Il complesso sistema della respirazione umana e animale

La respirazione negli animali e nell’uomo consiste nell’introduzione nel sistema respiratorio di ossigeno, utilizzato come comburente per le reazioni di metabolismo cellulare.

Qual è la struttura del sistema respiratorio?

Il sistema respiratorio umano può essere suddiviso in due parti:

• Le vie aeree sono le vie di comunicazione adibite alla conduzione dei gas e comprendono: naso, faringe, laringe, trachea e bronchi. Esse trasportano i gas agli alveoli polmonari.

• Gli alveoli polmonari sono vescicole a pareti sottili nelle quali avviene lo scambio di gas con il sangue, che trasportano i gas minori e l’ossigeno ai tessuti.

Funzionamento delle vie aeree

L’aria introdotta dal naso o dalla bocca passa per la faringe, si immette nella laringe attraverso l’epiglottide, un lembo di tessuto cartilagineo situato all’ingresso della laringe, che si piega verso l’alto durante la respirazione, permettendo il passaggio dell’aria.

Invece, durante la deglutizione, l’epiglottide si piega verso il basso, coprendo la laringe e indirizzando il cibo verso l’esofago.

Per questo motivo non bisogna mangiare e parlare contemporaneamente: in questo caso il riflesso di abbassamento dell’epiglottide non avviene e il cibo può finire nella faringe, provocando il soffocamento, se non si applica la manovra di Heimlich.

All’interno della laringe si trovano le corde vocali, che vibrano al passaggio dell’aria, producendo suoni a diverse frequenze.

Dopo la laringe si trova la trachea, un tubo rigido ma flessibile, rinforzato da anelli di cartilagine.

La trachea si biforca in due grossi tubi, i bronchi.

Ruolo degli alveoli polmonari

All’interno dei polmoni, i bronchi si diramano in tubicini di diametro minore: i bronchioli, che conducono infine agli alveoli polmonari, minuscoli sacchi costituiti da uno strato di cellule epiteliali, nei quali avviene lo scambio di gas con il sangue.

Gli alveoli sono avvolti da capillari che portano il sangue circolante vicino all’aria che contengono. Una sottile pellicola liquida che ricopre le cellule epiteliali degli alveoli facilita lo scioglimento dei gas e la loro diffusione nei capillari.

Trasporto di ossigeno e CO2

Il sangue può trasportare una grande quantità di ossigeno grazie alla molecola proteica di emoglobina, la quale lega a sé fino a quattro molecole di ossigeno, sottraendole dal sangue. In questo modo la concentrazione di ossigeno libero nel sangue rimane bassa e può essere trasportata una quantità di ossigeno 70 volte superiore a quella che il sangue trasporterebbe se l’ossigeno fosse soltanto disciolto nel plasma. Invece, l’emoglobina che trasporta monossido di carbonio è incapace di trasportare ossigeno e può provocare la morte per asfissia.

Il sangue trasporta anche anidride carbonica CO2. Una parte è legata all’emoglobina e viene riportata ai polmoni, che nel frattempo ha ceduto l’ossigeno ai tessuti. Ma la maggior parte della CO2 reagisce con l’acqua per formare ioni bicarbonato (HCO3) che sono trasportati nel plasma sanguigno.

Il legame con l’emoglobina e la produzione di ioni bicarbonato riducono la concentrazione di CO2 presente nel sangue facendo in modo che la CO2 si diffonda dalle cellule al sangue.

I polmoni sono gli organi della respirazione. Essi sono contenuti nella cassa toracica, delimitata in alto da tessuto connettivo e dai muscoli del collo, e in basso dal muscolo del diaframma. Le costole proteggono i polmoni dagli urti. Il torace e i polmoni sono rivestiti da una doppia membrana, la pleura, che mantiene sigillato lo spazio tra polmoni e parete toracica.

Meccanismo dell'atto respiratorio

L’atto respiratorio è suddiviso in due fasi:

• Durante l’inspirazione i muscoli della respirazione si contraggono. L’aria entra, la cassa toracica si espande, il diaframma si contrae, abbassandosi, i muscoli intercostali sollevano le costole e i polmoni si espandono, aspirando l’aria che riempie il volume aggiuntivo dovuto all’espansione.

• Durante l’espirazione i muscoli che hanno determinato l’inspirazione si rilassano. L’aria esce, la cassa toracica si riduce, i polmoni si comprimono, il diaframma si rilassa, incurvandosi verso l’alto e le costole si abbassano, riducendo il volume della cavità toracica e spingendo l’aria fuori dai polmoni.

Regolazione del ritmo respiratorio

Il ritmo della respirazione è automatico, ma i muscoli coinvolti sono volontari e i loro movimenti sono determinati da impulsi nervosi che hanno origine da una regione del cervello: il centro respiratorio.

Il ritmo respiratorio è modificato dalla presenza di recettori, presenti nei polmoni, che inviano segnali inibitori al centro respiratorio in caso di eccessiva distensione polmonare o di un’eccessiva quantità di anidride carbonica, il cui livello deve rimanere costante.

Infatti, un livello elevato di anidride carbonica determina un maggior fabbisogno cellulare e quindi la necessità di una quantità maggiore di ossigeno; quindi i recettori stimolano un’intensificazione del ritmo e della profondità del respiro.

I recettori intervengono anche se il livello di ossigeno nel sangue diminuisce. In questo caso infatti, i recettori presenti nelle pareti dell’aorta e nelle arterie carotidi (che distribuiscono il sangue al collo e alla testa) inviano segnali al centro respiratorio per incrementare il ritmo della respirazione.