Il complesso processo della respirazione umana e le sue implicazioni

Qual è il ruolo dell'ossigeno nelle cellule?

Le nostre cellule, oltre alle sostanze nutritive presenti nel cibo, hanno bisogno anche di ossigeno. È grazie all’ossigeno che le nostre cellule bruciano il glucosio e ricavano l’energia. La respirazione è il processo che fornisce alle cellule questo gas.

La respirazione polmonare fornisce la nostro corpo ossigeno ed elimina anidride carbonica e vapore acqueo.

La respirazione avviene costantemente poiché l’uomo non può vivere senza ossigeno.

Il processo della respirazione

Quando compiamo il gesto di respirare, l’ossigeno attraversa le vie respiratorie e arriva nei polmoni. Qui avviene lo scambio fra ossigeno e anidride carbonica e da questo momento l’apparato respiratorio e circolatorio lavorano insieme poichè l’ossigeno passa dai polmoni ai vasi sanguigni mentre i vasi sanguigni trasferiscono l’anidride carbonica prodotta dalle cellule ai polmoni. Il compito di trasportare l’ossigeno alle cellule adesso spetta all’apparato circolatorio. All’interno di ogni cellula, precisamente nei mitocondri, avviene la reazione tra ossigeno e glucosio. Questa reazione è chiamata respirazione cellulare che produce energia e scarti come anidride carbonica e acqua.

Struttura dell'apparato respiratorio

L’apparato respiratorio è formato dal complesso delle vie respiratorie superiori, inferiori e dai polmoni.

Le vie respiratorie superiori comprendono il naso, le cavità nasali, la faringe e la laringe.

Le vie respiratorie inferiori comprendono la trachea, i bronchi e i bronchioli.

La respirazione avviene in due fasi: inspirazione ed espirazione.
Quando inspiriamo, l’aria sale nel naso attraverso le narici e si sposta nella cavità nasale dove viene riscaldata e inumidita. Qui l’aria viene filtrata dalle impurità attraverso i peli del naso e dal muco. L’aria inspirata dalla bocca, invece, non viene ne riscaldata ne inumidita ciò porta a seccarci la gola. Una volta entrata nelle cavità nasali, l’aria attraversa la faringe o la gola e successivamente verso la trachea e poi ai polmoni.

La laringe e le corde vocali

La laringe è una cavità a forma di imbuto rovesciato formato da anelli di cartilagine e muscoli. La cartilagine tiroidea che circonda la laringe forma il pomo d’Adamo mentre i tessuti interni formano alcune pieghe comunemente chiamate corde vocali che vibrano al passaggio dell’aria. Le corde vocali sono azionati da alcuni muscoli che facendole contrarre e rilassare ne varia la forma e la larghezza producendo così suoni diversi.

Struttura e funzione della trachea

La trachea è un tubo lungo circa 12 cm, si trova davanti all’esofago ed è formato da anelli di cartilagine. L’epitelio interno della trachea produce muco ed è ricco ciglia vibranti che hanno il compito di spingere verso la laringe tutto ciò che viene intrappolato dal muco. Nella parte inferiore, la trachea si divide in 2 rami: i bronchi. All’interno dei polmoni, ogni ramo di suddivide in canali più sottili chiamati bronchioli. L’insieme di brocchi e bronchioli viene chiamato albero bronchiale. Le migliaia di ramificazioni dei bronchioli finiscono con gli alveoli polmonari che attraverso le loro sottili pareti dei capillari e degli alveoli che avvengono gli scambi fra aria e sangue.

Protezione e rischi per i polmoni

I polmoni sono 2 organi spugnosi ed elastici situati nella gabbia toraci, al di sopra del muscolo diaframmatico. Il polmone sinistro è più piccolo di quello destro per far spazio al cuore. Ogni polmone è protetto da due membrane: le pleure.

La membrava interna avvolge i polmoni mentre quella esterna riveste la parte interiore della gabbia toracica e nel mezzo di queste 2 membrane si trova un liquido: il liquido pleurico, che ci permette di far espandere i nostri polmoni senza che essi tocchino la gabbia toracica.

Infezioni comuni dell'apparato respiratorio

l’Apparato respiratorio ogni giorno è esposto a migliaia di sostanze nocive e microrganismi che posso causare diverse infezioni. Ia più comune delle infezioni è il raffreddore molto spesso causato da un virus che colpisce le vie nasali.

Il mal di gola può esser provocato dall’infiammazione di larice e faringe. Queste due infezioni provocano malessere acuto, febbre, secrezioni di muco e ingrossamento delle tonsille. Sono causate comunemente dello streptococco.

L’influenza è un virus di origine virale molto contagiosa. Questa invenzione compare di solito a inizio autunno quando i ceppi dell’influenza iniziano a diffondersi nella popolazione. Un’infezione a carico dei bronchi è la bronchite, mentre una a carico dei polmoni è la polmonite. Queste 2 infezioni sono più contagiose in inverno, quando si passa più tempo in luoghi chiusi e con poca circolazione d’aria. Le malattie causate da batteri si curano con gli antibiotici ma, quando si ha un’infezione virale, questi sono inutili e vengono in nostro soccorso i farmaci antivirali. Nelle forme lievi il medico prescrive solo riposo e farmaci per far alleviare il dolore nel mentre che il nostro corpo guarisce da solo, alcune malattie posso essere prevenute attraverso un vaccino mentre altre malattie posso esser scatenate al contatto con polline oppure sostanze nocive presenti nello smog. In questi due casi si parla di raffreddore allergico e asma bronchiale.

Effetti del fumo sull'apparato respiratorio

I fumatori sono esposti ad un rischio maggiore di poter contrarre queste infezioni poiché il fumo tende a distruggere lo strano di cellule ciliate che ci proteggono dall’ingresso di particelle e micro organismi. Il fumo di una sigaretta contiene oltre 4000 sostanze tra cui il catrame che è la principale causa di tumore nei fumatori. Inoltre fumare può portare altri tipi di malattie come quelle di tipo vascolare poiché, le particelle fini del fumo penetrano negli alveoli e dagli alveoli si depositano sulle pareti dei vasi sanguigni, e disturbi gastrici come ulcere e gastriti.

Fasi del processo respiratorio

Negli esseri umani il processo della respirazione comprende 4 fasi:

la ventilazione;

la diffusione;

il trasporto dell'ossigeno;

la respirazione cellulare.
Nel corso della ventilazione, l’aria viene risucchiata all’interno dei polmoni (inspirazione) per poi essere espulsa (espirazione)

Un atto respiratorio comprende due movimenti: l’inspirazione e l’espirazione.

I polmoni sono contenitori passivi, ovvero non possono contrarsi ed espandersi autonomamente e qui entrano in gioco il diaframma e i muscoli della cassa toracica. Il diaframma, in fase di riposo, è in posizione sollevata ma, durante l’inspirazione, quest’ultimo si contrae e si abbassa facendo espandere la cavità toracica e nello stesso momento i muscoli della cassa toracica si contraggono sollevandola, facendo espandere i polmoni diminuendo la pressione al loro interno e di conseguenza l’aria viene risucchiata all’interno di quest’ultimi.

Durante l’espirazione, invece, il diaframma si rilassi e si inarca verso l’alto complimento la cavità toracica e nello stesso tempo i muscoli della gabbia toracica, le costole si abbassano e si spostano verso l’interno. Questo movimento fa contrarre i polmoni aumentandone la pressione interna e di conseguenza l’aria è costretta ad uscire dai polmoni.

Controllo della respirazione

Il numero di atti respiratori al minuto si chiama frequenza respiratoria. I movimenti respiratori dipendono dai muscoli volontari e quindi entro un certo limite, noi possiamo modificare la frequenza respiratoria. Il ritmo della respirazione è per lo più automatico ed è controllato dal centro di respiro localizzato in alcuni gruppi di cellule situate nel midollo allungato.
Attraverso le pareti degli alveoli e dei capillari sanguigni avviene continuamente uno scambio fra ossigeno e anidride carbonica.

Dagli alveoli questo gas entra spontaneamente nel sangue e l’anidride carbonica si sposta in senso contrario. Lo spostamento spontaneo di questi 2 gas si chiama diffusione. Una volta nel sangue, l’ossigeno si lega all’emoglobina che lo trasporta attraverso il flusso sanguigno.

Respirazione cellulare e produzione di energia

Una volta nei vasi sanguigni, l’ossigeno entra spontaneamente in ogni cellula all’interno di cui l’ossigeno, reagendo con il glucosio, produce energia in un processo chiamato respirazione cellulare. Questo processo avviene nei mitocondri. La reazione che avviene è la seguente:

Glucosio (C6H12O6) + Ossigeno (O2) = Anidride carbonica (CO2) + Acqua (H2O) + Energia

Dopo ciò, l’anidride carbonica si trasferisce spontaneamente nel sangue che la trasporterà fino agli alveoli per poi essere espulsa con l’espirazione.