Fisiologia umana - Formenti e Brambilla

IL SISTEMA RESPIRATORIO

Il sistema respiratorio ha le seguenti funzioni:

1 E’ una condizione utile e necessaria per il passaggio da microrganismo a organismo pluricellulare.

Nei microrganismi l’ossigenazione e l’eliminazione dei cataboliti avviene attraverso un processo diffusivo,

che ha però dei grossi limiti, in quanto sono efficienti fintanto che si tratta di piccoli spazi da percorrere

(frazioni di mm). Il sistema respiratorio è quindi utile per definire gli scambi tra organismo e atmosfera, a

carico di sostanze che saranno poi trasportete in giro per l’organismo in tempi estremamente brevi.

2 Il sistema respiratorio è a un livello intermedio nella regolazione del pH tra i sistemi di tampone

chimici presenti nei liquidi corporei, che sono rapidissimi a tamponare eventuali sostanze acide o basiche, e

il sistema costituito dai reni, che è un sistema molto potente, ma che impiega tempi piuttosto lunghi.

3 Si occupa inoltre dell’espulsione di eventuali patogeni inalati (polvere, microrganismi).

4 nell’umano è fondamentale per i processi di vocalizzazione.

FASI DELLA RESPIRAZIONE

Spesso si pensa erroneamente alla respirazione come equivalente di ventilazione, ma la ventilazione è solo

una parte della respirazione. La ventilazione è ulteriormente suddivisibile in una fase inspirazione e di

espirazione. Fanno parte anche della respirazione gli scambi gassosi tra

il polmone e il sangue, i meccanismi di trasporto del sangue e gli

scambi tra il sangue e le cellule alla periferia.

I polmoni sono due sacche elastiche che, se lasciate a sé stesse, tendono a collabire (afflosciarsi); i rapporti

che i polmoni hanno con la parete toracica sono fondamentali perché

permettono loro di espandersi per riempirsi di aria e rilassarsi per espellerla.

A livello polmonare c’è una giustapposizione/grande vicinanza, cheè resa

minima da una parete estremamente assottigliata tra l’aria che entra negli

alveoli e il sangue che viene a ossigenarsi, scorrendo a ridosso degli alveoli

stessi. Gli scambi gassosi sono costituiti dal sangue che entra povero di O e

2

ricco di CO per poi uscire povero di CO e ricco di O .

2 2 2

Il cuore sinistro pomperà questo sangue a livello sistemico e alla periferia

avverrà lo scambio gassoso.

GLI ORGANI MACROSCOPICI DELLA RESPIRAZIONE

Vie aeree superiori: naso, faringe, laringe, trachea, che si divide in due

bronchi, uno destro e uno sinistra, per suddividersi poi in bronchioli con un

numero di diramazioni attorno a 21-22. 22

Il risultato è che il numero di sacchi alveolari si avvicina a 2 , che

rappresenta un numero enormemente alto e ci fa capire quanto la superficie

di scambio a livello alveolare sia vasta.

La superficie è in funzione della necessità di far

avvenire uno scambio di tipo diffusivo, perché è il

processo che ci permette di effettuare gli scambi.

La diffusione che avevamo a livello del

microrganismo, attraverso la parete plasmatica

della cellula stessa, si è quindi trasferita a livello alveolare, dove si è ricreata una

grande superficie di scambio per compensare l’aumento volumetrico di un corpo,

che vede penalizzazioni in termini di superficie (un solido che aumenta volume

vede penalizzata la sua superficie allora l’evoluzione ha spinto verso la formazione

di un sistema come quello polmonare, che ha espanso enormemente la superficie,

che è infatti calcolata più o meno come un campo di calcio.

107

Vediamo lo schema di sequenza delle diramazioni.

I diametri:

Laringe: 35-45mm

Trachea: 20-25mm

La parete della trachea ha una struttura cartilaginea che

forma degli anelli che permettono il mantenimento del

tubo aperto senza che questo collabisca; al suo interno

esiste un tessuto cigliato; le ciglia sono immerse in uno

stato mucoso ricco di mucipare; esse secernono il muco,

che è un liquido filante. Il battito continuo delle ciglia

produce un flusso di muco dall’interno verso l’esterno

del sistema di conduzione, portandosi verso la laringe,

dove il muco può essere ingerito.

Non c’è (o ce n’è poca) muscolatura liscia, il che

comporterà a livello della trachea e della laringe una

scarsa variazione nel lume, che rimane sempre aperto.

Bronchi primari: 12-16mm

Il diametro si è ridotto, ci sono sempre ciglia e cellule calciformi per il muco.

Ci sono pannelli cartilaginei e comincia a comparire la muscolatura liscia, che da qua in poi è sempre

presente.

Esiste la possibilità di regolare il diametro della vie aeree e, di conseguenza, la resistenza delle vie aeree al

flusso, esattamente come succede a livello del sistema arterioso.

Bronchi secondari: 10-12mm

Gli anelli di cartilagine diventano placche, che via via diminuiscono fino a sparire; in questo modo i

componenti sono sempre più soggetti al tono della muscolatura liscia.

Bronchi terziari: 8-10mm

Piccoli bronchi: 0.5-1mm

Bronchioli terminali: <0.5mm

Bronchioli respiratori: <0.5mm

Sacchi alveolari: 0-3mm

Sono la terminazione dei bronchioli respiratori.

Attorno agli alveoli sono presenti capillari alveolari.

Dalla sezione della parete alveolare si vede che è formata da un

epitelio di cellule monostratificate, una membrana a vista, cioè

una membrana di natura non cellulare, e un endotelio. Le cellule

sono anche particolarmente appiattite, quindi il risultato finale è

uno spessore di 0.2 m, ovvero una parete estremamente sottile,

attraverso cui gli scambi gassosi possono avvenire durante il

processo respiratorio.

I pori alveolari sono infine delle aperture che possono mettere in

comunicazione gli alveoli tra di loro. 108

Vediamo ora come la meccanica respiratoria può permettere l’inspirazione e l’espirazione.

·

Il sistema è basato sulla legge dei gas, rappresentata dalla formula P V = cost.

Nel momento in cui si agisce sul volume aumentandolo, per verificare la legge, è necessario ridurre la

pressione. Questa è la condizione che si verifica all’interno della gabbia toracica durante l’inspirazione;

aumentando infatti il volume della gabbia toracica si verifica una diminuzione della pressione, che richiama

aria dall’esterno verso i polmoni e quindi verso le vie aeree.

Questo aumento di volume si può realizzare tramite muscoli, dispositivi ossei e dispositivi.

Le costole, che sono incernierate a livello della colonna vertebrale, hanno, grazie alle loro articolazioni,

1

molteplici possibilità di movimento: una rotazione dall’alto in basso, causata dalla rotazione

nell’articolazione con le vertebre (se considero su un piano orizzontale la proiezione di queste costole,

quando le costole sono abbassate si ha un diametro anteroposteriore ridotto e quando vengono alzate il

diametro anteroposteriore aumenta, abbiamo quindi un aumento del volume dato dall’aumento del

diametro anteroposteriore)

2

C’è poi una rotazione per la quale, quando le costole sono abbassate, hanno un diametro trasverso minore

di quando sono alzate e questo provoca un aumento del diametro.

Questi due movimenti garantiti dai muscoli intercostali, esterno e interno, che hanno azione antagonista.

Gli esterni sollevano le coste l’una rispetto all’altra, gli interni le abbassano.

Le costole più basse possono sollevarsi perché le costole più in alto sono trattenute dai muscoli

sternocleidomastoidei e gli scaleni, quindi quando gli intercostali si contraggono le prime costole restano in

posizione e tutte le altre si possono sollevare. Le costole non sono l’unico fattore

determinante nel variare il volume ed esso è

determinato dalla cupola diaframmatica.

Il torace è separato dall’addome da un

muscolo piatto, che è il diaframma.

La cupola diaframmatica quando il muscolo è

rilassato è piuttosto alta e in tal modo riduce

al minimo il diametro verticale del torace.

Quando il muscolo diaframmatico si contrae

si accorcia e la cupola viene tirata verso il

basso e in tal modo aumenta il diametro

verticale.

Aumentando il diametro verticale e abbassando la cupola diaframmatica ne risente l’addome, sito sotto,

che viene compresso.

Possiamo avere due modalità di respirazione:

Respirazione addominale: tipica dei maschi; vi partecipa la contrazione dei retti addominali, che

comprimendo sui visceri produce un innalzamento del diaframma che si rilascia e di conseguenza si può

promuovere quindi una respirazione comprimendo sulla parete addominale;

Respirazione toracica: tipica delle femmine.

Questa differenza ha un significato adattativo, in quanto la femmina, in fase di gestazione ha un lume

pressoché incompressibile ed è quindi necessario che sviluppi un’altra modalità di respiratorio.

Per l’espansione addominale. 109

Come si realizza l’espansione del polmone? Il polmone è un organo attaccato ai

bronchi ed è libero nella parete

addominale da cui è separato dallo

spazio intrapleurico.

Le pleure sono membrane sierose

e sono due, una riveste il polmone

ed è la pleura viscerale e una

invece riveste la parete toracica

all’interno ed è la pleura parietale.

Tra le due pleure c’è un piccolo

spazio di pochi mm ripieno di un

liquido sieroso, lo spazio detto

intrapleurico.

L’espansione della gabbia toracica fa espandere i polmoni e questo è possibile perché in questo spazio il

liquido non può né comprimersi né espandersi. Quando la parete toracica si espande provoca una

depressione innanzitutto nel liquido presente nello spazio intrapleurico e ciò fa sì che la pleura viscerale

rimanga ben aderente, - fatto salve il liquido che c’è di mezzo - alla pleura parietale e, in questo modo, la

pleura viscerale si espande insieme alla parete toracica.

Le forze in gioco:

Dentro il polmone è presente dell’aria ed essa, essendo in contatto con l’atmosfera attraverso le vie aeree,

possiede una pressione atmosferica pari a quella esterna, vale a dire di 1atm, ovvero 760mmHg.

Normalmente abbiamo una pressione negativa nello spazio intrapleurico di -4mmHg e questa pressione

mantiene la pleura viscerale adesa alla parete toracica.

Pressione transpolmonare è definibile come la differenza tra la pressione alveolare (nei polmoni) e la

pressione del liquido intrapleurico.

Ci sono quindi -4mmHg che spingono sulle pareti alveolari allo scopo di espansione; quando noi facciamo

espandere la parete toracica questi -4mmHg (calcolati rispetto alla pressione atmosferica) mantengono le

pressioni sulle pareti alveolari che quindi si espandono provocando, di conseguenza, un’espansione dei

polmoni che si espandono complessivamente restando ades