Fisiologia della respirazione

Struttura generale dell’apparato respiratorio

Organi della respirazione sono i polmoni e le vie respiratorie, che si dipartono dal naso e sono costituite da una serie di condotti che si ramificano fino a terminare negli alveoli polmonari, che sono cellette all’interno dei polmoni, nelle quali avvengono gli scambi gassosi fra il sangue e l’aria respirata, grazie alla presenza al loro interno di numerosissimi capillari provenienti dalle vene e dalle arterie polmonari.

Il cammino che l’aria compie per entrare nei polmoni è piuttosto complesso: già all’interno del naso l’aria viene filtrata e depurata dal pulviscolo grazie all’azione della mucosa respiratoria, che è provvista di ciglia. La mucosa nasale, essendo largamente vascolarizzata, pone subito l’aria fredda a contatto di un ambiente caldo, riscaldandola ad una temperatura più simile a quella corporea.

L’aria attraverso entrata il naso scende verso la faringe attraverso le coane, e poi giunge alla laringe, la zona dove i suoni prendono forma,  ed alla trachea, che è costituita di anelli cartilaginei sovrapposti ed è ricoperta di tessuto cigliato. La trachea all’altezza della IV vertebra toracica si biforca nei bronchi che penetrano nei due polmoni, suddividendosi in ramificazioni (l’albero bronchiale). I polmoni delimitano, nel mezzo del torace, uno spazio, il mediàstino, dove si situa il cuore. Sono ricoperti da due membrane, una esterna, la pleura parietale, che aderisce alla superficie interna della cassa toracica, ed una interna, o pleura viscerale, che aderisce alla superficie polmonare stessa. Fra le due pareti si trova un liquido, il liquido pleurico, che mantiene la zona lubrificata e perciò facilita i movimenti  di espansione e di contrazione dei polmoni. Se per qualsiasi ragione penetra dell’aria nella cavità pleurica si crea uno pneumotorace, che riduce notevolmente l’attività polmonare diminuendo la pressione ed il volume del polmone stesso.

Essendo organi dotati di grande elasticità, i polmoni possono espandersi e contrarsi.

Meccanica respiratoria

I muscoli respiratori hanno caratteristiche simili a quelle degli altri muscoli scheletrici. Il principale muscolo respiratorio è il diaframma. Durante una respirazione normale sono attivi anche i muscoli intercostali parasternali e gli scaleni, mentre in situazioni di ritmo respiratorio affrettato, sotto sforzo, lavorano anche i muscoli intercostali esterni e gli sternocleidomastoidei.

La contrazione del diaframma ne sposta caudalmente (cioè verso il basso) il centro tendineo, e fa espandere ed innalzare le coste sulle quali è inserito. Durante una normale inspirazione la cupola del diaframma si sposta verso il basso di circa 1,5 cm, mentre nella inspirazione massima può arrivare a spostarsi anche di 5 cm. Contemporaneamente, la gabbia toracica si innalza e si espande, per cui lo spostamento causato dal diaframma si ripercuoterà sull’addome per metà e sul torace per l’altra metà.

La contrazione del diaframma crea una pressione maggiore nella cavità addominale e minore in quella toracica. Le coste salgono sia per effetto diretto della trazione esercitata dal diaframma sia proprio a causa dell’aumento della pressione interna addominale. 2/3 del volume d’aria inspirato vengono  inspirati dal lavoro del diaframma.

Se contemporaneamente alla contrazione del diaframma si contraggono anche altri muscoli, situati nella parte alta del torace, la pressione interna della cavità toracica diminuirà, ed anche quella della cavità addominale. E’ possibile, pertanto, respirare senza dover protrudere (cioè spingere in fuori) l’addome. Quanto più abbiamo bisogno di aria e tanto più dovremo utilizzare vari muscoli che aiutino il diaframma.

I muscoli addominali sono espiratori. Durante la ventilazione normale non intervengono significativamente, ma se la respirazione è più massiccia lavorano, spingendo il diaframma attivamente verso l’alto, aumentando la pressione interna dell’addome.

Anche i muscoli della laringe intervengono nella respirazione: le corde vocali, infatti, sono più divaricate durante l’inspirazione che durante l’espirazione.

Tutto ciò implica che l’atto inspiratorio sia una atto muscolarmente sempre attivo, mentre l’entrata dell’aria nei polmoni avviene passivamente: l’aria viene risucchiata all’interno dei polmoni perché vi si crea una pressione più bassa di quella esterna. L’atto espiratorio e muscolarmente passivo (in caso di respirazione normale a riposo), cioè avviene per rilassamento dei muscoli inspiratori, senza la contrazione di nessun muscolo espiratore, e l’aria esce in modo attivo, spinta fuori dall’aumento della pressione interna del torace.