Fisiologia umana I - apparato respiratorio

Lezione 22 (seconda parte)

Apparato respiratorio

Prof. Villani Carla Quarato

Funzioni dell'apparato respiratorio

L'apparato respiratorio svolge molteplici funzioni:

• Scambi gassosi
• Protezione contro agenti patogeni e tossici inalati
• Metabolizzazione di alcuni composti
• Equilibrio acido-base
• Termoregolazione
• Vocalizzazione
• Serbatoio di sangue

La funzione di termoregolazione dell'apparato respiratorio è evidente soprattutto nel cane. Questo animale non ha un efficace sistema di sudorazione distribuito su tutto il corpo come l'uomo, per cui d'estate disperde il calore a livello della lingua tramite una respirazione affannosa.

La funzione più importante dell'apparato respiratorio è ovviamente la respirazione, il processo che consente gli scambi gassosi.

Tipi di respirazione

La respirazione si divide in:

• Esterna: scambio di gas respiratori tra alveoli polmonari e sangue
• Interna: scambio di ossigeno e anidride carbonica tra capillari sistemici e cellule
• Cellulare: utilizzo di ossigeno per la fosforilazione ossidativa

La respirazione esterna include 3 processi:

1. Ventilazione polmonare
2. Scambio di ossigeno e di anidride carbonica tra gli spazi aerei polmonari e il sangue
3. Trasporto di ossigeno e anidride carbonica nel sangue dagli alveoli fino ai tessuti

Vie aeree

Le vie aeree sono dei veri e propri condotti, ma anche loro hanno delle funzioni molto importanti perché attraverso la mucosa delle prime vie aeree l'aria viene:

• Riscaldata;
• Umidificata;
• Purificata.

Questo avviene soprattutto a carico delle mucose nasali. È per questo che si invitano sempre i soggetti a respirare col naso.

Polmoni

I polmoni, a differenza delle vie aeree, sono l'organo principale della respirazione e hanno come funzione quella di:

• Scambiare l'ossigeno;
• Eliminare l'anidride carbonica.

Aria: composizione

Quando noi parliamo di ossigeno nell'aria si è portati a pensare che la concentrazione di ossigeno nell'aria sia quasi il 100%. In effetti così non è perché la percentuale di ossigeno nell'aria è intorno al 21%.

• Precisamente nell'aria inspirata il quantitativo di ossigeno è esattamente il 20,95%, il 79,01% è dato da azoto e solo lo 0,04% è costituito da anidride carbonica.
• Invece, nell'aria espirata il quantitativo di ossigeno scende al 16,4%, l'azoto sale al 79,6% e l'anidride carbonica al 4%

L'azoto non serve a niente. Tuttavia, dobbiamo tener presente che esiste tutto questo azoto soprattutto in relazione a determinati soggetti che lavorano in profondità o sub che con le bombole si immergono a molti metri di profondità, dove c'è una notevole pressione (compressione). Nel momento in cui si ritorna bruscamente in superficie cioè quando c'è una decompressione rapida, l'azoto dallo stato liquido ritorna allo stato gassoso, e questo gas che si forma può provocare l'ostruzione di alcune arterie e quindi possono provocare la cosiddetta embolia gassosa. Per questo motivo a questi soggetti è consigliabile fare una decompressione graduale. Viceversa, quando i soggetti vanno in embolia gassosa, bisogna ricomprimere e quindi utilizzare la camera iperbarica.

Vie respiratorie

Le vie respiratorie si dividono in:

1. Vie respiratorie superiori: includono la cavità nasale, la cavità orale e la faringe. Dopo la faringe, che costituisce una via di passaggio comune per l'aria e per il cibo, le vie per il passaggio di questi elementi divergono.
2. Il tratto respiratorio: forma la via per l'aria e può essere diviso funzionalmente in due componenti:
   • La zona di conduzione: (laringe, trachea, bronchi e bronchioli) permette il passaggio dell'aria dalla laringe ai polmoni. La zona di conduzione è ricoperta da un epitelio che contiene le cellule a calice e le cellule ciliate.
   • La zona respiratoria: (bronchioli respiratori, dotti alveolari, alveoli e sacchi alveolari) è la sede degli scambi di gas nei polmoni.

Gran parte di questi dotti di conduzione è circondato da fibre muscolari lisce. Questa muscolatura liscia presenta recettori noradrenergici che hanno funzione broncodilatatoria e recettori colinergici muscarinici, che hanno invece funzione broncocostrittiva. Quindi questa muscolatura liscia che avvolge essenzialmente i bronchi, ma gran parte della zona di conduzione, può determinare una brococostrizione o una broncodilatazione. Questa brococostrizione o una broncodilatazione avviene grazie al sistema nervoso autonomo:

• Il simpatico attraverso la noradrenalina e i recettori β determina la broncodilatazione,
• Il parasimpatico attraverso i recettori colinergici muscarinici determina una broncocostrizione.

Struttura delle vie aeree

Nello schema in basso possiamo osservare che nel sistema di conduzione abbiamo presenza di ciglia, muscolo liscio e di cartilagine (fino a livello di trachea e bronchi); già a livello dei bronchioli non troviamo più la cartilagine. Nella zona respiratoria ormai la cartilagine è scomparsa e la muscolatura liscia la troviamo nei bronchioli respiratori e nei dotti alveolari, ma a livello dei sacchi alveolari non esistono più né le ciglia, né il muscolo liscio e né la cartilagine.

La differenza fra bronchiolite (nei bambini) e bronchite asmatica (negli adulti) sta nel fatto che la muscolatura che viene ad essere contratta sta nei bronchi più alti o nei bronchi più piccoli.

Trachea

La seguente immagine illustra la biforcazione della trachea in bronco destro e bronco sinistro. Il bronco destro è un po' più grande e un po' più tozzo rispetto al bronco sinistro e, soprattutto, il bronco destro ha un angolazione maggiore rispetto al bronco sinistro. Ciò è dovuto essenzialmente per il rapporto con il cuore, ma questa particolare struttura dei due bronchi è importante soprattutto quando inaliamo dei corpi estranei. Infatti, risultando il bronco destro essere quasi la naturale continuazione della trachea (oltre ad essere più grande), è questa la via che seguiranno i corpi estranei. La cosiddetta broncopolmonite ab ingestis di solito colpisce il bronco destro proprio a causa delle sue particolari caratteristiche anatomiche.

Albero bronchiale intrapolmonare

Questa immagine illustra l'albero bronchiale intrapolmonare.

Ventilazione alveolare e spazio morto

Introduciamo ora il concetto di spazio morto anatomico e spazio morto fisiologico. Nel momento in cui noi inspiriamo, una parte di aria resta intrappolata nelle vie di conduzione. Questo volume di aria intrappolata nelle vie di conduzione viene chiamato spazio morto anatomico e si aggira intorno ai 150 ml. Invece lo spazio morto fisiologico è tutto quel volume di aria che non partecipa allo scambio gassoso; quindi, sia lo spazio morto anatomico sia quel volume di aria che resta negli alveoli e che non viene utilizzata per lo scambio gassoso.

Spazio morto fisiologico = area delle vie di conduzione + area all'interno degli alveoli che non viene utilizzata dal nostro organismo per gli scambi. Siccome nel soggetto fisiologico tutta l'aria presente negli alveoli viene utilizzata, la distinzione tra spazio morto anatomico e fisiologico è fondamentale per comprendere la funzionalità respiratoria.