Sistema respiratorio

Sistema respiratorio

Ventilazione polmonare

La funzione principale del sistema respiratorio è la respirazione, ossia il processo di scambio dei gas. Tale scambio avviene a due livelli distinti, respirazione interna ed esterna. La respirazione interna si riferisce all’utilizzo di ossigeno nei mitocondri per produrre ATP. La respirazione esterna si riferisce allo scambio di anidride carbonica e ossigeno tra l’atmosfera e i tessuti del corpo.

La respirazione esterna si suddivide in quattro processi:

• Ventilazione polmonare: movimento dell’aria dentro i polmoni (inspirazione) e movimento dell’aria fuori dai polmoni (espirazione)
• Scambio di anidride carbonica e ossigeno per diffusione tra le cavità aeree polmonari e il sangue
• Trasporto, mediante il sangue, di ossigeno e CO₂ tra polmoni e tessuti
• Scambio, per diffusione, di ossigeno e CO₂ tra sangue e tessuti

Anatomia sistema respiratorio

Gli organi principali di tale sistema sono i polmoni, che si trovano nella cavità toracica. Ciascun polmone è diviso in lobi, in particolare il polmone destro è formato da tre lobi e quello sinistro è formato da due lobi. L’aria entra ed esce dai polmoni attraverso le vie aeree superiori ed una rete di condotti che formano il tratto respiratorio.

Con il termine vie aeree superiori ci riferiamo ai passaggi di aria che si trovano nella testa e nel collo. L’aria entra nella cavità nasale o nella cavità orale e viene trasferita alla faringe, da qui entra nella laringe.

Il tratto respiratorio (tutte le vie di passaggio di aria dalla faringe ai polmoni) può essere suddiviso in due zone: zona di conduzione e zona respiratoria.

La zona di conduzione parte dalla laringe, il passaggio alla laringe (chiamato glottide) è coperto dall’epiglottide per evitare che il cibo passi attraverso il tratto respiratorio. Dopo la laringe l’aria passa attraverso la trachea, un condotto che decorre parallelamente e anteriormente all’esofago. Dopo il suo ingresso nella cavità toracica la trachea si divide in bronchi primari di dx e sx che conducono l’aria ai polmoni.

I bronchi primari si dividono a loro volta in bronchi secondari (tre di questi conducono aria al polmone dx e due al polmone sx). Ciascun bronco secondario si divide in bronchi terziari che si suddividono in bronchi più piccoli (i bronchioli). I bronchioli, a differenza dei bronchi più grandi, non sono formati da cartilagine quindi non possono collassare, a loro volta questi si ramificano in bronchioli terminali.

La zona respiratoria inizia subito dopo che i bronchioli terminali si sono ramificati in bronchioli respiratori che terminano nei dotti alveolari che portano agli alveoli. Gli alveoli si presentano raggruppati tra loro a formare i sacchi alveolari.

La zona di conduzione è ricoperta da un epitelio contenente cellule caliciformi (cellule che secernono muco) e cellule ciliate, contenenti cioè ciglia che si muovono da una parte all’altra per spingere il muco verso la faringe dove viene deglutito. Questo processo prende il nome di scalata del muco.

Invece, la parete degli alveoli è formata da un singolo strato di cellule epiteliali chiamate cellule alveolari di tipo I o pneumociti di tipo I. Si possono trovare anche cellule alveolari di tipo II o macrofagi alveolari.

I polmoni si trovano nella cavità toracica composta dalla gabbia toracica, lo sterno, le vertebre toraciche e i muscoli e tessuti associati. La superficie interna della parete toracica e quella esterna dei polmoni sono ricoperte dalla pleura. Ciascun polmone è ricoperto da un proprio sacco pleurico e tra la pleura viscerale e quella parietale si trova uno spazio intrapleurico riempito da liquido intrapleurico.

La ventilazione polmonare avviene grazie alla presenza di gradienti di pressione formati tra gli alveoli e l’aria esterna (atmosferica).

Inspirazione: avviene quando la pressione negli alveoli è inferiore alla pressione atmosferica, il gradiente di pressione introduce l’aria dentro gli alveoli.

Espirazione: avviene quando la pressione negli alveoli è maggiore della pressione atmosferica, il gradiente di pressione determina la fuoriuscita di aria dagli alveoli.

Pressioni polmonari

• Pressione atmosferica (Patm) è la pressione dell’aria esterna e a livello del mare è 760 mmHg.
• Pressione intra-alveolare (Palv) è la pressione dell’aria all’interno degli alveoli. A riposo è pari alla pressione atmosferica. Al cambiamento della pressione intra-alveolare si ha l’espirazione e l’inspirazione in relazione a quella atmosferica.
• Pressione intra-pleurica (Pip) è la pressione all’interno del sacco pleurico. A riposo questa pressione è negativa e vale -4 mmHg. Questa pressione è negativa perché in questa zona agiscono due forze opposte rispettivamente esercitate dai polmoni e dalla gabbia toracica.

Quando i polmoni sono a riposo tutti i muscoli respiratori sono rilassati e il volume di aria che si trova nei polmoni in questa condizione è chiamato capacità funzionale residua (CFR). Il flusso di aria dentro e fuori dai polmoni viene guidato dai gradienti di pressione che i muscoli attivano modificando il volume dei polmoni. La relazione tra pressione e volume viene determinata dalla legge di Boyle secondo cui, data una certa quantità di gas all’interno di un contenitore, la pressione è inversamente proporzionale al volume del contenitore a tenuta d’aria.

Anche il flusso di aria attraverso i polmoni è definito come flusso di volume che si può calcolare attraverso il rapporto tra variazione di pressione e resistenza.

FLUSSO= (Patm-Palv)/ R

Durante l’inspirazione avviene un'espansione della gabbia toracica e dei polmoni, ciò porta ad un aumento del volume dei polmoni e diminuisce la pressione alveolare (< della pressione atmosferica) si crea un gradiente di pressione e l’aria entra nei polmoni.

Durante l’espirazione avviene un decremento del volume polmonare che aumenta la pressione alveolare (> pressione atmosferica), si crea un gradiente di pressione e l’aria esce dai polmoni.

Durante l’inspirazione la pressione alveolare diminuisce e i polmoni si espandono, a metà di questo processo però, la pressione alveolare sale in seguito al fluire di aria negli alveoli. L’aria smette di fluire dentro gli alveoli nel momento in cui la pressione alveolare è uguale a quella atmosferica. La stessa cosa, nel verso opposto, succede durante l’espirazione: il volume diminuisce dunque la pressione alveolare aumenta e l’aria esce dagli alveoli, ma quando ciò accade la pressione inizia ad abbassare di nuovo verso lo zero.

Durante la respirazione tranquilla

I muscoli respiratori che consentono l’ispirazione sono:

• Diaframma
• Muscoli intercostali interni

Il diaframma ha la funzione di espandere la gabbia toracica, invece i muscoli intercostali svolgono un’azione sulle costole, cioè fanno alzare queste ultime per far sì che la gabbia toracica si espanda. L’espirazione in questo caso è un processo passivo, cioè non è necessaria la contrazione della muscolatura respiratoria.

Durante la respirazione attiva

Si ha la contrazione di muscoli aggiuntivi, chiamati muscoli accessori della respirazione. Quelli che determinano l’ispirazione oltre al diaframma e ai muscoli intercostali sono:

• Muscoli pettorali
• Muscoli scaleni
• Muscoli sternocleidomastoidei

Quelli che favoriscono una maggiore espirazione sono:

• Muscoli intercostali interni
• Muscoli addominali

Fattori che influenzano la ventilazione polmonare

La complianza (in italiano distensibilità) è definita come il cambiamento di volume polmonare determinato da una variazione di pressione transpolmonare.

C = ΔV / Δ (Palv – Pip)

La complianza polmonare dipende dall’elasticità dei polmoni e dalla tensione superficiale del liquido che ricopre gli alveoli. La tensione superficiale è un fattore che si oppone all’espansione dei polmoni e fa diminuire la complianza polmonare. Per definizione è la misura del lavoro necessario ad aumentare la superficie di un liquido. Dunque maggiore è la tensione superficiale, maggiore è il lavoro necessario a stendere il liquido.

Gli alveoli sono ricoperti da un sottile strato di liquido, ciò significa che quando i polmoni si espandono è richiesto lavoro non solo per espandere il tessuto elastico ma anche per espandere la superficie del liquido. La presenza di una sostanza simile ad un detergente chiamato sostanza tensioattiva o surfattante diminuisce la tensione superficiale negli alveoli. Questa sostanza è secreta dagli pneumociti di tipo II e ha la funzione di aumentare la complianza polmonare e diminuire il lavoro respiratorio.

Il surfattante serve anche a stabilizzare gli alveoli. La legge di Laplace dice che l’alveolo più piccolo avrà pressione più alta rispetto ad uno più grosso perché il suo raggio è più piccolo. Ma gli alveoli non sono isolati tra di loro quindi senza la presenza del surfattante succederebbe che gli alveoli più piccoli si svuoterebbero in quelli più grossi, collassando. Questo fenomeno è importante per la funzionalità del sistema respiratorio.