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APPARATO RESPIRATORIONEI VERTEBRATI

A CURA DI COLOMBO ROSSANA

DA PROPORRE IN CLASSE

II LICEO CLASSICO

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BIBLIOGRAFIATESTI 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, Corso di Biologia, Zanichelli, 1995

• Thibodeau, Anatomia e fisiologia, Casa Editrice Ambrosiana, 1991

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PREREQUISITI

- I tessuti

- Il sistema scheletrico

- Il sistema circolatorio (capillari,sangue, cuore)

Sapere cosa si intende per:• respirazione cellulare• diffusione• pressione parziale• tensione superficiale

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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

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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

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NEI VERTEBRATI RESPIRAZIONE:

-CUTANEA-BRANCHIALE:

BRANCHIE ACQUA-POLMONARE:

POLMONE ARIA

BRONCOALVEOLARE

FUNZIONE RESPIRATORIA SAVOLTA DA:

EPITELIO

RESPIRATORIO

MONOSTRATIFICATO

UOMO

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APPARATO RESPIRATORIO NELL’UOMO

(Cuore)

Diaframma

Bronchiolo

Bronco

Polmone destro

Trachea

Laringe

(Esofago)

Faringe

Cavità nasale

Polmone sinistro

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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

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cornetto

seno

faringe

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SENI PARANASALI

SENI FRONTALI

SENI MASCELLARI

SENI SFENOIDALI

CELLETTE ETMOIDALI

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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 respiratoriosecreto mucoso

• anche per alleggerire il cranio

• camere di risonanza della voce

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• 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

FARINGE

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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.

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LA LARINGE COSTITUISCE IL PRIMO TRATTO DELLE VIE AEREE

(CORDE VOCALI)

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VISTA POSTERIORE DELLA LARINGE CON I MUSCOLI ATTI A MODIFICARE LA FORMA

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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.

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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).

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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.

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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.

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LA TRACHEA

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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)

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ALBERO BRONCHIALE

• Trachea• Bronco primario

– Bronchi secondari– Terziari anelli irregolari– Bronchioli no anelli cartilaginei

– Dotti alveolari ( metafora peduncolo-acino) – Alveoli singolo strato di tessuto epiteliale pavimentoso

semplice

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ALBERO BRONCHIALE

POLMONE DESTRO POLMONE SINISTRO

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BRONCHIOLI- DOTTI ALVEOLARI- ALVEOLI

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GLI ALVEOLI

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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

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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

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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

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PLEURA PARIETALE, VISCERALE E LIQUIDO PLEURICO

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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 rilassa (si alza)Il diaframma si contrae (si abbassa)

Inspirazione Espirazione

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INSPIRAZIONE

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ESPIRAZIONE

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VENTILAZIONE POLMONARE NELL’UOMO

CAPACITA’ POLMONARE TOTALE =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: volume non ventilato dall’aria inalata

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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.

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ASSUNZIONE E RILASCIO DI OSSIGENO

ARIA INSPIRATA: OSSIGENO 160 mmHgRAGGIUNGE GLI ALVEOLI: 104 mmHg

CAPILLARI PORTANO NEGLI ALVEOLI SANGUE CON: OSSIGENO 40 mmHg

IL SANGUE CHE LASCIA I CAPILLARI ALVEOLARI HA OSSIGENO: 104 mmHg

IL SANGUE: 100 mmHgRAGGIUNGE CUORE POMPATO I TESSUTI HANNO OSSIGENO: <40 mm

Hg

QUINDI L’OSSIGENO DIFFONDE NEL SANGUE

QUINDI L’OSSIGENO DIFFONDE NEI TESSUTI

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SCAMBI DI ANIDRIDE CARBONICA

Nelle cellule del tessuto anidride carbonica: > 45mmHg

Sangue ossigenato che raggiunge i tessuti ha anidride carbonica: 40 mmHg

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 nei capillari

Quindi l’anidride carbonica diffonde negli alveoli (poi espirazione)

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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

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RESPIRAZIONE NEI VERTEBRATI:

-CUTANEA-BRANCHIALE:

BRANCHIE: INTERNE ESTERNE

-POLMONARE:POLMONE:

BRONCOALVEOLARE SACCIFORME PARABRONCHIALE

ANFIBI E RETTILI

UCCELLI

MAMMIFERI

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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.

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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.

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opercolo

branchie

I PESCI:

OSTEITTI

Lamelle primarie

Lamelle secondarie

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PESCI: SCAMBIO CONTROCORRENTE

Arco branchiale

Direzione del flusso dell’acqua

Arco branchiale

Vasi sanguigni

Filamenti branchiali

Sangue ricco di ossigeno

Sangue povero di ossigeno

Lamella

15%40%

70%

100% 60%

80%

30% 5%

% di O2 nell’acqua che fluisce sopra le lamelle % di O2 nel sangue che fluisce

attraverso i capillari all’interno delle lamelle

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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)

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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.

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• Privi di corde vocali, presentano la siringe, organo vocale situato alla base della trachea.

• Complesso sviluppo di dotti aerei interconnessi• Dalla biforcazione della trachea, i bronchi

penetrano nel polmone costituendo il mesobronco, da cui per successive ramificazioni, originano bronchi secondari e terziari o parabronchi.

• I parabronchi terminano nei sacchi aerei.• I sacchi aerei, compressi dai muscoli che li

circondano, agiscono come mantici.• I sacchi aerei funzionano come “deposito d’aria”.

IL SISTEMA RESPIRATORIO DEGLI UCCELLI

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IL SISTEMA RESPIRATORIO DEGLI UCCELLI

Aria AriaSacche aeree anteriori

Sacchi aerei posteriori

Trachea

Polmoni

1 mmEspirazione:

Sacchi aerei vuote; polmoni pieni d’aria

Inspirazione:sacchi aerei piene d’aria

Condotti aerei nei polmoni

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.