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La respirazione è la funzione mediante la quale gli esseri viventi (unicellulari e pluricellulari) prendono ossigeno dall'ambiente nel quale vivono e rilasciano il diossido di carbonio che deriva dall'attività cellulare. La maggior parte dell'energia necessaria per vivere proviene dalle reazioni chimiche che avvengono all'interno delle cellule. Perché questo sia possibile, gli esseri umani possiedono un sistema respiratorio più completo di altri (dato il numero considerevole di cellule che formano il suo organismo), associato inoltre, con il sistema di trasporto dell'ossigeno e anidride carbonica alle e dalle cellule: il sistema circolatorio. L'aria atmosferica, ricca di ossigeno, penetra nei polmoni, nei cui alveoli si produce il passaggio di questo gas al sangue. Il diossido di carbonio, prodotto dalle cellule, viene trasportato dal sangue fino ai polmoni per essere espulso.
Giorgio Beltrammi
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Gli organi del sistema respiratorio svolgono anche altre funzioni annesse: la fonazione, l'olfatto, la termoregolazione mediante la dispersione di calore durante la respirazione, l'escrezione di gas specifici, la regolazione dell'equilibrio acido-base e della pressione sanguigna.
- Faringe: È un condotto di circa 14 cm di lunghezza che mette in comunicazione le fosse nasali, la cavità orale, la laringe, l'esofago e - attraverso le trombe di Eustachio - l'orecchio medio. Dalla faringe l'aria si dirige verso la trachea.
- Fosse nasali: Sono due cavità simmetriche, situate sotto la fossa cranica anteriore, tra le cavità orbitarie e i mascellari superiori e sopra il palato. Entrambe le fosse nasali sono separate da un setto osteo-cartilagineo.
- Laringe: È un organo impari situato sulla linea mediana del collo, davanti alla faringe, sopra la trachea, con la quale si continua e al di sotto dell'osso ioide, che costituisce uno dei suoi sistemi di sostegno. Misura circa 4 cm di lunghezza ed è l'organo della fonazione.
- Trachea: È una struttura che segue la laringe, con una lunghezza di circa 12 cm. Collocata davanti all'esofago, è formata da una serie di anelli cartilaginei incompleti con una forma a "c", impilati verticalmente e separati tra loro da un tessuto elastico. La parte aperta posteriormente è chiusa ta tessuto muscolare liscio, per favorire il passaggio degli alimenti attraverso l'esofago, situato posteriormente. Gli anelli servono per mantenere la trachea sempre aperta.
- Polmoni: Sono due organi spugnosi, elastici e rosei, che sono alloggiati nella cavità toracica. Sono appoggiati sul muscolo diaframmatico e protetti da una membrana - che li avvolge - chiamata pleura. Questa presenta due foglietti: la pleura viscerale adesa al polmone e la pleura parietale adesa alla parete toracica. Questi due foglietti scivolano uno sopra l'altro durante i movimenti respiratori. Tra i due foglietti si trova la cavità pleurica, dove si trova una piccola quantità di liquido, che agisce come lubrificante. L'elasticità della pleura le permette di accompagnare i movimenti della gabbia toracica durante la meccanica respiratoria.
- Bronchi: La trachea si biforca in due condotti, i bronchi, in una zona chiamata carena. Questi condotti sono formati da una serie di anelli cartilaginei incompleti nei bronchi più grossi e completi nei bronchi più piccoli, che si dirigono verso i polmoni.
La respirazione
La respirazione, al pari della digestione, è un processo di entrata e uscita. Vale a dire che compito principale del sistema respiratorio è permettere l'ingresso dell'aria atmosferica e espellerla dal corpo dopo avere effettuato gli interscambi gassosi corrispondenti.
Il controllo nervoso della respirazione
La respirazione è regolata da un centro nervoso, situato nel bulbo rachideo.
Il centro respiratorio invia impulsi al diaframma ed ai muscoli intercostali. Essi si contraggono e provocano una inalazione. La dilatazione polmonare stimola i recettori dei nervi sensitivi, inseriti nelle pareti polmonari. Da qui partono degli stimoli che inibiscono il centro respiratorio. Di conseguenza i muscoli respiratori si rilassano e i polmoni tornano alla loro posizione originale. Il risultato di questo meccanismo è la espirazione.
| Il processo respiratorio comprende tre tappe | ||
|---|---|---|
| Ventilazione polmonare | Entrata di aria nei polmoni e sua successiva uscita | Meccanica respiratoria |
| Respirazione esterna | Interscambio di gas tra alveolo e il sangue | Ematosi |
| Respirazione interna | Interscambio di gas tra il sangue e le cellule | Respirazione cellulare |
| Strutture che collaborano alla respirazione | Caratteristiche | Funzione |
|---|---|---|
| Diaframma | È un muscolo scheletrico che divide il corpo in due cavità: la cavità addominale e quella toracica. | Durante la inspirazione, appiattisce e aumenta il diametro verticale della cassa toracica. |
| Muscoli intercostali | È un gruppo di muscoli che si trova tra le costole, in ambo i lati della cassa totacica | Si contraggono e si rilassano durante i movimenti respiratori. Al contrarsi aumentano il diametro anteroposteriore e trasversale della gabbia toracica |
| Muscoli addominali | Sono muscoli che formano la parete addominale | Spingono il diaframma verso l'alto e comprimono la cavità addominale |
La respirazione meccanica
Si denomina così il processo ciclico che mantiene costante la quantità di aria nei polmoni. Comporta due fasi: la inspirazione, che introduce l'aria atmosferica nei polmoni e la espirazione che la espelle. Per queste funzioni il sistema respiratorio conta sulle strutture annesse: il diaframma, i muscoli intercostali e i muscoli addominali sono quelli che svolgono le funzioni più importanti (vedi tabella qui sopra).
Il diaframma è un setto di tessuto muscolare e tendinoso che divide la cavità toracica da quella addominale. Le fibre muscolari periferiche si riuniscono in un tendine centrale, che è incaricato di andare verso il basso ed ampliare il volume della cassa toracica. Il diaframma presenta una serie di forami attraverso i quali passano diverse strutture come l'aorta, l'esofago, la vena cava inferiore.
I muscoli intercostali si trovano tra le costole e formano la parete toracica.
- INSPIRAZIONE: Quando inspiriamo, il diaframma e i muscoli intercostali esterni e interni si contraggono. Nella inspirazione forzata (provocata da una intensa attività fisica ed una alta esigenza respiratoria) intervengono inoltre i muscoli pettorali e gli sternocleidomastoidei.
Al contrarsi del diaframma, il suo centro scende verso il basso, il che produce un aumento verticale della cavità toracica, spingendo i visceri addominali verso il basso. La contrazione dei muscoli intercostali produce l'elevazione delle costole e la spinta in avanti dello sterno. In questo modo i diametri anteroposteriore e laterale aumentano, causando un aumento del volume polmonare. Questo aumento causa un vuoto che causa una differenza di pressione con la pressione atmosferica. In questo modo l'aria atmosferica entra per creare un equilibrio. - ESPIRAZIONE: Si produce quando il diaframma e i muscoli intercostali si rilassano (tornano alla loro posizione abituale). Questo significa che il diaframma si alza e i muscoli intercostali discendono, diminuendo il volume della cassa toracica, quindi dei polmoni stessi. La diminuzione del volume polmonare causa un aumento di pressione nei polmoni che porta l'aria ad uscire. Contribuiscono alla espirazione anche i muscoli addominali, che comprimono la cavità addominale spingendo i visceri verso l'alto contro il diaframma.
Ematosi e respirazione cellulare
L'ematosi consiste nell'interscambio gassoso tra il sangue e l'aria alveolare. I capillari sanguigni (ramificazioni delle arterie polmonari) giungono agli alveoli polmonari con sangue carbossigenato. I gas attraversano gli epiteli polmonari e i capillari per diffusione passiva, ovvero passano dal luogo a maggior concentrazione a quello a minore concentrazione:
- nell'alveolo il diossido di carbonio è meno concentrato che nel sangue e per questa differenza di concentrazione, passa dal sangue all'alveolo polmonare;
- l'ossigeno è più concentrato nell'alveolo che nel sangue, per cui passa dall'alveolo al sangue.
- Il sangue che giunge a ciascun alveolo per mezzo dei capillari arteriosi (ramificazioni della arteria polmonare) è carico di anidride carbonica (povero di ossigeno).
- L'aria alveolare è ossigenata (povera di CO2).
- Per diffusione l'ossigeno passa dall'alveolo al sangue dei capillari venosi e, successivamente, attraverso le vene polmonari giunge al cuore che lo spinge a tutto il corpo.
- Per diffusione, l'anidride carbonica passa dai capillari arteriosi all'alveolo, poi attraverso le vie aeree risale all'esterno durante l'espirazione.
Respirazione cellulare
Tra il sangue e i tessuti corporei si produce un interscambio gassoso somigliante a quello dell'ematosi. In questo caso l'ossigeno si diffonde dal sangue, dove è in concentrazione maggiore, verso la cellula e l'anidride carbonica va dalla cellula al sangue.
