Apparato respiratorio
L'apparato respiratorioè una struttura anatomica adatta allarespirazione,presente sia nellepianteche negli animali.
Negli animali terrestri la superficie respiratoria è situata all'interno, ed è costituita, in particolar modo neitetrapodi,dalle vie aeree, daipolmonie da eventuali annessi come isacchi aeriferi.[1]L'apparato respiratorio permette gli scambi gassosi diossigenoedanidride carbonicaattraverso l'emoglobinaneglieritrocitidelsanguesecondo un processo chiamatoematosi.Loscambio dei gasavviene in piccoli sacchi cavi dettialveoli,nei mammiferi e nei rettili, e altri negli uccelli.[2]
Nella maggior parte deipescie in molti altri animali acquatici (sia vertebrati che invertebrati) l'apparato respiratorio è costituito dabranchie,che sono organi parzialmente o completamente esterni, immersi nell'ambiente acquoso.
Altri animali, come gliinsetti,hanno sistemi respiratori con caratteristiche anatomiche molto semplici; neglianfibianche lapellegioca un ruolo importante nello scambio di gas. Le piante hanno sistemi respiratori, ma la direzione dello scambio gassoso può essere opposta a quella negli animali. L'apparato respiratorio nelle piante comprende caratteristiche anatomiche come glistomi.[3]
Piante
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La respirazione delle piante è limitata dal processo di diffusione. Le piante usano ildiossido di carbonionel processo di fotosintesi ed eliminano l'ossigeno gassoso come rifiuto. La fotosintesi usa glielettronidegli atomi dicarbonioper depositare l'energia ottenuta dallaluce solare.[4]Le piante assorbonoanidride carbonicaattraverso dei buchi, dettistomi,che possono aprirsi e chiudersi e che si trovano sulla parte inferiore delle loro foglie o su altre parti della pianta. La maggior parte delle piante richiedeossigenoper i processicatabolici.
Invertebrati
[modifica|modifica wikitesto]Artropodi
[modifica|modifica wikitesto]Alcune specie digranchiousano un organo respiratorio chiamato branchiostego.[5]La sua struttura simile abranchiaaumenta la superficie utile per lo scambio dei gas, fatto utile per catturare l'ossigeno dall'acqua. Alcuni piccoliragnieacaripossono respirare semplicemente scambiando gas attraverso la superficie corporea. I ragni più grandi, gliscorpionie altriartropodiusano un polmone primitivo.
Insetti
[modifica|modifica wikitesto]La maggior parte degliinsettirespira passivamente attraverso aperture nell'esoscheletro,dette stigmi. L'aria raggiunge ogni parte del corpo per mezzo di una serie di piccoli canali dette trachee che vanno assottigliandosi fino ad entrare in contatto con le singole cellule dell'organismo.[6]La diffusione dei gas è efficace sulle piccole distanze ma non su quelle più grandi, questo è uno dei motivi per cui gli insetti hanno solitamente dimensioni ridotte. Gli insetti che non hanno stigmi e trachee, come alcunicollemboli,respirano direttamente attraverso la pelle, per diffusione di gas.[7]Il numero di stigmi di un insetto è variabile tra le specie, ma si trovano sempre in coppia, uno su ciascun lato del corpo. Alcuni ne hanno undici. La maggior parte degli insetti più antichi, come lelibellulee lecavallette,hanno due stigmi toracici e otto addominali. Nella restante parte degli insetti ce ne sono meno. Alcuni piccoli insetti non mostrano movimenti respiratori e possono non avere controllo muscolare sugli spiracoli. Altri invece utilizzano lacontrazione muscolaredelventre,insieme alla contrazione coordinata e il rilassamento degli stigmi, per ridurre la perdita di acqua nell'atmosfera.[8]
Molluschi
[modifica|modifica wikitesto]Imolluschisono generalmente dotati dibranchieche consentono lo scambio di gas tra l'ambiente acquoso e i lorosistemi circolatori.Questi animali possiedono anche uncuoreche pompa il sangue contenenteemocianina.[6]I molluschi hanno quindi un sistema respiratorio simile a quello dei pescivertebrati.L'apparato respiratorio deigasteropodipuò includere anchebranchieopolmoni.
Pesci
[modifica|modifica wikitesto]L'ossigeno è scarsamentesolubilein acqua, per questo i pesci hanno sviluppato lebranchie,organi specializzati contenenti filamenti che si dividono ulteriormente in lamelle. Le lamelle contengono una retecapillaredotata di pareti sottili e fitte che fa sì che una grande superficie di scambio venga messa a contatto con i grandi volumi di acqua circostante.[9]Le branchie usano un sistema discambio controcorrenteche aumenta l'efficienza di assorbimento dell'ossigeno dall'acqua.[10][11][12]L'acqua ossigenata fresca introdotta attraverso la bocca viene pompata ininterrottamente attraverso le branchie in una direzione, mentre il sangue delle lamelle scorre nella direzione opposta, creando un flusso controcorrente di sangue e acqua.[12]L'acqua viene aspirata attraverso l'apertura della bocca e la chiusura dell'opercolo (copertura della branchia). Contemporaneamente le camere branchiali si allargano, producendo una pressione inferiore rispetto a quella della bocca, facendo scorrere l'acqua sulle branchie.[12]Nel mentre, nella cavità orale vengono chiuse le valvole orali passive, che impediscono il reflusso di acqua dalla bocca.[12][13]L'acqua dalla bocca passa nelle camere branchiali, che si contraggono svuotandosi attraverso le aperture opercolari. Il sangue nei capillari lamellari scorre nella direzione opposta a quella dell'acqua, e perciò il flusso controcorrente mantiene ungradiente di concentrazionecostante per l'ossigeno e l'anidride carbonicalungo l'intera lunghezza di ciascun capillare. L'ossigeno è quindi in grado di diffondersi continuamente nel sangue, secondo il suo gradiente, mentre l'anidride carbonica viene rilasciata nell'acqua.[11]
Anfibi
[modifica|modifica wikitesto]Negli anfibi sia i polmoni che la pelle fungono da organi respiratori. La ventilazione dei polmoni anfibi è apressionepositiva: i muscoli abbassano il pavimento dellacavità orale,ampliandola e aspirando aria attraverso lenarici.Il pavimento della cavità orale viene sollevato con la chiusura delle narici e della bocca, forzando l'aria lungo latracheafino aipolmoni.La pelle di questi animali è molto vascolarizzata e umida, grazie alla secrezione di muco da cellule specializzate, ed è coinvolta nella respirazione cutanea. I polmoni sono gli organi principali per quanto riguarda lo scambio di gas tra ilsanguee l'aria ambientale (fuori dall'acqua), le proprietà uniche della pelle invece aiutano lo scambio dei gas quando gli anfibi sono immersi in acqua.[14]Alcuni anfibi hannobranchie,sia nelle prime fasi del loro sviluppo (ad esempio neigirini), mentre altri li mantengono nell'età adulta (ad esempio alcunesalamandre).[6]
Rettili
[modifica|modifica wikitesto]La struttura anatomica dei polmoni deirettiliè meno complessa che neimammiferi.I rettili infatti sono privi di una struttura ampia e complessa delle vie aeree come quella presente nei polmoni dei mammiferi. Lo scambio di gas nei rettili avviene neglialveoli.[6]I rettili non possiedono undiaframma,quindi, la respirazione avviene attraverso il cambiamento del volume della cavità corporea, controllato dalla contrazione dei muscoli intercostali. Fanno eccezione letartarughe,dove la contrazione di specifiche coppie di muscoli laterali governa sia l'inspirazione che l'espirazione.[15]
Uccelli
[modifica|modifica wikitesto]L'apparato respiratorio degli uccelli differisce significativamente da quello dei mammiferi. Gli uccelli hanno polmoni rigidi che non si espandono e si contraggono durante il ciclorespiratorio.Sono dotati di un ampio sistema disacchi aeriferidistribuiti nel corpo che agiscono come un soffietto: aspirano l'aria ambientale nelle sacche e la espellono dopo che è passata attraverso i polmoni.[6]Gli uccelli non hannodiaframmaocavità pleuriche.L'inalazione e l'espirazione sono effettuate aumentando e diminuendo il volume dell'intera cavità toracico-addominale usando i muscoli addominali e costali.[16][17][18]I polmoni degli uccelli sono più piccoli di quelli di mammiferi di uguali dimensioni, mentre le sacche d'aria rappresentano il 15% del volume totale del corpo.[19]Durante l'inspirazionei muscoli attaccati alle costole vertebrali si contraggono in avanti e verso l'esterno, aumentando sia il diametro verticale che trasversale della porzione toracica del tronco.[16]L'aumento di volume dell'intera cavità del tronco riduce la pressione dell'aria in tutti i sacchi toracico-addominali, facendoli riempire d'aria. Durante l'espirazione il muscolo obliquo esterno inverte il movimento inalatorio: comprime il contenuto addominale, aumentando la pressione in tutte le sacche d'aria. L'aria viene quindi espulsa dall'apparato respiratorio e avviene l'espirazione.[16]Durante l'inalazione l'aria entra nellatrachea,attraverso le narici e la bocca e continua fino allasiringe,dove la trachea si dirama in due bronchi, che continuano fino al polmone. Le estremità dei bronchi intrapolmonari scaricano aria nelle sacche d'aria posteriori all'estremità caudale dell'uccello.[16]
Mammiferi
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Nell'uomoe in altrimammiferi,l'anatomia di un tipico sistema respiratorio è costituito da differenti parti che sono:
- gli organi cavi da dove passano aria e gas, i quali vengono convogliati all'interno o all'esterno dei polmoni rispettivamente durante i processi di inspirazione ed espirazione;
- ipolmoni,in cui avviene lo scambio di gas con ilsangue,a livello deglialveoli.
Ad essi vanno ad aggiungersi eventuali organi ausiliari, tra cui:
- lacassa toracica,costituita dacostole,vertebre toracicheesterno,che fornisce il supporto strutturale;
- i muscoli, come ildiaframmae imuscoli intercostali,che permettono l'allargamento della gabbia toracica e l'espansione dei polmoni
Il tratto respiratorio può essere diviso in un tratto superiore e inferiore. Il tratto superiore comprende ilnasoe le cavità nasali, iseni paranasali,lafaringee la parte dellalaringeal di sopra delle corde vocali. Il tratto inferiore invece comprende la parte inferiore dellalaringe,latrachea,ibronchi,ibronchiolie glialveoli.
Le vie respiratorie del tratto inferiore vengono spesso definitealbero tracheobronchiale.[20]La trachea e i bronchi, così come i bronchioli più grandi hanno la funzione di portare l'aria aibronchioli respiratori,ai dotti alveolari e aglialveoli,dove avviene lo scambio di gas.[21][22]
I primi bronchi a ramificarsi dalla trachea sono i bronchi principali di destra e di sinistra. I bronchi entrano nei polmoni tramite l'ilo,[21]dove si diramano in bronchi secondari più stretti detti bronchi lobulari, che a loro volta si diramano in bronchi segmentali. In media il numero di diramazioni dell'albero respiratorio nell'uomo adulto sono 23, mentre iltopone ha solo 13.
Glialveolisono la parte finale dell'albero, a fondo cieco, perciò l'aria che li penetra deve uscire attraverso lo stesso percorso.
Mammiferi particolari
[modifica|modifica wikitesto]Icavallisono respiratori nasali obbligati, quindi differiscono da molti altri mammiferi che hanno la possibilità di respirare attraverso la bocca.
L'elefante è l'unico mammifero noto per non avere unospazio pleurico.Lapleura parietaleevisceralesono composte datessuto connettivodenso e unite tra loro tramite tessuto connettivo lasso.[23]Si ritiene che la mancanza dello spazio pleurico, insieme aldiaframmainsolitamente spesso, siano adattamentievolutiviche permettono all'elefante di rimanere sott'acqua per lunghi periodi di tempo.[24]Nell'elefante i polmoni sono attaccati al diaframma e la respirazione si basa principalmente sul diaframma piuttosto che sull'espansione dellagabbia toracica.[25]
Umani
[modifica|modifica wikitesto]| Apparato respiratorio | |
|---|---|
 | |
| Identificatori | |
| MeSH | A04 |
| TA | A06.0.00.000 |
| FMA | 7158 |
Dal punto di vista della struttura l'apparato respiratorio umano è costituito da:
- nasoesterno (fosse nasaliecavità nasali);
- faringe;
- laringe;
- trachea;
- bronchiebronchioli;
- polmonicostituiti da alveoli polmonari;
- pleura(costituito da pleura interna (detta anche "viscerale" ) ed esterna (detta anche "parietale" ), al cui interno è presente il liquido pleurico).
Vie aeree
[modifica|modifica wikitesto]Le vie aeree sono formate da organi cavi in cui le sostanze gassose vengono trasportate da o verso ipolmoni.I polmoni devono essere mantenuti costantemente liberi, motivo per cui sono sostenuti esternamente da una struttura ossea, cartilaginea e muscolare. Pur essendo in continuità tra di loro, le vie aeree vengono suddivise in vie aeree superiori e inferiori, in base ad aspetti organogenetici e clinici.
- Le vie aeree superiori sono costituite dalnasoesterno ecavità orali,insieme con lefosse nasalieseni paranasali;lafaringe,lalaringee la trachea. Questo tratto è parzialmente in comune con l'apparato digerente,e ha diverse funzioni accessorie come l'umidificazione e il riscaldamento dell'aria, oltre alla cattura del pulviscolo e dei microrganismi derivati dall'esterno per mezzo delmuco,espulso verso l'alto tramite le ciglia dell'epitelio. Gli organi delle vie aeree superiori derivano dai quattroarchi faringei,che compaiono circa alla quinta settimana disviluppo embrionale.
- Le vie aeree inferiori sono costituite daibronchi,che sono a loro volta costituiti da anelli di tessuto di cartilagine sulla parte anteriore, e datessuto connettivonella parte posteriore.
Polmoni
[modifica|modifica wikitesto]Ilpolmoneè l'organo essenziale per la respirazione deivertebrati.La sua principale funzione è di trasportare l'ossigenodall'atmosfera alsanguee di espellere l'anidride carbonicadalsangueverso l'ambiente esterno. I polmoni possono funzionare indipendentemente l'uno dall'altro, sia per il nutrimento che per la vascolarizzazione. Sono rivestiti da una membrana chiamatapleuraviscerale, che a sua volta si continua in una pleura parietale che riveste lacavità toracica.Il sottile spazio tra le due membrane, spazio pleurico, è ripieno di un liquido che riduce l'attrito tra polmone e parete toracica e aiuta a creare una pressione negativa tra le due membrane, impedendo il collasso dei polmoni e la chiusura delle vie aeree inferiori.
Latracheasi biforca in duebronchi,ciascuno dei quali conduce ad un polmone. All'interno dei polmoni, i bronchi si ramificano ripetutamente in tubi sempre più sottili chiamatibronchioli,i quali terminano in grappoli di sacche aeree chiamatealveoli.Quest'ultimi cedono al sangue l'ossigeno appena inalato, scambiandolo con l'anidride carbonica, che lo stesso sangue ha trasportato da tutto l'organismo.
Fisiologia
[modifica|modifica wikitesto]Inspirazione ed espirazione
[modifica|modifica wikitesto]L'atto respiratorio si divide in due fasi:inspirazioneedespirazione.
L'inspirazione avviene grazie alla contrazione deimuscoli intercostalie deldiaframma,che provoca un aumento di volumepolmonaree una diminuzione della pressioneintrapleurica:ne consegue un'aspirazione dell'aria nei polmoni.
L'espirazione solitamente è passiva, determinata dal rilascio della forza elastica del parenchima polmonare. Il volume toracico diminuisce, i polmoni vengono compressi e l'aria espulsa.
In un uomo adulto con un'inspirazione normale vengono introdotti circa 0.5 litri di aria, mentre con un'inspirazione forzata si arriva a circa 3 litri di aria introdotta. Con un'espirazione forzata si espellono circa 1.1 litri di aria. Il totale di tutta questa aria è di circa 4.8 litri d'aria, e viene dettacapacità vitale.Nei polmoni rimane sempre un volume residuo d'aria di 1,2 litri. La capacità polmonare totale è di 5.8 litri.[26]
A livello alveolare vi è uno scambio dei gas tra aria e sangue: l'ossigenopassa dall'alveolo al sangue e l'anidride carbonicadal sangue all'alveolo per diffusione o secondo gradiente di concentrazione (passaggio passivo). Anche a livello cellulare l'ossigeno passa da sangue a cellula e l'anidride carbonica da cellula a sangue per diffusione.
Entrambi i gas vengono portati in tutto il corpo attraverso il circolo ematico. L'ossigeno si lega all'atomo di ferro dell'eme,gruppo prosteticodell'emoglobinacontenuta all'interno deiglobuli rossi,per essere trasportato ai tessuti; l'anidride carbonica si lega invece all'acqua presente nelsangue.
Patologie
[modifica|modifica wikitesto]Le vie respiratorie e i polmoni sono bersaglio di malattie gravi provocate da batteri, virus e sostanze tossiche (gas, polveri ecc.), nonché datumori:i primi possono penetrare con facilità nell'apparato respiratorio insieme all'aria inspirata. I disturbi del sistema respiratorio possono essere classificati in diversi gruppi generali:
- Condizioni ostruttive delle vie aeree (ad es.enfisema,bronchite,asma)
- Condizioni restrittive polmonari (ad es.fibrosi,sarcoidosi,versamento pleurico)
- Malattie vascolari (ad es.edema polmonare,embolia polmonare,ipertensione polmonare)
- Malattie infettive, ambientali e di altro tipo (ad es.,polmonite,tubercolosi,asbestosi)
- Tumori primitivi (ad es.carcinomabronchiale,mesotelioma)
- Tumori secondari (ad es. tumorimetastatici)
- Tensioattivi insufficienti (ad es.sindrome da stress respiratorio dei neonati).
Note
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Voci correlate
[modifica|modifica wikitesto]Altri progetti
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Collegamenti esterni
[modifica|modifica wikitesto]- (EN) Fred N. White, Warren W. Burggren, Alfred P. Fishman, Robert A. Klocke e Ewald R. Weibel,respiratory system,suEnciclopedia Britannica,Encyclopædia Britannica, Inc.
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