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15.2B: Controllo della respirazione - Biologia

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  • Il soggetto inizia respirando aria pura (21% di ossigeno, 0,03% di anidride carbonica e circa il 79% di gas inerti in volume), prima dalla stanza e poi dalla bombola. Questo controllo rivela quali eventuali cambiamenti nella risposta ci si può aspettare semplicemente respirando dal serbatoio (a causa di un sapore sgradevole o di una maggiore resistenza dell'aria, ad esempio). I due grafici mostrano che non si verifica alcun cambiamento apprezzabile quando si respira aria.
  • Quando invece viene utilizzato ossigeno al 100%, non si verifica alcun cambiamento marcato nella frequenza ("respiri/minuto") o nella profondità ("capacità vitale") della respirazione, sebbene vi sia una tendenza a diminuire leggermente la profondità della respirazione.
  • Tuttavia, quando il soggetto inala una miscela di gas costituita dal 92% di ossigeno e dall'8% di anidride carbonica, si verifica un aumento drammatico della velocità e della profondità dell'inspirazione. Si noti che non si tratta di tessuti privi di ossigeno. La miscela di gas contiene quattro volte più ossigeno dell'aria.
  • Si noti che dopo un periodo di apnea, la frequenza e la profondità dell'inspirazione sono notevolmente maggiori rispetto a prima che iniziasse la trattenuta del respiro (1). Ciò può essere spiegato dall'accumulo di CO2 durante il periodo di apnea.
  • L'iperventilazione vigorosa e forzata riduce la CO2 contenuto dell'aria e del sangue alveolare al di sotto del suo valore normale, portando a un periodo di respirazione superficiale prima che la sua concentrazione torni alla normalità (2).
  • Il periodo di tempo in cui si può trattenere il respiro fino al punto di rottura può essere sostanzialmente aumentato iperventilando appena prima del periodo di apnea (3).

Può sembrare curioso che la velocità con cui si respira e quindi fornisce ossigeno al corpo sia controllata dall'anidride carbonica piuttosto che dall'ossigeno. Ma la respirazione cellulare produce CO2 tanto velocemente quanto l'ossigeno viene consumato, quindi la CO2 sprigionato dai muscoli attivi innesca una maggiore ventilazione dei polmoni e quindi fornisce automaticamente ossigeno aggiuntivo. mentre CO2 è lo stimolo principale per il controllo della respirazione, il corpo carotideo nelle arterie carotidi ha recettori che rispondono a un calo di ossigeno. La loro attivazione è importante in situazioni (ad es. ad alta quota nella cabina non pressurizzata di un aeromobile) in cui l'apporto di ossigeno è inadeguato, ma non si è verificato un aumento della produzione di CO2. Le persone che vivono ad alta quota, ad esempio nelle Ande, hanno corpi carotidei ingranditi.