APPARATO RESPIRATORIO
Rosalba Fazio – Lucio Troise
IL SISTEMA RESPIRATORIO
Il sistema respiratorio è composto da un insieme di organi
cavi
– bocca e naso
– laringe e faringe
– Polmoni
e da canali
– Trachea
– Bronchi
– Bronchioli
nei quali circola l’aria, permettendo al corpo di
effettuare continui scambi gassosi con l’ambiente
circostante.
IL SISTEMA RESPIRATORIO
•
Le vie aeree o respiratorie sono formate dalle cavità nasali,
dai seni paranasali, dalla bocca, dalla faringe, dalla laringe,
dalla trachea e dalle vie bronchiali (bronchi e bronchioli) che
si ramificano e si distribuiscono ai polmoni.
IL SISTEMA RESPIRATORIO
Tutte queste strutture hanno uno scheletro osseo o cartilagineo che
garantisce l’apertura e il passaggio dell’aria.
La mucosa che tappezza questi organi svolge varie funzioni:
• riscalda l’aria
inspirata grazie alla
ricca
vascolarizzazione
• umidifica l’aria
grazie alla
secrezione delle
ghiandole presenti
•
filtra l’aria grazie
alla presenza del
muco che “incolla”
il pulviscolo
inspirato e lo
convoglia
all’esterno grazie al
continuo
movimento delle
cellule ciliate
IL SISTEMA RESPIRATORIO
I POLMONI
• I polmoni hanno un aspetto
spugnoso perché sono
strutturati in numerose piccole
cavità (alveoli polmonari o celle
respiratorie) dove giunge l’aria
inspirata attraverso le vie
respiratorie.
La parete degli alveoli è
sottilissima, così come quella
dei capillari sanguigni che li
avvolgono, questo fatto facilita
la diffusione passiva dei gas
respiratori.
IL SISTEMA RESPIRATORIO
I POLMONI
• I polmoni sono avvolti da una membrana sierosa detta pleura
che contiene al suo interno un liquido che lubrifica le
membrane impedendo l’attrito prodotto dal movimento di
espansione e retrazione dei polmoni.
IL SISTEMA RESPIRATORIO
pleura
•
Se per una ragione qualsiasi
penetra dell’aria nel cavo pleurico
(pneumotorace) si può avere il
collasso del polmone e la perdita
della capacità respiratoria.
Respirazione interna:
L’aria contiene poco più del 20%
di ossigeno (il resto è quasi tutto
azoto) e questo gas,
combinandosi con le sostanze
organiche, le ossida (le brucia),
L’ossidazione di qualche sostanza
libera energia.
IL SISTEMA RESPIRATORIO
• Le fiamme liberano luce e calore.
Gli organismi ossidano le sostanze alimentari in modo
graduale, liberando energia chimica che serve a costruire
miliardi di molecole di ATP.
Le molecole di ATP vengono sintetizzate nei mitocondri di
tutte le cellule e costituiscono un provvisorio “deposito” di
energia.
•
Tutto ciò si esprime
dicendo che le cellule
respirano.
Si tratta della
cosiddetta
respirazione interna.
La respirazione
interna (o respirazione
cellulare) richiede un
apporto continuo di
ossigeno dall’esterno.
•
IL SISTEMA RESPIRATORIO
Respirazione esterna:
L’apporto di ossigeno non rappresenta un problema per animali
piccoli o poco strutturati (protozoi, molluschi, vermi) perché
tutto l’ossigeno occorrente viene assunto dalla superficie
corporea.
Altri animali catturano l’ossigeno mediante strutture complesse
che possono essere branchie (nelle specie acquatiche) o
polmoni (negli animali terrestri).
IL SISTEMA RESPIRATORIO
•
Le branchie sono formate da epitelio pieghettato situato in
punti riparati del corpo, i polmoni invece sono situati all’interno
del corpo che garantiscono il contatto con l’aria in condizioni
di umidità.
L’ossigeno, infatti, non può entrare nelle cellule in forma di gas, deve
prima sciogliersi in un liquido.
• I polmoni sono carichi di umidità e la loro superficie interna è
sempre rivestita da una sottile pellicola acquosa che rende
possibile gli scambi gassosi.
IL SISTEMA RESPIRATORIO
• Gli organi della respirazione
L’aria che respiriamo entra dal naso o dalla bocca,
prosegue nella faringe e nella laringe, continua nella
trachea e nei bronchi e riempie, infine, i due polmoni.
Al ritorno compie lo stesso percorso in senso inverso.
IL SISTEMA RESPIRATORIO
•
Il tratto iniziale dell’apparato respiratorio non serve solo per
condurre l’aria nei polmoni, ma anche per riscaldarla e
purificarla.
• Tali funzioni si compiono
soprattutto nelle cavità
nasali, le quali funzionano
come un filtro capace di
trattenere mediante i peli e
le ripiegature interne, il
pulviscolo più grossolano
(dai 10 millimicron in su).
IL SISTEMA RESPIRATORIO
•
L’aria entrata nelle narici
viene immessa per mezzo
di due condotti (coane)
nella faringe, e da qui,
attraverso un raccordo ad
imbuto, la laringe, nella
trachea.
•
La laringe è una
formazione essenzialmente
cartilaginea, situata al
livello del collo.
Due pieghe interne , mosse
dalla muscolatura striata,
formano l’organo della
fonazione.
IL SISTEMA RESPIRATORIO
• Quando si stringono a formare
una fessura, causano vibrazioni
sonore al passaggio dell’aria in
uscita.
Sono vibrazioni che possono
andare da 80 a 1000 Hz (battiti/
secondo).
Sono chiamate corde vocali,
anche se non sono fatte a
forma di corda.
Il loro stato di tensione
determina la frequenza (altezza
del suono) ma l’articolazione
delle parole viene effettuata
dai movimenti della cavità
boccale e dalla lingua.
IL SISTEMA RESPIRATORIO
•
La laringe, come si è
detto, immette nella
trachea, tubo lungo circa
10 cm.
Avendo il compito di
introdurre l’aria, è
importante che le sue
pareti non collassino mai,
per tale motivo è
sostenuta da anelli
cartilaginei.
IL SISTEMA RESPIRATORIO
La trachea si divide in due bronchi, che a loro volta si ramificano
in tubi sempre più sottili che servono ad immettere l’aria nei
polmoni.
E’ a questo livello profondo (laringe, trachea e bronchi) che la
fuliggine ed i batteri sono trattenuti.
A ciò provvede un sottile
strato di muco che
tappezza soprattutto la
trachea ed i bronchi.
Il muco, secreto dalle
ghiandole mucipare, è
steso sopra l’epitelio che
riveste le vie respiratorie.
IL SISTEMA RESPIRATORIO
•
Tale epitelio è composto da cellule sormontate da ciglia
vibratili il cui battito continuo provvede a spostare lo
straterello di muco verso l’alto alla velocità di circa un
centimetro al minuto.
Insieme al muco, che svolge una funzione simile a quella di
un nastro trasportatore, migrano verso la faringe anche i
batteri e le altre sostanze da eliminare.
Il fumosi una sola sigaretta è in grado di bloccare per molto
tempo il battito delle ciglia.
Il muco si ferma nelle vie respiratorie costringendo
l’individuo a tossire per liberarsene. E’ la tipica tosse del
fumatore.
IL SISTEMA RESPIRATORIO
• I polmoni
Nell’uomo e negli altri
mammiferi i polmoni sono
suddivisi in tanti lobi interni,
gli alveoli tanto da
assomigliare ad una spugna.
Noi possediamo 30 milioni di
alveoli polmonari che ci
forniscono una superficie
respiratoria di ben 70 metri
quadri.
I polmoni ospitano un
massimo di 5 litri di aria.
IL SISTEMA RESPIRATORIO
• Gli alveoli sono fatti di cellule epiteliali appiattite, sono
sferici e circondati da una fitta rete di capillari .
L’ossigeno dell’aria passa dagli alveoli ai capillari,
mentre l’anidride carbonica va dai capillari agli alveoli.
IL SISTEMA RESPIRATORIO
•
L’inspirazione si compie grazie alla contrazione dei muscoli intercostali, che
allargano la gabbia toracica, e grazie all’abbassamento del diaframma.
L’aumento del volume polmonare così ottenuto provoca una depressione che
richiama aria dall’esterno.
Con l’espirazione i muscoli si rilasciano, la gabbia toracica ritorna alle
dimensioni normali e l’aria viene espulsa.
In condizioni di
riposo si compiono
circa 16 atti
respiratori al minuto
che fanno entrare ed
uscire,
complessivamente,
circa 4 litri di aria.
In seguito ad uno
sforzo fisico violento,
il ritmo respiratorio
può salire anche a
120 atti respiratori al
minuto.
IL SISTEMA RESPIRATORIO
•
Questo respiro affannoso, quasi al limite del soffocamento,
serve più per eliminare l’eccesso di anidride carbonica che
per assumere ossigeno.
In molti tipi di sport il fattore limitante è dato dalla
respirazione e non dalla stanchezza muscolare.
IL SISTEMA RESPIRATORIO
•
Gli scambi gassosi
Se si analizza l’aria inspirata e quella espirata si ottengono i
seguenti valori:
SCAMBI GASSOSI DURANTE LA RESPIRAZIONE
GAS
ARIA IN ENTRATA
ARIA IN USCITA
Azoto
79%
79%
Ossigeno
21%
16%
Anidride carbonica
0,03%
4%
IL SISTEMA RESPIRATORIO
•
Azoto
E’ un gas inerte, non prende parte ai processi respiratori.
•
Ossigeno
Nei capillari polmonari l’ossigeno è quasi assente (perché il
sangue lo ha ceduto ai tessuti del corpo) mentre abbonda
nell’aria degli alveoli.
L’ossigeno passa per diffusione dagli alveoli ai capillari, si
immagazzina in uno speciale pigmento respiratorio che si
trova all’interno dei globuli rossi, l’emoglobina.
IL SISTEMA RESPIRATORIO
•
L’EMOGLOBINA Questa molecola, quando transita nei capillari
polmonari, si carica di 4 molecole di ossigeno.
I globuli rossi, trascinati nella grande circolazione, giungono
nei tessuti poco ossigenati e ricchi di anidride carbonica.
A questo punto entra in gioco una caratteristica
dell’emoglobina : la sua affinità per l’ossigeno diminuisce in
presenza dell’anidride carbonica ; in altre parole non riesce a
trattenere le 4 molecole di ossigeno di cui è carica, le cede
immediatamente al liquido interstiziale ed ai tessuti che ne
hanno bisogno.
IL SISTEMA RESPIRATORIO
Anidride carbonica
Questo gas è solubile in acqua, e quindi nel plasma, molto più che
l’ossigeno.
Di conseguenza il suo trasporto non richiede un pigmento respiratorio
speciale.
L’anidride carbonica viene prodotta continuamente dal metabolismo
(respirazione ) delle cellule.
Essa diffonde nel liquido interstiziale e poi, dopo aver attraversato
l’endotelio dei capillari, finisce nel plasma sanguigno.
Entra nei globuli rossi dove si combina con l’acqua formando acido
carbonico:
CO2 + H2O
H2CO3
L’acido carbonico si dissocia
subito negli ioni H+ e HCO3- .
IL SISTEMA RESPIRATORIO
•
•
Lo ione H+ , che tenderebbe a rendere il sangue troppo
acido, è tamponato dalla molecola di emoglobina, mentre lo
ione HCO3- esce dai globuli rossi per lasciarsi trasportare
dal plasma sanguigno.
Quando il torrente
circolatorio transita per i
polmoni, queste reazioni
chimiche si succedono in
ordine inverso:
si riformano le molecole di
anidride carbonica che
escono dai capillari per
riversarsi negli alveoli.
Per questo motivo l’aria
espirata contiene una
percentuale notevole (4%) di
questo gas.
IL SISTEMA RESPIRATORIO
•
LA RESPIRAZIONE
Quasi senza accorgercene, ogni minuto respiriamo circa 15 volte
(un neonato effettua circa 70 atti respiratori in un minuto).
In un giorno inspiriamo ed espiriamo circa 13500 litri di aria, lo
scopo è quello di eliminare l’anidride carbonica (sostanza di
scarto e quindi tossica per l’organismo) prodotta dal
metabolismo cellulare e di
sostituirla con l’ossigeno
necessario per quelle reazioni
metaboliche che estraggono
l’energia dalle sostanze
nutritive.
Il sistema respiratorio svolge
questa funzione in
collaborazione con quello
circolatorio e permette nel
contempo la fonazione, cioè la
produzione di suoni per il
processo comunicativo.
IL SISTEMA RESPIRATORIO
•
INSPIRAZIONE
I polmoni si trovano nella cassa toracica, una struttura
estensibile e molto articolata: costole, sterno e vertebre
possono muoversi grazie all’attività della muscolatura toracica.
Nella parte inferiore i polmoni
sono a contatto con il
diaframma, una cupola
muscolare che separa il
torace dall’addome.
Quando il diaframma si
contrae, si abbassa ed i
polmoni possono riempirsi
d’aria, grazie anche
all’espansione della cassa
toracica.
Nei polmoni si crea una
depressione che favorisce
l’entrata dell’aria attraverso
l’inspirazione.
IL SISTEMA RESPIRATORIO
•
L’INSPIRAZIONE L’aria entra
attraverso la bocca ed il naso,
attraversa la faringe e la laringe,
passa attraverso la trachea fino
ad arrivare ai bronchi e quindi
agli alveoli polmonari.
L’inspirazione viene determinata
dagli impulsi nervosi elaborati
nel centro inspiratorio del bulbo
encefalico e trasmessi attraverso
la rete parasimpatica del nervo
vago.
•
ESPIRAZIONE
Questo movimento è passivo, la
muscolatura del diaframma e
della cassa toracica si rilassano,
e i polmoni, essendo elastici, si
svuotano.
L’aria in essi contenuta, ormai
povera di ossigeno e ricca di
anidride carbonica, viene spinta
verso l’esterno.
IL SISTEMA RESPIRATORIO
•LA REGOLAZIONE DEL RESPIRO
Se lo vogliamo possiamo
accelerare la respirazione o
trattenere il fiato, naturalmente
entro certi limiti.
Di norma il nostro respiro procede
in modo automatico sia da svegli,
sia quando dormiamo.
Non si tratta di un automatismo
immutabile, perché in seguito ad
uno sforzo fisico il respiro accelera
senza che noi vogliamo.
IL SISTEMA RESPIRATORIO
• Nel bulbo, situato presso la nuca, ci sono dei centri nervosi,
detti centri respiratori, che sono sensibilissimi ai piccoli
aumenti di anidride carbonica del sangue.
Altri recettori, molto sensibili, stanno sulle arterie carotidi, ai
lati del collo.
Da tutti questi
recettori partono
impulsi nervosi che
arrivano alla
muscolatura delle
costole e del
diaframma.
Di conseguenza la
gabbia toracica si
allarga e l’aria è
inspirata dai polmoni.
A questo punto si
pone il problema di
cessare la contrazione
per espirare l’aria
ormai utilizzata.
IL SISTEMA RESPIRATORIO
•
Appositi recettori situati nei
polmoni inviano impulsi nervosi
che inibiscono i centri
respiratori, i muscoli si
rilasciano, la cassa toracica si
restringe e fa uscire l’aria dai
polmoni.
Dopo pochi istanti la
concentrazione dell’anidride
carbonica nel sangue riprende a
salire e questo riattiva i centri
respiratori: il ciclo ricomincia.
Contenuti
A cura di
Rosalba Fazio
Grafica
Lucio Troise