L'apparato respiratorio: funzioni, vie aeree e meccanica respiratoria

L'apparato Respiratorio

L'apparato respiratorio è l'insieme di organi che permettono l'ingresso e l'uscita dell'aria e lo scambio dei gas, la funzione principale è quella di garantire la corretta ossigenazione del nostro sangue e l'eliminazione della CO2 e vapore acqueo.

Funzioni Generali della Respirazione

L'intero processo degli scambi gassosi nell'organismo, la respirazione, avviene in tre passaggi di base:

1. la ventilazione polmonare o respirazione generale - E' il flusso di aria che entra e esce dai polmoni;
2. la respirazione esterna (alveoli) - E' lo scambio di gas che avviene tra gli alveoli polmonari e il sangue: di ossigeno dagli alveoli polmonari al sangue e di anidride carbonica dal sangue agli al- veoli;
3. la respirazione interna o cellulare (tessuti) - E' lo scambio dei gas tra i capillari e le cellule nei tessuti.

L'apparato respiratorio è costituito:

• da una serie di organi cavi, le vie aeree;
• da due organi pieni, i polmoni.

Le Vie Aeree

L'apparato respiratorio si distingue in vie aeree inferiori e le vie aeree superiori.

Le vie aeree superiori sono costituite da organi collocati esternamente al torace: naso, faringe, laringe; Le vie aeree inferiori comprendono organi posti all'interno del torace: trachea, bronchi e polmoni.

Funzioni delle Vie Aeree

Le vie aeree Conducono, riscaldano, umidificano l'aria ed eliminano materiale estraneo Faringe 1 Cavità nasale Corde vocali Lingua Apparato respiratorio superiore Epiglottide Esofago Laringe Trachea Polmone sinistro Polmone destro Apparato respiratorio inferiore Bronco destro Bronco sinistro Attiva Windows Passa a Impostazioni perattivare Diaframma

Il Percorso dell'Aria: Vie Aeree Superiori

Naso e Cavità Nasali

Il naso è un organo fondamentale per una corretta respirazione. Quando respiriamo normalmente, l'aria entra attraverso il naso, dove viene sottoposta a un primo filtraggio ad opera dei peli delle narici, le vibrisse. Le narici consentono la comunicazione delle cavità nasali con l'esterno.

Le due cavità nasali, separate dal setto nasale, contengono piccole strutture ossee, i turbinati, tre per ogni cavità nasale, (inferiori medi e superiori), che svolgono importanti funzioni nel processo respiratorio, essi hanno il compito di umidificare, riscaldare e filtrare l'aria inspirata prima che que- sta raggiunga le vie aeree inferiori.

I turbinati presentano un doppio rivestimento: un rivestimento esterno, a diretto contatto con l'aria inspirata nel naso, e un rivestimento interno, sottostante al precedente.

La mucosa esterna è ricca di ghiandole che secernono muco, il che contribuisce alla umidificazione dell'aria, e cellule dotate di ciglia vibratili il cui movimento allontana i batteri e la polvere rimasti intrappolati nel muco nasale purificando l'aria.

Mucosa Nasale

Virus Muco Ciglio Cellula ciliata Cellula Basale Cellula caliciforme mucipara MUCOSA NASALE

Il rivestimento interno dei turbinati, sottostante la mucosa respiratoria è altamente vascolariz- zata. Il sangue cede ovviamente calore all'aria e grazie a questo meccanismo l'aria che arriva alla faringe ha sempre una temperatura di 31-34℃, qualunque sia la temperatura esterna.

Il naso è in grado di ripulire l'aria da circa l'85% delle particelle di diametro superiore a 4,5 um.

Turbinato superiore Turbinato medio Turbinato inferiore

Le cavità nasali contengono anche le cellule olfattive, coinvolte nella percezione degli odori.Bocca.

Bocca come Via Aerea Secondaria

La bocca rappresenta l'ingresso secondario dell'apparato respiratorio. Essa infatti, ha il compito di aiutare o, quando è necessario, sostituire il naso. Ovviamente, il passaggio attraverso la cavità orale non potrà garantire i processi di riscaldamento, umidificazione e filtraggio tipici delle cavità nasali, per questi motivi, se si effettua un esercizio fisico all'aperto in ambiente molto freddo, si può facilmente avvertire un dolore intenso a livello toracico, conseguenza della respirazione di aria fred- da dalla bocca. Presenta però un vantaggio, l'aria che entra dalla cavità orale raggiunge i polmoni molto più velocemente rispetto l'aria che entra dal naso.

Faringe e Laringe

Lasciate le cavità nasali, l'aria attraversa la faringe e la laringe. La faringe non è solo la via di pas- saggio comune per l'aria e il cibo, ospita le tonsille e costituisce la prima barriera di difesa con- tro germi e batteri che penetrano dall'esterno attraverso l'aria e le sostanze alimentari.

La laringe, primo tratto di via esclusivamente respiratoria, si trova tra faringe e trachea, è un organo a forma di imbuto rovesciato formato da vari elementi cartilagini, di cui uno è l'epiglottide e un al- tro la cartilagine tiroidea, che forma la parete anteriore della laringe, il cosiddetto "pomo d'Ada- mo". L'epiglottide, impedisce al cibo di imboccare la trachea e ostruire le vie respiratorie durante la deglutizione, indirizzando il cibo verso l'esofago. All'interno della laringe si trovano le corde vocali

Laringe Epiglottide Membrana tiroioidea Cartilagine tiroidea Cartilagine aritenoidea Cricoide vista anteriore vista posteriore

Vie Respiratorie Inferiori

Al di sotto della laringe, cominciano le vie respiratorie inferiori, a partire dalla trachea.

Trachea e Bronchi

Attraversata la laringe, l'aria passa nella trachea, un tubo flessibile lungo circa 12 centimetri forma- to da anelli cartilaginei (15-20) incompleti a forma di "C". La parte aperta degli anelli è orientata posteriormente, dove si trova l'esofago, permettendo in questo modo l'espansione dell'esofago al momento della deglutizione. Gli anelli sono chiusi da tessuto muscolare.

L'interno della trachea è rivestito dal tipico epitelio respiratorio che contiene cellule che produco- no muco, e altre provviste di ciglia, che si muovono dal basso verso l'alto consentendo la risalita del muco. Entrambe servono a catturare ed espellere eventuali impurità e corpi estranei. Il muco viene trasportato sino all'esofago dove viene deglutito o verso la bocca, dove viene espettorato con un colpo di tosse. Il compito della trachea e delle sue cellule è anche quello di riscaldare e umidificare l'aria che passa, ed evitare che arrivi troppo fredda e troppo secca nei polmoni. E' un vero condizio- natore d'aria: pulisce, umidifica, riscalda.Inferiormente, la trachea si divide in due rami detti bronchi che entrano nei rispettivi polmoni. La struttura dei bronchi è simile a quella della trachea, sono composti da anelli cartilaginei. Anche nei bronchi è presente l'epitelio respiratorio. I bronchi si ramificano in rami sempre più piccoli i bron- chìoli.

Pareti Interne della Trachea e dei Bronchi

LE PARETI INTERNE DELLA TRACHEA E QUELLE DEI BRONCHI SONO RIVESTITE DA CELLULE CILIATE E CELLULE SECERNENTI MUCO

1. Cellule ciliate -> spingono il muco in direzione della faringe e producono soluzione salina
2. Cellule caliciformi -> producono muco

Le ciglia spostano il muco verso la faringe Particella di polvere Lo strato di muco intrappola le particelle inalate Lo strato di soluzione salina consente alle ciglia di spostare il muco verso la faringe Ciglia Le cellule caliciformi secernono muco Nucleo di una cellula epiteliale colonnare I bronchioli terminano negli alveoli polmonari, dove si raccoglie l'aria inspirata. Gli alveoli hanno basale una struttura a grappolo, le cui pareti sottilissime sono circondate esternamente da capillari, sono la sede degli scambi gassosi dove, l'organismo acquisisce l'ossigeno dall'aria inspirata ed espelle l'ani- dride carbonica prodotta dall'attività cellulare.

Bronchiolo terminale Vena polmonare Muscolo liscio Arteria polmonare Alveolo Bronchiolo respiratorio Capillare

I Polmoni

I polmoni sono gli organi che hanno il compito di fornire ossigeno all'organismo ed eliminare anidride carbonica dal sangue.

Il loro compito, attraverso la circolazione polmonare, è quello di ricevere, tramite l'arteria Polmo- nare, il sangue proveniente dal ventricolo destro carico di anidride carbonica e prodotti di scarto, di ripulirlo, una volta ripulito il sangue viene poi convogliato in vasi di dimensioni sempre più grandi, sino a confluire nelle vene Polmonari, che lo riversano nell'atrio sinistro.Circolazione polmonare

Circolazione Polmonare

Polmoni Arteria Vena polmonare polmonare Vena Aorta cava

I polmoni sono costituiti da tessuto spugnoso ed elastico che permette loro di espandersi durante la fase di inspirazione, e tornare normali, durante la fase di espirazione, poggiano sul diaframma, un muscolo che separa l'addome dal torace.

Nel diaframma si trovano tre grandi aperture attraverso le quali passano le strutture poste tra il torace e l'addome:

• una per l'aorta;
• una per l'esofago;
• una per la vena Cava inferiore.

I polmoni sono divisi da profondi solchi in lobi, il polmone dx è diviso in tre lobi, quello sx è diviso in due lobi, è più piccolo per fare spazio al cuore. I polmoni si trovano all'interno della gabbia tora- toracica, sono rivestiti da una membrana, la pleura, composta da due foglietti:

La pleura viscerale (o foglietto pleurico viscerale) che riveste esternamente i polmoni; l'altro, la pleura parietale (o foglietto pleurico parietale) che ricopre la precedente e aderisce alla superficie interna della gabbia toracica e alla superficie del diaframma.

Tra i due foglietti vi è uno spazio, chiamato cavità pleurica, che non contiene aria ma il liquido pleurico.

Il liquido pleurico ha due funzioni:

1. realizza una forte adesione che mantiene a contatto i due foglietti pleurici, ciò permette ai polmo- ni di seguire i movimenti della gabbia toracica e espandersi durante ogni inspirazione;
2. facilita lo scorrimento senza atrito dei due foglietti durante la respirazione.

Questo è importante per un organo in continuo movimento, una persona inspira ed espira più di 20.000 volte al giorno.

coste muscoli intercostali pleura parietale cavità pleurica pleura viscerale polmoni 6

La Meccanica Respiratoria

La ventilazione polmonare, comunemente detta respirazione, è il movimento di aria dall'esterno all'interno del polmone e viceversa, e comprende due fasi, l'inspirazione e l'espirazione.

I muscoli che permettono un'inspirazione tranquilla, fase attiva, sono il m. diaframma e i m. intercostali esterni.

Mentre l'espirazione rappresenta la fase passiva, perché non richiede la contrazione di nes- sun muscolo, si ha il ritorno elastico dei polmoni alla posizione di partenza.

La cassa toracica si espande mentre i muscoli respiratori si contraggono aria inspirata La cassa toracica si rimpicciolisce e i muscoli respiratori si rilassano aria espirata Polmone Diaframma INSPIRAZIONE Diaframma si contrae (si muove in basso) ESPIRAZIONE Diaframma a riposo (si muove sopra) I CENTRI DEL TRONCO ENCEFALICO INVIANO IMPULSI NERVOSI MOTORI AL MIDOLLO SPINALE, DA QUI RAGGIUNGO- NO ATTRAVERSO IL NERVO FRENICO E I NERVI INTERCOSTALI, I MUSCOLI INSPIRATORI PRIMARI, IL DIAFRAMMA E GLI INTERCOSTALI ESTERNI.

Legge di Boyle e Respirazione

La legge di Boyle è una legge fondamentale della fisica dei gas. La legge di Boyle afferma che, pressione e volume sono inversamente proporzionali: a temperatura costante, all'aumento del volu- me di una massa di gas, corrisponde la diminuzione della pressione esercitata dal gas e viceversa. Se il volume del contenitore di un gas cambia, la pressione del gas cambierà in maniera inversa.

VL Patm VL Patm 8.00 + MANOMETRO - I MANOMETRO 4.00 + 1 - - 2.50 - 1.25 = T =

La respirazione è un esempio di applicazione della legge di Boyle. Durante l'inspirazione: L'aumento del volume dei polmoni determina una diminuzione della pressione dell'aria all'interno degli alveoli, che diventa inferiore a quella atmosferica, per cui l'aria dall'ambiente esterno viene risucchiata all'interno. Al termine dell'inspirazio- ne, la pressione alveolare è pari a quella atmosferica.