polmoni e respirazione

polmoni e respirazione

Fare il pieno di ossigeno

Il nostro corpo ha bisogno del gas ossigeno presente nell’aria, perché le sue cellule possano vivere e crescere. Il rifornimento di ossigeno avviene nei polmoni, dove questo gas va a legarsi all’emoglobina, una proteina presente nei globuli rossi. Poi ci pensa la circolazione del sangue a distribuire l’ossigeno in tutto il corpo. Ma i polmoni sono anche il luogo dove il sangue scarica un gas di scarto del metabolismo cellulare: l’anidride carbonica. Tutto questo avviene grazie alla respirazione

Senza ossigeno non c’è vita

Sulla Luna e su Marte non c’è ossigeno (O₂, nel linguaggio della chimica), e perciò non ci può essere vita. Infatti gli organismi viventi, vegetali o animali, hanno bisogno di questo gas per mantenere in vita le cellule che li compongono. È per assumere O₂ dall’ambiente (aria o acqua) che gli esseri viventi respirano.

Senza qui addentrarci nella respirazione delle piante, va detto che non tutti gli animali respirano nello stesso modo. Gli organismi composti da una sola cellula o da un numero limitato di cellule possono permettersi di respirare senza un apparato respiratorio. Semplicemente, O₂ si diffonde nelle loro cellule dall’ambiente esterno. Gli animali più grandi, dagli Insetti fino ai Mammiferi, hanno dovuto inventarsi modi assai più complessi per fare arrivare O₂ alle loro cellule.

La cattura dell’ossigeno

Negli animali O₂ viene catturato da particolari proteine presenti nel sangue, libere o situate in cellule specializzate, a seconda dei casi. La più nota è l’emoglobina, che nei Mammiferi è presente in abbondanza nei globuli rossi (sangue). Le proteine che trasportano O₂ hanno al loro interno un gruppo chimico contenente un metallo (ferro, rame) che, oltre a dare loro un colore (da cui il nome di pigmenti respiratori), ha la capacità di legare O₂ presente nell’aria o – in quantità molto minori – nell’acqua. Il legame avviene in certi organi (i polmoni nei Vertebrati terrestri come i Rettili, gli Uccelli e i Mammiferi o le branchie nei Pesci) molto ricchi di capillari sanguigni. Con la circolazione del sangue (cuore e circolazione del sangue), O₂ viene poi distribuito a tutte le cellule dell’organismo. Nelle cellule avviene la respirazione cellulare (metabolismo), una serie di reazioni chimiche che portano, in presenza di O₂, alla formazione di molecole ricche di energia, a molecole di acqua e di anidride carbonica (CO₂), gas di scarto che dovrà essere eliminato dall’organismo.

Il sistema respiratorio dell’uomo

La respirazione ha una fase di inspirazione, in cui, con l’aiuto dei muscoli del torace e del diaframma, dilatiamo il torace creando al suo interno una depressione che permette all’aria dell’ambiente di entrare, e una fase di espirazione, in cui la cassa toracica si restringe e l’aria viene compressa e quindi espulsa all’esterno.

L’aria entra nel nostro corpo dal naso (o anche dalla bocca, quando siamo raffreddati o se abbiamo il fiatone), e dopo essere passata dalla faringe (una sorta di imbuto muscolare, la nostra gola) si dirige nella laringe. Questa è una specie di ‘scatola’ fatta di cartilagine, aperta in alto e in basso, al cui interno si trovano le corde vocali che, vibrando, emettono i suoni che ci consentono di parlare o di cantare. All’imboccatura della laringe c’è anche una membrana che la chiude (epiglottide) quando ingoiamo un boccone, per evitare che il cibo imbocchi la strada dell’aria e, come si dice, ‘vada di traverso’. Poi l’aria entra nella trachea, un canale semirigido che nel torace, a una certa altezza, si suddivide in due canali (bronchi), uno a destra e uno a sinistra, che a loro volta si suddividono in canali sempre più piccoli e sottili (bronchioli) e che alla fine terminano negli alveoli polmonari, sorta di minuscoli palloncini dalla parete sottilissima ed elastica. Questi (circa 300 milioni!) costituiscono il tessuto dei due polmoni, gli organi che occupano la maggior parte dello spazio nel torace.

I polmoni sono fatti di un tessuto spugnoso, più o meno ripieno d’aria, a seconda della fase respiratoria in cui ci si trova. L’aria entra per la prima volta nei polmoni alla nascita, con la prima inspirazione, e mantiene dilatati gli alveoli per tutta la vita. I polmoni sono avvolti da una membrana, la pleura, che riveste anche la parete interna del torace; lo spazio virtuale (normalmente inesistente: come se fosse sotto vuoto) tra polmoni e parete del torace si chiama cavità pleurica. Quando, in particolari malattie (pleuriti), si accumula liquido in questa cavità, diminuisce lo spazio disponibile per i polmoni, con serie difficoltà respiratorie.

Gli scambi di gas

Al di là della parete degli alveoli si trovano i capillari sanguigni che si diramano dall’arteria polmonare, proveniente dal cuore, e che confluiscono nella vena polmonare, che porta al cuore il sangue transitato dai polmoni.

Il sangue che proviene dal cuore (dove arriva dai tessuti periferici) è povero di O₂ ma ricco di CO₂, che è presente o nel plasma (la parte non cellulare del sangue) o legata all’emoglobina contenuta nei globuli rossi. L’aria inspirata presente negli alveoli contiene molto O₂ (circa il 20%) e poca CO₂ (circa l’1%) per cui, attraverso la sottile parete degli alveoli e dei capillari O₂ si diffonde dai polmoni nel sangue dove si lega all’emoglobina, e precisamente al suo gruppo chimico contenente ferro, mentre CO₂ passa facilmente dal sangue all’aria degli alveoli che, quando viene espirata, contiene il 445% di questo gas. Il sangue ricco di O₂ torna al cuore attraverso la vena polmonare, e da lì parte per il suo viaggio verso tutti i tessuti dell’organismo. Qui il basso livello di O₂ e l’alta concentrazione di CO₂ derivanti dal metabolismo cellulare facilitano la diffusione di O₂ dal sangue alle cellule e quella di CO₂ nella direzione opposta.

Quando manca il respiro

Se si fa una gran corsa viene il fiatone. Il respiro diviene affannoso e il cuore batte in fretta. Cosa succede? I muscoli stanno consumando molto più O₂ e producendo molta più CO₂ di quando stiamo seduti. Il respiro accelera per far fronte all’aumentato bisogno di O₂, mentre il cuore batte più velocemente per pompare più sangue e fornire più O₂ ai tessuti.

Se poi capita di andare non allenati in alta montagna, si fatica a camminare, la testa gira e manca l’aria, perché in alta montagna la concentrazione di O₂ è più bassa che in pianura. Dopo qualche giorno, però, si cammina e si corre tranquilli, perché l’organismo ha reagito costruendo un numero maggiore di globuli rossi che riescono a rifornire i tessuti dell’ossigeno necessario. Le popolazioni che vivono in alta montagna, per esempio nelle Ande, hanno un numero di globuli rossi doppio rispetto a chi vive in pianura!

Le malattie del sistema respiratorio

Il naso rappresenta una sorta di filtro per l’aria e al suo interno ha protuberanze ricoperte da mucosa: – i cornetti nasali – che trattengono materiali solidi (come polvere o batteri) e nel contempo umidificano e riscaldano l’aria. L’aria inspirata dalla bocca è più sporca, più fredda e più secca e irrita più facilmente la trachea e i bronchi.

Sono molti inoltre i tipi di batteri e virus presenti nell’aria che possono creare uno stato di infiammazione della mucosa nasale (raffreddore o rinite), delle prime vie respiratorie (faringite, laringite, tracheite), dei bronchi (bronchite) o dei polmoni (polmonite). Il tessuto reagisce cercando di circoscrivere ed espellere l’agente infettante (da cui la tosse e la formazione di muco, di catarro), ma spesso per guarire è necessario intervenire con farmaci. Una malattia batterica dei polmoni – un tempo assai diffusa nei paesi occidentali e ancora attuale in quelli sottosviluppati – è la tubercolosi.

Non tutte le malattie del sistema respiratorio sono infettive. L’allergia verso pollini o altre sostanze può provocare riniti e asma (infiammazione e restrizione dei bronchi che rende difficile la respirazione). Difficoltà respiratoria si ha anche in una malattia (enfisema) in cui la degenerazione delle pareti degli alveoli e la perdita di elasticità del tessuto diminuiscono la superficie utile per gli scambi gassosi.

Tra le malattie più gravi dell’apparato respiratorio ci sono i tumori polmonari, particolarmente frequenti tra i fumatori. Infine, in alcune malattie del sistema nervoso o dei muscoli, ci può essere paralisi dei muscoli respiratori (cioè impossibilità di muoverli). In questi casi è possibile far respirare il malato mettendolo, anche per lunghi periodi, in un polmone d’acciaio, una macchina che attua una respirazione artificiale imponendo movimenti passivi al suo torace.