La struttura dell'apparato respiratorio

La respirazione esterna, ossia lo scambio di gas tra ambiente e cellule dell'organismo, può essere suddivisa in quattro processi integrati: (1) lo scambio di aria tra atmosfera e polmoni è il processo noto come ventilazione. L'inspirazione è l'ingresso di aria nei polmoni; l'espirazione è l'uscita di aria dai polmoni; (2) lo scambio di ossigeno e anidride carbonica tra polmoni e sangue; (3) il trasporto di ossigeno e anidride carbonica nel sangue; (4) lo scambio di gas tra sangue e cellule. La respirazione esterna richiede il funzionamento coordinato degli apparati respiratorio e cardiovascolare. L'apparato respiratorio è costituito dalle strutture coinvolte nella ventilazione e nello scambio dei gas, che comprendono:
Il sistema di conduzione, o vie aeree, che va dall'ambiente esterno fino alla superficie di scambio dei polmoni.
Gli alveoli, una serie di sacchi interconnessi che formano collettivamente la superficie di scambio, attraverso cui l'ossigeno diffonde dall'aria inspirata al sangue e l'anidride carbonica diffonde dal sangue all'aria che sta per essere espirata.
Le ossa e i muscoli del torace e dell'addome, che permettono la ventilazione.
L'apparato respiratorio, inoltre, può essere suddiviso in due parti. Il tratto respiratorio superiore è costituito da bocca, cavità nasale, faringe, laringe e trachea. Il tratto respiratorio inferiore è costituito, invece, dalla trachea, dai due bronchi primari, dalle loro ramificazioni e dai polmoni. Quest'ultimo è detto anche porzione toracica dell'apparato respiratorio essendo racchiuso nella cavità toracica. Come sappiamo, il torace è delimitato dalle ossa della colonna vertebrale, dalle coste e dai muscoli a esse associati. Le coste della colonna vertebrale formano le pareti laterali, mentre un muscolo scheletrico a forma i cupola, il diaframma, ne forma il pavimento. Dal punto di vista funzionale, la cassa toracica è un contenitore sigillato che contiene tre sacchi membranosi. Uno, il sacco pericardico, contiene il cuore. Gli altri due, i sacchi pleurici, contengono i polmoni. L'esofago, i vasi sanguigni e i nervi passano tra i due sacchi pleurici. Comunque, i polmoni sono costituiti da tessuto leggermente simile a una spugna, il cui volume è principalmente occupato da spazi riempiti di aria. Questi organi a forma di cono irregolare occupano quasi completamente la cavità toracica, con la base appoggiata sul diaframma. Ogni polmone si trova all'interno di un sacco pleurico formato da due foglietti pleurici, di cui uno riveste l'interno della cavità toracica e l'altro la superficie esterna del polmone. Le membrane o i foglietti pleurici, detti anche semplicemente pleure, sono costituiti da diversi strati di tessuto connettivo elastico e numerosi capillari. I due foglietti sono tenuti insieme da uni strato sottile di liquido pleurico. Il risultato è la costituzione di un sistema simile ad un palloncino pieno d'aria (i polmoni) circondato dalle pareti di un palloncino pieno di liquido (il sacco pleurico). L'aria entra nel tratto respiratorio superiore dalla bocca e dal naso e passa nella faringe, via di passaggio comune per cibi, liquidi e aria. Dalla faringe, l'aria fluisce attraverso la laringe per raggiungere la trachea. Quest'ultima si estende nella cavità toracica, dove si ramifica in una coppia di bronchi primari, uno per ogni polmone. All'interno dei polmoni i bronchi si ramificano ripetutamente in bronchi progressivamente più piccoli. Come la trachea, i bronchi sono tubi semirigidi sostenuti da cartilagine. Nei polmoni, i bronchi più piccoli diventano bronchioli, piccole vie di passaggio comprimibili con pareti costituite da muscolo liscio. I bronchioli continuano a ramificarsi fino ai bronchioli terminali che terminano a livello dell'epitelio di scambio polmonare. Il diametro delle vie aeree diventa progressivamente più piccolo dalla trachea ai bronchioli, ma mentre le singole vie aeree diventano più strette, aumentano di numero. Di conseguenza, d'area della superficie di sezione aumenta ad ogni divisione di queste vie. Comunque, gli alveoli, raggruppati all'estremità dei bronchioli terminali, costituiscono la maggior parte del tessuto polmonare. La loro funzione primaria è lo scambio di gas tra l'aria presente negli alveoli e il sangue. Ogni minuscolo alveolo è costituito da un singolo strato di sottile epitelio di scambio. Sono presenti due tipi di cellule epiteliali, quasi in numero uguale: le cellule alveolari di tipo I, sono molto grandi e sottili, in modo da permettere ai gas di diffondere rapidamente attraverso di esse, mentre le cellule alveolari di tipo II, sono più piccole ma più spesse, e sintetizzano una sostanza chimica detta surfactante, che si mescola con il sottile liquido di rivestimento alveolare per facilitare l'espansione polmonare durante la ventilazione. Comunque, gli alveoli sono in stretta vicinanza con i capillari. Come ben si può capire, le sottili pareti alveolari non hanno tessuto muscolare, perché questo potrebbe ostacolare lo scambio gassoso; di conseguenza, il tessuto polmonare non può contrarsi.. Tuttavia, il tessuto connettivo presente tra le cellule epiteliali alveolari contiene molte fibre elastiche che contribuiscono al ritorno elastico quando il tessuto polmonare viene stirato.