Sistema respiratorio
In tutti gli organismi lo scambio gassoso di ossigeno e anidride
carbonica tra le cellule e l'ambiente circostanze avviene per diffusione
(movimento netto di particelle da una zona dove vi è una maggiore
concentrazione a una zona di minore concentrazione). Quando si trattano i gas
la concentrazione prende il nome di pressione, la pressione parziale
dell'ossigeno è così la pressione dell'ossigeno nell'aria.
L'ossigeno entra nelle cellule per diffusione e qui si ossida per produrre
quell'energia cellulare, che produce anidride carbonica che riesce dalla
cellula nuovamente per diffusione. La diffusione però è un
passaggio che soddisfa solo gli organismi più piccoli in quanto negli
organismi nei quali le cellule sono distanti dall'aria o dall'acqua la
diffusione non basta più e per questo motivo va via che con l'evoluzione
gli organismi sono cresciuti sempre più in dimensioni si sono sviluppati
nuovi apparati respiratori circolatori con metodi di passaggio dell'ossigeno
all'interno degli organismi, come il flusso di massa (movimento complessivo di
molecole che si muovono tutte insieme in risposta alla pressione o alla
gravità). Nei lombrichi o e co2 entrano ed escono per diffusione ma
all'interno del sangue scorrono per flusso di massa. Negli insetti l'aria passa
nei tessuti attraverso trachee e all'interno la diffusione può essere
stimolata anche grazie a movimenti del corpo che spingono l'aria per flusso di
massa dentro e fuori gli spiracoli. Le branchie e i polmoni sono strutture atte
ad aumentare la superficie respiratoria. Le branchie sono estroflessioni
epiteliali direttamente a contatto da una parte con l'ambiente e dall'altra con
i vasi sanguigni. Sono costituite perciò da un unico strato di cellule e
possono avere una forma pitta, stratificata o a pieghe. Nel corso
dell'evoluzione hanno adempito a più compiti in un primo momento hanno
avuto la funzione nutritive l'acqua entrava nella bocca, e veniva espulsa dalle
fessure branchiali, priva delle sostanze nutritive trattenute dall'organismo in
seguito a pressioni selettive che spinsero gli organismi a sviluppare un
tegumento più robusto, e a diventare più grossi e veloci e quindi
più bisognosi di energia le branchie acquistarono una funzione
respiratoria aumentando così la superficie respiratoria e anche il
rifornimento di sangue dell'epitelio. Ai giorni nostri le branchie si sono
munite anche di un opercolo osseo per proteggersi e ora l'acqua viene pompata
nella bocca e fuoriesce dalle branchie dopo aver ceduto ossigeno per
diffusione. Il meccanismo dello scambio veloce fa si che l'acqua scorra
attraverso le branchie in una direzione e il sangue scorra nella direzione
opposta. E ciò comporta che la concentrazione di O disciolto nel sangue
in ogni regione delle branchie sia minore della concentrazione di O presente
nell'acqua che vi scorre sopra. I polmoni sono cavità interne nelle
quali penetra aria ricca di ossigeno rispetto alle branchie poiché un flusso
continuo lungo la superficie respiratoria costituisce un sistema più efficiente.
Tuttavia l'aria è una fonte di ossigeno di gran lunga migliore
dell'acqua. I polmoni non sono essenziali per poter respirare aria tuttavia il
loro grande vantaggio è la capacità di rimanere umidi senza una
gran perdita di acqua per evaporazione. Gli anfibi e gli invertebrati hanno
polmoni semplici, con una superficie respiratoria interna ancora poco sviluppata,
e utilizzano ancora la cute per lo scambio di gas. Con l'evoluzione si osserva
la nascita della trachee munita di una particolare cartilagine, che è un
ottimo meccanismo di controllo, l'epiglottide e delle narici che permettono la
respirazione anche a bocca chiusa. Un importante caratteristica è la
possibilità di scambiare aria con l'atmosfera per flusso di massa come
risultato di un cambiamento di volume dei polmoni generato per mezzo della
contrazione e del rilassamento di particolari muscoli; questo processo è
detto ventilazione polmonare. Le molecole di O si muovono tra l'ambiente
esterno e i tessuti metabolicamente attivi sia per diffusione sia per flusso di
massa attraverso 4 tappe: 1)movimento per flusso di massa di aria o acqua
contenenti ossigeno verso un sottile epitelio umido posto vicino ai capillari
dei polmoni o delle branchie 2) diffusione dell'ossigeno nel sangue attraverso
l'epitelio 3)movimento per flusso di massa del sangue contenente ossigeno in
soluzione verso i tessuti dove sarà utilizzato 4) diffusione
dell'ossigeno dal sangue nei liquidi interstiziali da dove diffonde nelle
singole cellule l'anidride carbonica segue il percorso inverso per essere
eliminata dal corpo. L'aria entra nelle cavità nasali dove si riscalda e
dove le impurità vengono trattenute passa dalla faringe e arriva alla
trachea le cui pareti sono rinforzate da anelli cartilaginei al fine di non
permettere un collasso durante l'inspirazione arriva così ai bronchi che
si ramificano sempre più in bronchioli che sono circondati da un sottile
strato di tessuto muscolare liscio le cui contrazioni e rilassamenti modificano
la resistenza al flusso d'aria. Trachea bronchi e bronchioli sono adibiti al
trasporto dell'aria per flusso di massa da e verso gli alveoli, piccoli sacchi
d'aria intorno alle estremità dei bronchioli più piccoli, che
sono rivestiti internamente da cellule epiteliali che possono o secernere muco
al fine di trattenere le particelle estranee o essere cellule cigliate che
spingono muco e particelle verso la faringe dove poi vengono inghiottite. Gli alveoli sono circondati da capillari
sanguigni le pareti dei capirai e degli alveoli sono divisi da un unico strato
di cellule epiteliali appiattite separate le une dalle altre da una sottile
membrana basale. Lo scambio dei gas tra aria e sangue avviene per diffusione. I
polmoni sono avvolti dalla Pleura sottile membrana sierosa costituita da due
foglietti uno che riveste la cavità toracica e l'altro che aderisce alla
superficie del polmone tra i due strati pleurici tra loro continui si trova un
velo di liquido che garantisce lo scorrimento reciproco. Le infezioni sono
dovute a diversi batteri patogeni che causano infiammazioni nelle diverse
sezioni dell'apparato respiratorio: laringite, tracheite, bronchite, polmonite,
pleurite che un tempo potevano portare alla setticemia, un'elevata
concentrazione di microbi che attaccavano molti organi ora, in seguito alla
scoperta della penicillina avvenuta nel 1928 ad opera di Fleming si dispone di
numerosi antibiotici per guarirle. I
bronchi sono rivestiti da una muscolatura liscia che controllata dal sna regola
il flusso d'aria a seconda delle richieste ciò nonostante per diverse patologie
i bronchi possono avere diversi spasmi che rendono problematico lo scambio
dell'ossigeno e dell'anidride carbonica. L'asma è una reazione
infiammatoria delle vie bronchiali che si verifica per agenti allergizzanti i
casi acuti nei casi acuti l membrane mucose dei bronchi secernono troppo muco e
ciò provoca respiro affannoso forte ansia per senso di soffocamento i
sintomi ora come ora possono essere combattuti con diversi farmaci
antinfiammatori come cortisone e antistaminici nel 2002 però Volgate ha
scoperto il Adam33 il gene che provoca una contrazione eccessiva dei bronchi e
ciò potrebbe portare alla produzione di farmaci contro le cause e non
più gli effetti della patologia. L'enfisema è una malattia
cronica determinata dai bronchioli che perdono elasticità producendo una
gran quantità di muco le cause sono svariate, l'inquinamento rima tra
tutte, e può portare a gravi insufficienze respiratorie. Meccanica
respiratoria. L'aria entra ed esce Dai polmoni quando la pressione degli
alveoli è diversa da quella dell'aria esterna la pressione alveolare
è maggiore con espirazione e minore con l'insipirazione la pressione dei
polmoni è diversa a seconda del volume della cavità toracica
determinata dalle contrazione del diaframma e dei muscoli intercostali nell'inspirazione
il diaframma si contrae e si abbassa, i muscoli intercostali si contraggono
ampliando la cavità toracica quindi non sono i polmoni che si allargano
ma ciò lo attua la cavità toracica. Con una pressione
intratoracica minore l'aria di conseguenza entra. L'espirazione avviene per il
rilassamento del diaframma e dei muscoli intercostali e il minore volume della
cavità toracica porta a una maggior pressione e perciò l'aria
fuori esce se per un trauma entra dell'aria direttamente nel polmone la pressione
intratoracica diviene uguale alla pressione esterna il polmone si gonfia e non
avviene così l'inspirazione, causando un pneumotorace. L'ossigeno
è insolubile nel sangue che lo trasporta ai polmoni grazie ance
all'aiuto delle molecole proteiche trasportatrici, pigmenti respiratori, che ne
aumentano notevolmente le capacità di trasporto. La principale nell'uomo
è l'emoglobina, pigmento rosso che rende il sangue brillante in seguito
all'ossigenazione, negli invertebrati è liberata direttamente nel sangue
mentre nei vertebrati è inglobata nei globuli rossi. Essa è
costituita da 4 sub unità, ognuna contiene una catena polipeptidica e
un'unità Eme, quest'ultima con una struttura ad anello costituita da un
azoto e un atomo di ferro, si combina con una molecola di ossigeno
perciò ogni emoglobina trasporta una molecola di ossigeno. L'emoglobina
si combina con l'ossigeno per la pressione del plasma circostante nei capillari
alveolari maggior pressione parziale dell'ossigeno porta alla combinazione con
l'ossigeno, nei capillari, la minor pressione porta a cedere ossigeno ai
tessuti. Quindi nel momento di maggior sforzo fisico quando vi è una
maggior richiesta, la pressione diminuisce e si libera un numero maggiore di
molecole di ossigeno. L'anidride carbonica è solubile e perciò
è combinata con il plasma, e l'acqua, catalizzato dall'enzima contenuto
nel plasma l'anidrasi forma l'acido carbonico, e anche ioni bicarbonato e ioni
idrogeno. Nei tessuti dove la pressione dell'anidride carbonica è
maggiore innesta diverse reazioni nei polmoni dove la pressione è minore
invece iniziando le dissociazioni del acido carbonico che ricreano anidride carbonica
e acqua. L'anidride è poi liberata tramite l'espirazione che la fa passare
dal plasma agli alveoli e poi all'esterno. La respirazione è controllata
ne tronco celebrali, parte del sistema nervoso centrale che controlla diverse
funzioni vitali nel midollo spianale, dai neuroni respiratori, che
spontaneamente attivano i neuroni motori contenuti nel midollo spinale che poi
stimolano per l'inspirazione la contrazione del diaframma e dei muscoli
intercostali. I neuroni respiratori ricevano poi segnali da recettori sensibili
all'anidride carbonica, all'ossigeno, agli ioni idrogeno h+, all'estensione dei
polmoni, per l'aumento o la diminuzione della respirazione a seconda quindi di
diversi fattori questi recettori sensibili sono cellule chemiorecettrici che
costituiscono il corpo carotideo nelle arterie carotidi che appunto segnalano
da una parte la diminuzione della concentrazione di ossigeno nel sangue e
contemporaneamente viene rilevata dai centri del tronco celebrale a anche dai
chemiorecettori presenti nelle carotidi la concentrazione di anidride e ioni
disciolti. L'avvelenamento da farmaci come la morfina e i barbiturici possono
portare a una depressione delle cellule del tronco celebrale sensibili ala
presenzi di ioni d'idrogeno e perciò avviene un calo della respirazione
e a una minore presenza di ossigeno nel sangue che se non arriva per più
di tre minuti al cervello porta alla morte, e ciò sottolinea la
necessità di un costante rifornimento ininterrotto di ossigeno in tutte
le cellule del corpo.
