Respirazione e Regolazione 10° Classe (Fisiologia 52)

Affaticamento del Diaframma: Cause e Meccanismi

• Il diaframma, muscolo essenziale per la respirazione, può affaticarsi.
• L'affaticamento è un fenomeno presente in tutti i muscoli.
• Il diaframma, come altri muscoli, presenta un limite alla sua prestazione meccanica, nonostante la stimolazione elettrica crescente.
• L'accumulo di acido lattico contribuisce all'affaticamento muscolare, limitando la disponibilità di energia.
• La scarsa disponibilità o la difficoltà di utilizzare l'ATP (adenosina trifosfato), principale fonte di energia cellulare, riduce la funzionalità muscolare.
• I metabocettori, recettori attivati da sostanze chimiche rilasciate dai muscoli in attività, inviano segnali di affaticamento al nervo frenico.

Tipologie di Fibre Nervose Afferenti

• Le fibre afferenti dal diaframma al sistema nervoso centrale (in particolare i tipi 3 e 4) segnalano l'attività metabolica.
• Le fibre differiscono per diametro e mielinizzazione, influenzando la velocità di conduzione del potenziale d'azione.
• Quando il muscolo si affatica, la scarica delle fibre aumenta, segnalando un problema metabolico.

Afferenze Recettoriali dal Polmone

• Oltre ai meccanismi di controllo omeostatico, ci sono influenze non omeostatiche sul centro respiratorio.
• Queste influenze provengono da recettori nelle vie aeree (laringe, trachea) e interstiziali polmonari (recettori J).
• I recettori sensibili a stimoli meccanici, chimici e termici, e i recettori J (vicino ai capillari), rispondono a sostanze nell'interstizio polmonare, inclusi liquidi.
• I loro assoni afferenti viaggiano nel nervo vago.

Tipi di Recettori e Riflessi Polmonari

• I recettori polmonari si suddividono in recettori ad adattamento lento (SAR), recettori a rapido adattamento, e chemrecettori (e fibre C).
• SAR attivano il riflesso di Hering-Breuer che limita l'inspirazione.
• Recettori a rapido adattamento rispondono alla riduzione di volume polmonare.
• Chemocettori e fibre C rilevano la presenza di sostanze chimiche.

Broncospasmo nell'Asma

• L'asma è caratterizzata da iperreattività bronchiale dovuta ad infiammazione e attivazione di recettori.
• I recettori rilasciano sostanze che provocano broncocostrizione diretta e aumento di sensibilità all'acetilcolina.
• Inoltre, c'è vasodilatazione locale ed edema.

Influenza di Stimoli Irritativi sulla Respirazione

• L'acqua nelle vie aeree (ipotonica o ipertonica) inibisce temporaneamente l'inspirazione.
• L'annegamento, in parte, è dovuto a questi riflessi.

Recettori per Osmolarità e Temperatura

• Alcuni chemrecettori rispondono all'osmolarità dei liquidi (ad es. acqua dolce).

Riflessi Protettivi: Tosse e Starnuto

• La tosse è un'inspirazione forzata seguita da una compressione con chiusura della glottide e contrazione muscolare, seguita dall'espulsione dell'aria per rimuovere irritanti.
• Lo starnuto è simile alla tosse, ma la chiusura avviene a livello del velo palatino.

Risposte Riflesse a Stimoli Irritativi

• Le risposte riflesse a stimoli irritativi (aria fredda, secca, soluzioni irritanti) proteggono gli alveoli.
• Queste risposte includono broncocostrizione, apnea e iperpnea.
• Possono esserci anche tachicardia.

Risposta dei Meccanocettori a Pressione Nelle Vie Aeree

• I meccanocettori rispondono alle diminuzioni di pressione nelle vie aeree.
• In caso di occlusione, lo sforzo inspiratorio aumenta la differenza di pressione, attivando i recettori e la ventilazione.
• Apnea ostruttiva vs apnea centrale: la differenza è l'assenza di flusso d'aria nella prima e assenza di attività inspiratoria nella seconda.

Sonno e Controllo della Respirazione

• La polisonnografia registra vari parametri fisiologici durante il sonno (EEG, EOG, EMG, attività respiratoria, FC, PA, saturazione dell'ossigeno).
• Durante il sonno REM, ci sono modifiche nella respirazione come variazioni delle onde EEG, movimenti oculari rapidi e depressione dell'attività muscolare scheletrica.

Alterazioni Respiratorie nel Sonno

• Nel sonno REM, i movimenti del torace e dell'addome non sono più sincronizzati rispetto alla veglia.
• La ventilazione si riduce e diventa più irregolare.
• Ci sono modifiche nei flussi respiratori (ad es. andamento progressivo).
• La risposta ventilatoria all'aumento di temperatura si riduce.

Termoregolazione e Sonno REM

• La risposta ventilatoria all'aumento di temperatura, per aumentare la perdita di calore, si riduce.

Conseguenze della Riduzione della Ventilazione nel Sonno REM

• La paralisi del diaframma durante il sonno REM può causare desaturazione.
• BPCO, le patologie respiratorie possono aggravare ulteriormente il fenomeno.
• Ridotta sensibilità dei chemiocettori influenza la risposta alla pCO2 e all'ipossia.
• Riduzione del'attività dei dilatori delle vie aeree.

Esercizio Muscolare e Controllo della Ventilazione

• Durante l'esercizio, la ventilazione aumenta per soddisfare le crescenti esigenze metaboliche.

Risposte Fisiologiche all'Esercizio Muscolare

• Aumento del consumo di ossigeno.
• Soglia anaerobica, oltre cui l'energia è fornita dalla glicolisi anaerobica e si produce acido lattico.
• Aumento della ventilazione proporzionale al consumo di ossigeno (aumento di frequenza e volume corrente).
• Aumento della produzione di CO2.

II Ruolo dell'Acido Lattico e del pH

• La produzione di acido lattico aumenta durante l'esercizio intenso, causando una riduzione del pH ematico.

Controllo della Ventilazione Durante l'Esercizio

• L'aumento della ventilazione durante l'esercizio non è dipendente da stimoli chimici, ma da meccanismi nervosi, aumento della temperatura corporea, chemocettori e catecolamine.

Fasi dell'Aumento della Ventilazione

• Aumento brusco iniziale, non dipendente da stimoli chimici.
• Aumento progressivo, influenzato da stimoli chimici, temperatura, ecc.

Fattori Responsabili dell'Aumento Brusco Iniziale

• Coattivazione dei centri di controllo e motoneuroni dei muscoli respiratori.
• Riflessi condizionati.
• Propriocettori muscolari e articolari.
• Stimoli chimici, aumento di temperatura e feedback dai meccanocettori

Influenza degli Ormoni sulla Respirazione

• Vari ormoni (come l'ormone della crescita, progesterone, ormoni tiroidei, leptina) regolano l'attività respiratoria.
• C'è un'influenza delle catecolamine, del feedbeck dai meccanocettori, aumento della temperatura corporea, aumento concentrazione di potassio eormoni.
• Alcuni ormoni possono avere effetti sia stimulatori che inibitori sulla respirazione.

Patologie e Apnea Ostruttiva del Sonno

• Alcune patologie possono aumentare la frequenza di apnea ostruttiva del sonno (es. diabete tipo 1, ipotiroidismo, acromegalia, sindrome di Cushing, ovaio policistico, postmenopausa).

Effetto della Miscela di Ormoni dello Stress

• La somministrazione di una miscela di ormoni dello stress aumenta la ventilazione e la produzione di CO2 e consumo di ossigeno.
• Aumenta la risposta ventilatoria alla CO2 allo stesso valore.

Effetto del Progesterone sulla Ventilazione

• Il progesterone riduce la pCO2 alveolare, aumentando la ventilazione.

Effetto della Leptina sulla Ventilazione

• La leptina stimola la ventilazione principalmente aumentando il Volume Corrente.

Respirazione in Alta Quota

• I cambiamenti ambientali in alta quota (riduzione della pressione, della densità dell'aria, della temperatura e dell'umidità) influenzano la respirazione.
• La pressione parziale di ossigeno diminuisce.

Adattamenti alla Bassa pO2 in Alta Quota

• Gli adattamenti includono iperventilazione, aumento della gittata cardiaca, e cambiamenti nella composizione dell'aria alveolare per mantenere livelli di ossigeno nei tessuti adeguati.
• L'ipossia stimola una risposta immediata del corpo con iperventilazione, risposta che porta alcalosi e ipococapnia.

Adattamento a Breve Termine all'Ipossia in Alta Quota

• Risposta cardiovascolare (aumento di riserva cardiaca, gittata cardiaca).
• Risposta renale e disidratazione (compensazione dell'alcalosi, disidratazione, riduzione della volemia e aumento dell'ematocrito).
• Perdita di acqua e respirazione aumento dell'evaporazione.

Risposta Respiratoria

• Aumento della ventilazione a riposo e durante l'esercizio.
• Riduzione del massimo consumo di ossigeno.
• Ipocapnia ed alcalosi.

Simulazione dell'Ipossia a Livello del Mare

• Simulando una miscela ipossica a livello del mare, si possono osservare effetti simili all'esposizione all'alta quota.
• Questo include l'aumento della gittata cardiaca e la riduzione di pO2.
• La compensazione prevede iperventilazione e aumento della gittata cardiaca.

Modificazioni Fisiologiche

• La permanenza dell'iperventilazione e la perdita di bicarbonato.
• Frequenza cardiaca elevata, ritorno di gittata cardiaca, aumento della resistenza periferica e riduzione del volume plasmatico.
• Aumento del numero di globuli rossi.

Effetti Positivi dell'Acclimatazione

• Rimodellamento capillare, aumento dei mitocondri e del 2,3-difosfoglicerato.

Trasporto di Ossigeno

• Aumento della concentrazione di emoglobina, maggiore cessione di ossigeno ai tessuti.

Altro Effetto Interessanti: Perdita di Peso ad Alta Quota

• Inappetenza, perdita di acqua (a causa di evaporazione e perdita renale) e riduzione della capacità di assorbimento intestinale.
• Riduzione della massa muscolare.