L’apparato respiratorio è formato da una serie di organi, indicati generalmente come vie aeree che hanno il compito di introdurre ossigeno dall’ambiente e di espellere anidride carbonica, come scarto della respirazione. Le vie aeree (cavità nasale, faringe, epiglottide, trachea, bronchi, bronchioli) terminano all’estremità con sacche chiamati alveoli, che nel loro insieme formano i due polmoni( Fig. 43.01).

I polmoni sono alloggiati nel torace, una camera ermetica formata dalla gabbia toracica e dai suoi muscoli intercostali, con un pavimento a cupola, il diaframma, un foglio di muscoli attaccato alla parete del corpo alla base della gabbia toracica, che separa il torace dall’addome. Le superfici interne del torace sono rivestite dalla membrana pleurica, che secerne e mantiene il liquido pleurico, un liquido lubrificante derivato dal plasma sanguigno e che protegge i polmoni dall’attrito durante la respirazione.

Dalla trachea ai polmoni

Nella parte posteriore della bocca i polmoni si connettono con la faringe tramite la trachea. L’aria raggiunge la trachea dalla bocca e dalle narici, passando attraverso la laringe (scatola vocale). L’ingresso nella laringe avviene attraverso un’apertura simile a una fessura, la glottide. Sopra c’è un lembo cartilagineo, l’epiglottide. La glottide e l’epiglottide lavorano per impedire l’ingresso di cibo nella trachea. La trachea inizialmente corre accanto all’esofago. Gli anelli incompleti di cartilagine nella parete della trachea impediscono il collasso sotto la pressione di un grosso bolo di cibo che passa lungo l’esofago.

La trachea poi si divide in due bronchi, uno per ciascun polmone. All’interno dei polmoni i bronchi. I bronchioli più fini terminano in sacche d’aria, gli alveoli. Le pareti dei bronchi e dei bronchioli più grandi contengono muscoli lisci e sono anche sostenute da anelli o minuscole placche di cartilagine, prevenendo il collasso che potrebbe essere innescato da un’improvvisa riduzione della pressione che si verifica con potenti inspirazioni d’aria.

Ventilazione dei polmoni

 L’aria viene aspirata negli alveoli quando la pressione dell’aria nei polmoni è inferiore alla pressione atmosferica e viene espulsa quando la pressione è superiore alla pressione atmosferica. Poiché il torace è una camera ermetica, i cambiamenti di pressione nei polmoni si verificano quando cambia il volume del torace. Il modo in cui il volume del torace cambia durante la respirazione è illustrato nella Figura 42.167 e riassunto nella Tabella 42.1.

Struttura alveolare e scambio gassoso

 Il tessuto polmonare è costituito dagli alveoli, disposti in grappoli, ciascuno servito da un minuscolo bronchiolo. Gli alveoli hanno tessuto connettivo elastico come parte integrante delle loro pareti (Fig. 42.04).

Un sistema capillare avvolge i gruppi di alveoli

Ogni capillare è collegato a un ramo dell’arteria polmonare ed è drenato da un ramo della vena polmonare. La circolazione polmonare viene rifornita di sangue deossigenato dal lato destro del cuore e restituisce il sangue ossigenato al lato sinistro del cuore per essere pompato nel resto del corpo. Ci sono circa 700 milioni di alveoli nei nostri polmoni, per una superficie totale di circa 70 m². Questa è un’area 30-40 volte più grande di quella della pelle esterna del corpo. La parete di un alveolo è sottile ed è formata dall’epitelio del pavimento. Molto vicino c’è un capillare, la cui parete è anch’essa composta da un singolo strato di cellule endoteliali appiattite (pneumociti di tipo I). I capillari sono estremamente stretti, abbastanza larghi da consentire il passaggio dei globuli rossi; quindi, i globuli rossi sono vicini o in contatto con le pareti dei capillari( Fig.43.05).

La delicatissima struttura degli alveoli è protetta da due tipi di cellule, presenti in abbondanza nella pellicola superficiale di umidità:

– macrofagi (globuli bianchi fagocitici), le principali cellule del corpo che raccolgono i detriti, che originano dalle cellule staminali del midollo osseo e sono disperse nel corpo nella circolazione sanguigna. Queste cellule ameboidi migrano negli alveoli dai capillari. Qui, ingeriscono eventuali detriti, particelle di polvere fine, batteri e spore fungine presenti. Inoltre, rivestono le superfici delle vie aeree che conducono agli alveoli;

– cellule tensioattive (pneumociti di tipo II) che producono una miscela simile a un detergente che si diffonde dal sangue agli alveoli.

La tensione superficiale è una forza che agisce per minimizzare l’area superficiale di un liquido. A causa del minuscolo diametro degli alveoli (circa 0,25 mm) essi tenderebbero a collassare sotto la tensione superficiale durante l’espirazione. Il tensioattivo polmonare abbassa la tensione superficiale, permettendo agli alveoli di flettersi facilmente mentre la pressione del torace diminuisce e aumenta.

Il sangue che arriva ai polmoni è povero di ossigeno ma ricco di anidride carbonica. Mentre il sangue scorre oltre gli alveoli, lo scambio gassoso avviene per diffusione. L’ossigeno si dissolve nella pellicola superficiale alveolare dell’acqua, si diffonde nel plasma sanguigno e nei globuli rossi, dove si combina con l’emoglobina per formare l’ossiemoglobina. Allo stesso tempo, l’anidride carbonica si diffonde dal sangue agli alveoli.

Efficienza dei polmoni come organi di scambio gassoso. I polmoni dei mammiferi sono solo una risposta evolutiva alla necessità di organi efficienti di scambio gassoso in animali multicellulari compatti. Disposizioni alternative includono il sistema di tubi che convogliano l’aria direttamente alle cellule respiratorie degli insetti, alle branchie interne dei pesci e ai polmoni degli uccelli in cui l’aria viene aspirata in sacche d’aria che aggirano i polmoni. Da lì, viene espulso, attraverso i polmoni, che sono continuamente esposti all’aria “fresca” come risultato di questo meccanismo.