MEDICINA - IL CORPO UMANO - IL SISTEMA RESPIRATORIO

INTRODUZIONE

Tutti i processi vitali dell'uomo si svolgono grazie alla presenza di ossigeno. Abbiamo visto che le cellule utilizzano l'ossigeno per compiere complesse reazioni chimiche che portano alla liberazione di energia e all'eliminazione dall'organismo di anidride carbonica, che rappresenta un sottoprodotto del processo di respirazione cellulare comune a tutti gli esseri viventi.
L'apparato respiratorio, dunque, non è l'organo essenziale della respirazione, ma semplicemente un tramite per consentire all'ossigeno contenuto nell'aria di penetrare nel nostro corpo e qui venire trasportato, per mezzo del sangue, a tutte le cellule dell'organismo.
Si ritiene generalmente che la respirazione cellulare consista nel bruciare il carbonio contenuto nel glucosio, fonte primaria di energia per tutti gli organismi viventi, e che l'anidride carbonica espulsa dai polmoni sia il risultato di questa combustione. In realtà l'anidride carbonica rappresenta semplicemente ciò che resta del glucosio quando tutti gli atomi di idrogeno in esso contenuti gli sono stati sottratti. In questa prima fase il glucosio si trasforma in acido piruvico, e una parte di anidride carbonica viene immediatamente espulsa.
Successivamente l'acido piruvico va incontro a reazioni chimiche all'interno della cellula per dare luogo alla sintesi dell'ATP, molecola accumulatrice di energia. Ricordiamo che l'ATP è la sostanza utilizzata dalle fibre muscolari come «carburante» per provocare la contrazione e quindi il movimento dei muscoli. Una volta terminata la sintesi di ATP, quando l'anidride carbonica è già stata eliminata, l'idrogeno è ancora presente nella cellula. Esso viene utilizzato nella catena respiratoria vera e propria, ossia cede progressivamente l'energia di cui è carico e permette alla cellula di svolgere le sue funzioni senza che avvengano combustioni propriamente dette, vale a dire reazioni chimiche a temperature incompatibili con la vita della cellula stessa.
Gli atomi di idrogeno perdono man mano il loro potenziale energetico, diventano inutilizzabili e tendono infine ad accumularsi. A questo punto la cellula deve eliminarli, perché una così alta concentrazione di idrogeno accresce l'acidità dell'ambiente oltre i limiti tollerabili.
A ciò provvede l'ossigeno, trasportato dall'emoglobina contenuta nei globuli rossi del sangue (si veda il capitolo riguardante la circolazione sanguigna). Essi hanno assorbito l'ossigeno dai polmoni e poi lo hanno ceduto, attraverso i capillari, al liquido interstiziale nel quale le cellule sono immerse.
Qui l'idrogeno si lega con l'ossigeno per formare acqua e viene quindi rimosso dalla cellula.
Circolazione sanguigna polmonare

I meccanismi che regolano la respirazione

MODELLI DI SISTEMI RESPIRATORI

Negli animali si sono sviluppati diversi tipi di organi respiratori; quasi tutte le cellule, siano esse singoli microorganismi o parte dei tessuti di un animale o di una pianta, prendono ossigeno ed emettono anidride carbonica per diffusione dei gas attraverso la membrana cellulare, la sottile parete che riveste il corpo della cellula.
Negli animali pluricellulari più piccoli la respirazione avviene direttamente attraverso la superficie del corpo, perché tutte le cellule sono abbastanza vicine all'ambiente esterno.
Gli animali più grossi e complessi necessitano di superfici interne specializzate nello scambio di gas; negli organismi che vivono in ambienti differenti si sono sviluppati diversi tipi di superfici respiratorie, ma sempre accomunate da analoghe caratteristiche, che consistono nella maggiore estensione possibile dell'area di superficie attraverso la quale possono venire scambiati i gas. Per questo motivo il tessuto degli organi respiratori si dispone generalmente in ampie pieghe o tasche, che ne aumentano la superficie totale.
Gli organi respiratori che si trovano in molti animali acquatici si chiamano branchie, e sono dei ripiegamenti di tessuto posti sulla superficie esterna del corpo dell'animale, che mettono a disposizione una vasta area di contatto per l'assunzione di ossigeno.
Negli animali terrestri, e tra questi anche l'uomo, le branchie sono scomparse. Prima della nascita, il sangue dei piccoli riceve l'ossigeno dal sangue della madre; dopo la nascita i vertebrati terrestri respirano attraverso i polmoni, sacche interne usate per prendere l'ossigeno dall'aria. La funzione respiratoria conserva alcune caratteristiche dell'originaria respirazione acquatica, nella quale l'ossigeno passa da un liquido all'altro. Nei polmoni infatti, i capillari sanguigni non si trovano a diretto contatto con l'aria poiché l'ossigeno si diffonde in un liquido che mantiene umidi gli alveoli polmonari, che sono le superfici dove appunto si svolge lo scambio di elementi gassosi.

LA RESPIRAZIONE NELL'UOMO

Abbiamo visto come il sistema respiratorio polmonare, così come quello circolatorio, non sono altro che meccanismi ausiliari per portare l'ossigeno a livello di ogni cellula dell'organismo, dove si svolge il processo respiratorio vero e proprio.
La respirazione polmonare assolve prima di tutto alla funzione di fornire ossigeno all'organismo ed espellere anidride carbonica; tuttavia anche gli atti del parlare, cantare, singhiozzare, sbadigliare o tossire dipendono da essa.
La respirazione è un movimento inconscio, come è provato dal fatto che continua durante il sonno, tuttavia un atto volontario può intensificarla o rallentarla; sotto questo aspetto si differenzia dalla contrazione cardiaca che non va soggetta al controllo della volontà.
Una persona in stato di riposo generalmente respira sette litri d'aria al minuto. La respirazione mantiene questo volume abbastanza costante, stabilizzando così la concentrazione di anidride carbonica nel sangue arterioso. Infatti non è tanto la necessità di ossigeno a stabilire il ritmo della respirazione, quanto la necessità di eliminare l'anidride carbonica.
Quando si fa del moto, ad esempio, il volume dell'aria respirata aumenta proporzionalmente all'aumento del quantitativo di anidride carbonica che deve essere eliminata dal sangue.
Grazie all'attività dei centri nervosi la ventilazione viene inconsciamente modificata in modo che circa venti litri di aria pura per ogni litro di anidride carbonica prodotto raggiungono la superficie dei polmoni.

GLI ORGANI

I più importanti organi della respirazione sono naturalmente i polmoni, ma per arrivare ad essi l'aria passa attraverso le cavità nasali che comunicano con altre cavità a fondo cieco localizzate nelle ossa frontali e chiamate seni. Le pareti di queste cavità sono ricurve e ricoperte di secrezioni; questa conformazione risponde all'esigenza di riscaldare e purificare l'aria che inspiriamo grazie ai cambiamenti di direzione che subisce all'interno delle cavità e alla presenza di muco sul quale si depositano le impurità.
L'aria, percorse le vie nasali, giunge nella faringe e imbocca la trachea che è situata davanti all'esofago, organo cavo che collega la faringe allo stomaco. Le vie percorse dall'aria incrociano dunque la strada percorsa dal cibo. Questa particolare conformazione può provocare inconvenienti anche gravi quando qualche particella di cibo o di liquido finisce nella trachea; in genere le vie respiratorie se ne liberano con dei colpi di tosse. Questo inconveniente di solito non si verifica grazie alla presenza dell'epiglottide, un lembo di tessuto simile a un tettuccio che si abbassa a coprire le vie respiratorie e sul quale «scivola» il cibo masticato nel passaggio dalla faringe all'esofago. Al termine della faringe ha inizio la laringe, all'interno della quale l'aria in entrata e in uscita passa tra due pieghe che sono chiamate corde vocali e che provocano l'emissione della voce.
Quando le corde vocali sono tenute lontane l'una dall'altra, la fuoriuscita dell'aria avviene senza emissione di suono. Ma se le cartilagini sulle quali sono inserite le corde vocali si muovono in modo tale da farle avvicinare, il suono viene regolarmente emesso.
Al di sotto della laringe ha inizio la trachea, che si prolunga nell'albero bronchiale. Entrambe sono costituite da parti cartilaginee rivestite da mucose; la relativa rigidezza delle cartilagini è di grande importanza perché impedisce alle pareti di avvicinarsi l'una all'altra e di occludere le cavità delle vie respiratorie.
La trachea si divide in due rami, i bronchi, e questi a loro volta, in rami sempre più sottili fino ai bronchioli, ciascuno dei quali immette l'aria in un gruppo di piccole cavità chiamate alveoli. Separati fra loro da pareti sottilissime, nelle quali scorre il sangue, gli alveoli accolgono l'aria inspirata e formano la superficie respiratoria vera e propria dove avvengono gli scambi gassosi con il sangue.
I polmoni sono costituiti dall'insieme di queste piccolissime cellette spugnose; il polmone destro è diviso in tre parti o lobi, il sinistro in due lobi.
I polmoni non contengono muscoli, ma aderiscono strettamente alla gabbia toracica e ne seguono i movimenti. Un sottile strato fluido scorre fra le pleure cioè le membrane che costituiscono la copertura dei polmoni e il rivestimento interno del torace.

IL MEDIASTINO SUPERIORE

Il mediastino superiore è delimitato inferiormente da un piano immaginario passante per la giunzione fra corpo e manubrio sternali anteriormente e l'articolazione T4-T5 posteriormente.
È una regione anatomica di grandissima importanza per le strutture che contiene: l'intero arco della arteria aorta, dal quale in questa regione prendono origine i vasi che andranno a irrorare le strutture del capo e degli arti superiori (arteria carotide comune, arteria succlavia a sinistra; a destra, arteria anonima); la trachea e le prime divisioni dei bronchi e gran parte dell'esofago. Accollati strettamente all'esofago si portano verso il basso i due nervi vaghi, principali tronchi parasimpatici diretti ai visceri della cavità toracica e addominale.
Lo spazio restante è riempito da un tessuto cellulare lasso che ha l'importante funzione di rendere indipendenti (isolare) i vari organi tra di loro, permettendone la reciproca mobilità. Se il cellulare lasso si infiamma (mediastinite superiore) le strutture in esso immesse vengono a soffrire in maniera anche assai grave.
Il mediastino superiore

I MECCANISMI

Durante l'inspirazione (entrata dell'aria), il muscolo del diaframma, che ha forma di cupola e separa la cavità toracica da quella addominale, si contrae e si appiattisce abbassandosi ed estendendo la cavità toracica verso il basso.
Nello stesso tempo, i muscoli esterni delle costole e altri muscoli del torace si contraggono facendo sollevare le costole e aumentando il diametro del torace.
L'allargamento del torace abbassa la pressione dell'aria nei polmoni, provocando l'ingresso di aria dall'esterno, spinta dalla maggiore pressione atmosferica.
Nella respirazione normale, l'espirazione (uscita dell'aria) si compie senza ulteriore sforzo muscolare, con il semplice ritorno del torace e dei polmoni alla loro posizione di quiete.
Nella respirazione profonda invece, l'espirazione è aiutata dalla contrazione dei muscoli addominali che spingono il diaframma verso l'alto e dai muscoli interni della gabbia toracica che, a loro volta, spingono le costole verso il basso.
L'inspirazione richiede sempre uno sforzo muscolare mentre l'espirazione è di solito un processo esclusivamente passivo.
I cambiamenti delle dimensioni della cavità toracica influiscono sulla pressione gassosa all'interno dei polmoni. Quando la cavità toracica aumenta di volume, la pressione all'interno del torace diminuisce. Questo calo di pressione permette l'ingresso dell'aria nei polmoni dall'ambiente esterno, dove la pressione atmosferica è più elevata.
Quando la cavità toracica diminuisce, la pressione interna diventa maggiore della pressione atmosferica e l'aria viene così espulsa dalle vie respiratorie.
Il ritmico succedersi dell'aumento e della diminuzione del volume della cavità toracica è la pompa meccanica che porta l'aria all'interno e all'esterno dei polmoni.

GLI SCAMBI GASSOSI

La particolare conformazione degli alveoli polmonari determina l'estensione della superficie polmonare. Infatti, se i polmoni avessero la forma di un pallone, la loro superficie sarebbe infinitamente minore e questo pregiudicherebbe la funzionalità dell'organo, perché la velocità con cui l'ossigeno può entrare nel sangue, e l'anidride carbonica può uscirne, non dipende dal volume d'aria contenuto nei polmoni quanto piuttosto dalla superficie sulla quale si svolge lo scambio.
Per soddisfare queste esigenze i nostri polmoni sono costituiti appunto da un numero enorme di «palloncini», gli alveoli, che occupano lo stesso spazio di un «pallone» - per proseguire nel paragone - risolvendo così efficacemente il problema di avere la massima superficie disponibile per lo scambio di gas tra il sangue e l'aria, utilizzando il minimo volume.
Un altro fattore che garantisce la velocità di questi scambi è determinato dalla differenza di pressione fra i capillari e la cavità degli alveoli.
Occorre infatti una maggiore pressione nei capillari perché l'anidride carbonica venga ceduta dai capillari stessi agli alveoli e quindi espulsa in fase di espirazione, e viceversa una pressione minore perché l'ossigeno che si trova negli alveoli venga assorbito dai capillari.
Queste differenze di pressione si verificano durante le fasi di inspirazione ed espirazione, a loro volta provocate da movimenti della gabbia toracica. Quando la parete della gabbia toracica si allarga, gli alveoli si distendono e la pressione al loro interno diminuisce in tal modo che l'anidride carbonica lascia i capillari ed entra negli alveoli.
Successivamente i muscoli si rilasciano, la gabbia toracica si stringe provocando una diminuzione del volume dei polmoni: in questo modo la pressione negli alveoli aumenta e l'ossigeno viene «spinto» nei capillari pronti a riceverlo.

INQUINAMENTO AMBIENTALE E SUE CONSEGUENZE

Nelle aree altamente industrializzate, si può avere una concentrazione particolarmente alta di sostanze tossiche o comunque nocive nell'aria. Queste sostanze possono essere di varia natura: ci basta citare l'ossido ed il diossido di azoto, l'ozono, gli ossidi di zolfo, il monossido di carbonio. Diffuso è anche l'inquinamento da piombo, prodotto dalla combustione degli idrocarburi (es. gas di scarico delle automobili). I principali rischi di tale inquinamento dell'aria sono per il nostro apparato respiratorio: sembra infatti che l'incidenza di asma, bronchite cronica e cancro al polmone sia maggiore nelle aree molto inquinate. Naturalmente quello di cui stiamo parlando è un inquinamento presente nell'ambiente esterno: esiste tuttavia anche un inquinamento degli ambienti interni, particolarmente subdolo e pericoloso, il cui principale responsabile è il fumo di sigaretta. È ormai accertata la correlazione fra il fumo di sigaretta e la bronchite cronica ed il cancro al polmone.
Finora abbiamo parlato di inquinamento dell'aria; è chiaro però che le particelle inquinanti possono anche riversarsi nelle acque o ricadere al suolo. Anche questi tipi di inquinamento sono molto pericolosi, perché le particelle inquinanti possono entrare a far parte delle catene alimentari e ritrovarsi quindi nei vegetali e nelle carni degli animali. Ad esempio, nel caso dell'inquinamento da mercurio, questo elemento è stato ritrovato nei pesci e gli esseri umani che si sono nutriti delle loro carni sono andati incontro a gravi fenomeni di tossicità, specie a carico del sistema nervoso.
È noto tuttavia che non solo gli scarichi industriali, ma anche quelli domestici possono portare molto danno all'ambiente: la schiuma dei detersivi si accumula nei fiumi e nei torrenti e viene portata al mare, rendendo le acque inabitabili per gli animali e le piante che le popolano.
Infine, anche l'agricoltura è responsabile di un inquinamento particolare, quello da fertilizzanti (usati per aumentare la produzione dei campi) e quello - pericolosissimo - da pesticidi (sostanze usate per sconfiggere i parassiti, ma estremamente nocive anche per l'uomo). Ultimamente, quantità dosabili di pesticidi sono state trovate nel latte di donne che lavoravano in campi dove tali sostanze venivano abitualmente usate.
Come si vede, le sostanze inquinanti non si disperdono, ma continuano ad esercitare la loro azione devastante sull'ambiente entrando nei cicli alimentari a diversi livelli.
Per questo motivo, dobbiamo essere particolarmente sensibili al problema ed esigere con tutti i mezzi a nostra disposizione delle serie misure di prevenzione da parte delle autorità competenti.
Sezione di polmone intossicato da sostanze inquinanti