro della voce. E’ una struttura tubolare che si divide in tre settori: - Rinofaringe (con adenoidi) - Orofaringe (con tonsille palatine e tonsilla linguale) - Faringe laringea Alla faringe seguono: • LARINGE • TRACHEA 12

LARINGE

• e’ un organo dotato di motilità, può compiere movimenti e modificando la forma della sua cavità partecipa ai processi della fonazione.

• è situata nella regione anteriore del collo, davanti all’esofago.

• È costituita da una serie di strutture cartilaginee, collegate da legamenti e formazioni muscolari.

LA LARINGE

COSTITUISCE IL PRIMO TRATTO DELLE VIE AEREE (CORDE VOCALI) 14

VISTA POSTERIORE DELLA

LARINGE

CON I MUSCOLI ATTI A MODIFICARE LA FORMA 15

LARINGE La laringe è un breve tratto delle vie aeree dei Tetrapodi tra la glottide e l’inizio della trachea; Lo scheletro della laringe è formato da nove cartilagini: 3 impari: tiroidea (pomo d’Adamo), epiglottide (si veda oltre), cricoidea - Pari: 2 aritenoidi (punto di attacco per corde vocali), 2 corniculate, 2 cuneiformi - Ai lati della camera laringea nei Mammiferi si trovano , disposte trasversalmente e più o meno tese, le pieghe vocali =

corde vocali

 conferiscono capacità di comunicare tramite suoni.

LARINGE E CORDE VOCALI • non usate per la fonazione  sono rilassate e consentono all’aria di passare con flusso costante senza vibrazioni di frequenza sonora.

• più o meno tese  possono vibrare  variazioni del flusso d’aria danno origine ai suoni.

• Durante la fonazione i muscoli intrinseci della laringe modificano in continuazione la posizione delle cartilagini tiroidee rispetto alle aritenoidee, regolando quindi la tensione delle corde.

• La frequenza delle vibrazioni della colonna d’aria in uscita è funzione del grado di tensione delle corde vocali.

• 18 mesi bambini • E’ la posizione definitiva della laringe nell’adulto che ci consente di parlare.

• Ippopotami non hanno le corde vocali.

• Le scimmie urlatrici hanno cartilagini tiroidee enormemente sviluppate (e anche l’osso ioide).

LARINGE: EPIGLOTTIDE, CORDE VOCALI Nell’uomo l’atto della deglutizione spinge la laringe verso l’alto contro l’epiglottide: così viene bloccato l’accesso alla laringe stessa, alla trachea ed ai polmoni.

TRACHEA • Connette la laringe ai bronchi con funzione essenzialmente passiva di conduzione dell’aria.

• Lunga 11- 13 cm decorre sul piano mediano, davanti all’esofago, nella parte inferiore del collo e del torace.

• Il suo scheletro è formato da 16-20 anelli cartilaginei a forma di C, regolarmente sovrapposti. Posteriormente, dove le cartilagini sono interrotte, la parete è completata da un muscolo liscio che, contraendosi può modificare il raggio di curvatura delle cartilagini e il lume della trachea.

• E’ rivestita da un epitelio con cellule dotate di ciglia vibratili, capaci di veicolare all’esterno il muco secreto in cui è intrappolato il pulviscolo atmosferico.

LA TRACHEA

MUCOSA TRACHEALE UMANA

• Fotografia al microscopio elettronico a scansione della superficie della mucosa tracheale umana. • • Oltre alle cellule cigliate si osservano anche delle cellule mucipare.

(Pag. 263 La cellula -RosatiColombo) 21

ALBERO BRONCHIALE • Trachea • Bronco primario – Bronchi secondari – Terziari anelli irregolari – Bronchioli  no anelli cartilaginei – Dotti alveolari – Alveoli ( metafora peduncolo-acino) singolo strato di tessuto epiteliale pavimentoso semplice 22

POLMONE DESTRO

ALBERO BRONCHIALE

POLMONE SINISTRO

BRONCHIOLI- DOTTI ALVEOLARI- ALVEOLI 24

GLI ALVEOLI 25

ALVEOLI • Un sottile velo umido riveste la superficie degli alveoli e rappresenta il medium nel quale l’ossigeno transita prima di raggiungere la parete alveolare.

• Negli alveoli è presente il

surfactante

, che riduce la tensione superficiale in corrispondenza della faccia interna degli alveoli; • in assenza di questo prodotto si rende necessario un grande sforzo inspiratorio per distendere la parete alveolare e per ventilare le superfici di scambio gassoso 26

POLMONI Parenchimatosi (spugnosi, non cavi) Occupano la cavità toracica delimitando uno spazio centrale detto MEDIASTINO in cui ha sede il cuore Polmone destro: tre lobi Polmone sinistro: due lobi 27

PROIEZIONE DEI POLMONI E DELLA TRACHEA IN RAPPORTO ALLA GABBIA TORACICA E ALLE CLAVICOLE POSIZIONE DELLE CUPOLE DEL DIAFRAMMA AL TERMINE DELL’ESPIRAZIONE 11 E 12 COSTA NON VISIBILI DA QUESTA PROIEZIONE 28

PLEURA PARIETALE, VISCERALE E LIQUIDO PLEURICO 29

INSPIRAZIONE ED ESPIRAZIONE La cassa toracica si espande quando i muscoli intercostali si contraggono Aria inspirata La cassa toracica si contrae quando i muscoli intercostali si rilassano Aria espirata Polmone Diaframma Il diaframma si contrae (si abbassa)

Inspirazione

Il diaframma si rilassa (si alza)

Espirazione

INSPIRAZIONE 31

ESPIRAZIONE 32

VENTILAZIONE POLMONARE NELL’UOMO

CAPACITA’ POLMONARE TOTALE =

VOLUME CORRENTE: volume d’aria mobilitato in condizioni di riposo (500 ml di aria) + VOLUME DI RISERVA INSPIRATORIA: aria inalata con respirazione profonda + VOLUME DI RISERVA ESPIRATORIA : massa d’aria esalata in eccesso + VOLUME RESIDUO: volume di aria non mobilitabile SPAZIO MORTO: ventilato dall’aria inalata volume non 33

DIFFUSIONE DEI GAS NEI POLMONI E NEGLI ALTRI ORGANI • Un gas diffonde sempre da una regione a pressione parziale più alta verso una caratterizzata da una pressione parziale più bassa.

ASSUNZIONE E RILASCIO DI OSSIGENO ARIA INSPIRATA: OSSIGENO 160 mmHg RAGGIUNGE GLI ALVEOLI: 104 mmHg CAPILLARI PORTANO NEGLI ALVEOLI SANGUE CON: OSSIGENO 40 mmHg QUINDI L’OSSIGENO DIFFONDE NEL SANGUE IL SANGUE CHE LASCIA I CAPILLARI ALVEOLARI HA OSSIGENO: 104 mmHg IL SANGUE: 100 mmHg RAGGIUNGE CUORE POMPATO I TESSUTI HANNO OSSIGENO: <40 mm Hg QUINDI L’OSSIGENO DIFFONDE NEI TESSUTI 35

SCAMBI DI ANIDRIDE CARBONICA Nelle cellule del tessuto anidride carbonica: > 45mmHg Sangue ossigenato che raggiunge i tessuti ha anidride carbonica: 40 mmHg Quindi l’anidride carbonica diffonde nei capillari Sangue nei capillari che lasciano i tessuti ha anidride carbonica: 45 mmHg Raggiunge il cuore Pompato Raggiunge i polmoni Negli alveoli l’aria inspirata ha anidride carbonica: 40 mm Hg Quindi l’anidride carbonica diffonde negli alveoli (poi espirazione) 36

CENNI SUL TRASPORTO DI OSSIGENO E ANIDRIDE CARBONICA • OSSIGENO: viene trasportato dall’

emoglobina:

essa lega l’ossigeno in

maniera reversibile:

viene legato in corrispondenza dei polmoni e ceduto in corrispondenza dei capillari sistemici.

• ANIDRIDE CARBONICA: • Il 70% viene trasportato nel sangue sotto forma di ioni bicarbonato • Il 23% si lega ai gruppi aminoacidici dell’emoglobina • 7% viene trasportato disciolto nel plasma sanguigno 37

RESPIRAZIONE NEI VERTEBRATI: -

CUTANEA

BRANCHIALE

: BRANCHIE : INTERNE ESTERNE -

POLMONARE

: POLMONE : BRONCOALVEOLARE SACCIFORME PARABRONCHIALE MAMMIFERI ANFIBI E RETTILI UCCELLI 38

RESPIRAZIONE BRANCHIALE: ACQUA • Le branchie non possono funzionare nell’ambiente aereo perché il loro epitelio respiratorio, organizzato in lamelle e filamenti, richiede il supporto meccanico fornito dall’acqua!

• All’asciutto le lamelle branchiali collassano e si verificano fenomeni di adesione tra ampie aree di epitelio respiratorio adiacenti.

LE BRANCHIE DEI PESCI OSSEI • L’OPERCOLO protegge le branchie e concorre alla loro ventilazione • Da ognuno degli archi branchiali emanano lamelle di primo ordine in duplice serie.

• Da ognuna di esse prendono a loro volta origine le lamelle di secondo ordine, che rappresentano le strutture respiratorie.

• In loro corrispondenza si sviluppano due flussi in controcorrente : quello del sangue e quello dell’aria.

opercolo I PESCI: OSTEITTI branchie Lamelle primarie Lamelle secondarie 41

PESCI: SCAMBIO CONTROCORRENTE Direzione del flusso dell’acqua Arco branchiale Sangue povero di ossigeno Sangue ricco di ossigeno Arco branchiale

15%

Lamella Vasi sanguigni % di O 2 nell’acqua che fluisce sopra le lamelle Filamenti % di O 2 nel sangue che fluisce attraverso i capillari all’interno branchiali delle lamelle 42

ANFIBI • CORDE VOCALI: i maschi degli anuri presentano anche i

sacchi vocali

grazie ai quali emettono gracidii -Respirazione branchiale - Cutanea - Polmonare (polmone non parenchimatoso, cavo) 43

RETTILI • Nei loricati (coccodrilli) i polmoni hanno una consistenza parzialmente spugnosa e sono definiti

semiparenchimatosi.

•

Anfibi e rettili

ventilano i polmoni con un meccanismo semplice, deglutendo l’aria a piccoli bocconi ed emettendola in un solo atto espiratorio.

IL SISTEMA RESPIRATORIO DEGLI UCCELLI • Privi di corde vocali, presentano la

siringe

, organo vocale situato alla base della trachea.

• Complesso sviluppo di dotti aerei interconnessi • Dalla biforcazione della

mesobronco trachea

, i

bronchi

penetrano nel polmone costituendo il , da cui per successive ramificazioni, originano

bronchi secondari

terziari o

parabronchi

• I parabronchi terminano nei

sacchi aerei

• I sacchi aerei, compressi dai muscoli che li circondano, agiscono come mantici.

e • I sacchi aerei funzionano come “deposito d’aria”.

IL SISTEMA RESPIRATORIO DEGLI UCCELLI L’aria inspirata va direttamente nei sacchi aerei, le cui estroflessioni si portano in tutto il corpo, anche nelle ossa; in seguito l’aria si dirige ai polmoni.

Sacche aeree anteriori Aria Aria Sacchi aerei posteriori Trachea Polmoni

Inspirazione:

sacchi aerei piene d’aria Condotti aerei nei polmoni

Espirazione:

Sacchi aerei vuote; polmoni pieni d’aria 1 mm 46