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1 Apparato respiratorio 1. Concetti generali Per vivere tutte le cellule del nostro corpo hanno bisogno di assumere ossigeno (O 2 ) ed eliminare anidride carbonica (CO 2 ). Senza ossigeno la cellula soffre e poi muore. Il cervello, poiché normalmente ha un alto consumo di O 2, è l organo più sensibile alla mancanza di ossigeno: dopo alcuni minuti di assenza di O 2 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 O 2 CO 2 Nel nostro organismo esiste un apparato che ha la funzione di introdurre O 2 ed eliminare la CO 2 : 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: O 2 21%, N 2 79%, CO %) 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 CO 2 esce dal sangue per entrare negli alveoli ed essere poi eliminata. 1

2 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. 2

3 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 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 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. 3

4 4. Vie aeree inferiori Trachea bronco destro Lobi destri Trachea 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 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 4

5 bronco lungo il percorso, vedremo che esso diventa sempre più piccolo, finchè termina in un gruppo di sacchetti, chiamati alveoli Alveoli Rappresentano la parte dell apparato respiratorio deputata allo scambio dei gas (O 2 e CO 2 ) 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 O 2. con l espirazione l aria presente negli alveoli (povera di O 2, che è stato ceduto al sangue che diviene così arterioso e ricca di CO 2 ceduta dal sangue venoso) fuoriesce dagli alveoli, la successiva inspirazione arricchirà gli alveoli di O 2. Vediamo ora quali sono i meccanismi che permettono la respirazione. Nel cervello esiste un centro respiratorio che funziona come un timer: per 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 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). 5

6 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. 6

7 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 CO 2 agli alveoli. Perciò quando il sangue abbandona i capillari alveolari, lascia gli alveoli ormai poveri di O 2 e ricchi in CO 2, 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 CO 2, 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 7

8 Volumi respiratori L individuo adulto introduce ad ogni atto respiratorio circa 500 cc (mezzo litro) di aria, poiché la frequenza a riposo è di atti al minuto, ne deriva che il soggetto in un minuto respira circa 7-8 litri di aria 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 8