Sistema respiratorio

Sistema respiratorio

Il sistema respiratorio, come funzione, è fortemente vicino a quello cardiocircolatorio. È quel sistema che nel nostro corpo assolve varie funzioni:

Funzioni del sistema respiratorio

• Assicura lo scambio dei gas con l'ambiente esterno attraverso l'inspirazione di ossigeno, importante per il metabolismo, e l'espirazione dell'anidride carbonica, che rappresenta il risultato del catabolismo cellulare.
• Contribuisce a mantenere costante, nel range fisiologico, il pH del sangue.
• Ci protegge dalle sostanze nocive provenienti dall'esterno attraverso un sistema di filtrazione.
• Contribuisce a regolare la pressione arteriosa.

Il sistema respiratorio insieme al sistema circolatorio sistemico sono coinvolti nel processo della respirazione in senso ampio. Il sangue venoso che si raccoglie nella parte destra del cuore viene convogliato a livello dell'apparato respiratorio, portato a livello dei capillari polmonari dove si realizza uno scambio dei gas in cui l'ossigeno viene ceduto all'aria che poi inspiriamo e il sangue si arricchisce di ossigeno dall'aria che abbiamo inspirato. Quindi, a livello della circolazione polmonare, anche se è più corretto dire a livello dei capillari polmonari, il sangue da venoso diventa arterioso e il sangue arterioso arriva, tramite la vena polmonare, all'atrio sinistro e con il ciclo che abbiamo visto viene eiettato nell'aorta. Nell'aorta arriva a livello della periferia degli organi target e qui si realizza la respirazione cellulare in cui, con le forze di Starling che abbiamo visto, l'ossigeno viene ceduto per il metabolismo delle cellule mentre l'anidride carbonica viene acquisita.

Respirazione a livello dei capillari

In questo quadro è bene distinguere la respirazione a livello dei capillari polmonari in cui avviene lo scambio dei gas mentre la respirazione cellulare è quella che avviene a livello dei capillari sistemici con le cellule, quindi scambio di gas a livello cellulare ovvero delle cellule organo target.

Struttura del sistema respiratorio

Il sistema respiratorio si compone di varie parti che iniziano dalla cavità nasale e dalla cavità orale che permettono l'ingresso dell'aria dall'esterno. Il percorso dell'aria si continua attraverso l'epiglottide e la trachea, la quale trachea scende nel torace e si biforca in due parti, che sono il primario destro e il bronco primario sinistro, e questo bronco arborizza. Dal bronco primario destro e sinistro prendono origine i bronchi secondari, i bronchi terziari, fino ad arrivare ai bronchioli terminali. Infine, il bronchiolo terminale si continua con i bronchioli respiratori, aventi un diametro ancora più piccolo rispetto ai bronchioli terminali, e terminano con gli alveoli che possiamo paragonare a una sorta di camere in cui è contenuta aria di dimensioni differenti che comunicano fra di loro. Dall'esterno gli alveoli danno l'idea di essere come dei grappoli di uva, i cui acini rappresentano gli alveoli.

Vie aeree superiori e inferiori

Queste diverse parti vengono raggruppate in vie aeree superiori, costituite dalla cavità nasale, dalla cavità orale, dall'epiglottide con la faringe e la laringe, e vie aeree inferiori, che sono anche conosciute come tratto respiratorio, che inizia con la glottide e si continua fino ai bronchioli terminali. La trachea, i bronchi primari, secondari e terziari rappresentano un sistema di conduttori la cui parete è semi-rigida, in quanto a livello di questi tratti sono presenti degli anelli cartilaginei. A livello dei bronchioli terminali gli anelli cartilaginei non sono più presenti.

Dimensioni delle vie aeree

Per quanto riguarda le dimensioni delle vie aeree del tratto inferiore, queste sono descritte in questa tabella. Il diametro interno della laringe è di 35-35 millimetri. Man mano che si scende verso le altre componenti delle vie aeree inferiori, il diametro diminuisce fino ad arrivare ai bronchioli terminali aventi un diametro uguale a 0,5 millimetri. Quindi è una vera e propria arborizzazione.

Zona di conduzione

Ciò che è compreso, da un punto di vista anatomico, dalla laringe o dalla trachea fino ai bronchioli terminali va sotto il nome di zona di conduzione. Tutte le componenti che fanno parte di questa zona di conduzione hanno la funzione di condurre l'aria. Inoltre, alcune parti di questa zona di conduzione presentano delle ciglia, cioè delle estroflessioni della porzione apicale delle cellule che costituiscono la zona di conduzione, che hanno la funzione di operare una sorta di filtro. Una delle funzioni dell'apparato respiratorio è quella di proteggerci da particelle ma anche da microrganismi presenti nell'aria. Questa funzione di filtro è operata dalle ciglia che trattengono microrganismi o particelle e con il loro movimento le convogliano di nuovo verso la cavità nasale oppure orale.

Inquinamento e zona respiratoria

Un po' di tempo fa, circa 7-8 anni fa, quando si parlava molto dell'inquinamento atmosferico, delle automobili che dovevano avere la marmitta catalizzata, è stato visto che le nano particelle (organiche o inorganiche) sono talmente piccole che possono bypassare le ciglia e quindi possono arrivare fino alla zona respiratoria. La zona respiratoria rappresenta la parte terminale dei polmoni ed è costituita dai bronchioli respiratori e dagli alveoli che costituiscono i sacchi alveolari. Questa zona è detta zona respiratoria perché a livello dei bronchioli respiratori e degli alveoli avviene la respirazione, ovvero lo scambio dei gas, in particolare ossigeno e anidride carbonica, fra l'aria che inspiriamo e il sangue. Infatti, la respirazione è lo scambio di gas fra l'interno e l'esterno del nostro corpo, ovvero il sangue.

Scambi gassosi

Per comprendere come avvengono gli scambi gassosi a livello alveolare e dei bronchioli respiratori, dobbiamo capire la struttura anatomica e citologica. A livello del bronchiolo respiratorio iniziano ad essere presenti gli alveoli, che dobbiamo immaginare come delle camere circolari di diverse dimensioni. La parte terminale dei bronchioli respiratori è interamente occupata dagli alveoli che insieme costituiscono il sacco alveolare.

Struttura degli alveoli

In questa immagine è rappresentata una sezione trasversale di un sacco alveolare, in cui mettiamo in evidenza che ciascun alveolo dentro è vuoto, nel senso che ospita l'area atmosferica, e in ciascun alveolo sono presenti i pori alveolari che mettono in comunicazione un alveolo con un altro. Quindi gli alveoli sono paragonabili a dei vasi comunicanti. Ciascun alveolo dal lato basale, cioè dal lato che si affaccia all'interno del nostro organismo, è percorso da una fitta rete di capillari polmonari in cui sta circolando il sangue. Per i capillari polmonari che quindi abbracciano in maniera fitta ciascun alveolo vale sempre la separazione dei capillari polmonari polo arterioso e dei capillari polmonari polo venoso. Quindi, una estrema capillarizzazione degli alveoli.

Sempre per essere precisi nella terminologia, l'interno dell'alveolo dove è contenuta aria è la parte dell'alveolo che comunica con l'esterno. Gli alveoli all'interno contengono aria, quindi l'interno degli alveoli comunica con l'esterno cioè con l'atmosfera, mentre l'esterno dell'alveolo comunica con l'interno del nostro corpo, cioè con il sangue.

Composizione degli alveoli

Da cosa sono costituiti gli alveoli?

Gli alveoli sono costituiti da uno strato di epitelio alveolare, quindi da un insieme di cellule organizzate ad epitelio alveolare in monostrato. Questo epitelio alveolare è costituito da due tipi fondamentali di cellule epiteliali che vengono distinte in: cellule epiteliali di primo tipo e cellule epiteliali di secondo tipo. Cellule epiteliali di tipo 1 o di primo tipo costituiscono l'80% dell'epitelio alveolare e sono delle cellule epiteliali piatte adese le une alle altre. Intercalate alle cellule alveolari di primo tipo sono presenti le cellule alveolari di secondo tipo, che sono, rispetto alle cellule epiteliali di primo tipo, un po' più rotondeggianti e nella porzione apicale, ovvero nella porzione che sporge all'interno dell'alveolo, a contatto con l'aria atmosferica, presentano dei microvilli, ovvero delle estroflessioni.

Inframmezzate alle cellule epiteliali alveolari sono presenti anche delle cellule appartenenti al sistema immunitario, ovvero i macrofagi immunitari, che hanno la funzione di fronteggiare sostanze estranee o microrganismi che possono arrecare danno.

Le cellule dell'epitelio alveolare monostratificato poggiano su una sottile membrana di natura epiteliale detta lamina basale. Sulla lamina basale poggia l'epitelio dei capillari alveolari. Quindi in questa sezione è rappresentata la cellula epiteliale dell'epitelio dei capillari alveolari. Lo spessore costituito dalla cellula epiteliale alveolare, dalla lamina basale e dalla cellula epiteliale che costituisce il capillare alveolare è in realtà molto piccolo, ammonta a 0,2 micrometri e l'insieme di questi tre elementi costituisce la membrana respiratoria.

La membrana respiratoria ha un diametro così piccolo perché lo scambio dei gas, l'ossigeno che deve entrare nel sangue e l'anidride carbonica che deve uscire dal sangue ed entrare nell'aria, deve realizzarsi con una velocità compatibile con la vita. Infatti, la membrana respiratoria rappresenta una struttura appartenente alla zona respiratoria in cui avvengono gli scambi gassosi.

Insieme ai capillari polmonari decorrono in maniera parallela e quindi abbracciano gli alveoli anche delle fibre elastiche. Queste fibre elastiche conferiscono agli alveoli una certa elasticità: infatti, quando entra aria, gli alveoli si espandono mentre quando l'aria esce ritornano nella loro conformazione originale. La micrografia elettronica della zona respiratoria assomiglia a una spugna, cioè a una struttura porosa che presenta tante cavità riempite di aria; nel caso della spugna l'aria è sostituita dall'acqua.

Polmoni

I polmoni sono costituiti dai tratti respiratori, quindi dai bronchi primari che arborizzano fino ad arrivare ai bronchioli respiratori in cui sono presenti gli alveoli, vengono definiti spongiosi per indicare il fatto che assomigliano a delle spugne, cioè a delle cavità nel nostro caso riempite di aria. Quindi, i polmoni sono costituiti da un tessuto spongioso, cioè un tessuto molle pieno di aria. I polmoni sono due, destro e sinistro, collocati nella cavità toracica. Il polmone sinistro è leggermente più piccolo del polmone destro perché nella parte mediana deve ospitare il cuore, in quanto cuore e polmoni seppur separati sono abbastanza vicini. Infatti, a livello del polmone sinistro è presente una specie di insenatura che serve ad ospitare il cuore.

I polmoni sono inseriti nella cavità toracica che è delimitata posteriormente dalla colonna vertebrale dalla quale si dipartono le costole che si proiettano in avanti e anteriormente dalle costole. Inoltre, è delimitata lateralmente e anteriormente è delimitata anche dai muscoli intercostali. In particolare, i muscoli intercostali si distinguono in muscoli intercostali esterni, localizzati nella parte laterale delle costole, e muscoli intercostali interni, che sono localizzati nella parte anteriore delle costole. La cavità toracica è delimitata anche inferiormente, in quanto anatomicamente sappiamo che inferiormente la cavità toracica è separata dalla cavità addominale grazie al diaframma. Il diaframma, da un punto di vista istologico, è un muscolo striato ma non possiamo definirlo muscolo scheletrico in quanto rispetto ai muscoli intercostali interni ed esterni non è ancorato all'ossa ma è un muscolo che è ancorato alle membrane interne della cavità. Nonostante questo, da un punto di vista funzionale, è un muscolo striato, quindi si comporta come un muscolo scheletrico. La trachea attraverso l'opportuno orifizio entra nella gabbia toracica.

Sacco pleurico e pressione

Ma i polmoni nella gabbia toracica sono liberi di muoversi? No, sono vincolati alla cavità toracica. Tutti i movimenti della cavità toracica sono seguiti dai polmoni. I polmoni sono vincolati alla cavità toracica grazie al sacco pleurico che è costituito da tre elementi fondamentali:

• Pleura viscerale
• Pleura parietale
• Spazio pleurico

Le pleure sono delle membrane di tessuto connettivo e in particolare la pleura viscerale è quella membrana che abbraccia intimamente il polmone. La pleura parietale è quella membrana adesa alla superficie interna della cavità toracica, quindi sulle costole, sui muscoli ecc. Le due pleure dobbiamo immaginarle come un’unica membrana che prima abbraccia i polmoni e successivamente, in una soluzione di continuità, si piega e abbraccia la superficie interna della cavità toracica. Tra le due pleure, viscerale e parietale, è presente uno spazio chiuso detto spazio intrapleurico in cui la pressione, detta pressione intrapleurica, è 4 mmHg più bassa rispetto alla pressione atmosferica. La pressione intrapleurica è molto importante perché permette ai polmoni di avere un volume, infatti conferisce un equilibrio tra la pressione presente all'interno dei polmoni e la pressione presente all'esterno dei polmoni. In assenza della pressione intrapleurica probabilmente i polmoni sarebbero schiacciati.

Per pressione all'interno del polmone si intende la pressione intralveolare, cioè la pressione dell'aria all'interno degli alveoli. Invece, la pressione presente all'esterno dei polmoni è la pressione atmosferica. Quindi, nel nostro sistema polmonare agiscono due pressioni: la pressione del fluido aria all'esterno e la pressione del fluido aria negli alveoli. La pressione atmosferica a livello del mare è 760 mmHg; poiché questo valore è costante, convenzionalmente viene assunto come valore 0 mmHg. La pressione intralveolare, che si trova all'interno degli alveoli, è uguale a quella atmosferica in quanto gli alveoli sono pieni di aria esterna, quindi ha un valore uguale a 0 mmHg. In condizioni normali non esiste una differenza pressoria fra l'ambiente esterno e gli alveoli. Però, gli alveoli, da un punto di vista anatomico, sono circondati da fibre elastiche che imprimono una forza elastica che è diretta verso il centro dell'alveolo. Da un punto di vista teorico, poiché non esiste un gradiente pressorio ma esistono queste forze elastiche, in realtà gli alveoli tenderebbero a sgonfiarsi in quanto è presente questa forza elastica diretta verso il centro. Quindi teoricamente la pressione alveolare è una pressione che in modulo è uguale a 760 mmHg o convenzionalmente 0 mmHg, quindi uguale a quella atmosferica, ma che ha direzione verso il centro dell'alveolo cioè verso l'interno del polmone, una forza che tenderebbe a farlo collassare. D'altro canto però la parete toracica per sua costituzione sviluppa una forza elastica che è diretta l'esterno, definita forza elastica della parete toracica, che quindi ha una direzione verso l'esterno. Il nostro sistema respiratorio da un lato tenderebbe a collassare i polmoni mentre dall'altro tenderebbe a generare un'estrema espansione. Ma questo non avviene grazie alla pressione intrapleurica ovvero quella pressione dovuta al fluido pleurico localizzato nello spazio pleurico che è uno spazio chiuso.

La pressione intrapleurica P, in senso relativo rispetto a 0 mmHg, ammonta a -4 mmHg. In senso assoluto invece la pressione intrapleurica è uguale a 760 mmHg – 4 mmHg = 756 mmHg, comunque inferiore a quella atmosferica. Ed è proprio questa pressione avente un valore inferiore rispetto al valore della pressione atmosferica che vige all'esterno e negli alveoli a creare una situazione di equilibrio tra la pressione alveolare e la pressione atmosferica da conferire ai polmoni un volume costante nel tempo. Se durante un incidente dovesse forarsi il sacco pleurico a causa del fatto che magari si rompe una costola e quindi l'osso rotto fora il sacco pleurico, la prima cosa che si verifica è la mancanza di equilibrio. Quindi il paziente deve stare a riposo con opportuno ossigeno fino a quando la pleura non si ricompone.

Pressione transpolmonare

Qual è la pressione netta? La pressione netta che ci fa respirare va sotto il nome di pressione transpolmonare ed è uguale alla differenza fra la pressione alveolare e la pressione intrapleurica. Ciò che varia durante il ciclo respiratorio è proprio la pressione transpolmonare. Nella pressione transpolmonare a variare è la pressione alveolare che ci permette di respirare in quanto la pressione intrapleurica, essendo un sacco chiuso, si mantiene sempre costante.

Meccanica respiratoria

La respirazione è un atto involontario, infatti respiriamo anche quando dormiamo. La respirazione, intesa come eventi di inspirazione ed espirazione che si susseguono in maniera ciclica, è un processo meccanico che si avvale di strutture che sono i muscoli respiratori.

Per meccanica respiratoria si intendono i meccanismi con cui avvengono gli atti respiratori e si basa su due leggi fisiche fondamentali:

1. La prima è che si realizza un movimento di aria, ossia un flusso di aria dall'esterno verso l'interno durante l'inspirazione e dall'interno verso l'esterno durante l'espirazione. Questo flusso di aria è promosso da un gradiente pressorio, quindi è uguale alla differenza pressoria fra la pressione atmosferica (esterna) e quella alveolare (interna) P_atm - P_alv fratto le resistenze che l'aria incontra nel fluire. F = ΔP/R
2. La seconda...