Anatomia Umana

Anatomia meccanica respiratoria e muscoli coinvolti nella respirazione

Definizione di respirazione

Per respirazione si intende qualsiasi meccanismo che è utilizzato dal corpo per introdurre ossigeno ed espellere anidride carbonica. Per respirazione intendiamo quella che avviene tra atmosfera (ambiente esterno) e i polmoni (ambiente interno), ovvero la respirazione che avviene a livello alveolare dove l’O viene scambiato con la Co₂, quindi all’interno viene messo in circolo l’ossigeno e invece all’esterno viene portata l’anidride carbonica. In questi scambi ovviamente fa parte anche la respirazione cellulare, quindi il ciclo finale per produrre energia.

Fasi della respirazione

Le fasi della respirazione sono due:

Inspirazione

L'INSPIRAZIONE è un processo attivo, dato dalla contrazione muscolare. All’interno della gabbia toracica aumenta il volume e di conseguenza, dato che volume e pressione sono inversamente proporzionali, diminuendo la pressione nella cavità intratoracica, l’aria dall’esterno entra verso l’interno. Il muscolo principale coinvolto in questo meccanismo è il diaframma. Il diaframma riesce a far aumentare l’area polmonare e quindi l’aria entra dall’esterno all’interno della cavità toracica. Quando il diaframma conclude la sua azione inspiratoria, il volume della cavità toracica inizia a diminuire, di conseguenza la pressione intratoracica aumenta, e per gradiente pressorio l’aria dall’interno della cavità toracica esce verso l’ambiente esterno.

Espansione toracica

Come aumenta la capacità toracica nelle varie situazioni se sotto sforzo o meno? Aumentando i diametri su tre piani:

• Piano frontale: piano che divide la parte anteriore da quella posteriore; questo piano viene intersecato perpendicolarmente dall’asse longitudinale; e sul piano frontale attorno all’asse sagittale avvengono i movimenti di adduzione e abduzione; sul piano frontale possiamo osservare la continuazione del diametro trasversale, da destra verso sinistra.
• Piano sagittale: piano che divide la parte sinistra dalla parte destra ed è intersecato perpendicolarmente dall’asse frontale; e sul piano sagittale attorno all’asse frontale avvengono i movimenti di flesso-estensione.
• Piano orizzontale o trasverso: il quale è intersecato perpendicolarmente dall’asse longitudinale e sul piano trasverso attorno all’asse longitudinale abbiamo i movimenti di rotazione.

Aumenta il diametro longitudinale o verticale, e anche trasversale ed antero-posteriore. Il diametro longitudinale aumenta nella prima fase di contrazione del diaframma, successivamente c’è l’aumento del diametro trasverso che avviene prevalentemente nelle ultime coste dalla 7 alla 10; aumenterà il diametro antero-posteriore della gabbia toracica, avremo un movimento di scivolamento delle coste. Le ultime coste sono coinvolte nell’aumento del diametro che va da destra a sinistra. Il diametro antero-posteriore è dato dall’azione che va dalla 3 alla 6, le coste più superiori, questo perché, per la direzione delle faccette articolari delle articolazioni costo-vertebrali. Le faccette si spostano verso il piano frontale e l’azione sarà quella di aumentare il diametro trasversale. Le prime coste insieme allo sterno aumentano il diametro antero-posteriore.

Espirazione

Il movimento delle coste che vediamo sul piano frontale è chiamato a manico di secchio; sul piano sagittale prendendo in considerazione il movimento dello sterno, il movimento viene detto a manico di pompa. Questi due movimenti insieme permettono l’aumento del diametro trasversale e antero-posteriore.

Le articolazioni che permettono questi movimenti sono:

• Posteriormente: sono le coste vertebrali propriamente dette e coste trasversali, entrambi artrodie, permettono movimento di scivolamento; le prime riguardano la testa della costa e le faccette articolari che sono presenti sulle vertebre; le seconde anteriormente sono quelle che avvengono tra il tubercolo costale e la faccetta anteriore dei processi trasversi, queste ultime in base al livello della gabbia toracica possono cambiare leggermente di posizione, contribuiscono all’adattamento anteriore della gabbia toracica ai movimenti respiratori.

La respirazione

Sia la fase inspiratoria che espiratoria possono essere suddivise in:

Inspirazione tranquilla

I muscoli principali che partecipano attivamente all’inspirazione tranquilla sono il diaframma e gli intercostali esterni.

Il diaframma: è un muscolo a forma di cupola che divide la cavità toracica dalla cavità addominale. La sua azione inspiratoria può essere suddivisa in due fasi, una prima fase in cui dalle origini il centro tendineo e il centro del diaframma si abbassa, questo porta all’aumento del volume verticale e longitudinale della gabbia toracica. Il diaframma ad un certo punto durante l’abbassamento di esso si deve fermare, perché ritrova tutto il compartimento di organi nella cavità addominale. A questo punto abbiamo la seconda fase, dove il centro tendineo si ferma, il diametro longitudinale non aumenta più e dal centro tendineo le fibre del diaframma sollevano le coste aumentando il diametro in senso trasversale e antero-posteriore. Durante l’invecchiamento, gravidanza e obesità potrebbe non avvenire questo.

Centro inserzione diaframma

Il centro d’inserzione del diaframma è il centro frenico, che è un insieme di fibre tendinee che si trova al centro del ventre muscolare. Posteriormente verso la colonna il tendine ha un aspetto concavo, invece anteriormente convesso, segue l’andamento della gabbia toracica. A livello di questo centro tendineo dalle varie zone periferiche arrivano le fibre muscolari.

Origini del diaframma

Le origini del diaframma sono:

• Porzione sternale
• Porzione costale
• Porzione lombare: la porzione sternale e costale rappresentano la porzione di origine antero-posteriore, mentre quella lombare la porzione di origine posteriore.

L’origine sternale origina dal margine posteriore del processo xifoideo, e tutte le fibre internamente rispetto alla gabbia toracica. Quindi i fasci sternali originano dal margine posteriore del processo xifoideo e si portano indietro per inserirsi sulla zona anteriore convessa del centro frenico. Tutta la porzione sternale invece origina dalla superficie interna delle ultime sei coste e si inserisce sul margine antero-laterale.

La porzione lombare origina da tre pilastri, che sono due pilastri intermedi, che sono i fasci di origine posteriori; due pilastri intermedi, uno di destra e uno di sinistra. Quello di destra origina dalle superfici anteriori di L1, L2, L3; mentre il pilastro di sinistra origina dai pilastri mediali, lateralmente abbiamo dei pilastri intermedi che entrambi originano dalla superficie anteriore di L1, più lateralmente abbiamo dei pilastri laterali che originano dal primo processo costiforme. Quindi abbiamo pilastri mediali intermedi e laterali, che sono le zone di origine dei fasci posteriori del diaframma.

Tra i pilastri intermedi e quelli laterali, si forma un'arcata lombo-costale, o legamento arcuato, al di sotto del quale passa il muscolo grande psoas. Dal pilastro intermedio al pilastro laterale, si forma l’arcata lombo-costale mediale, dal primo processo costiforme alla superficie interna della dodicesima costa, abbiamo l’arcata lombo-costale laterale, al di sotto del quale passa il quadrato dei lombi.

Elementi inseriti sulla superficie concava

Gli elementi che si inseriscono sulla superficie concava del centro tendineo:

• È innervato dal centro frenico, che dà sia un’innervazione motoria sia un’innervazione sensitiva e perifericamente un’innervazione sensitiva è data anche da alcuni muscoli intercostali.

Abbiamo detto che il diaframma divide la cavità toracica da quella addominale, ciò significa che deve fornire il passaggio ad alcune strutture molto importanti. Ad esempio:

• Aorta addominale
• L’esofago
• La vena cava inferiore

Dai pilastri mediali andando verso la loro zona d’inserzione formano i margini laterali dell’orifizio aortico, ed è dato appunto lateralmente dai due pilastri mediali, e anteriormente mediante il legamento arcuato mediale. Questo orifizio quindi è formato dai due pilastri mediali del diaframma ed è posto quasi sulla linea mediana leggermente a sinistra. L’orifizio dell’aorta è presente a livello di T12 (avviene più in basso rispetto agli altri due).

Anteriormente i fasci dei due pilastri formano un altro orifizio, detto esofageo, attraverso il quale passerà l’esofago, ed è posto a livello di T10; e il terzo orifizio è quello della vena cava inferiore, che è posto completamente all’interno del centro tendineo, e tra T8 e T10.

Ognuno di questi orifizi influenza in maniera diversa le strutture di passaggio; l’aorta non viene influenzata dalla contrazione, perché è posta posteriormente sulla colonna vertebrale, al contrario la contrazione del diaframma funge da sfintere a livello dell’esofago, impedendo ad esempio il reflusso; e la vena cava trae dei rapporti con il centro tendineo infatti è distesa (come se fosse tirata) dal centro tendineo, favorendo il ritorno venoso al cuore.

Un altro aspetto importante è che il diaframma destro è posto più superiormente al sinistro, per la presenza inferiore dell’organo più grande dell’organismo, che è il fegato.

Muscoli coinvolti nell'inspirazione tranquilla

Altro gruppo di muscoli coinvolti nell’inspirazione tranquilla sono:

• Intercostali esterni
• Nell’espirazione invece sono coinvolti gli intercostali interni

Gli intercostali esterni vanno dal tubercolo costale posteriormente fino alla giunzione costo condrale, quindi occupano quasi tutta la superficie della gabbia toracica. Anteriormente a livello delle cartilagini costali presentano una membrana intercostale che si continua inferiormente con l’aponeurosi dell’obliquo esterno; infatti l’andamento delle fibre degli intercostali esterni è lo stesso andamento delle fibre dell’obliquo esterno. Gli esterni sono posti più in superficie rispetto agli interni. Ne abbiamo 11 paia che originano dalla superficie inferiore delle coste e si inseriscono sul margine superiore della costa sottostante; quindi la contrazione porta al sollevamento delle coste.

Espirazione tranquilla

L’espirazione tranquilla è un processo prettamente passivo, ciò significa che alla fine del ciclo dell’inspirazione, il ritorno elastico dei polmoni, delle strutture muscolari, delle mucose e delle strutture connettivali, porta al processo di espirazione. Quindi le coste si deprimono, vanno verso il basso e diminuiscono i diametri longitudinale, trasversale e antero-posteriore. Perché il diaframma quando si rilassa ritorna alla sua forma di cupola, il centro tendineo ritorna superiormente. In questo processo sono coinvolti eccentricamente gli intercostali esterni, proprio per dare un’espirazione controllata.

Intercostali esterni: Originano dalla superficie superiore delle coste e si portano superiormente sul margine inferiore della costa superiore. Deprimono, quindi abbassano le coste.

Inspirazione profonda o forzata

È data sia dall’azione del diaframma e dagli intercostali esterni, ma anche da:

• Scaleno
• Sternocleidomastoideo
• Gran pettorale
• Elevatore delle coste
• Dentato posteriore superiore

N.B. L’origine di un muscolo è di solito il segmento più vicino alla linea mediana del corpo, ma questo è da un punto di vista descrittivo, ma bisogna tener conto che il muscolo quando si contrae non ha un senso; in base al segmento osseo fisso il muscolo farà movimento. Ad esempio, cavi con manuali: la flessione del gomito porta l’avambraccio verso il braccio, pull up, è la stessa cosa ma il braccio va verso l’avambraccio quindi da un punto di vista funzionale origine e inserzione possono essere interscambiabili.

Muscoli scaleni

Detti anche muscoli profondi del collo, si dividono in anteriore, medio e posteriore. Originano dai processi trasversi, l’anteriore dalla 3 alla 6, il medio dalla 2 alla 7, e il posteriore dalla 5 alla 7. L’anteriore e il medio si inseriscono sulla prima costa mentre il posteriore si inserisce sulla seconda. Attraverso questi muscoli passa il plesso brachiale.

Funzione dei muscoli scaleni

Se consideriamo l’azione di questi muscoli sul tratto cervicale, l’origine degli scaleni sarà la gabbia toracica (gabbia toracica bloccata, fissa) e la loro funzione sarà quella di inclinare lateralmente il tratto cervicale e ruotarlo. Se però ci troviamo in condizioni in cui dobbiamo eseguire un’inspirazione profonda, la parte fissa sarà la colonna vertebrale, l’origine verrà considerata dai processi trasversi, riuscendo ad alzare la prima e la seconda costa.

Sternocleidomastoideo

Ha due capi d’origine, uno il margine anteriore dello sterno, ed è il capo che passa anteriormente, e il capo clavicolare, posteriore, che origina dal margine inferiore del terzo medio della clavicola. Entrambi si portano indietro per inserirsi sul processo mastoideo dell’osso temporale.

Funzione dello sternocleidomastoideo

Se lavorano bilateralmente gli sternocleidomastoidei flettono il tratto cervicale, possono estendere e inclinare o flettere il capo omo-lateralmente (ad esempio, la flessione laterale del collo verso destra sarà eseguita dallo sternocleidomastoideo di destra, al contrario da quello di destra). La rotazione al contrario è contro-laterale, ovvero la rotazione verso destra del capo sarà eseguita dallo sternocleidomastoideo di sinistra, al contrario di destra). Anche questo muscolo durante l’inspirazione profonda ha come sede di origine il processo mastoideo e contribuisce all’innalzamento della clavicola e dello sterno.

Gran pettorale

Ha due capi d’origine, clavicolare e sterno-costale; il clavicolare origina dalla metà mediale della clavicola, sterno-costale da tutto il margine mediale, quindi manubrio e corpo dello sterno e superfici anteriori delle ultime sei cartilagini costali ed aponeurosi del muscolo obliquo esterno. Le fibre si portano in alto-lateralmente e si inseriscono sul labbro laterale del solco inter-tubercolare.

Funzione del gran pettorale

Le azioni principali del gran pettorale le abbiamo sulla gleno-omerale, quindi abduzione, flessione grazie al capo clavicolare. Il capo sterno-costale oltre ad adduzione flessione, rotazione interna dell’omero, in posizione di flessione del braccio il capo sterno-costale, specialmente contro-resistenza riesce ad estendere il braccio; il gran pettorale per contribuire all’inspirazione profonda, si prende in considerazione come origine per muovere la gabbia toracica, clavicola sterno e coste, cartilagini costali. Come il gran pettorale è coinvolto nell’inspirazione quando il braccio è bloccato: la parte fissa è l’omero, il muscolo quindi non tirerà più dalla gabbia toracica verso il braccio, ma il contrario, dal braccio alla gabbia toracica. Questo porterà all’elevazione delle coste. Abbiamo capito che a livello funzionale cambia origine e inserzione.

Piccolo pettorale

Origina dalla 3, 4, 5 costa e si inserisce sul processo coracoideo; è un pro-trattore, adduce le scapole, ma se la scapola è fissa riesce a sollevare le coste, specialmente in una condizione in cui la spalla, le scapole sono in una posizione più alta. Ha la capacità di aumentare i diametri intratoracici nell’inspirazione forzata.

Elevatori delle coste

Dai processi spinosi di C7 a T11; si portano in basso lateralmente per inserirsi sulla costa sottostante. Quindi l’elevatore delle coste che origina da T2 ad esempio si inserirà su T3. Anch’essi questi muscoli riescono nella parte posteriore ad elevare le coste.

Dentato postero superiore

Ne abbiamo tre; dentato anteriore, e posteriormente dentato posteriore superiore e dentato posteriore inferiore. Può essere considerato un muscolo piatto che va da C6 a T2, si inserisce sulla seconda e la quinta costa riuscendo ad elevarle.

Elevatore delle scapole

Origina dai processi trasversi di C1 e C4, si inserisce sul margine vertebrale e sull’angolo superiore della scapola. Se lavorano bilateralmente, questi muscoli riescono ad estendere la zona cervicale quindi il capo. Se lavorano unilateralmente elevano le scapole.

Muscolo trapezio

Solo i fasci superiori contribuiscono all’inspirazione forzata, proprio per la posizione delle fibre di questo muscolo. I fasci medi hanno un decorso orizzontale, quindi retraggono le scapole, i fasci inferiori hanno un decorso che va in basso e ruotano esternamente e deprimono le scapole, al contrario i fasci superiori che originano dalla linea nucale, e dal legamento nucale si inseriscono sul terzo laterale della clavicola e contribuiscono all’elevazione della scapola e della clavicola.

Muscoli romboidi

Originano dai processi spinosi di C7 fino al processo spinoso della quinta vertebra toracica, anch’essi si inseriscono come gli elevatori delle scapole sul margine vertebrale della scapola, ma dalla spina della scapola fino all’angolo inferiore. Retraggono le scapole e contribuiscono all’elevazione. Essi contribuiscono all’inspirazione non toccando la gabbia toracica, sollevando la scapola e aumentando lo spazio disponibile per la gabbia toracica. Il piccolo pettorale e dentato anteriore contribuiscono all’innalzamento della gabbia toracica. Aumentano quindi i diametri intra-toracici.

Considerazioni finali

N.B. Se c’è una buona postura e una buona respirazione il diaframma dovrebbe bloccarsi sulla parete addominale, avendo una base solida su cui appoggiarsi. Se invece abbiamo una posizione scorretta della colonna, succede che non aumentano i diametri antero-posteriore e trasverso della gabbia toracica, quindi la pancia si gonfia. Se la parete antero laterale dell’addome non è contratta, la parete è lassa, il diaframma si abbassa non trova un punto fisso su cui appoggiarsi.