Polmoni

I polmoni umani sono un paio di organi grandi e spugnosi ottimizzati per lo scambio di gas tra il nostro sangue e l’aria. I nostri corpi richiedono ossigeno per sopravvivere. I polmoni ci forniscono quell’ossigeno vitale pur eliminando anidride carbonica prima che possa raggiungere livelli pericolosi.

Se la superficie interna dei polmoni potesse essere distesa, occuperebbero un’area di circa 80-100 metri quadrati – circa la metà della metà di un campo da tennis! I polmoni ci forniscono anche l’aria di cui abbiamo bisogno per parlare, ridere alle battute e cantare.

 

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Anatomia dei polmoni

Pleura
La pleura è costituita da membrane sierose a doppio strato che circondano ciascun polmone. Attaccato al muro della cavità toracica, la pleura parietale forma lo strato esterno della membrana. La pleura viscerale forma lo strato interno della membrana che ricopre la superficie esterna dei polmoni.

Tra la pleura parietale e viscerale si trova la cavità pleurica, che crea uno spazio cavo in cui i polmoni si espandono durante l’inalazione. Il fluido sieroso secreto dalle membrane pleuriche lubrifica l’interno della cavità pleurica per prevenire l’irritazione dei polmoni durante la respirazione.

Anatomia esterna
Occupando la maggior parte dello spazio all’interno della cavità toracica, i polmoni si estendono lateralmente dal cuore alle costole su entrambi i lati del torace e continuano posteriormente verso la colonna vertebrale. Ogni polmone morbido e spugnoso ha una forma approssimativamente a cono con l’estremità superiore del polmone che forma la punta del cono e l’estremità inferiore che forma la base. L’estremità superiore dei polmoni si restringe a una punta arrotondata conosciuta come l’apice. L’estremità inferiore dei polmoni, nota come base, poggia sul diaframma a cupola. La base dei polmoni è concava per seguire il contorno del diaframma.

Il polmone sinistro è leggermente più piccolo del polmone destro perché i 2/3 del cuore si trovano sul lato sinistro del corpo. Il polmone sinistro contiene la tacca cardiaca, una rientranza nel polmone che circonda l’apice del cuore.

Ogni polmone è costituito da diversi lobi distinti. Il polmone destro (il più grande dei due) ha 3 lobi – i lobi superiori, medi e inferiori. La fessura orizzontale separa il lobo superiore dal lobo medio, mentre la fessura obliqua destra separa i lobi medi e inferiori. Il polmone sinistro più piccolo ha solo 2 lobi – superiori e inferiori – separati dalla fessura obliqua sinistra.

Bronchi
L’aria entra nel corpo attraverso il naso o la bocca e passa attraverso la faringe, la laringe e la trachea. Poco prima di raggiungere i polmoni, la trachea si divide poi nei bronchi sinistro e destro – grandi tubi cavi fatti di cartilagine ialina e foderati di epitelio pseudostratificato ciliato. La cartilagine ialina dei bronchi forma anelli incompleti a forma di lettera “C” con la parte aperta dell’anello rivolta verso l’estremità posteriore dei bronchi. La rigida cartilagine ialina impedisce ai bronchi di collassare e bloccare il flusso d’aria ai polmoni. L’epitelio pseudostratificato allinea l’interno dell’anello ialino e collega le estremità non rifinite dell’anello per formare un tubo cavo a forma di lettera “D” con la parte piatta del tubo rivolta verso la direzione posteriore. Ogni polmone riceve aria da un unico, grande bronco primario.

Quando i bronchi primari entrano nei polmoni, si diramano in piccoli bronchi secondari che trasportano aria in ogni lobo del polmone. Quindi, il bronco destro si dirama in 3 bronchi secondari mentre il polmone sinistro si dirama in 2 bronchi secondari. I bronchi secondari si ramificano ulteriormente in molti più piccoli bronchi terziari all’interno di ciascun lobo. I bronchi secondari e terziari migliorano l’efficienza dei polmoni distribuendo l’aria in modo uniforme all’interno di ogni lobo dei polmoni.

L’epitelio pseudostratificato che riveste i bronchi contiene molte cellule ciglia e calici. Le ciglia sono piccole proiezioni cellulari simili a peli che si estendono dalla superficie delle cellule. Le cellule caliciformi sono cellule epiteliali specializzate che secernono muco per rivestire il rivestimento dei bronchi. Le ciglia si muovono insieme per spingere via il muco secreto dalle cellule del calice dai polmoni. Particelle di polvere e persino agenti patogeni come virus, batteri e funghi nell’aria che entra nei polmoni si attaccano al muco e vengono espulsi dal tratto respiratorio. In questo modo il muco aiuta a mantenere i polmoni puliti e liberi dalle malattie.

Bronchioli
Molti bronchioli piccoli si staccano dai bronchi terziari. I bronchioli differiscono dai bronchi sia per le dimensioni (sono più piccoli) sia per la composizione delle loro pareti. Mentre i bronchi hanno anelli di cartilagine ialina nelle loro pareti, i bronchioli sono fatti di fibre di elastina e tessuto muscolare liscio. Il tessuto delle pareti del bronchiolo consente al diametro dei bronchioli di cambiare in modo significativo. Quando il corpo richiede un volume maggiore di aria che entra nei polmoni, come durante l’esercizio, i bronchioli si dilatano per consentire un maggiore flusso d’aria. In risposta alla polvere o ad altri inquinanti ambientali, i bronchioli possono restringersi per prevenire l’inquinamento dei polmoni.

I bronchioli si diramano ulteriormente in molti piccoli bronchioli terminali. I bronchioli terminali sono i più piccoli tubi dell’aria nei polmoni e terminano agli alveoli dei polmoni. Come i bronchioli, i bronchioli terminali sono elastici, capaci di dilatarsi o contrarsi per controllare il flusso d’aria negli alveoli.

Alveoli
Gli alveoli sono le unità funzionali dei polmoni che consentono lo scambio di gas tra l’aria nei polmoni e il sangue nei capillari polmonari. Gli alveoli si trovano in piccoli gruppi chiamati sacche alveolari all’estremità del bronchiolo terminale. Ogni alveolo è una cavità cava a forma di tazza circondata da tanti piccoli capillari.

Le pareti degli alveoli sono rivestite da semplici cellule epiteliali squamose note come cellule alveolari. Un sottile strato di tessuto connettivo è sotteso e sostiene le cellule alveolari. I capillari circondano il tessuto connettivo sul bordo esterno dell’alveolo. La membrana respiratoria si forma dove le pareti di un capillare toccano le pareti di un alveolo. Alla membrana respiratoria, lo scambio di gas avviene liberamente tra l’aria e il sangue attraverso le pareti estremamente sottili dell’alveolo e del capillare.

Le cellule e i macrofagi settali si trovano anche all’interno degli alveoli. Le cellule settali producono un fluido alveolare che riveste la superficie interna degli alveoli. Il fluido alveolare è estremamente importante per la funzionalità polmonare, poiché è un tensioattivo che inumidisce gli alveoli, aiuta a mantenere l’elasticità dei polmoni e impedisce il collasso delle sottili pareti alveolari. I macrofagi negli alveoli mantengono i polmoni puliti e liberi da infezioni catturando e fagocitando i patogeni e altre sostanze estranee che penetrano negli alveoli insieme all’aria inalata.

Fisiologia dei polmoni

Ventilazione polmonare
I nostri polmoni ricevono aria dall’ambiente esterno attraverso il processo di respirazione a pressione negativa. La respirazione a pressione negativa richiede una differenza di pressione tra l’aria all’interno degli alveoli e l’aria atmosferica. I muscoli che circondano i polmoni, come il diaframma, i muscoli intercostali e i muscoli addominali, si espandono e si contraggono per modificare il volume della cavità toracica. I muscoli espandono la cavità toracica e riducono la pressione all’interno degli alveoli per attirare l’aria atmosferica nei polmoni. Questo processo di attingere l’aria nei polmoni è noto come inalazione o ispirazione. I muscoli possono anche contrarre la dimensione della cavità toracica per aumentare la pressione all’interno degli alveoli e forzare l’aria fuori dai polmoni. Questo processo di spingere l’aria fuori dai polmoni è noto come espirazione o espirazione.

La respirazione normale coinvolge diversi meccanismi.

La respirazione superficiale è ottenuta dalla contrazione del diaframma e dei muscoli intercostali esterni per l’inalazione. Durante l’espirazione, i muscoli rilassati e l’elasticità dei polmoni che ritornano al loro volume di riposo espelle l’aria dai polmoni.
I nostri corpi realizzano una respirazione profonda con un movimento inferiore pronunciato del diaframma verso l’addome. I muscoli intercostali esterni insieme ai muscoli sternocleidomastoideo e scaleno del collo espandono lo spazio tra le costole, aumentando il volume del torace. Durante l’espirazione profonda, i muscoli intercostali interni e i muscoli addominali si contraggono per diminuire il volume della cavità toracica, costringendo l’aria fuori dai polmoni.
Eupnea è la respirazione silenziosa che si verifica quando il corpo è a riposo. Durante l’eupnea, il corpo dipende principalmente dalla respirazione superficiale con respiri profondi occasionali poiché il corpo ha bisogno di livelli leggermente più alti di scambio gassoso.
Volume polmonare
Il volume d’aria totale dei polmoni è di circa 4-6 litri e varia a seconda delle dimensioni, dell’età, del sesso e della respirazione di una persona. I volumi polmonari sono misurati clinicamente da un dispositivo noto come spirometro. La normale respirazione superficiale sposta solo una piccola frazione del volume totale dei polmoni dentro e fuori dal corpo ad ogni respiro. Questo volume d’aria, noto come volume corrente, di solito misura solo circa 0,5 litri. La respirazione profonda può forzare più aria dentro e fuori i polmoni rispetto alla respirazione superficiale. Il volume di aria scambiata durante la respirazione profonda è noto come capacità vitale e oscilla tra i 3 ei 5 litri, a seconda della capacità polmonare dell’individuo. C’è un volume residuo di circa 1 litro d’aria che rimane nei polmoni in ogni momento, anche durante un’espirazione profonda. L’aria fresca che entra nei polmoni ad ogni respiro si mescola con l’aria residua nei polmoni in modo che l’aria residua venga lentamente scambiata nel tempo anche a riposo.

Respirazione esterna
La respirazione esterna è il processo di scambio di ossigeno e anidride carbonica tra l’aria all’interno degli alveoli e il sangue nei capillari polmonari. L’aria all’interno degli alveoli contiene una maggiore pressione parziale di ossigeno rispetto al sangue nei capillari. Al contrario, il sangue nei capillari dei polmoni contiene una maggiore pressione parziale di anidride carbonica rispetto all’aria negli alveoli. Queste pressioni parziali fanno sì che l’ossigeno si diffonda dall’aria e nel sangue attraverso la membrana respiratoria. Allo stesso tempo, l’anidride carbonica si diffonde dal sangue e nell’aria attraverso la membrana respiratoria. Lo scambio di ossigeno nel sangue e nell’anidride carbonica nell’aria consente al sangue che lascia i polmoni di fornire ossigeno alle cellule del corpo, mentre deposita i rifiuti di anidride carbonica nell’aria.

Controllo della respirazione
La respirazione è controllata dal cervello e può essere controllata sia consciamente che inconsciamente.

Il controllo inconscio della respirazione viene mantenuto dal centro respiratorio del tronco cerebrale. Il centro respiratorio monitora la concentrazione di gas nel sangue e regola la frequenza e la profondità della respirazione secondo necessità. Durante l’esercizio o altri sforzi, il centro respiratorio aumenta automaticamente la frequenza respiratoria per fornire livelli costanti di ossigeno al sangue. Durante il riposo, il centro respiratorio riduce la frequenza respiratoria per prevenire l’iperventilazione e mantenere sani livelli di ossigeno e anidride carbonica nel sangue.
Il controllo cosciente della respirazione è mantenuto dalla corteccia cerebrale del cervello. La corteccia cerebrale può scavalcare il centro respiratorio e spesso lo fa durante attività come parlare, ridere e cantare. Il controllo inconscio della respirazione riprende non appena termina il controllo cosciente della respirazione, impedendo al corpo di soffocare per la mancanza di respiro.