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Apparato respiratorio
1. Concetti generali
Per vivere tutte le cellule del nostro corpo hanno bisogno di assumere ossigeno (O2) ed
eliminare anidride carbonica (CO2).
Senza ossigeno la cellula soffre e poi muore.
Il cervello, poiché normalmente ha un alto consumo di O2, è l’organo più sensibile alla
mancanza di ossigeno: dopo alcuni minuti di assenza di O2 le cellule nervose cominciano a
soffrire e morire. E poiché esse non sono in grado di rigenerarsi ciò porta a danni cerebrali,
ma anche a morte quando la carenza ossigenica è prolungata e il danno irreparabile.
cellula
O2 →
→ CO2
Nel nostro organismo esiste un apparato che ha la funzione di introdurre O2 ed eliminare
la CO2: l’apparato respiratorio.
2.Cenni di anatomia e fisiologia
L’apparato respiratorio è costituito dalle vie aeree superiori (fosse nasali, bocca, faringe,
laringe), dalle vie aeree inferiori (trachea, bronchi, bronchioli) e dagli alveoli.
Le vie aeree (superiori e inferiori) servono per trasportare l’aria esterna (così composta: O2
21%, N2 79%, CO2 0.04%) fino agli alveoli.
Negli alveoli avviene invece lo scambio dei gas con il sangue e l’ossigeno entra così negli
alveoli e quindi nel sangue; viceversa la CO2 esce dal sangue per entrare negli alveoli ed
essere poi eliminata.
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3.Vie aeree superiori
figura 1: Vie aeree superiori
3.1. Fosse nasali
Sono la via normalmente usata per respirare (la bocca viene utilizzata solo quando
dobbiamo introdurre grossi volumi di aria: ad esempio durante uno sforzo fisico). Quando
l’aria durante un’ispirazione entra nelle fosse nasali, essa deve passare attraverso uno
spazio ristretto e viene perciò rallentata. Questo rallentamento della velocità serve per
riscaldare, umidificare e purificare l’aria. Infatti negli alveoli deve entrare aria a 37°C
(indipendentemente dalla temperatura esterna dell’aria), umidificata al 100%
(indipendentemente dall’umidità esterna dell’aria). L’aria deve essere inoltre purificata dal
pulviscolo atmosferico e dalle altre impurità (polveri, fumi, ma anche batteri) invisibili ad
occhio nudo, ma presenti nell’aria, anche quella apparentemente più pulita che
respiriamo. La purificazione avviene ad opera dei peli (visibili e invisibili) e del muco
presente sulla mucosa nasale.
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3.2. Bocca
Viene utilizzata per respirare durante lo sforzo fisico perché essendo una cavità ampia e
libera, senza ostacoli, permette di introdurre rapidamente grandi volumi di aria ad alta
velocità.
3.3. Faringe
È quella cavità comune in cui confluiscono sia le fosse nasali sia la bocca; questa cavità sta
dietro il velopendulo (ugola).
Anche in faringe l’aria si riscalda, si umidifica e si purifica. La faringe è però anche la
cavità in cui passano i cibi e le bevande, durante la deglutizione, prima di essere inviati
nell’esofago.
La faringe è quindi un bivio: il cibo deve infatti entrare nell’esofago, mentre l’aria deve
entrare nella laringe. Se entrasse invece cibo o liquido nella laringe il soggetto verrebbe
asfissiato: ciò accade in individui in stato comatoso poiché essi hanno perso il riflesso della
deglutizione e della tosse.
La tosse ci difende dall’inalazione di solidi o di liquidi in laringe o in trachea, poiché lo
sforzo tossivo permette di espellerli dalle vie aeree.
3.4. Laringe
È situata nel collo, a livello del Pomo di Adamo, ed è la via aerea successiva alla faringe.
L’aria entra in faringe, passa in laringe e quindi entra in trachea.
La laringe è il punto più critico di tutte le vie aeree perché è quello più stretto, infatti le
corde vocali restringono lo spazio a disposizione dell’aria. Se accidentalmente un oggetto
(moneta, pezzo di giocattolo, nocciolina, boccone di cibo) entra in laringe, provoca
un’ostruzione gravissima al passaggio dell’aria e il soggetto morirà in asfissia, perché
l’aria non riuscirà ad entrare in trachea.
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4. Vie aeree inferiori
Trachea
bronco destro
Trachea
Lobi destri
Trachea
bronco
Bronchi
Bronchioli
Lobi sinistri
Pleur
Fluido
pleurico
Diaframma
Alveoli
figura 2: vie aeree inferiori
4.1. Trachea
Ha forma tubolare e dalla laringe scende nel collo e nel torace dove si divide nel bronco
destro, che va al polmone destro, e nel bronco sinistro, che va al polmone sinistro.
4.2. Bronchi
Anch’essi hanno forma tubolare; dai due bronchi principali (destro e sinistro) partono via
via bronchi di calibro più piccolo (come i rami di un albero). Se seguiamo idealmente un
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bronco lungo il percorso, vedremo che esso diventa sempre più piccolo, finchè termina in
un gruppo di “sacchetti”, chiamati alveoli.
4.3. Alveoli
Rappresentano la parte dell’apparato respiratorio deputata allo scambio dei gas (O2 e CO2)
con il sangue. L’insieme di tutti gli alveoli (centinaia di milioni) costituisce i polmoni. Ogni
alveolo è circondato da una rete di capillari (cioè di vasi sottilissimi) che provengono
dall’arteria polmonare, cioè dal cuore destro.
Tali capillari aderiscono all’alveolo come una ragnatela ad una lampadina.
5. Attività respiratoria
Ogni respiro è composto da una inspirazione (entrata di aria nei polmoni) e da una
espirazione (fuoriuscita di aria dai polmoni).
Con l’inspirazione l’aria ambientale viene risucchiata negli alveoli riempiendoli di O2. con
l’espirazione l’aria presente negli alveoli (povera di O2, che è stato ceduto al sangue che
diviene così arterioso e ricca di CO2 ceduta dal sangue venoso) fuoriesce dagli alveoli, la
successiva inspirazione arricchirà gli alveoli di O2.
Vediamo ora quali sono i meccanismi che permettono la respirazione.
Nel cervello esiste un centro respiratorio che funziona come un timer: per 14-16 volte al
minuto infatti trasmette l’ordine di respirare ai muscoli respiratori.
Il cervello funziona quindi come un segnatempo automatico: infatti l’uomo respira in
modo automatico, senza accorgersene, senza dover “pensare” di respirare. Gli ordini che
partono dal centro respiratorio vengono inviati ai muscoli respiratori tramite il midollo
spinale e i nervi.
I muscoli respiratori normalmente funzionanti sono il diaframma e i muscoli intercostali.
5.1. Diaframma
Il diaframma è un grande potente muscolo piatto, teso tra il torace e l’addome (come un
tendone da circo). Quando si contrae esso diventa più stretto, spingendo in basso i visceri
addominali (infatti l’addome durante l’inspirazione diventa più prominente).
Quando il diaframma si contrae si ha un’espansione del torace verso il basso (come la
camera di scoppio del motore quando il pistone si abbassa).
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5.2. Muscoli intercostali
I muscoli intercostali sono tesi tra una costa e l’altra; quando si contraggono le coste
diventano orizzontali (normalmente sono oblique, inclinate verso il basso) e si allontanano
fra di loro.
Il risultato di questi movimenti costali è l’espansione della gabbia toracica nei suoi
diametri antero posteriore e traverso.
La contrazione del diaframma e dei muscoli intercostali provoca quindi un’espansione
totale della gabbia toracica: cioè il torace diventa più largo, più ampio.
Diaframma
INSPIRAZIONE
ESPIRAZIONE
figura 3: inspirazione ed espirazione
Abbiamo finora visto che durante l’inspirazione la gabbia toracica si espande,
contemporaneamente ad essa si espandono anche i polmoni in essa contenuti.
Perché questi due fenomeni avvengono in contemporanea?
Perché i polmoni vengono mantenuti aderenti alla gabbia toracica dalla pressione negativa
(o vuoto) che consiste nel sottilissimo spazio compreso tra il polmone e la parete toracica
(una situazione simile di pressione negativa è quella che incolla i ganci a ventosa alle
pareti).
L’espansione dei polmoni provoca quindi ingresso di aria nei polmoni stessi, infatti
l’espansione dei polmoni provoca un risucchio di aria dall’ambiente verso gli alveoli.
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Si può quindi concludere che l’inspirazione consiste in un richiamo di aria ambientale nei
polmoni contemporaneo alla loro espansione (e non come viene comunemente creduto
un’espansione dei polmoni in seguito all’ingresso d’aria al loro interno).
La successione temporale degli eventi che si verifica nella inspirazione può essere così
schematizzata:
Centro
respiratorio
(cervello)
Muscoli
intercostali e
diaframma
Espansione
della gabbia
toracica
Espansione dei polmoni.
Richiamo di aria
ambientale negli alveoli
Con l’inspirazione abbiamo già visto che si rinnova (ovvero aumenta) l’ossigeno presente
negli alveoli: questo ossigeno entrerà nel sangue venoso trasformandolo in arterioso,
mentre il sangue venoso cederà CO2 agli alveoli.
Perciò quando il sangue abbandona i capillari alveolari, lascia gli alveoli ormai poveri di
O2 e ricchi in CO2, la quale deve fuoriuscire dai polmoni e abbandonare l’organismo. Ciò
avviene nell’espirazione, fase in cui il diaframma e i muscoli intercostali si rilassano, ciò
provoca una riduzione delle dimensioni della gabbia toracica che diventa più bassa, più
stretta, più piccola.
Se la gabbia toracica si riduce di dimensioni anche i polmoni sono costretti a restringersi,
ciò provoca la fuoriuscita dell’aria, ricca in CO2, in essi contenuta. A questo passaggio
segue una nuova inspirazione, quindi di nuovo espirazione e così via.
Tipologia di individuo
Frequenza respiratoria
Neonato
40/minuto
4/6 anni
30/minuto
Adolescente
20/minuto
Adulto
14-16/minuto
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Volumi respiratori
L’individuo adulto introduce ad ogni atto respiratorio circa 500 cc (mezzo litro) di aria,
poiché la frequenza a riposo è di 14-16 atti al minuto, ne deriva che il soggetto in un
minuto respira circa 7-8 litri di aria.
5.3. La tosse
La tosse è un riflesso dell’apparato che serve per mantenere libere le vie aeree (infatti un
soggetto tossisce quando le vie aeree sono ostruite da muco o catarro, da liquidi deglutiti
erroneamente finiti in laringe, ecc…).
La tosse consiste nell’introduzione nei polmoni di un grande volume di aria (1.5 litri) e
quindi in una brusca, violenta espirazione: questa “ondata” d’aria che esce dai polmoni
spazza via dalle vie aeree tutto ciò che incontra (catarro, liquidi, frammenti di cibo)
liberandole.
È importante notare che in soggetti in stato comatoso o in arresto cardiocircolatorio questo
riflesso è assente.
figura 4: stimolo tossivo per la liberazione delle vie aeree
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