Polmoni
Che cosa sono i polmoni?
I polmoni rappresentano la parte principale di un sistema multi-organo denominato apparato respiratorio e sono localizzati a livello della zona pettorale, all'interno della gabbia toracica che li protegge e sostiene (Fig. 1).
L'apparato respiratorio è formato, infatti, da diverse parti anatomiche che lavorano insieme in modo coordinato per garantire la respirazione, l'attività in assoluto più importante per l'organismo.
Dalla respirazione, infatti, il nostro organismo assume ossigeno (O2) - molecola chiave per le attività metaboliche che portano alla produzione di energia a partire dai nutrienti - ed espelle anidride carbonica (CO2) come scarto metabolico dannoso.
Fig. 1: posizione e forma dei polmoni.
Il naso e la bocca fungono da vie aeree attraverso le quali l'aria viene inspirata ed espirata. In seguito all'inspirazione l'aria attraversa la faringe, la laringe e la trachea, fino a raggiungere i bronchi, i quali si estendono cominciando una serie "frattalica" di ramificazioni in "tubi più piccoli" denominati bronchioli che a loro volta si diramano in tubuli sempre più piccoli fino a concludersi nei cosiddetti alveoli, immersi nel parenchima polmonare (Fig. 2, 3).
Fig. 2: diramazione delle vie respiratorie.
Meccanismo dello scambio dei gas
Gli alveoli sono piccole sacche lobiformi dove l'aria termina il suo percorso di "entrata" all'interno dei polmoni e sono la sede dove avviene lo scambio di gas tra l'aria e il sangue (Fig. 3).
La struttura ramificata dei bronchioli e la forma stessa degli alveoli è finalizzata a ottenere la maggior superficie di scambio possibile fra aria e sangue: gli alveoli nei polmoni sono infatti oltre 300.000 e rappresentano una superficie di scambio con l'aria che va oltre i 100 mq.
Fig. 3: struttura dei bronchioli e degli alveoli polmonari.
Affinché questi scambi avvengano, gli alveoli sono riccamente e intimamente irrorati da trame di capillari che entrano nel polmone tramite le arterie polmonari (le quali partono dal cuore e portano sangue povero di ossigeno e ricco di CO2) e, dopo aver assorbito ossigeno e scaricato CO2, lasciano l'alveolo immettendosi nelle vene polmonari (dirette al cuore, che pomperà il sangue al resto del corpo).
Nel punto di contatto fra la parete degli alveoli e le pareti dei capillari, si forma un'interfaccia aria/sangue dove avvengono gli scambi gassosi secondo gradiente di concentrazione: la CO2 lascia il capillare in quanto tale gas è più concentrato nel sangue rispetto all'aria alveolare, mentre l'O2 passa dall'aria al sangue per lo stesso principio fisico (Fig. 4).
Fig. 4: schematizzazione degli scambi gassosi fra capillari e alveoli.
Lo scopo finale di questo processo, in sintesi, è di immettere nel sangue l'ossigeno inspirato mentre contestualmente si espelle dai polmoni e dal corpo la CO2 di scarto.
La respirazione come processo multiorgano
Il processo di respirazione richiede la collaborazione di molti organi e sistemi del corpo.
La bocca tramite faringe e laringe immette aria ricca di ossigeno nei polmoni. Il cuore pompa il sangue ricco di CO2 dai tessuti ai polmoni e sangue ricco di O2 verso gli organi che lo utilizzeranno.
Il sistema nervoso centrale, invece, regola la respirazione attraverso la stimolazione dei muscoli respiratori, come il diaframma e i muscoli intercostali, che permettono l'espansione e la contrazione dei polmoni durante la respirazione. La pleura è una membrana fondamentale per garantire la funzionalità polmonare.
Il coordinamento di tutti questi apparati è estremamente importante per il processo di respirazione, che avviene comunque in maniera autonoma e quasi del tutto inconscia, ma può anche essere controllato volontariamente.
Fisica della respirazione
È importante sottolineare come i polmoni siano fondamentalmente dei sacchi in cui le varie ramificazioni tubulari sono riempite soprattutto da aria: lasciati senza un appropriato sostegno, collasserebbero inficiando la pervietà di tutte le cavità polmonari.
Il ruolo della pleura, del diaframma e dei muscoli intercostali è particolarmente importante per il meccanismo di espansione e di mantenimento della struttura polmonare.
La pleura è una membrana formata da 2 strati che avvolgono il parenchima polmonare come se questo fosse "imbustato" in 2 sacchetti (Fig. 5).
Lo strato interno della pleura (pleura viscerale) è adeso al polmone, mentre lo strato esterno (pleura parietale) è adeso alla gabbia toracica e tiene in tensione il doppio strato di membrane: l'intercapedine formata da questi due strati è riempita da un fluido denominato liquido pleurico, che esercita una pressione negativa sul polmone permettendo ad esso di restare in uno stato parzialmente espanso, lasciando le vie respiratorie pervie per il passaggio dell'aria.
Il cuscinetto fluido che si forma nello spazio pleurico, è funzionale anche a permettere ai polmoni di espandersi e contrarsi in base al ritmo respiratorio senza creare attriti fra le pareti degli organi.
Fig. 5: immagine schematica della pleura.
Anche il diaframma e i muscoli intercostali hanno una loro importanza nel mantenere espansi i polmoni ed evitarne il collasso (Fig. 5).
Il diaframma è un muscolo a forma di cupola che separa la cavità toracica dalla cavità addominale che contiene i visceri e durante l'inspirazione si contrae abbassandosi e aumentando così il volume della cavità toracica.
Questo movimento è responsabile di una trazione dei polmoni verso il basso, creando in essi una pressione negativa che fa entrare l'aria.
Durante l'espirazione, invece, il diaframma si rilassa tornando alla sua posizione originale, diminuendo così il volume della cavità toracica e facendo uscire l'aria dai polmoni con una pressione positiva (Fig. 6).
Fig. 6: movimento del diaframma e dei polmoni durante la respirazione.
I muscoli intercostali, invece, sono i muscoli del corpo umano localizzati nello spazio che separa due costole adiacenti. Essi partecipano in modo determinante al processo respiratorio espandendo e contraendo la gabbia toracica, e di conseguenza il volume polmonare: sono pertanto da considerarsi, insieme al diaframma, una vera e propria muscolatura respiratoria in quanto i polmoni, non avendo una muscolatura propria, dipendono totalmente da queste strutture per poter ottenere quelle variazioni di volume e pressione che permettono loro di incamerare ed espellere l'aria.
Meccanismo nervoso della respirazione
Il ritmo del respiro e la frequenza respiratoria sono parametri importanti per garantire all'organismo una piena funzionalità. Le concentrazioni di ossigeno e di anidride carbonica presenti nel sangue, infatti, influenzano la capacità dell'organismo di mantenere l'omeostasi, i valori di pH ematici e la funzionalità metabolica (l'ossigeno è fondamentale per un utilizzo efficiente del glucosio come fonte energetica).
I movimenti respiratori sono controllati e regolati dal sistema nervoso centrale, in particolare dal centro respiratorio situato nel midollo allungato.
Il centro respiratorio agisce in maniera autonoma e controlla gli impulsi nervosi per la contrazione dei muscoli intercostali e del diaframma, adattando la profondità e la frequenza del respiro alle esigenze dell'organismo. Esso è sensibile alle variazioni della pCO2 (pressione parziale della CO2, direttamente proporzionale alla sua concentrazione) nel sangue: all'aumentare della pCO2, aumenta la profondità e la frequenza degli atti respiratori; se diminuisce la pCO2, la respirazione si fa meno profonda e meno frequente.
Questo controllo è importante anche per mantenere il pH ematico ai livelli fisiologici di 7.4 ed evitare che l'organismo vada incontro a intossicazione per acidosi dovuta ad accumulo di CO2.
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Patologie polmonari
L'aria è veicolo di molti microrganismi patogeni, allergeni e impurità che possono risultare dannosi per i bronchi e i polmoni: per questo motivo, durante il passaggio dell'aria, questa viene filtrata attraverso un fitto sistema di cilia su cui viene secreto un muco che aiuta a imprigionare ed espellere gli agenti esterni.
Nonostante questo importante filtro difensivo, i polmoni possono essere soggetti a numerose patologie ad eziologia esterna.
Le principali patologie polmonari possono essere suddivise in in base al settore che viene colpito:
- vie aree intrapolmonari e alveoli,
- i vasi sanguigni intrapolmonari
- l'interstizio polmonare
- la pleura
Di seguito le patologie polmonari più frequenti.
Polmonite: infiammazione acuta dei polmoni provocata da un'infezione da parte di microrganismi (solitamente virus o batteri) o da condizioni infiammatorie gravi provocate da farmaci, fumo, o alcune malattie autoimmuni. I sintomi della polmonite possono includere tosse con catarro, febbre e difficoltà respiratorie.
Asma: è una malattia infiammatoria cronica delle vie respiratorie, spesso causata da situazioni allergiche, che può causare difficoltà respiratorie, respiro sibilante, tosse e oppressione toracica.
Bronchite e bronchiolite: sono malattie infiammatorie croniche che colpiscono, rispettivamente, le vie respiratorie superiori e inferiori e che possono causare tosse cronica, produzione di espettorato e difficoltà respiratorie.
Enfisema: è una malattia polmonare cronica che causa la distruzione dei tessuti polmonari e la perdita di elasticità dei polmoni, causando difficoltà respiratorie e mancanza di respiro.
Fibrosi polmonare: è una malattia polmonare cronica che causa la cicatrizzazione dei tessuti polmonari, riducendo la capacità di scambio d'aria dei polmoni e causando, di conseguenza, difficoltà respiratorie.
Tubercolosi: è un'infezione batterica che può causare tosse cronica, febbre, sangue nell'espettorato.
Cancro polmonare: è una forma di tumore molto grave che si sviluppa nei tessuti polmonari e può causare tosse cronica, difficoltà respiratorie, dolore toracico, perdita di peso e può causare molto facilmente metastasi.
Pleurite: è un'infiammazione della pleura che può causare dolore toracico acuto, tosse e difficoltà respiratorie.
Pneumotorace: è una condizione in cui l'aria si accumula nella cavità pleurica, causando il collasso del polmone e difficoltà respiratorie.
Fibrotorace: è una condizione in cui la pleura si ispessisce e si indurisce, causando difficoltà respiratorie e tosse.
Riassunto
- I polmoni sono composti da due organi a forma di sacco situati nella cavità toracica. L'aria entra nei polmoni tramite la trachea, che si dirama nei 2 bronchi principali (1 per polmone) i quali a loro volta si diramano ulteriormente in tubi e strutture più piccole denominati rispettivamente bronchioli e alveoli.
- Gli alveoli sono intimamente associati a capillari sanguigni che consentono lo scambio di ossigeno e anidride carbonica durante la respirazione.
- Il meccanismo di espansione dei polmoni avviene grazie alla contrazione del diaframma e dei muscoli intercostali durante l'inspirazione, che aumenta il volume della cavità toracica e fa entrare aria nei polmoni grazie a una pressione negativa. Durante l'espirazione, il diaframma e i muscoli intercostali riducono il volume della cavità toracica, facendo uscire l'aria dai polmoni.
- Il sistema di controllo della respirazione è regolato dal sistema nervoso centrale, che invia segnali ai muscoli respiratori per controllare il ritmo e la profondità della respirazione.
- Le patologie a carico dei polmoni più frequenti sono la polmonite, la bronchite, bronchiolite e le patologie che colpiscono la pleura.
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