Apparato respiratorio

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APPARATO RESPIRATORIO

ANATOMIA DELL’APPARATO RESPIRATORIO
L’apparato respiratorio è composto da un’insieme di organi cavi, canaliformi, le vie respiratorie, e dai polmoni, organi in cui avvengono gli scambi gassosi fra aria e sangue. Le vie respiratorie si distinguono in superiori e inferiori. Fanno parte delle prime le cavità nasali e paranasali e la parte nasale della faringe. Le vie respiratorie inferiori sono costituite dal condotto laringo-tracheale e dai bronchi che, dalla biforcazione della trachea, si dirigono ai polmoni, all’interno dei quali si distribuiscono con vari ordini di rami. Lo scheletro osseo o cartilagineo che si trova nella parete delle vie respiratorie superiori e inferiori fa si che esse rimangano costantemente pervie facilitando il passaggio dell’aria. La mucosa che ne tappezza le pareti (mucosa respiratoria), oltre alla funzione di rivestimento, ha anche quella di riscaldare (data la sua ricca vascolarizzazione), di umidificare (per mezzo della secrezione ghiandolare) e di filtrare (per mezzo del muco che arresta il pulviscolo atmosferico e del movimento delle ciglia che lo convoglia verso l’esterno) l’aria inspirata prima che raggiunga l’area respiratoria. Alcuni tratti specializzati delle vie respiratorie svolgono infine le funzioni dell’olfatto e della fonazione. Si tratta della mucosa olfattiva, che occupa un territorio ristretto della volta delle cavità nasali, e della laringe che è l’organo produttore dei suoni. Nei polmoni sono scavate numerosissime cavità, gli alveoli polmonari, ai quali arriva l’aria riscaldata, umidificata e filtrata che ha attraversato le vie respiratorie. La parete degli alveoli è sottilissima, come pure quella dei capillari che formano la finissima rete perialveolare; ciò consente un rapido scambio di gas fra aria e sangue. I polmoni sono dunque gli organi in corrispondenza dei quali ha luogo il passaggio di ossigeno dall’aria alveolare all’emoglobina contenuta nei globuli rossi che circolano nei capillari perialveolari; una via inversa, dal sangue all’aria, è seguita dall’anidride carbonica che viene eliminata con l’aria espiratoria. In questo scambio gassoso consiste la funzione dell’ematosi. Le formazioni, attraversate dai gas che diffondono dal lume degli alveoli al sangue dei capillari alveolari e viceversa, costituiscono la cosiddetta barriera aria-sangue. Le cavità nasali e i seni paranasali sono contenuti nel massiccio faciale; la faringe, che l’apparato respiratorio ha in comune con l’apparato digerente, si estende dalla base cranica fino al collo; la laringe, la trachea e i bronchi formano un condotto che dal collo passa nel mediastino. I polmoni, avvolti dalle pleure, sono contenuti nelle logge pleuropolmonari della cavità toracica.
L’apparato respiratorio è così costituito:
Naso (Naso esterno – cavità nasali)
Faringe
Laringe
Trachea
Bronchi
Polmoni
Pleure

• NASO
L’aria entra sia dalla bocca che dal naso, ma quest’ultima via è preferibile poiché a contatto con la mucosa l’aria è riscaldata, filtrata e umidificata. Il naso esterno è formato da cartilagine e da ossa. Nelle cavità nasali è presente il velo pendulo.
• FARINGE
La faringe è la parte comune sia all’apparato respiratorio che a quello digerente. Da essa si originano due tubi: l’esofago, che conduce allo stomaco; e la laringe che fa parte dell’apparato respiratorio. L’epiglottide, ripiegandosi verso il basso, evita che il cibo penetri nella laringe.
• LARINGE
La laringe svolge due funzioni diverse. Oltre al passaggio dell’aria inspirata e espirata, la laringe è adibita anche all’emissione dei suoni, grazie alle corde vocali che sono pieghe muscolari che, contraendosi, regolano l’afflusso di aria dai polmoni. La laringe è formata da vari pezzi cartilaginei tra loro articolati per contiguità e a distanza, tramite legamenti; le cartilagini sono inoltre connesse, sempre ad opera dei legamenti, con gli organi vicini. La mobilità reciproca dei vari pezzi cartilaginei e dell’organo in toto è dovuta alla presenza di un ricco corredo muscolare intrinseco e estrinseco. Il complesso di cartilagini, legamenti e muscoli delimita una cavità tappezzata da una tonaca mucosa. Subito al di sotto della mucosa si trova una membrana elastica che in più punti si fissa alle cartilagini.
• TRACHEA
La trachea ha inizio nel collo facendo seguito alla laringe e termina nel mediastino biforcandosi nel bronco destro e nel sinistro. La trachea ha la forma di un cilindro ed è composta da circa 20 anelli cartilaginei, tra loro connessi da lamine fibrose denominate legamenti anulari. Questi anelli sono incompleti posteriormente dove si trova la parete menmbranosa della trachea.
• BRONCHI
La trachea si ramifica in due rami, formando il bronco destro e il bronco sinistro. Questi raggiungono l’ilo polmonare dove si dividono dando inizio a un’arborizzazione. I bronchi presentano la stessa struttura della trachea, cioè il loro scheletro è formato in avanti e sui lati da anelli cartilaginei dorsalmente, dove mancano gli anelli, vi è la parete membranosa. Gli anelli cartilaginei sono contenuti in una tonaca fibrosa che, dove l’anello è incompleto, si arricchisce di una componente muscolare.
• POLMONI
I due polmoni sono gli organi in cui avvengono gli scambi gassosi fra aria e sangue (ematosi). Essi sono contenuti nelle logge pleuropolmonari della cavità toracica, separati da uno spazio compreso tra la colonna vertebrale e lo sterno, il mediastino, che accoglie cuore, timo, esofago, trachea e bronchi. Le logge pleuropolmonari sono delimitate lateralmente dalle coste e dai muscoli intercostali, medialmente dal mediastino, inferiormente dal diaframma. Nel polmone giungono le ramificazioni bronchiali, che col ramificarsi diminuiscono progressivamente di diametro.
• PLEURE
I polmoni sono avvolti da una sierosa, la pleura, che è formata da due foglietti, uno che aderisce alla superficie dell’organo e uno che tappezza la superficie delle logge. Tra i due foglietti si delimita uno spazio, la cavità pleurica, in cui esiste una pressione negativa che permette ai polmoni di espandersi nell’ispirazione.

FISIOLOGIA DELL’APPARATO RESPIRATORIO
MECCANICA DELLA VENTILAZIONE POLMONARE

I polmoni si possono espandere e retrarre grazie allo spostamento verso il basso o verso l’alto del diaframma, che fa aumentare o diminuire il volume della gabbia toracica. A ciò si aggiunge l’elevazione o l’abbassamento delle costole. Durante l’ispirazione il diaframma si contrae, abbassandosi, e determina una trazione verso il basso della superficie inferiore dei polmoni. Nell’espirazione il diaframma si rilascia ed i polmoni si retraggono in virtù del ritorno elastico dei polmoni stessi, delle pareti toraciche e delle strutture addominali. Nella respirazione forzata il ritorno elastico non è adeguato a provocare con sufficiente rapidità l’espirazione, per cui è richiesta una forza supplementare che è fornita dai muscoli addominali, che premono i viscere verso l’alto. Oltre all’abbassamento del diaframma vi è un altro un meccanismo responsabile dell’espansione dei polmoni, quello dell’innalzamento delle costole. Ciò è possibile perché nella loro naturale condizione di riposo le costole sono inclinate verso il basso. Quando le costole si sollevano, esse si proiettano in avanti, e lo sterno si sposta in avanti ed in alto, in modo da determinare un sensibile aumento del volume della cassa toracica. I movimenti in basso e in alto della cassa toracica avvengono in virtù alla contrazione o meno dei muscoli intercostali interni, i retti addominali, i serrati anteriori, gli sternocleidomastoidei e gli scaleni.

PRESSIONI CHE DETERMINANO IL MOVIMENTO D’ARIA DALL’ESTERNO ALL’INTERNO E VICEVERSA
Il polmone è una struttura elastica che in assenza di una forza che lo tenga espanso collassa. Inoltre esso non ha punti di attacco alle pareti toraciche tranne nel punto in corrispondenza del mediastino. Il polmone fluttua nella cavità toracica, circondato da uno strato di liquido pleurico che agisce da lubrificante per i movimenti del polmone all’interno della cavità. La continua rimozione di questo liquido determina una leggera aspirazione tra la superficie della pleura che riveste il polmone e la pleura che riveste la parete toracica. I polmoni sono quindi fissati alla parete toracica, ma nello stesso tempo le pleure sono libere di scivolare l’una sull’altra durante l’espansione e la retrazione.
La pressione alveolare è quella presente all’interno degli alveoli polmonari. Quando non si ha flusso d’aria la pressione in tutti gli alveoli è esattamente uguale alla pressione atmosferica. Perché, durante l’ispirazione, l’aria possa affluire nei polmoni, la pressione alveolare deve scendere ad un valore leggermente inferiore alla pressione atmosferica. Durante l’espirazione al contrario la pressione alveolare deve salire per procurare l’espulsione dell’aria che era entrata con l’ispirazione.
TRASPORTO DELL’OSSIGENO NEL SANGUE
Dopo che si è verificata la diffusione dell’ossigeno dagli alveoli al sangue polmonare, l’ossigeno, legato all’emoglobina, viene trasportato ai capillari dei tessuti, dove viene rilasciato affinché le cellule lo utilizzino. La presenza di emoglobina nei globuli rossi permette al sangue di trasportare una quantità d’ossigeno fino a 100 volte maggiore rispetto a quella che potrebbe essere trasportata se l’ossigeno fosse sciolto nel plasma. Nelle cellule l’ossigeno reagisce con diverse sostanze, ed il risultato di queste reazioni è la produzione di anidride carbonica. L’anidride carbonica, come l’ossigeno, si combina, nel sangue, con diversi composti chimici che permettono di aumentarne la capacità di trasporto fino a 20 volte.
Circa il 97% dell’ossigeno trasportato dai polmoni ai tessuti è chimicamente legato all’emoglobina nei globuli rossi, e solo il restante 3% si trova sciolto nel plasma sotto forma di gas disciolto.
L’emoglobina è una molecola proteica formata da circa 10.000 atomi, raggruppati in quattro catene polipepditiche, (due alfa e due beta) a ciascuna delle quali si unisce un gruppo proteico eme. Il gruppo eme ha la forma di anello, al cui centro vi è un atomo di ferro, circondato da atomi di carbonio, azoto e idrogeno. Poiché ciascuna catena ha un gruppo eme, in ogni molecola di emoglobina si trovano quattro atomi di ferro, ciascuno di essi può combinarsi con una molecola di ossigeno, con un totale di quattro molecole (otto atomi). La proprietà dell’emoglobina è quella di legarsi reversibilmente e labilmente all’ossigeno. Questo legame è estremamente debole per cui la combinazione è facilmente reversibile, inoltre l’ossigeno non diviene ossigeno ionico, ma viene trasportato come ossigeno molecolare, costituito da due atomi di ossigeno, che viene rilasciato nei liquidi tessutali.

TRASPORTO DELL’ANIDRIDE CARBONICA NEL SANGUE
Una piccola quantità di anidride carbonica presente nel sangue viene trasportata ai polmoni sotto forma di gas disciolto in soluzione. L’anidride carbonica disciolta nel sangue reagisce con l’acqua per formare l’acido carbonico. Questa reazione, se non fosse per il fatto che nei globuli rossi è presente un enzima (anidrasi carbonica), richiederebbe qualche minuto, ma, grazie all’azione di catalisi, avviene in una frazione di secondo. Ciò permette di far reagire l’anidride carbonica con l’acqua prima che il sangue abbia lasciato i capillari tessutali. L’acido carbonico si dissocia immediatamente in ioni idrogeno e ioni bicarbonato. Molti degli ioni idrogeno si combinano con l’emoglobina, che si comporta come un tampone acido-base. Molti ioni bicarbonato vengono invece espulsi dal globulo rosso e sostituiti con ioni cloro grazie a delle particolari proteine di trasporto degli ioni coloro e bicarbonato. Il legame dell’anidride carbonica con l’acqua è responsabile di circa il 70% del trasporto dell’anidride carbonica dai tessuti ai polmoni.
Oltre a combinarsi con l’acqua, l’anidride carbonica reagisce anche con l’emoglobina per formare un composto che prende il nome di carbaminoemoglobina. È questo un legame di debole intensità e reversibile che permette all’anidride carbonica di essere facilmente rilasciata negli alveoli.