Fisiologia della
respirazione
La respirazione è una funzione vitale espletata dai nostri polmoni i quali assicurano inoltre, al nostro organismo, gli scambi gassosi, contribuendo anche alla produzione di suoni, alla difesa del corpo da agenti
estranei, alla percezione degli odori e alla regolazione del ph interno.
I polmoni
sono posti nella cavità toracica,
che è delimitata nella parte inferiore da una lamina muscolare chiamata diaframma. L’aria entra nel nostro
sistema respiratorio attraverso le narici; viene filtrata dai peli, riscaldata
e umidificata durante il passaggio all’interno delle cavità nasali, dove
avviene anche la percezione degli odori. L’aria può essere inalata anche
attraverso la bocca ma in tal caso non viene sottoposta a tutti gli importanti processi
appena descritti. Dalle cavità nasali o dalla bocca l’aria passa nella faringe, dove il suo percorso si
incontra con quello del cibo. Nella cavità orale e faringea sono presenti
piccoli agglomerati di tessuto linfoide, le tonsille che sono disposte ad anello intorno all’accesso della via
respiratoria e di quella alimentare; la loro funzione è di intrappolare e
distruggere batteri o altri agenti estranei che entrano nella faringe. Dalla
faringe, l’aria passa nella laringe
dove vengono prodotti i suoni. Quando espiriamo l’aria esce attraverso le corde vocali. L’emissione dei suoni
avviene grazie alla tensione volontaria dei muscoli, allo stiramento delle
corde e alle loro vibrazioni; quando le corde vocali sono tese vibrano
velocemente e producono suoni acuti, mentre quando le corde sono meno tese
vibrano lentamente e producono suoni bassi. Dalla laringe l’aria inspirata
passa attraverso la trachea per
dirigersi verso i polmoni; la trachea si biforca in due bronchi, ciascuno dei quali entra in un polmone; all’interno
dei polmoni i bronchi si diramano in tubi più sottili chiamati bronchioli. Essi terminano in sacche
aeree riunite in grappoli detti alveoli.
Milioni di queste minuscole sacche immerse in uno stroma (tessuto connettivo ricco di fibre elastiche) formano appunto i nostri polmoni.
Ciascun polmone è diviso in lobi da solchi (il polmone destro
è diviso in tre lobi, il sinistro in due) ed è rivestito da una membrana
chiamata pleura polmonare; la pleura polmonare è in continuità con la pleura
parietale che aderisce alla cavità toracica. Le due membrane secernono un
liquido, il liquido pleurico, che consente ai polmoni di scorrere nella parete
toracica senza attriti durante i movimenti respiratori. 
Ventilazione polmonare
La respirazione polmonare è l’alternarsi di inspirazioni e di
espirazioni.
La respirazione è un processo per il quale si scambiano
ossigeno e anidride carbonica tra i nostri tessuti e l'ambiente esterno. È
composta dalla ventilazione, con la quale si rinnova l'aria presente negli
alveoli, la diffusione di ossigeno dagli alveoli al sangue capillare e la
cessione di anidride carbonica, mentre a livello dei tessuti si ha l'opposto.
Il sistema di conduzione ha la funzione di filtrare,
umidificare e riscaldare l'aria atmosferica. Questa infatti entra alla
temperatura atmosferica e già a livello delle cavità nasali viene riscaldata a
31 °C, grazie ad un'ampia superficie dovuta alla presenza dei meati (160cm2) e
ad una ricca vascolarizzazione.
La superficie di scambio gassoso è quindi estesissima e i gas
attraversano la parete alveolo-capillare per diffusione. Questa parete è molto
sottile.
Grazie alla ventilazione dei nostri polmoni sulla superficie
di scambio dei gas respiratori viene mantenuta alta la concentrazione di O₂ e
bassa la concentrazione di CO₂. Durante l’inspirazione la gabbia toracica e la
cavità toracica si espandono seguite dai polmoni, le costole si muovono verso
l’alto e la gabbia toracica si espande mentre i muscoli intercostali si
contraggono. Il diaframma si contrae abbassandosi, facendo aumentare il volume
della cavita toracica. L’aumento di volume dei polmoni durante l’inspirazione
fa si che la pressione dell’aria negli alveoli diventi minore di quella
atmosferica. L’aria passa velocemente dalle narici ai bronchi e ai bronchioli
fino ad arrivare agli alveoli spostandosi da una regione a pressione più alta
ad una pressione più bassa. Questo tipo di respirazione è chiamato
respirazione a pressione negativa. Durante l’espirazione i muscoli intercostali
e il diaframma si rilassano facendo diminuire il volume della gabbia; ciò
aumenta la pressione all’interno dei polmoni pertanto l’aria tende ad uscire
verso l’esterno, dove la pressione è minore. Il massimo volume di aria che
possiamo inspirare ed espirare è chiamato capacità
vitale. Nella donna e nell’uomo al di sotto dei trent’anni essa si aggira
intorno ai 3,4 e 4,8 litri. In
realtà i polmoni contengono più aria rispetto alla capacità vitale; infatti per
quanto ci possiamo sforzare di espellere la massima quantità di aria possibile
, nei polmoni ne rimane sempre un volume residuo che impedisce agli alveoli di
collassare. I polmoni possono perdere la loro elasticità con l’età o in seguito
a malattie come nel caso dell’enfisema polmonare. In tal caso aumenta il volume
residuo a scapito della capacità vitale.
Controllo della
respirazione
In parte la respirazione è controllabile in quanto possiamo
trattenere il fiato volontariamente oppure respirare più velocemente o più
profondamente. Per la maggior parte del tempo tuttavia i movimenti respiratori
sono regolati dai centri di controllo
involontario che si trovano nel cervello. Un controllo automatico di questo
tipo è importante perché assicura il coordinamento tra il sistema respiratorio,
circolatorio e le altre funzioni metaboliche che necessitano dello scambio dei
gas. I nostri centri di controllo della respirazione sono situati in due zone
dell’encefalo dette rispettivamente ponte e midollo allungato. Dai centri di
controllo del midollo allungato i nervi inviano al diaframma e ai muscoli
intercostali i segnali che ne inducono la contrazione provocando
l’inspirazione. In condizioni di riposo
si verificano circa 10-14 inspirazioni
al minuto, circa 45 nel neonato, 35 nel lattante, 25 nei bambini durante la
prima infanzia.
La sospensione degli atti respiratori è detta apnea,
l’accelerazione polipnea, il rallentamento bradipnea; per designare
genericamente una r. anormale si usa il termine di dispnea. In alcuni tipi di
questa il ritmo della r. ha delle particolari evoluzioni cicliche (respiro
periodico di Cheyne-Stokes, respiro di Kussmaul, respiro di Biot).
Tra un’inspirazione e l’altra i muscoli si rilassano e
avviene l’espirazione. La velocità della respirazione è monitorata dalla
concentrazione di CO₂ nel sangue regolando di conseguenza il ritmo
respiratorio.
La respirazione è sottoposta a un duplice sistema di
controllo, neurochimico e volontario. Il primo, che è automatico e
involontario, ha come principali obiettivi: l’omeostasi dei gas respiratori,
vale a dire la possibilità di minimizzare le oscillazioni dei gas nel sangue
arterioso, anche in presenza di notevoli variazioni di attività, altitudine,
gravità; l’omeostasi dell’equilibrio acido-base, mediante gli effetti della
ventilazione sulla PaCO₂; la regolazione della frequenza respiratoria e del
volume corrente, in modo tale da minimizzare lo sforzo e l’energia richiesti
per la respirazione. Il controllo volontario (comportamentale), attuato
attraverso componenti nervose situate in strutture sopramidollari e corticali,
serve fondamentalmente funzioni diverse dallo scambio gassoso, per es., la
fonazione.
Il controllo della respirazione viene attuato quindi da parte
dei sensori che tengono sotto controllo i livelli di C0₂ e di O₂ che sono
situati nell’aorta e nella carotide. I sensori, grazie ai nervi, inviano
segnali ai centri di controllo per aumentare la frequenza e la velocità della
respirazione quando il livello di O₂ nel sangue diminuisce in modo drastico
rispondendo rapidamente ai segnali che ricevono dal sangue e dai sensori delle
arterie ( e ad altri segnali chimici e nervosi), i centri di controllo della
respirazione mantengono la frequenza e la profondità degli atti respiratori sui
valori adeguati alle diverse richieste dell’organismo. Tuttavia, l’azione dei
centri di controllo risulta efficace solo se la loro attività regolatrice è
coordinata con quella del sistema cardiovascolare. Durante l’attività fisica,
il numero dei battiti cardiaci e la quantità di sangue pompata dal cuore a ogni
battito devono aumentare in sintonia con l’aumento del numero di respiri. L’O₂
viene trasportato quindi dai polmoni a tutti i tessuti dell’organismo ed il C0₂
giunge dai tessuti fino agli alveoli . Durante questo ciclo lo scambio dei gas
tra i capillari e le cellule circostanti avviene per diffusione, secondo un
gradiente di pressione. La maggior parte di O₂ presente nel sangue viene
invece trasportata dai globuli rossi grazie all’emoglobina. Ogni molecola di emoglobina può trasportare fino a
quattro molecole di ossigeno. L’emoglobina si carica di ossigeno nei polmoni;
lo mantiene legato mentre viaggia nella corrente circolatoria e lo rilascia nei
tessuti dell’organismo. L’emoglobina è una proteina che svolge diverse altre
funzioni: oltre a trasportare l’ossigeno, legandolo
e rilasciandolo, a seconda della
situazione, contribuisce al trasporto del diossido di carbonio (CO₂) nel sangue
e regola il ph ematico impedendone bruschi cambiamenti. Lasciate le cellule dei
tessuti il CO₂ diffonde verso il liquido interstiziale, attraverso la parete
dei capillari e giunge nel liquido che compone il sangue (plasma). La maggior
parte di CO₂ entra nei globuli rossi, legandosi in una certa misura alla parte
proteica dell’emoglobina. Il CO₂ rimanente reagisce con l’acqua formando acido
carbonico (H₂CO₃). Le molecole di H₂CO₃
si dissociano in ioni idrogeno (H⁺) e ioni bicarbonato (HCO₃).
L’emoglobina lega la maggior parte degli ioni H⁺ e impedisce variazioni del ph
ematico. Gli ioni bicarbonato diffondono nel plasma, da dove vengono
trasportati ai polmoni. Quando il sangue passa nei capillari polmonari questi
processi si invertono e si forma acido carbonico, in quanto il bicarbonato
viene poi riconvertito nuovamente in CO₂ e HO₂. Infine il CO₂ diffonde dal
sangue negli alveoli e poi fuori dall’organismo, nell’aria espirata.
Respirazione Treccani Enciclopedia
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