APPARATO
RESPIRATORIO
Articolo tratto da www.benessere.com
Funzioni
dell'apparato respiratorio
La
respirazione
Per trasformare l'energia delle sostanze
nutritive, come lo zucchero, in energia utilizzabile, la maggior parte
delle cellule si servono di un processo biochimico chiamato
"respirazione cellulare".
La produzione di energia per mezzo della respirazione cellulare richiede
un rifornimento continuo di ossigeno e genera, come sostanza di rifiuto, diossido
di carbonio.
Il sistema respiratorio provvede allo svolgimento della respirazione
cellulare prelevando l'ossigeno dall'ambiente ed eliminando il diossido di
carbonio dall'organismo.
Per svolgere queste due funzioni l'atto respiratorio si svolge in due
fasi: l'inspirazione e l'espirazione.
Durante l'inspirazione l'aria ricca di
ossigeno entra attivamente nei polmoni grazie ad un movimento di
espansione della cassa toracica, la quale aumenta di volume. A questo
scopo il diaframma,
che in posizione di riposo è a forma di cupola, si appiattisce e
contemporaneamente i muscoli intercostali si contraggono e spingono in
alto e in fuori la cassa toracica. Insieme a questa si espandono anche i
polmoni. Più intensa è l'azione dei muscoli intercostali più aria entra
nei polmoni.
L'espirazione, durante la quale l'aria
povera d'ossigeno viene espulsa passivamente, avviene quando i muscoli e
il diaframma, che hanno provocato l'inspirazione, si rilasciano. Ciò
determina una costrizione della gabbia toracica e una contrazione dei
polmoni che, essendo molto elastici, espellono l'aria.
L'aria espirata contiene ancora una certa quantità di ossigeno.
Il ritmo della respirazione è automatico,
ma i muscoli coinvolti sono volontari e ogni loro contrazione è stimolata
da impulsi nervosi. Questi impulsi si originano nel "centro
respiratorio" presente nel midollo allungato. Il centro respiratorio
è diviso in due parti addette rispettivamente all'inspirazione e
all'espirazione.
Il centro inspiratorio attiva i muscoli
intercostali fino a che esso non viene inibito dai recettori di
distensione presenti nei polmoni. A questo punto interviene il centro
espiratorio, posto più in profondità, che rende possibile l'espirazione.
Inoltre, il midollo allungato contiene neuroni recettori che controllano
la concentrazione del diossido di carbonio nel sangue. Un livello elevato
di diossido di carbonio segnala un aumento dell'attività cellulare e
quindi un maggior fabbisogno di ossigeno. I recettori perciò reagiscono
immediatamente ordinando un'intensificazione del ritmo e della profondità
del respiro. Questi recettori sono molto sensibili: lo 0.3% in più di
diossido di carbonio comporta un raddoppio delle inspirazioni e quindi di
conseguenza delle espirazioni.
La frequenza respiratoria, dunque, è determinata soprattutto dalla
quantità di anidride carbonica che è necessario espellere
dall'organismo.
Il sistema respiratorio può essere diviso
in due parti, adibite rispettivamente alla conduzione dei gas e
allo scambio dei gas. La prima consiste in una serie di vie di
comunicazione che trasportano aria alla seconda dove avviene lo scambio
dei gas con il sangue.
Prima fase: CONDUZIONE
DEI GAS
Naso
Generalmente il naso è la prima parte del corpo che viene a contatto con
l'aria inspirata.
Le vie nasali costituiscono la prima barriera all'ingresso di particelle
estranee nel sistema respiratorio.
Al fine di proteggere le vie respiratorie da agenti patogeni estranei e di
agevolare il passaggio dell'aria si svolgono essenzialmente tre fasi:
- filtraggio
- riscaldamento
- inumidificazione
Sono le mucose dei cornetti nasali
ad attivare le tre fasi.
La prima fase è agevolata dalla particolare anatomia delle vie nasali che
induce una brusca deviazione del flusso d'aria che entra nelle narici.
Tale deviazione provoca uno "sbandamento" delle particelle di
polvere, che terminano contro le mucose dei cornetti nasali, le quali
provvedono ad eliminarle.
La seconda fase avviene in quanto la mucosa nasale, che è
fortemente vascolarizzata (cioè contiene molti piccoli vasi sanguigni in
superficie), rilascia calore.
Nella terza fase le cellule calciformi e le grosse ghiandole
presenti nella tonaca propria della mucosa secernono un muco denso che
serve ad umidificare l'aria atmosferica. Quest'ultima, quando raggiunge la
faringe, è già completamente satura di vapore acqueo e raggiunge
valori simili a quelli della temperatura corporea. In tal modo il naso
protegge le vie aeree inferiori e i polmoni dagli influssi ambientali
dannosi e aiuta a prevenire processi infiammatori broncopolmonari.
Generalmente si immagina il naso come un tetto ad angolo acuto delimitato
anteriormente e posteriormente da una parete obliqua. Le cavità nasali
sono in rapporto lateralmente con i due seni mascellari che sono
ricolmi d'aria, posteriormente con i seni sfenoidali e il segmento
superiore della faringe, inferiormente con il palato duro e molle
ed anteriormente con l'osso nasale e con le cartilagini nasali.
Una parte nasale (setto), in parte ossea ed in parte cartilaginea,
separa la cavità nasale destra da quella sinistra. Solo raramente il
setto nasale è rettilineo, di norma è più o meno deviato da un lato
(deviazione del setto).
Pertanto le due cavità nasali hanno dimensioni diverse e quella più
piccola è quasi sempre la prima che si occlude durante un raffreddore.
Conformazione interna delle cavità
nasali
Dalle pareti laterali di ciascuna cavità nasale sporgono tre processi
ossei posti orizzontalmente e rivestiti da una mucosa notevolmente spessa
che filtra, inumidisce e riscalda l'aria inspirata:
- cornetto nasale superiore
- cornetto nasale medio
- cornetto nasale inferiore
I cornetti inferiore, medio e superiore
delimitano e formano tre compartimenti, i cosiddetti meati nasali, ognuno
dei quali posto al di sotto del corrispondente cornetto, e ricevono lo
sbocco delle cavità paranasali e del canale nasolacrimale.
Nel meato inferiore sbocca il canale
nasolacrimale che dà passaggio al liquido prodotto costantemente
dalle ghiandole lacrimali annesse all'occhio, ossia le lacrime, nella
cavità nasale e nella faringe, prima che esso venga deglutito insieme
alla saliva.
Un'apertura del meato medio, che è particolarmente ampia, collega
la cavità nasale con la parte superiore del seno mascellare e con
il seno frontale, mentre il meato superiore riceve lo sbocco
del seno sfenoidale. Le piccole cellule etmoidali sono in
collegamento sia con il meato medio sia con quello superiore e, di
conseguenza, con l'ambiente esterno.
La comunicazione dei seni paranasali con l'ambiente esterno, garantita
dalla pervietà dei condotti che sboccano nei meati nasali, mantiene un
adeguato compenso pressorio tra le cavità scheletriche del massiccio
facciale e l'ambiente. Inoltre, essa consente lo scaricamento all'esterno,
tramite le vie nasali, delle secrezioni mucose in eccesso che si formano
localmente.
Nella regione del piccolo cornetto superiore è situata la mucosa
olfattiva con un epitelio in cui sono accolte cellule nervose
sensoriali che reagiscono a stimoli chimici che attivano le ghiandole
della mucosa olfattiva.
Le cavità paranasali:
Il seno frontale, pari e simmetrico, è situato fra il margine
superiore della cavità orbitaria e la linea mediana. Esso si sviluppa in
età infantile e raggiunge le massime dimensioni nella pubertà.
Altrettanto avviene per il seno mascellare, la più ampia delle
cavità paranasali. Esso è a forma di piramide rovesciata, il cui apice
giunge in vicinanza delle radici dentali.
Poiché il seno mascellare è in rapporto con le cavità nasali solo nel
territorio del tetto, è possibile che le secrezioni di mucosa ristagnino
in corrispondenza della base. L'infezione di tali secrezioni può portare
allo sviluppo di uno stato infiammatorio a carico dell'intera cavità
paranasale, cioè alla cosidetta sinusite.
Il seno sfenoidale, pari anch'esso, è in rapporto anteriormente
con le cavità nasali.
Fra il seno frontale e quello mascellare ha sede l'etmoide, al cui
interno si trova un gran numero di cellule etmoidali che fanno parte delle
cavità paranasali.
Faringe
L'aria introdotta, attraverso le coane, raggiunge il segmento
superiore della faringe (o rinofaringe). La faringe è una
camera comune al sistema respiratorio e a quello digerente in quanto
stabilisce una comunicazione sia con la laringe sia con l'esofago.
Nella faringe si distinguono tre segmenti:
- superiore: rinofaringe
- medio: orofaringe
- inferiore: laringo-faringe
Il segmento faringeo superiore
(rinofaringe) è situato immediatamente dietro alle coane.
Qui sboccano le due tube uditive, un sistema che consente la ventilazione
dell'orecchio medio (cassa del timpano). Durante la deglutizione e lo
sbadiglio, la cartilagine delle tube si solleva dalla parete faringea,
rendendo possibile un equilibrio pressorio fra il timpano e l'ambiente
esterno. Poiché le tube uditive sboccano immediatamente dietro al meato
nasale inferiore, tumefazioni della mucosa nasale (raffreddore) possono
bloccare tale meccanismo causando disturbi uditivi. Con la cosidetta
"manovra di Valsalva" (espirazione forzata del naso a glottide
chiusa) si ottiene comunque un compenso pressorio. La volta della faringe
accoglie del tessuto linfoide (tonsilla faringea) che, insieme alle
altre tonsille, interviene nel processo di difesa dalle infezioni.
Il segmento faringeo medio (orofaringe) si
trova dietro la cavità orale. Costituisce una via mista per aria e cibo,
quindi è, come tutte le porzioni del tratto gastrointestinale sollecitate
meccanicamente, rivestita da un epitelio
pavimentoso pluristratificato.
A questo scopo le cellule epiteliali possiedono ciglia vibratili in grado
di rimuovere, attraverso il movimento ciliare, secrezioni e e corpi
estranei, quali ad esempio particelle di polvere. Il movimento cigliare ha
luogo sotto forma di onde coordinate e al microscopio la superficie della
mucosa respiratoria appare come un campo d'orzo mosso da vento. La velocità
di tale movimento è notevole: 3-12 mm al minuto.
Fra le cellule dell'epitelio cigliato sono situate cellule caliciformi e,
al di sotto di queste, ghiandole della lamina propria che secernono uno
strato protettivo umido sulla superficie dell'epitelio.
Quindi le ciglia epiteliali trasportano la polvere, insieme al muco, nella
cavità orale, da dove essa può essere deglutita o espettorata. Questo
meccanismo prende il nome di ascensore muco-cigliare.
Il
limite tra il segmento faringeo superiore e quello medio è dato dal palato
molle, denominato anche velo palatino. Si tratta di una lamina
muscolare rivestita da mucosa che anteriormente è in rapporto con il
piano osseo che separa le cavità orale e nasali e che termina
posteriormente nell' ugula.
Il palato molle è una valvola che, durante la deglutizione, viene
sollevata da due muscoli ancorati alla base cranica in modo che il
rinofaringe, attraverso cui avviene il passaggio dell'aria, venga chiuso
contro l'orofaringe nella quale passa il bolo
alimentare al momento della deglutizione.
Nel segmento faringeo inferiore (ipofaringe
o laringo-faringe) la porzione posteriore della lingua (radice linguale)
entra in rapporto con l'epiglottide. Tranne che nel caso della
deglutizione, la radice linguale è sempre in posizione di protrusione per
azione dei muscoli del pavimento orale.
Laringe
L'aria passata attraverso la faringe si immette nella laringe.
All'ingresso della laringe si trova l'epiglottide, un lembo di
tessuto cartilagineo che regola il passaggio dell'aria. Infatti durante la
normale respirazione, l'epiglottide si piega verso l'alto, permettendo
all'aria di fluire liberamente nella laringe. Durante la deglutizione,
invece, l'epiglottide si piega verso il basso, coprendo la laringe e
indirizzando il cibo verso l'esofago e quindi verso il canale digerente.
Affinché le vie aree rimangano pervie anche in caso di forti variazioni
della pressione atmosferica nel distretto cervicale, la laringe necessita
di uno "scheletro", le cartilagini laringee.
Lo scheletro cartilagineo della laringe è costituito dalla cartilagine
tiroidea, dall' epiglottide, dalla cricoide e dalle due cartilagini
aritenoidee collegate fra loro da membrane connettivali e da muscoli.
All' interno della laringe, fra la faccia
posteriore della cartilagine tiroidea e le cartilagini aritenoidee, si
trovano le corde vocali, lamine di tessuto elastico rivestito da
mucosa che vibrano al passaggio dell'aria espirata producendo suoni di
diverse frequenze. Infatti, fra le due corde vocali rimane una fessura più
o meno ampia, la glottide, attraverso la quale avviene il passaggio
dell'aria respirata e grazie alla quale si può svolgere la funzione della
fonazione. Una serie di muscoli trasversali altamente specializzati si
mette in relazione con lo scheletro laringeo. Essi sono responsabili
dell'apertura della glottide e della tensione delle corde vocali. Durante
la fonazione la glottide è chiusa e viene sollecitata dall'aria espirata.
Le corde vocali si spostano sia lateralmente sia dall'alto verso il basso
con un movimento pressoché circolare.
Di conseguenza tanto è maggiore la velocità del flusso d'aria sulla
glottide tanto più forte risulta la voce.
La lunghezza delle corde vocali è anatomicamente prestabilita, circa 2-3
cm. Nell'uomo esse sono più lunghe del 30% rispetto a quelle della donna
e ne risulta una maggiore profondità della voce maschile.
Alla formazione di suoni articolati (vocali, consonanti sonore)
partecipano attivamente sia le corde vocali come strumenti di produzione
di suoni, sia le vie aeree superiori e i seni paranasali come cassa di
risonanza, sia la cavità buccale come strumento di modulazione.
Trachea
Alla laringe segue la trachea, un tubo rigido ma allo stesso tempo
flessibile, le cui pareti sono rinforzate da anelli cartilaginei
incompleti.
La trachea è lunga nel suo complesso solo 10-15 cm e generalmente un
diametro superiore ai 2 cm. Essa è costituita da 15-20 anelli
cartilaginei a forma di ferro di cavallo la cui apertura è diretta
posteriormente. Fra i singoli anelli cartilaginei si tende un legamento
elastico, il legamento anulare.
Gli anelli cartilaginei impediscono alle vie aeree di collassare durante
l'ispirazione.
La trachea è indispensabile per consentire uno spostamento della laringe
e dei polmoni durante la respirazione profonda e la deglutizione.
All'estremità inferiore, circa all'altezza della quarta vertebra
toracica, la trachea si biforca in due grossi bronchi che riforniscono
d'aria i due polmoni.
Bronchi
I bronchi hanno la stessa struttura della trachea e sono costituiti da
altri 5-10 anelli cartilaginei che sono collegati da membrane elastiche e
possiedono una parete posteriore di tessuto muscolare e connettivo.
Man mano che la loro ramificazione procede,
la forma degli anelli cartilaginei diviene sempre più irregolare; nella
parete bronchiale si trovano placche cartilaginee sempre più distanziate
e più piccole.
I bronchi si ramificano in bronchi lobari, zonali o segmentali
e lobulari, nonché in diversi tipi di bronchioli di
diametro decrescente all'interno dei polmoni.
Il naso, la faringe, la laringe, la trachea
e gli stessi bronchi e brochioli non partecipano alla seconda fase, quella
dello scambio dei gas, ma hanno solo il compito di trasportare aria
ossigenata agli alveoli polmonari e di rimuovere da questi l'aria
satura di anidride carbonica.
Seconda fase: SCAMBIO
DI GAS
L'effettivo scambio di gas avviene negli
alveoli all'interno dei polmoni.
I polmoni
I due polmoni si trovano all'interno della gabbia toracica. A causa della
posizione asimmetrica del cuore, il polmone sinistro è del 10-20% più
piccolo di quello destro.
Il polmone destro è formato da tre lobi polmonari mentre quello sinistro
da due. I tre lobi del polmone destro sono rispettivamente inferiore,
medio e superiore. Il polmone sinistro non presenta il lobo medio,
questo determina un volume decisamente superiore del lobo superiore
rispetto a destra.
Durante la normale respirazione i polmoni
si espandono e si contraggono facilmente e ritmicamente all'interno della
gabbia toracica. Per facilitare questo movimento e lubrificare le parti
che si muovono, ogni polmone è avvolto in una membrana umida e liscia
composta di due strati (la pleura). Lo strato esterno della
membrana è addossato alla gabbia toracica. Tra i due strati esiste uno
spazio praticamente impercettibile (spazio pleurico) che permette
agli strati di scorrere delicatamente l'uno sull'altro.
La più piccola unità polmonare visibile a occhio nudo è il lobulo.
Un lobulo è costituito da uno o più bronchioli, da rami arteriosi e
venosi del circolo bronchiale e da migliaia di alveoli.
Gli alveoli
L'alveolo, delle dimensioni di circa 1/10mm, possiede una esilissima
parete epiteliale intorno alla quale capillari estremamente sottili
trasportano sangue povero di ossigeno.
Nel complesso i due polmoni possiedono circa 300 milioni di alveoli che
gli conferiscono l'aspetto di una spugna porosa. L'enorme numero di
alveoli spiega per quale ragione è indispensabile un sistema bronchiale
così ramificato in grado di distribuire l'aria in modo uniforme in un
simile labirinto. Gli alveoli, distribuiti a grappolo d'uva attorno a un
bronchiolo terminale, sono completamente avvolti da un fittissimo
intreccio di microscopici capillari.
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Poiché lo spessore delle pareti alveolari
e dei capillari non è mai superiore a quello di una cellula, l'aria viene
a trovarsi vicinissima al sangue circolante. Le cellule epiteliali degli
alveoli sono ricoperte in permanenza da una sottile pellicola liquida,
nella quale i gas possono sciogliersi e diffondere così attraverso le
membrane.
Il sangue che irrora gli alveoli è quello pompato ai polmoni dal
ventricolo destro del cuore dopo aver completato il suo giro per tutto il
corpo. Esso è perciò povero di ossigeno (consumato dalle cellule) e
ricco di diossido di carbonio (prodotto dalle cellule).
Il processo chimico dello scambio di gas avviene "per
diffusione": una sostanza "diffonde" sempre da A a B
se la sua concentrazione è più alta in A che in B. Negli
alveoli quindi la concentrazione di ossigeno (100-110mmHg) è più bassa
di quella dell'aria ispirata e più alta di quella del sangue dei
capillari circostanti. Nel caso del diossido di carbonio la differenza è
piccola, ma è sufficiente, grazie alla buona diffusibilità di questo
gas, a eliminare l'anidride carbonica prodotta.
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