Il sistema respiratorio umano è costituito dal tratto respiratorio (superiore e inferiore) e dai polmoni. Il sistema respiratorio è responsabile dello scambio di gas tra l'organismo e l'ambiente. Come è costruito il sistema respiratorio e come funziona?

Si suppone che il sistema respiratorio umanoconsenta la respirazione, il processo di scambio di gas, ovvero ossigeno e anidride carbonica, tra l'organismo e l'ambiente. Ogni cellula del nostro corpo ha bisogno di ossigeno per funzionare correttamente e generare energia. Il processo di respirazione è suddiviso in:

  • respirazione esterna - fornitura di ossigeno alle cellule
  • respirazione interna - intracellulare

La respirazione esterna si verifica a causa della sincronizzazione del sistema respiratorio con i centri nervosi ed è suddivisa in una serie di processi:

  • ventilazione polmonare
  • diffusione del gas tra aria alveolare e sangue
  • trasporto di gas attraverso il sangue
  • diffusione del gas tra sangue e cellule

Struttura del sistema respiratorio

Le vie respiratorie sono composte da:

  • vie respiratorie superiori , ovvero: cavità nasale ( cavum nasz ) e gola ( faringe)
  • vie respiratorie inferiori : laringe ( laringe ), trachea ( trachea ), bronchi ( bronchi ) - destra e sinistra, che sono ulteriormente divise in rami più piccoli, e i più piccoli si trasformano in bronchioli ( bronchioli )

La parte finale delle vie aeree conduce agli alveoli ( alveoli pulmonales ). L'aria inalata che passa attraverso le vie respiratorie viene pulita da polvere, batteri e altre piccole impurità, idratata e riscaldata. D' altra parte, la struttura dei bronchi, combinando elementi cartilaginei, elastici e muscolari lisci, consente la regolazione del loro diametro. La gola è il punto di intersezione tra il sistema respiratorio e quello digerente. Per questo motivo, durante la deglutizione, la respirazione si interrompe e le vie aeree si chiudono attraverso l'epiglottide.

  • polmoni- organi accoppiati situati nel torace

In termini anatomici e funzionali, i polmoni sono divisi in lobi (il polmone sinistro in due lobi e quello destro in tre), i lobi sono ulteriormente suddivisi in segmenti, segmenti in lobuli e lobuli in grappoli.

Circondano ogni polmonedue strati di tessuto connettivo: pleura parietale ( pleura parietalis ) e pleura polmonare ( pleura pulmonalis ). Tra di loro c'è la cavità pleurica ( cavum pleurae ), e il fluido in essa contenuto consente al polmone coperto dalla pleura polmonare di aderire alla pleura parietale fusa con la parete interna del torace. Nel punto in cui i bronchi penetrano nei polmoni, ci sono cavità polmonari, nelle quali, accanto ai bronchi, anche le arterie e le vene polmonari.

Ventilazione polmonare

L'essenza della ventilazione è aspirare l'aria atmosferica negli alveoli. Poiché l'aria scorre sempre da una pressione più alta a una pressione più bassa, i muscoli giusti sono coinvolti in ogni inspirazione ed espirazione, consentendo il movimento di aspirazione e pressione del torace.

Al termine dell'espirazione, la pressione negli alveoli è uguale alla pressione atmosferica, ma mentre si aspira aria, il diaframma ( diaframma ) e i muscoli intercostali esterni (muscoli intercostali) contratti externi ), questo aumenta il volume del torace e crea un vuoto che risucchia l'aria.

Quando la richiesta di ventilazione aumenta, vengono attivati ​​ulteriori muscoli inspiratori: i muscoli sternocleidomastoidei ( musculi sternocleidomastoidei ), i muscoli pettorali più piccoli ( musculi pettorales minores), muscoli dentati anteriori ( musculi serrati anteriores ), muscoli trapezi ( musculi trapezii ), leve della scapola ( musculi levatores scapulae ), muscoli del parallelogramma maggiore e minore ( musculi rhomboidei maiores et minores ) e muscoli inclinati ( musculi scaleni )

Il prossimo passo è espirare. Inizia quando i muscoli inspiratori si rilassano al culmine dell'inalazione. Di solito si tratta di un processo passivo, poiché le forze generate dagli elementi elastici tesi nel tessuto polmonare sono sufficienti per far diminuire il volume del torace. La pressione alveolare sale al di sopra della pressione atmosferica e la differenza di pressione risultante rimuove l'aria verso l'esterno.

La situazione è leggermente diversa quando si espira con forza. Lo affrontiamo quando il ritmo respiratorio è lento, quando l'espirazione richiede il superamento di una maggiore resistenza respiratoria, ad esempio in alcune malattie polmonari, ma anche nell'attività fonatoria, soprattutto cantando o suonando strumenti a fiato. Vengono stimolati i motoneuroni dei muscoli espiratori, che includono: i muscoli intercostalimuscoli interni ( musculi intercostales interni ) e i muscoli della parete addominale anteriore, in particolare i muscoli del retto addominale ( musculi recti abdominis ).

Frequenza respiratoria

La frequenza respiratoria è molto variabile e dipende da molti fattori diversi. Un adulto a riposo dovrebbe respirare 7-20 volte al minuto. I fattori che portano ad un aumento della frequenza respiratoria, chiamata professionalmente tachipnea, includono esercizio, condizioni polmonari e distress respiratorio extrapolmonare. D' altra parte, la bradipnea, cioè una significativa diminuzione del numero di respiri, può derivare da malattie neurologiche o da effetti collaterali centrali degli stupefacenti. I bambini differiscono dagli adulti sotto questo aspetto: più piccolo è il bambino, maggiore è la frequenza respiratoria fisiologica.

Volumi e capacità polmonari

  • TLC (capacità polmonare totale) -capacità polmonare totale- volume che si trova nei polmoni dopo l'inalazione più profonda
  • IC -capacità inspiratoria- tirato nei polmoni durante l'inalazione più profonda dopo un'espirazione calma
  • IRV (volume di riserva inspiratoria) -volume di riserva inspiratoria- tirato nei polmoni durante la massima inspirazione al picco dell'inspirazione libera
  • TV (volume corrente) -volume corrente- inalato ed espirato liberamente mentre inspira ed espira
  • FRC -capacità funzionale residua- rimane nei polmoni dopo un'espirazione calma
  • ERV (volume di riserva espiratoria) -volume di riserva espiratoria- rimosso dai polmoni durante l'espirazione massima dopo l'inalazione libera
  • VD (volume residuo) -volume residuo- rimane sempre nei polmoni durante l'espirazione massima
  • VC (capacità vitale) -capacità vitale- rimossa dai polmoni dopo la massima inspirazione durante la massima espirazione
  • IVC (capacità vitale inspiratoria) -capacità vitale inspiratoria- aspirata nei polmoni dopo l'espirazione più profonda alla massima inspirazione; può essere leggermente maggiore di VC perché al momento della massima espirazione seguita dalla massima inspirazione, i conduttori alveolari si chiudono prima che l'aria che riempie le bolle venga rimossa

Durante l'inspirazione libera, il volume corrente è 500 ml. Tuttavia, non tutto questo volume raggiunge gli alveoli. Circa 150 ml riempiono le vie respiratorie, che non presentano condizioni per lo scambio gassoso tra aria e sangue, ovvero la cavità nasale, la faringe, la laringe, la trachea, i bronchi e i bronchioli. Questo è chiamato spazio morto respiratorio anatomico. I restanti 350 ml vengono mescolati concon aria che costituisce la capacità funzionale residua, viene contemporaneamente riscaldata e saturata di vapore acqueo. Negli alveoli, ancora, non tutta l'aria è gassosa. Nei capillari delle pareti di alcuni alveoli, il sangue non scorre o non scorre abbastanza per utilizzare tutta l'aria per lo scambio gassoso. Questo è lo spazio morto respiratorio fisiologico ed è piccolo nelle persone sane. Sfortunatamente, può aumentare significativamente negli stati di malattia.

La frequenza respiratoria media a riposo è di 16 al minuto e il volume corrente è di 500 ml, moltiplicando questi due valori si ottiene la ventilazione polmonare. Da ciò ne consegue che vengono inalati ed espirati circa 8 litri di aria al minuto. Durante i respiri veloci e profondi, il valore può aumentare in modo significativo, anche da una dozzina a venti volte.

Tutti questi parametri complicati: capacità e volumi sono stati introdotti non solo per confonderci, ma hanno un'importante applicazione nella diagnosi delle malattie polmonari. Esiste un test - spirometria che misura: VC, FEV1, FEV1 / VC, FVC, IC, TV, ERV e IRV. È essenziale per la diagnosi e il monitoraggio di malattie come l'asma e la BPCO

Diffusione di gas tra aria alveolare e sangue

La struttura di base che compone i polmoni è costituita dagli alveoli. Ce ne sono circa 300-500 milioni, ciascuno con un diametro da 0,15 a 0,6 mm, e la loro superficie totale va da 50 a 90 m².

Le pareti degli alveoli sono costituite da un epitelio sottile, piatto, a strato singolo. Oltre alle cellule che compongono l'epitelio, i follicoli contengono altri due tipi di cellule: i macrofagi (cellule intestinali) e anche le cellule follicolari di tipo II che producono il tensioattivo. È una miscela di proteine, fosfolipidi e carboidrati prodotti dagli acidi grassi nel sangue. Il tensioattivo, riducendo la tensione superficiale, impedisce l'adesione degli alveoli e riduce le forze necessarie per allungare i polmoni. Dall'esterno, le vescicole sono ricoperte da una rete di capillari. I capillari che entrano negli alveoli trasportano sangue ricco di anidride carbonica, acqua, ma con una piccola quantità di ossigeno. Al contrario, nell'aria alveolare, la pressione parziale dell'ossigeno è alta e quella dell'anidride carbonica è bassa. La diffusione del gas segue un gradiente di pressione delle particelle di gas, quindi gli eritrociti capillari intrappolano l'ossigeno dall'aria e si liberano dell'anidride carbonica. Le molecole di gas devono passare attraverso la parete alveolare e la parete capillare, e più precisamente attraverso: uno strato di fluido che ricopre la superficie alveolare, epitelio alveolare, membrana basale ed endoteliocapillari

Trasporto di gas attraverso il sangue

  • trasporto di ossigeno

L'ossigeno si dissolve prima fisicamente nel plasma, ma poi si diffonde attraverso l'involucro negli eritrociti, dove si lega all'emoglobina per formare l'ossiemoglobina (emoglobina ossigenata). L'emoglobina svolge un ruolo molto importante nel trasporto dell'ossigeno, perché ciascuna delle sue molecole si combina con 4 molecole di ossigeno, aumentando così la capacità del sangue di trasportare ossigeno fino a 70 volte. La quantità di ossigeno trasportato disciolto nel plasma è così piccola da essere irrilevante per la respirazione. Grazie al sistema circolatorio, il sangue saturo di ossigeno raggiunge ogni cellula del corpo.

  • trasporto di anidride carbonica

L'anidride carbonica tissutale entra nei capillari e viene trasportata ai polmoni:

  • ok. 6% disciolto fisicamente nel plasma e nel citoplasma degli eritrociti
  • ok. 6% legato ai gruppi amminici liberi delle proteine ​​plasmatiche ed emoglobiniche (come carbammati)
  • maggioranza, ovvero circa l'88% come ioni HCO3 legati dal sistema tampone bicarbonato del plasma e degli eritrociti

Diffusione di gas tra sangue e cellule

Nei tessuti le molecole di gas penetrano ancora una volta lungo il gradiente di elasticità: l'ossigeno rilasciato dall'emoglobina si diffonde nei tessuti, mentre l'anidride carbonica si diffonde nella direzione opposta: dalle cellule al plasma. A causa delle differenze nella richiesta di ossigeno dei diversi tessuti, ci sono anche differenze nella tensione di ossigeno. Nei tessuti con metabolismo intensivo, la tensione di ossigeno è bassa, quindi consumano più ossigeno, mentre il sangue venoso drenante contiene meno ossigeno e più anidride carbonica. La differenza arterovenosa del contenuto di ossigeno è un parametro che determina il grado di consumo di ossigeno da parte dei tessuti. Ciascun tessuto è rifornito di sangue arterioso con lo stesso contenuto di ossigeno, mentre il sangue venoso può contenerne più o meno.

Respirazione interiore

La respirazione a livello cellulare è un processo biochimico a più stadi che comporta l'ossidazione di composti organici che producono energia biologicamente utile. È un processo fondamentale che continua anche quando altri processi metabolici vengono interrotti (i processi anaerobici alternativi sono inefficienti e di limitata importanza).

Il ruolo chiave è svolto dai mitocondri, gli organelli cellulari, che ricevono le molecole di ossigeno che si diffondono all'interno della cellula. Tutti gli enzimi del ciclo di Krebs (noto anche come ciclo dell'acido tricarbossilico) si trovano sulla membrana esterna dei mitocondri, mentre gli enzimi della catena si trovano sulla membrana interna.

Nel ciclo di Krebs, i metaboliti dello zucchero, delle proteine ​​e dei grassi vengono ossidati in anidride carbonica e acqua con il rilascio di atomi di idrogeno liberi o elettroni liberi. Più avanti nella catena respiratoria - l'ultimo stadio della respirazione intracellulare - trasferendo elettroni e protoni a trasportatori successivi, vengono sintetizzati composti di fosforo ad alta energia. Il più importante di questi è l'ATP, ovvero l'adenosina-5′-trifosfato, un vettore universale di energia chimica utilizzato nel metabolismo cellulare. Viene consumato da numerosi enzimi in processi come la biosintesi, il movimento e la divisione cellulare. Il trattamento dell'ATP negli organismi viventi è continuo e si stima che ogni giorno l'uomo converta la quantità di ATP paragonabile al suo peso corporeo.

Regolazione del respiro

Nel midollo si trova il centro della respirazione che regola la frequenza e la profondità della respirazione. È costituito da due centri con funzioni opposte, costruiti da due tipi di neuroni. Entrambi si trovano all'interno della formazione reticolare. Nel nucleo solitario e nella parte anteriore del nervo vago posteriore-ambiguo si trova il centro inspiratorio, che invia gli impulsi nervosi al midollo spinale, ai motoneuroni dei muscoli inspiratori. Nel nucleo ambiguo del nervo vago e nella parte posteriore del nucleo posteriore-ambiguo del nervo vago si trova invece il centro di espirazione, che stimola i motoneuroni dei muscoli espiratori.

I neuroni del centro inspiratorio inviano un'esplosione di impulsi nervosi più volte al minuto, che seguono il ramo discendente ai motoneuroni del midollo spinale e contemporaneamente il ramo assonale ascendente ai neuroni del reticolo formazione del ponte. C'è un centro pneumotassico che inibisce il centro inspiratorio per 1-2 secondi e poi il centro inspiratorio stimola di nuovo. A causa dei successivi periodi di stimolazione e inibizione del centro inspiratorio, la ritmicità dei respiri è assicurata. Il centro inspiratorio è regolato dagli impulsi nervosi che sorgono in:

  • chemocettori dei lobi cervicali e aortici, che reagiscono ad un aumento della concentrazione di anidride carbonica, concentrazione di ioni idrogeno o una significativa diminuzione della concentrazione di ossigeno nel sangue arterioso; gli impulsi dei coaguli aortici viaggiano attraverso i nervi glossofaringeo e vago. e l'effetto è l'accelerazione e l'approfondimento delle inalazioni
  • interocettori del tessuto polmonare e propriorecettori toracici;
  • I meccanocettori dell'inflazione si trovano tra i muscoli lisci bronchiali, sono stimolati dallo stiramento del tessuto polmonare, che innesca l'espirazione; quindi riducendo l'allungamento del tessuto polmonare durante l'espirazione, questa volta attiva altri meccanocettoriquelli deflazionistici che innescano l'inalazione; Questo fenomeno è chiamato riflessi di Hering-Breuer;
  • L'impostazione inspiratoria o espiratoria del torace irrita i rispettivi propriorecettori e modifica la frequenza e la profondità del respiro: più profondamente inspiri, più profondamente espiri;
  • centri dei livelli superiori del cervello: corteccia, sistema limbico, centro di termoregolazione nell'ipotalamo

Categoria:

Apparato respiratorio