Meccanica respiratoria

Meccanica respiratoria

Funzioni principali dell'apparato respiratorio

Le principali funzioni dell'apparato respiratorio sono quattro:

• Scambio di gas tra atmosfera e sangue
• Regolazione omeostatica del pH corporeo aumentando l'escrezione o la ritenzione della CO₂
• Protezione da patogeni inalati o da sostanze irritanti
• Vocalizzazione

Va inoltre ricordato che il flusso dell'aria va da regioni a più alta pressione verso quelle a più bassa pressione, che una pompa muscolare crea questo gradiente e che la resistenza al flusso è influenzata dal diametro dei condotti attraverso i quali fluisce l'aria.

Processi della respirazione esterna

La respirazione esterna è suddivisa in quattro processi:

• Scambio di aria — nel complesso noto come ventilazione e costituito da due fasi, l'inspirazione e l'espirazione
• Scambio di ossigeno e anidride carbonica tra polmoni e sangue
• Trasporto di ossigeno e anidride carbonica nel sangue
• Scambio dei gas tra cellule e sangue

Componenti del sistema respiratorio

Il sistema respiratorio risulta formato da:

• Sistema di conduzione che va dall'ambiente esterno alla superficie di scambio
• Gli alveoli associati ai capillari alveolari che formano la superficie di scambio
• Le ossa e i muscoli del torace e dell'addome che permettono la ventilazione

Il torace risulta delimitato dalla colonna vertebrale, dalle coste e dai muscoli ad esse associati che insieme formano la cassa toracica. Il diaframma costituisce la base della cassa toracica, i muscoli intercostali interni ed esterni connettono tra loro le 12 paia di coste mentre i muscoli sternocleidomastoidei e i muscoli scaleni si portano dalla testa e dal collo fino allo sterno e alle due prime coste.

I sacchi pleurici contengono invece i polmoni, questi sono formati da tessuto spugnoso il cui volume principale è occupato per la maggior parte da aria. I bronchi collegano i polmoni alla trachea e ciascun polmone si trova all'interno di un sacco pleurico formato da due foglietti pleurici. Ciascuna pleura è costituita da un tessuto elastico e i due foglietti sono tenuti assieme da liquido pleurico di circa 25-30 mL. Questo liquido ha varie funzioni tra cui quella di creare una superficie umida e scivolosa in modo che i due foglietti scorrano l'uno sull'altro e contemporaneamente riescano a mantenere i polmoni a stretto contatto con la parete toracica.

Ruolo dei bronchi e vie aeree superiori durante la ventilazione

Durante la ventilazione, i bronchi e le vie aeree superiori svolgono un ruolo importante costituito da tre componenti:

• Riscaldamento dell'aria alla temperatura di 37 °C
• Aggiunta di vapore acqueo fino al raggiungimento di un tasso di umidità pari al 100% in modo tale che l'epitelio di scambio non si disidrati
• Filtrazione del materiale estraneo ad opera sia della trachea che dei bronchi

In circostanze normali, l'aria inspirata raggiunge il 100% di umidità e la temperatura di 37 °C già a livello della trachea; l'epitelio ciliato di trachea e bronchi presenta delle ciglia immerse in una soluzione salina prodotta dalle cellule epiteliali quando il Cl^- secreto nel lume dei canali anionici apicali attira Na⁺ nel lume attraverso la via paracellulare. Questo movimento crea un gradiente osmotico e l'acqua segue di conseguenza gli ioni. Oltre alla presenza di questa soluzione salina le ciglia sono protette anche da uno strato di muco secreto da cellule caliciformi.

Funzione degli alveoli

La funzione primaria degli alveoli è lo scambio di gas tra l'aria contenuta in essi ed il sangue. Ogni alveolo è costituito da un singolo strato di epitelio di scambio che presenta due tipi di cellule:

• Cellule alveolari di tipo II — sintetizzano e secernono il surfactante che si mescola con lo strato di liquido che riveste gli alveoli per facilitare l'espansione polmonare durante la ventilazione. Queste cellule contribuiscono anche a minimizzare il volume di liquido presente negli alveoli trasportando soluti seguiti da acqua fuori dagli spazi alveolari.
• Cellule alveolari di tipo I — ricoprono il 95% della superficie alveolare e i gas possono diffondere rapidamente attraverso di esse.

La parete alveolare non contiene tessuto muscolare, quindi il tessuto polmonare non può contrarsi; il tessuto connettivale presente tra gli alveoli contiene però molte fibre elastiche e di collagene che creano un ritorno elastico del tessuto polmonare precedentemente stirato.

Circolazione polmonare

Nella circolazione polmonare passano circa 0.5 L di sangue, che equivalgono al 10% del volume totale. La portata...