La respirazione: apparato respiratorio umano e sue funzioni

L'apparato respiratorio

Oltre alle sostanze nutritive ricavate dal cibo, le cellule del nostro corpo hanno biso- gno di ossigeno. È grazie all'ossigeno, infatti, che le cellule "bruciano" il glucosio e ricavano l'energia necessaria per sopravvivere, crescere e duplicarsi.

La parola "respirazione" in biologia indica due processi distinti, ma legati tra loro: la respirazione cellulare, che avviene nei mitocondri delle cellule, e la respirazione polmonare.

La respirazione polmonare è il processo che garantisce all'organismo un adeguato approvvigionamento di ossigeno, che serve alle cellule per produrre energia.

Con la respirazione polmonare, il nostro corpo fornisce ossigeno (O2) alle cellu- le, ed elimina anidride carbonica (o diossido di carbonio, CO2) e vapore acqueo (H2O). L'insieme degli organi che permettono questo processo costituisce l'appa- rato respiratorio.

Senza ossigeno non potremmo sopravvivere per più di pochi minuti. Per questo la respirazione, a differenza della nutrizione, avviene di continuo, sia durante il giorno sia mentre dormiamo, per tutta la vita.

Il percorso dell'ossigeno

Quando respiriamo, l'aria ricca di ossigeno attraversa le vie respiratorie e arriva nei polmoni, due organi protetti della gabbia toracica.

È proprio nei polmoni che avviene lo scambio tra ossigeno e anidride carbonica: da questo momento l'apparato respiratorio lavora in coppia con l'apparato circola- torio

Infatti, l'ossigeno passa dai polmoni ai vasi sanguigni, mentre il sangue cede ai pol- moni l'anidride carbonica prodotta dalle cellule. Il compito di distribuire l'ossigeno a tutte le cellule spetta, a questo punto, all'apparato circolatorio.

A 1. 11 1 1 ·1O 2 aria inspirata CO2 2 aria espirata polmone sinistro vaso sanguigno cellula O2 polmone destro alveolo CO2 2 polmonare

Gli organi dell'apparato respiratorio

L'apparato respiratorio è formato dal complesso delle vie respiratorie, superiori e inferiori, e dai polmoni.

Le vie respiratorie superiori comprendono il naso e le cavità nasali, la faringe e la laringe. Il percorso dell'aria continua poi nel torace, nelle vie respiratorie inferiori, che comprendono la trachea, i bronchi e i bronchioli.

Ogni respiro avviene in due fasi: l'inspirazione, quan- do l'aria è introdotta nei polmoni, e l'espirazione, quando l'aria è espulsa dai polmoni.

Le vie respiratorie superiori

Quando inspiriamo, l'aria entra nel naso attraverso le narici e si sposta nella cavità nasale, dove si riscalda (grazie a una fitta rete di vasi sanguigni) e diventa più umida. In questo percorso, l'aria è in parte filtrata dal- le impurità grazie ai peli delle narici. Le particelle che riescono a passare vengono intrappolate in un sottile strato di muco, che tappezza tutte le vie aeree. Il muco contiene una sostanza antibiotica che rappresenta una prima barriera contro i batteri. Quando, invece, inspi- riamo attraverso la bocca, per esempio a causa di un raffreddore che ci tappa il naso, l'aria non viene riscal- data e inumidita, e tende a seccarci la gola.

Seguiamo il percorso dell'aria: una volta entrata dalle cavità nasali, o dalla bocca, l'aria attraversa la faringe o gola. In questa cavità passa anche il cibo proveniente dalla bocca e diretto all'esofago. L'aria si dirige invece dalla faringe alla trachea e quindi ai polmoni. Per evita- re che il cibo passi nella trachea, una piccola struttura di cartilagine, chiamata epiglottide, chiude tempora- neamente la laringe quando deglutiamo.

cavità nasale cavità orale palato duro palato molle faringe epiglottide pomo d'Adamo corde vocali laringe trachea esofago

La laringe è una cavità a forma di imbuto rovesciato, formato da anelli di cartilagine e da muscoli. La cartila- gine che circonda la laringe forma il "pomo d'Adamo", una sporgenza evidente nel collo dei maschi adulti. I tessuti delle pareti interne della laringe formano, inve- ce, alcune pieghe, le corde vocali, che vibrano al pas- saggio dell'aria in uscita dai polmoni. Le corde vocali sono azionate da diversi muscoli: contraendosi e rilas- sandosi, possono far variare la forma e la larghezza del foro attraverso cui passa l'aria, producendo diversi tipi di suoni.

via di passaggio dell'aria laringe trachea anelli di cartilagine

Le vie respiratorie inferiori

La trachea è un tubo diritto lungo circa 12 cm. Si trova davanti all'esofago ed è formata da anelli di cartilagine a forma di C, sovrapposti l'uno all'altro. L'epitelio interno della trachea produce muco ed è ricco di minuscole estroflessioni dette ciglia vibratili. Il muco intrappola le particelle estranee ancora presenti nell'aria e le ciglia lo spingono verso la laringe, da dove può essere espulso con un colpo di tosse o deglutito nell'esofago.

Nella parte inferiore la trachea si divide in due rami, i bronchi, ciascuno collegato a un polmone. All'interno dei polmoni, ogni ramo si suddivide in canali sempre più sottili, chiamati bronchioli. La struttura che si forma è chiamata albero bronchiale, perché assomiglia a un albero capovolto. Le migliaia di ramificazioni dei bronchioli terminano con minuscole cavità rotondeggianti, raccolte a grappolo: gli alveoli polmonari.

sangue in entrata ricco di CO2 e povero di O2 sangue in uscita ricco di O2 e povero di CO, bronchiolo alveolo acino polmonare capillare sanguigno epiglottide laringe trachea polmone destro polmone sinistro bronchi bronchioli

I polmoni

I polmoni sono due organi spugnosi ed elastici, di forma conica, situati nella gabbia toracica e appoggiati sul muscolo del diaframma. Il polmone sinistro è più piccolo di quello destro (ha due lobi anziché tre) per far posto al cuore. Ogni polmone è pro- tetto da due sottili membrane, le pleure. La membrana interna avvolge i polmoni, quella esterna invece riveste la parte interna della gabbia toracica. Tra i due strati c'è uno spazio sottile in cui è contenuto il liquido pleurico. Il liquido consente l'espan- sione e la contrazione dei polmoni contro la gabbia toracica senza attriti dolorosi.

I polmoni contengono fino a circa 700 milioni di alveoli, raggruppati in acini polmo- nari e ricoperti da una fitta rete di capillari sanguigni. È attraverso le sottilissime pa- reti dei capillari e degli alveoli che avvengono gli scambi di gas tra l'aria e il sangue.

INTORNO A TE

Lo starnuto e la tosse

Lo starnuto. Se cavità nasali e faringe vengono invase e irritate da particelle estranee (polveri o microbi), la laringe può reagire con lo starnuto. L'epiglottide chiude la laringe per qualche secondo e la pressione dell'aria nei polmoni aumenta. Raggiunta una pressione sufficientemente alta, la trachea si riapre all'improvviso, facendo uscire l'aria con un colpo violento, lo starnuto, che trascina con sé muco e particelle. L'intero processo è del tutto involontario.

La tosse. Quando la trachea viene irritata da un corpo estraneo, la laringe si chiude completamente a livello delle corde vocali e i polmoni si contraggono con forza, aumentando la pressione dell'aria. La riapertura improvvisa della laringe fa uscire l'aria con forza. È lo stesso meccanismo dello starnuto, ma qui a essere irritata non è la mucosa nasale, ma la trachea. Al contrario dello starnuto, che è totalmente involontario, un colpo di tosse può essere represso o voluto.

RICORDATI! Quando tossisci o starnutisci, utilizza un fazzoletto di carta per coprirti il naso e la bocca, e poi buttalo subito in un sacchetto della spazzatura. Dopo aver toccato il fazzoletto, lavati subito le mani. Se non hai un fazzoletto o se non fai in tempo a prenderlo, utilizza l'incavo del gomito per tossire o starnutire. In questo modo, le goccioline di muco e di saliva entreranno meno in contatto con altre persone, con le tue mani e con gli oggetti intorno a te.

Il processo della respirazione

Le fasi della respirazione

L'ossigeno che respiriamo deve raggiungere ogni singola cellula del corpo, per per- metterle di svolgere le proprie funzioni.

Negli esseri umani, come in molti altri animali, la respirazione è un processo che avviene in quattro fasi:

1. ventilazione,
2. diffusione,
3. trasporto dell'ossigeno
4. respirazione cellulare.

1 Durante la ventilazione, l'aria dal naso arriva fino ai polmoni.

2 L'ossigeno presente nell'aria passa dagli alveoli al sangue, con la diffusione.

CAPILLARE 4 Nei mitocondri di ogni cellula avviene una reazione chimica tra l'ossigeno e il glucosio: la respirazione cellulare. globuli rossi CO. 2 02 O mitocondri 2 nucleo CELLULA

3 Al sangue è affidato il trasporto dell'ossigeno fino alle cellule.

La ventilazione

Nel corso della ventilazione, l'aria è risucchiata all'interno dei polmoni attra- verso le vie respiratorie (inspirazione) e poi espulsa all'esterno, seguendo lo stesso percorso in senso inverso (espirazione)

Un atto respiratorio, o respiro, è l'insieme dei due movimenti di inspirazio- ne ed espirazione.

I polmoni, tuttavia, non sono organi muscolari, ma semplici "contenitori" passi- vi: non possono, quindi, contrarsi ed espandersi da soli. Per garantire il ricambio d'aria, entrano in gioco il diaframma e i muscoli della cassa toracica. In fase di riposo, il diaframma è in posizione sollevata, con la gabbia toracica compressa.

1 Durante l'inspirazione, il diaframma si contrae e si abbassa, facendo espandere la cavità toracica sovrastante.

Nello stesso momento, i muscoli intercostali si con- 2 Durante l'espirazione, il diaframma si rilassa e si inarca verso l'alto, comprimendo la cavità toracica. Contemporaneamente i muscoli intercostali si rilas- sano, le costole si abbassano e si spostano verso

Gas principali

Aria inspirata	Aria espirata
azoto	79,04%	79,5%
ossigeno	20,93%	16,4%
anidride carbonica	0,03%	4,1%

INTORNO A TE

L'aria espirata

L'aria espirata è anche più ricca di vapore acqueo rispetto a quella inspirata. Nel passaggio attraverso le vie respiratorie infatti l'aria diventa più calda e più umida. In una giornata fredda, si può osservare che il fiato forma una piccola nuvola di vapore: è il fenomeno della condensazione.

Il vapore acqueo contenuto nell'aria espirata si trasforma in piccole goccioline d'acqua, che rendono visibile il respiro.