respiratorio, apparato
Negli organismi animali, il complesso di organi e di strutture che assicurano gli scambi gassosi fra l’organismo e l’ambiente, e più precisamente fra i liquidi circolanti e l’aria o l’acqua, con l’emissione di anidride carbonica e l’assunzione di ossigeno da parte dei pigmenti r. circolanti, che lo distribuiscono attraverso tutto l’organismo.
Per la realizzazione di questi scambi gassosi è necessario che i vari organi siano abbondantemente vascolarizzati; che la parete di separazione fra liquidi circolanti e ambiente esterno sia il più possibile sottile e ampia per permettere una rapida osmosi; e infine che un adeguato meccanismo assicuri il passaggio dell’ossigeno contenuto nell’aria inspirata alle superfici respiratorie.
Anatomia comparata
Nell’organismo animale le superfici r. sono rappresentate da branchie, organi r. estroflessi, per la vita acquatica, e dai polmoni o trachee, introflessi, per la vita nell’ambiente aereo.
Le branchie hanno origine, posizione e strutture diverse (nei diversi gruppi): spesso protette in cavità o camere ampiamente comunicanti con l’esterno, sono sempre disposte in modo che vari meccanismi assicurino intorno a esse un continuo rinnovamento dell’acqua, la cui corrente può in molti casi servire anche a convogliare il cibo alla bocca. Funzionano anche da organi r. per la vita acquatica: i polmoni acquiferi delle Oloturie, i pedicelli ambulacrali e le papule degli Echinodermi, la cavità del mantello dei Gasteropodi Polmonati, le branchiotrachee delle larve acquatiche di certi Insetti.
Gli organi della respirazione aerea sono: le trachee, caratteristiche degli Artropodi, introflessioni tegumentali estremamente ramificate in tutto il corpo (fig. 1A), con i rami terminali penetranti nelle stesse cellule; i sacchi aerei, dilatazioni sacciformi delle trachee (omonimi di altre formazioni caratteristiche degli Uccelli); i polmoni a libro degli Aracnidi, così detti perché dalla loro parete interna si sollevano, ad aumentarne la superficie, tante pieghe lamellari (fig. 1B); infine i polmoni dei Vertebrati terrestri.
Nei Vertebrati gli organi della respirazione si sviluppano in connessione con la porzione cefalica del tubo digerente, fra bocca ed esofago, cioè con la faringe; infatti sia le branchie sia i polmoni sono strutture derivate dalla faringe, la quale talora, con l’epitelio riccamente vascolarizzato, può anche esplicare un’importante funzione nella respirazione. Le branchie sono di due tipi: esterne, sviluppate dalla superficie esterna degli archi branchiali, come nelle larve degli Anfibi; interne, sviluppate da ambedue i lati dei setti interbranchiali che separano le fessure branchiali (fig. 2). I polmoni si sviluppano come un diverticolo della parete ventrale della faringe caudalmente all’ultima tasca branchiale, che assai precocemente si suddivide nei due abbozzi dei polmoni. Con il procedere dello sviluppo la connessione dei polmoni con la faringe si va estendendo e allungando, e si differenziano così le vie aeree, di cui la porzione impari anteriore rappresenta la trachea, che si divide posteriormente o inferiormente nei due bronchi che immettono nei polmoni. La vescica natatoria dei Pesci, diverticolo dorsale del tubo digerente, mostra innegabili omologie con i polmoni, ma, mentre in certi casi può esplicare funzione r., in genere si specializza come organo idrostatico.
A partire dagli Anfibi la parte superiore della trachea si modifica e dà origine alla laringe, organo vocale. Negli Uccelli, dove la trachea si biforca nei bronchi, esiste un organo particolare, la siringe, anch’esso con funzione vocale. I polmoni, di struttura relativamente semplice nei bassi Tetrapodi, si complicano via via poiché la loro superficie interna è aumentata e complicata da numerosi sepimenti che separano spazi aerei o alveoli polmonari (fig. 3). Questa suddivisione raggiunge il massimo di complicazione nei Mammiferi. Negli Uccelli i polmoni si prolungano in sacchi a pareti sottili (sacchi aerei) che si estendono fra i visceri (fig. 4) e perfino in certe ossa (ossa pneumatiche). In ogni caso, pur nella grande varietà di strutture che i polmoni presentano in tutti i Tetrapodi, il sottile rivestimento interno di essi, estremamente vascolarizzato e umido, costituisce una superficie r. quanto mai adatta agli scambi gassosi.
Nell’apparato r. dei Vertebrati terrestri si stabilisce infine un’intima relazione fra gli organi olfattori e quelli della respirazione attraverso le narici. Il meccanismo di ventilazione dei polmoni varia nei differenti gruppi e raggiunge la sua maggiore complessità nei Mammiferi, dove i polmoni sono allogati nelle cavità pleuriche separate dalla cavità addominale dal muscolo diaframma.
L’apparato r. nell’Uomo
Funzione. La principale funzione dell’apparato r. è quella di assicurare un’ottimale assunzione di ossigeno ed eliminare l’anidride carbonica. Per questo compito l’apparato r. è organizzato in due sezioni funzionalmente distinte (fig. 5). La prima è rappresentata dai centri r. (situati nel tronco encefalico), dalla gabbia toracica e dai muscoli r. con funzione di mantice. La seconda è rappresentata dal polmone, costituito da vie r. e parenchima. Le vie r. svolgono essenzialmente funzione di veicolazione dell’aria, dopo averla resa idonea per temperatura, umidità, depurazione e sterilità al raggiungimento dell’interfaccia alveolo-capillare. La velocità di flusso nel passaggio dalla trachea ai bronchi si riduce 100 volte (da 1 m/s a 1 cm/s). Tale riduzione facilita, a livello delle piccole vie aeree, la diffusione dell’O2. Inoltre, la diffusione dell’O2 è resa tanto più efficiente quanto più ampia e sottile è la superficie di scambio (aria/sangue).
Meccanica respiratoria. I movimenti r. (inspirazione ed espirazione) consentono l’ingresso e l’emissione dell’aria dalle vie r. e si alternano ritmicamente, nel respiro normale, senza intervallo fra le due fasi. La pleura fissa i polmoni alla gabbia toracica che, per azione dei muscoli inspiratori e del diaframma, va incontro a un aumento del suo volume. In tal modo, si ottiene una diminuzione della pressione intratoracica e, di conseguenza, l’espansione del polmone. L’espirazione rappresenta, in condizioni di respirazione tranquilla, un fenomeno passivo.
Semeiotica dell’apparato respiratorio. Nella semeiotica funzionale dell’apparato r. sono di particolare importanza alcune misurazioni di volumi di aria. La quantità di aria che a ogni atto r. entra o esce dall’apparato r. viene detta volume corrente e corrisponde a circa 500 ml. In 1 minuto tale quantità è di circa 6000-8000 ml/min (ventilazione polmonare). Il volume di aria che rimane nelle vie r. è pari a 150-180 ml (spazio morto r.). In 1 minuto passano negli alveoli circa 4000-6000 ml/min (ventilazione alveolare). Il volume di riserva inspiratoria (3000 ml) rappresenta la quantità di aria che può essere introdotta nell’apparato r. con un’inspirazione forzata. Al termine di un’espirazione normale, è possibile con un’espirazione forzata espellere un volume di riserva espiratoria pari a 1200 ml, mentre al termine di un’espirazione forzata il volume residuo è pari a 1200 ml. Si definisce capacità vitale la somma dei volumi di riserva inspiratoria ed espiratoria e del volume corrente (4700 ml ca.), mentre la capacità inspiratoria (3500 ml) è data dalla somma del volume corrente e del volume di riserva inspiratoria. Il quoziente r. è il rapporto fra anidride carbonica eliminata e ossigeno consumato (CO2/O2) nella respirazione degli organismi.
Diagnostica respiratoria. L’approccio alla diagnosi può avvalersi di indagini funzionali, strumentali e della diagnostica per immagini. Le indagini funzionali (spirometria, curve pressione/volume) comportano la misurazione di volumi e/o flussi. La broncoscopia è l’indagine strumentale che viene utilizzata per interpretare la natura di opacità e infiltrati polmonari. Nella diagnostica per immagini dell’apparato r. la radiografia del torace mantiene un ruolo diagnostico di primaria importanza. La tomografia assiale computerizzata è un’indagine fondamentale nella diagnostica delle malattie del mediastino, delle pneumopatie interstiziali e nella valutazione dello stadio anatomoclinico raggiunto dalle neoplasie polmonari.