Inspirazione espirazione
Durante l’inalazione
La relazione tra pressione e volume dei gas aiuta a spiegare la meccanica della respirazione. La legge di Boyle è la legge dei gas che afferma che in uno spazio chiuso, la pressione e il volume sono inversamente correlati. Quando il volume diminuisce, la pressione aumenta e viceversa. Quando si discute la meccanica dettagliata della respirazione, è importante tenere a mente questa relazione inversa.
Figura \(\PageIndex{1}}): Legge di Boyle: Questo grafico di dati dall’esperimento originale di Boyle del 1662 mostra che la pressione e il volume sono inversamente correlati. Non sono date unità di misura perché Boyle usava unità arbitrarie nei suoi esperimenti.
La cavità toracica, o cassa toracica, ha sempre una leggera pressione negativa che aiuta a mantenere aperte le vie respiratorie dei polmoni. Durante il processo di inalazione, il volume dei polmoni si espande come risultato della contrazione del diaframma e dei muscoli intercostali (i muscoli che sono collegati alla gabbia toracica), espandendo così la cavità toracica. A causa di questo aumento di volume, la pressione diminuisce, in base ai principi della legge di Boyle. Questa diminuzione di pressione nella cavità toracica rispetto all’ambiente rende la pressione della cavità inferiore alla pressione atmosferica. Questo gradiente di pressione tra l’atmosfera e la cavità toracica permette all’aria di affluire nei polmoni; si verifica l’inalazione. Il conseguente aumento di volume è in gran parte attribuito a un aumento dello spazio alveolare perché i bronchioli e i bronchi sono strutture rigide che non cambiano di dimensione.
Diagramma di inspirazione ed espirazione
Il meccanismo della respirazione obbedisce alla legge di Boyle che afferma che in uno spazio chiuso, la pressione e il volume sono inversamente correlati, poiché il volume diminuisce, la pressione aumenta e viceversa. La cavità toracica ha sempre una leggera pressione negativa che aiuta a mantenere aperte le vie respiratorie dei polmoni. Durante il processo di inalazione, il volume dei polmoni si espande come risultato della contrazione del diaframma e dei muscoli intercostali, espandendo la cavità toracica. A causa di questo aumento di volume, la pressione diminuisce, in base ai principi della legge di Boyle. Questa diminuzione di pressione nella cavità toracica rispetto all’ambiente rende la pressione della cavità inferiore alla pressione atmosferica. Questo gradiente di pressione tra l’atmosfera e la cavità toracica permette all’aria di affluire nei polmoni; si verifica l’inalazione. L’aumento di volume che ne risulta è attribuito principalmente a un aumento dello spazio alveolare, perché i bronchioli e i bronchi sono strutture rigide che non cambiano di dimensione.
Durante l’inalazione, la parete toracica si espande verso l’esterno e lontano dai polmoni. I polmoni sono elastici; quindi, quando l’aria riempie i polmoni, il rinculo elastico nei tessuti del polmone esercita una pressione verso l’interno dei polmoni. Queste forze verso l’esterno e verso l’interno competono per gonfiare e sgonfiare il polmone ad ogni respiro. Durante l’espirazione, i polmoni si ritraggono per forzare l’aria fuori dai polmoni. I muscoli intercostali si rilassano, riportando la parete toracica alla sua posizione originale. Durante l’espirazione, anche il diaframma si rilassa, spostandosi più in alto nella cavità toracica, aumentando la pressione all’interno della cavità toracica rispetto all’ambiente. L’aria si precipita fuori dai polmoni a causa del gradiente di pressione tra la cavità toracica e l’atmosfera.
Processo di espirazione
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L’inalazione dell’aria, come parte del ciclo della respirazione, è un processo vitale per tutta la vita umana. Il processo è autonomo (anche se ci sono eccezioni in alcuni stati di malattia) e non ha bisogno di controllo cosciente o sforzo. Tuttavia, la respirazione può essere controllata coscientemente o interrotta (entro certi limiti).
Esempi di inalazione accidentale includono l’inalazione di acqua (ad esempio nell’annegamento), fumo, cibo, vomito e sostanze estranee meno comuni[1] (ad esempio frammenti di denti, monete, batterie, piccole parti di giocattoli, aghi).
Varie indagini specialistiche utilizzano l’inalazione di sostanze note a scopo diagnostico. Alcuni esempi sono i test di funzionalità polmonare (per esempio il test di lavaggio dell’azoto, il test della capacità di diffusione (monossido di carbonio, elio, metano)) e la radiologia diagnostica (per esempio gli isotopi radioattivi dello xeno).
Processo di inalazione
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