Apparato Respiratorio 1 Lo scambio dei gas avviene

Apparato Respiratorio 1

Lo scambio dei gas avviene presso le superfici respiratorie La respirazione si divide in: • la ventilazione, che si svolge nei due atti dell’inspirazione e dell’espirazione; • la respirazione esterna, cioè lo scambio di gas tra l’aria e il sangue che avviene nei polmoni; • la respirazione interna, ossia lo scambio di gas che avviene tra il sangue e il liquido interstiziale (le cellule scambiano poi i gas con il liquido interstiziale). 2

La superficie respiratoria esterna deve essere bagnata da una pellicola acquosa Dal punto di vista strutturale e fisiologico, per un animale è molto più difficile estrarre ossigeno dall’acqua anziché dall’aria. Si calcola che i pesci consumino circa il 25% delle proprie energie per respirare, mentre i mammiferi soltanto l’ 1 -2%. Per permettere lo scambio gassoso, negli animali terrestri è importante che la superficie respiratoria sempre umidificata. 3

Respirazione diretta dalla superficie corporea L’ampia superficie corporea rispetto alle dimensioni di piccoli animali acquatici, come le idre e le planarie, consente alle loro cellule di scambiare gas direttamente con l’ambiente esterno. 4 La respirazione diretta dalla superficie corporea di un lombrico.

Respirazione branchiale Gli invertebrati acquatici (molluschi e crostacei) e i vertebrati acquatici (pesci) sono dotati di organi respiratori chiamati branchie, capaci di estrarre ossigeno dall’acqua. 5

Respirazione diretta attraverso tubi aerei Gli insetti hanno un sistema di tubi aerei, le trachee, attraverso cui l’ossigeno raggiunge ogni singola cellula del corpo, senza entrare nel sangue. 6

Respirazione polmonare Per respirare, i vertebrati terrestri e i mammiferi marini usano i polmoni, ampie camere vascolarizzate che derivano da espansioni della regione faringea. 7

Gli organi dell’apparato respiratorio Strutturalmente l’apparato respiratorio consiste in due parti • la parte superiore: comprende il naso, la faringe e le strutture associate; • la parte inferiore: consiste di laringe, trachea, bronchi e polmoni.

I nostri organi di scambio respiratorio sono i polmoni Il sistema respiratorio comprende tutte le strutture che portano aria ai polmoni. Prima di giungere ai polmoni, l’aria viene filtrata, riscaldata e umidificata. L’aria inspirata passa dalla faringe alla laringe, grazie all’epiglottide, e attraverso la glottide; la laringe prosegue quindi con la trachea. La trachea si suddivide nei due bronchi primari, che entrano rispettivamente nel polmone destro e nel polmone sinistro. 9

La pleura è una membrana sierosa a doppio strato che racchiude e protegge ciascun polmone.

I nostri organi di scambio respiratorio sono i polmoni La ramificazione bronchiale forma un numero enorme di piccoli passaggi aerei chiamati bronchioli. Ciascun bronchiolo termina in uno spazio allungato racchiuso da una moltitudine di sacchettini aerei, gli alveoli polmonari, che formano nel complesso i polmoni. Lo scambio interno di gas avviene tra l’aria negli alveoli e il sangue che scorre nei capillari alveolari. 11

Le fasi respiratorie sono la ventilazione e il trasporto dei gas L’inspirazione è un movimento attivo e rappresenta l’atto di portare aria ai polmoni. Nell’uomo e negli altri mammiferi la respirazione avviene grazie all’azione del diaframma e dei muscoli intercostali. L’abbassamento del diaframma e la contrazione dei muscoli intercostali determinano l’espansione della cassa toracica e dei polmoni. A causa della differenza di pressione che ne deriva, l’aria fluisce all’interno dei polmoni. 13

Le fasi respiratorie sono la ventilazione e il trasporto dei gas L’espirazione è la parte inattiva della ventilazione polmonare. Essa avviene quando i muscoli intercostali e il diaframma si rilassano, il volume polmonare diminuisce, la pressione interna aumenta e l’aria fluisce verso l’esterno. 14

Il ritmo respiratorio è controllato da un centro respiratorio Il ritmo della ventilazione polmonare è controllato da un centro respiratorio, un gruppo di neuroni posto nel midollo allungato dell’encefalo. Il centro respiratorio manda automaticamente impulsi al diaframma e ai muscoli intercostali attraverso diversi nervi spinali. Quando il p. H del sangue si abbassa a causa dell’aumento di diossido di carbonio, il centro respiratorio aumenta il ritmo e la profondità della respirazione. 15

La respirazione esterna e interna sono processi che non richiedono energia Il movimento dei gas in uscita e in entrata nei vasi sanguigni a livello dei polmoni (respirazione esterna) e dei tessuti (respirazione interna) è governato in prevalenza dal meccanismo fisico della diffusione spontanea. La ventilazione fa in modo che gli alveoli polmonari abbiano una pressione parziale dell’ossigeno (PO 2) più alta e una pressione parziale del diossido di carbonio (PCO 2) più bassa rispetto a quella del sangue; per questo motivo, lo scambio di questi gas avviene spontaneamente nei polmoni. Al contrario, a livello dei tessuti la PO 2 del sangue è più alta e la PCO 2 più bassa rispetto a quella del liquido interstiziale; anche in questo caso, lo scambio dei gas avviene spontaneamente, ma in direzione opposta, nel liquido interstiziale. 16

7. Il controllo della respirazione Sebbene il ritmo di base sia regolato e coordinato dal centro inspiratorio, esso può essere modificato in risposta a stimoli provenienti da altre regioni del cervello, a recettori nel sistema nervoso periferico e ad altri fattori: • l’influenza della corteccia; • la regolazione dei chemiocettori che determinano quanto velocemente e profondamente si deve respirare.

Lo scambio gassoso

Ogni alveolo polmonare è una tasca a forma di coppa che si trova in un sacco alveolare. Lo scambio di gas respiratori (O 2 e CO 2) avviene per diffusione attraverso la membrana respiratoria.

Lo scambio dei gas L’aria è una miscela di gas ognuno dei quali contribuisce alla pressione totale dell’aria. La pressione di uno specifico gas in una miscela è chiamata pressione parziale. Le pressioni parziali sono importanti perché ciascun gas presente nell’organismo si diffonde dalle aree in cui la sua pressione parziale è maggiore a quelle in cui è minore.

Lo scambio dei gas La respirazione esterna, detta scambio gassoso polmonare, comprende la diffusione di O 2 dall’aria presente negli alveoli polmonari al sangue circolante nei capillari polmonari e la diffusione di CO 2 nella direzione opposta.

Lo scambio dei gas Lo scambio di O 2 e CO 2 fra capillari sistemici e cellule dei tessuti è chiamato respirazione interna o scambio gassoso sistemico.

Il trasporto dei gas respiratori La maggior parte dell’O 2 è trasportato dall’emoglobina in forma di ossiemoglobina all’interno dei globuli rossi; la maggior parte della CO 2 è trasportata nel plasma sanguigno sotto forma di ioni bicarbonato HCO 3. Oltre alla pressione parziale dell’O 2 altri fattori influiscono sulla quantità di O 2 rilasciata dall’emoglobina e sono: • la presenza di diossido di carbonio; • l’acidità; • la temperatura.

Il trasporto dei gas respiratori Il diossido di carbonio si trova nel sangue in tre forme principali • libero nel plasma sanguigno; • legato ad amminoacidi ematici; • come ioni bicarbonato.

L’emoglobina (Hb) è la proteina dei globuli rossi che trasporta i gas L’aspetto «molecolare» della respirazione esterna (polmoni/sangue): • Hb si combina con O 2 per formare Hb. O 2; • HCO 3 - (ione bicarbonato) si combina con H+ per formare H 2 CO 3 (acido carbonico) che poi si scinde in H 2 O e CO 2. L’aspetto «molecolare» della respirazione interna (sangue/tessuti): • Hb. O 2 cede O 2; • CO 2 si combina in piccola parte con Hb per formare Hb. CO 2; • la maggior parte del CO 2 si combina con H 2 O per formare H 2 CO 3, che si dissocia in H+ e HCO 3 -. 25

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Le malattie dell’apparato respiratorio limitano l’ossigenazione Nei disturbi polmonari restrittivi la capacità polmonare è compromessa per la perdita di elasticità dei polmoni. Nei disturbi polmonari ostruttivi l’aria non fluisce liberamente nelle vie aeree, cosicché il tempo necessario per l’inalazione o l’esalazione aumenta. Tali malattie tendono ad essere ricorrenti, come la bronchite cronica, l’enfisema e l’asma. Il cancro al polmone è caratterizzato da ispessimento e indurimento delle cellule dei bronchi, atrofizzazione delle ciglia delle vie aeree, comparsa di nuclei atipici. 27

Fumare è nocivo per la salute dell’organismo Gli effetti a breve termine del fumo comprendono «fiato corto» e tosse insistente, diminuita capacità di apprezzare odori e sapori, invecchiamento precoce della pelle. Tra gli effetti a lungo termine vi sono molti tipi di cancro, malattie del sistema respiratorio e cardiovascolare, rischio aumentato di aneurisma, asma e aggravamento delle polmoniti. Tra gli altri effetti vanno ricordati quelli legati alla gravidanza: fumare in gravidanza aumenta il rischio di aborto, parto prematuro, nascita di bambini morti, basso peso alla nascita. 28

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