Funzionamento e struttura dell'apparato respiratorio umano e malattie

Produzione di ATP negli animali

Le cellule per svolgere le loro attività utilizzano ATP.

Gli animali producono ATP attraverso la respirazione cellulare. L'apparato respiratorio è il sistema di organi che regola gli scambi gassosi cooperando con l'apparato cardiovascolare.
La respirazione esterna è lo scambio di gas tra un animale e l'ambiente.

La respirazione interna è lo scambio di gas tra cellule e sangue.

La ventilazione è il movimento dell'aria che entra ed esce dal corpo.

Superfici respiratorie negli animali

La respirazione avviene attraverso la superficie respiratoria che nell'uomo e in altri vertebrati è situata nei polmoni mentre altri animali utilizzano branche o cute.

Ogni superficie respiratoria deve essere estesa per soddisfare la richiesta di ossigeno, deve essere a contatto con aria o acqua, deve avere membrane umide.

Gli organismi acquatici sono dotati di branchie formati da tessuto epiteliale e ricche di vasi sanguigni e funzionano attraverso un meccanismo chiamato scambio in controcorrente dove l'acqua scorre da sinistra a destra mentre il sangue scorre in direzione opposta.

I vertebrati terrestri sono dotati di polmoni, organi a forma di sacco dove avviene lo scambio gassoso. Negli anfibi i polmoni sono semplici sacche d'aria che presentano compartimenti interni.

Nei rettili i polmoni hanno una maggiore suddivisione interna per aumentare la superficie respiratoria.

Nei mammiferi la superficie respiratoria è molto più estesa in quanto sono formati da milioni di piccole sacche d'aria, e il movimento della stessa è consentito grazie alla contrazione del diaframma.

Struttura dell'apparato respiratorio umano

L'apparato respiratorio umano è formato:

Naso: l'area è ispirata dal naso il quale ha un ruolo fondamentale nella difesa immunitaria in quanto ciascuna narice presenta dei peli che trattengono polvere e particelle. Il tessuto che riveste la cavità nasale secerne un muco che cattura eventuali batteri e all'interno di essa viene anche regolata la temperatura e l'umidità dell'aria.

La faringe appartiene all'apparato digerente e respiratorio.

Appena sotto la faringe troviamo la laringe sulle quali sono presenti le corde vocali che vibrano al passaggio dell'aria attraverso una fessura chiamata glottide producendo suoni.

Durante la deglutizione l'epiglottide copre la glottide in modo che il cibo vada nell'esofago e non nei polmoni.

La trachea è un tubo situato dietro la laringe formata da anelli di cartilagine che la tengono aperta ed è rivestita da epitelio ciliato che secerne muco. La trachea si divide in due bronchi ciascuno dei quali conduce a un polmone per poi dividersi ripetutamente in piccoli rami fino a bronchioli.

Ogni bronchiolo si restringe in numerosi dotti alveolari dove avviene lo scambio gassoso. Un alveolo è una piccola sacca ed ogni grappolo di alveoli è avvolto da una fitta rete di capillari attraverso cui si diffondono O2 e CO2.

Ciclo respiratorio e capacità polmonare

Un ciclo respiratorio è costituito dall'ispirazione dove l'aria entra nei polmoni e da un'esposizione dove l'aria esce dai polmoni.

Il movimento d'aria è dovuto alla differenza di pressione che si crea con la modifica del volume della cavità toracica.

La capacità polmonare è di 6 litri, mentre il volume corrente, ovvero la quantità d'aria inalata con un atto respiratorio è di 0.5 litri.

La quantità vitale è la quantità d'aria che può essere ispirata con un'ispirazione forzata pari a circa 4.7 litri.

Malattie respiratorie comuni

Asma: si ha una contrazione della muscolatura dei bronchi che chiude le vie respiratorie, nella maggior parte dei casi a causa di allergia, e può essere trattata con farmaci cortisonici.

Tumore ai polmoni: nell'85% dei casi si verifica nei fumatori, ma altri fattori possono essere esposizione ad amianto e a sostanze radioattive che mutano il DNA. I sintomi sono dolore al petto e tosse cronica.

Apnea: è l'interruzione del respiro e può essere volontaria oppure involontaria come nei neonati a causa dell' immaturità delle strutture respiratorie o negli adulti obesi dove durante il sonno il grasso del collo collassa sulle vie respiratorie e l'individuo si sveglierà riportando stanchezza quindi durante il giorno.

Polmonite: è un'infiammazione batterica degli alveoli dove il muco e i globuli bianchi si accumulano negli alevoli impedendo lo scambio di gas portando dolori al petto e tosse.

Tubercolosi: è un'infezione da batterio Mycobacterium tubercolosis che porta tosse e dolore con febbre. La tosse può infettare altri individui. Oggi giorno è molto pericolosa a causa dell'evoluzione di nuovi ceppi resistenti agli antibiotici.

Effetti del fumo e del monossido di carbonio

Effetti del fumo: oltre a rischio di infarto, ictus e tumore ai polmoni, rallenta il battito delle ciglia fino a paralizzarle e scomparire. In questo modo l'unico modo per espellere particelle dalle vie aeree sono forti tossi che portano bronchite cronica e lesioni agli alveoli.

Aumenta inoltre la produzione di muco che favorisce la produzione di effetti patogeni.

Trasporto di gas nel sangue

Il sangue è un tessuto connettivo formato da cellule e piastrine nel plasma.

I globuli rossi contengono emoglobina che si lega all'O2.

Quando si ispira monossido di carbonio questo si lega più facilmente all'emoglobina fin quando non occupa il 30% dell'emoglobina presente nel sangue e l'individuo muore.

Il trasporto di CO2 avviene in parte disciolto nel plasma o nell'emoglobina, mentre per il 70% viene trasportato dal sangue sotto forma di ioni bicarbonato nel plasma.

Lo scambio di gas negli alveoli avviene per diffusione semplice dove l'O2 passa dagli alveoli al sangue dove la concentrazione è minore, viceversa per la CO2.

Il respiro è controllato da una parte del sistema nervoso presente sotto l'encefalo.