Funzioni del sistema respiratorio, parti, funzionamento

il sistema respiratorio o apparato respiratorio comprende una serie di organi specializzati per mediare lo scambio di gas, che comporta l'assorbimento di ossigeno e l'eliminazione del biossido di carbonio.

Ci sono una serie di passaggi che consentono l'arrivo di ossigeno alla cellula e l'eliminazione dell'anidride carbonica, compreso lo scambio di aria tra l'atmosfera e i polmoni (ventilazione), seguita dalla diffusione e dallo scambio di gas sulla superficie polmonare. , trasporto di ossigeno e scambio di gas a livello cellulare.

È un sistema vario nel regno animale, composto da diverse strutture a seconda della linea di studio. Ad esempio, i pesci hanno strutture funzionali in un ambiente acquatico come branchie, mammiferi hanno polmoni e la maggior parte delle trachea invertebrati.

Gli animali monocellulari, come i protozoi, non richiedono strutture speciali per la respirazione e lo scambio di gas avviene per semplice diffusione.

Nell'uomo il sistema è composto da narici, faringe, laringe, trachea e polmoni. Questi ultimi sono ramificati successivamente in bronchi, bronchioli e alveoli. Lo scambio passivo di molecole di ossigeno e biossido di carbonio avviene negli alveoli.

indice

• 1 Definizione di respirazione
• 2 funzioni
• 3 organi respiratori nel regno animale
  • 3.1 trachea
  • 3.2 branchie
  • 3,3 polmoni
• 4 parti (organi) dell'apparato respiratorio nell'uomo
  • 4.1 Parte alta o tratto respiratorio superiore
  • 4.2 Parte bassa o inferiore del tratto respiratorio
  • 4.3 Tessuto polmonare
  • 4.4 Svantaggi dei polmoni
  • 4.5 Scatola toracica
• 5 Come funziona?
  • 5.1 Ventilazione
  • 5.2 Scambio di gas
  • 5.3 Trasporto di gas
  • 5.4 Altri pigmenti respiratori
• 6 malattie comuni
  • 6.1 asma
  • 6.2 edema polmonare
  • 6.3 polmonite
  • 6.4 Bronchite
• 7 riferimenti

Definizione di respirazione

Il termine "respiro" può essere definito in due modi. Colloquialmente, quando usiamo la parola respirare, stiamo descrivendo l'azione di prendere ossigeno e rimuovere l'anidride carbonica nell'ambiente esterno.

Tuttavia, il concetto di respirazione comprende un processo più ampio del semplice entrare ed uscire dall'aria nella gabbia toracica. Tutti i meccanismi coinvolti con l'uso di ossigeno, il trasporto nel sangue e la produzione di anidride carbonica si verificano a livello cellulare.

Un secondo modo di definire la parola respirazione è a livello cellulare e questo processo è chiamato respirazione cellulare, dove la reazione di ossigeno si verifica con molecole inorganiche che producono energia sotto forma di ATP (adenosina trifosfato), acqua e anidride carbonica.

Pertanto, un termine più preciso per riferirsi al processo di presa ed espulsione dell'aria mediante movimenti toracici è il termine "ventilazione".

funzioni

La funzione principale del sistema respiratorio è orchestrare i processi di assunzione di ossigeno dall'esterno mediante meccanismi di ventilazione e respirazione cellulare. Uno dei rifiuti del processo è l'anidride carbonica che raggiunge il flusso sanguigno, passa nei polmoni e viene rimosso dal corpo nell'atmosfera.

Il sistema respiratorio è responsabile della mediazione di tutte queste funzioni. È specificamente responsabile per filtrare e umidificare l'aria che entrerà nel corpo, oltre a filtrare le molecole indesiderate.

Regola anche il pH dei liquidi corporei - indirettamente - controllando la concentrazione di CO₂, conservandolo o eliminandolo. D'altra parte, è coinvolto nella regolazione della temperatura, nella secrezione di ormoni nei polmoni e assiste il sistema olfattivo nella rilevazione degli odori.

Inoltre, ogni elemento del sistema è responsabile di una funzione specifica: le narici riscaldano l'aria e forniscono protezione a germi, faringe, laringe e trachea che mediano il passaggio dell'aria.

Inoltre, la faringe interviene nel passaggio di cibo e laringe nel processo di fonazione. Infine, il processo di scambio gassoso si verifica negli alveoli.

Organi respiratori nel regno animale

Nei piccoli animali, inferiori a 1 mm, lo scambio di gas può avvenire attraverso la pelle. In effetti, alcuni lignaggi di animali, come protozoi, spugne, cnidari e alcuni vermi compiono il processo di scambio di gas mediante la semplice diffusione.

Negli animali più grandi, come pesci e anfibi, è presente anche la respirazione cutanea, per integrare la respirazione delle branchie o dei polmoni.

Ad esempio, le rane possono effettuare l'intero processo di scambio di gas attraverso la pelle nelle fasi di ibernazione, dal momento che sono totalmente immersi in stagni. Nel caso delle salamandre, ci sono esemplari che mancano completamente di polmoni e respirano attraverso la pelle.

Tuttavia, con l'aumento della complessità animale, è necessaria la presenza di organi specializzati per lo scambio di gas e per soddisfare le elevate esigenze energetiche degli animali multicellulari.

Successivamente, l'anatomia degli organi che mediano lo scambio di gas in diversi gruppi di animali sarà descritta in dettaglio:

tracheas

Gli insetti e alcuni artropodi hanno un sistema respiratorio molto efficace e diretto. Consiste in un sistema di tubi, chiamati tracheae, che si estendono in tutto il corpo dell'animale.

Le tracheae si diramano in provette più strette (di circa 1 μm di diametro) chiamate trancalie. Sono occupati dal fluido e finiscono in associazione diretta con le membrane delle cellule.

L'aria entra nel sistema attraverso una serie di aperture che si comportano come una valvola, chiamate spiracoli. Questi hanno la capacità di chiudere in risposta alla perdita di acqua per prevenire l'essiccazione. Allo stesso modo, ha filtri per impedire l'ingresso di sostanze indesiderate.

Alcuni insetti, come le api, possono eseguire movimenti corporei che mirano a ventilare il sistema tracheale.

branchie

Le branchie, dette anche branchie, consentono una respirazione efficace negli ambienti acquatici. Negli echinodermi consistono in un'estensione della superficie dei loro corpi, mentre nei vermi marini e negli anfibi sono piume o ciuffi.

I più efficienti sono nel pesce e sono costituiti da un sistema di branchie interne. Sono strutture filamentose e con un adeguato apporto di sangue che va contro corrente d'acqua. Con questo sistema "controcorrente" è possibile garantire la massima estrazione di ossigeno dall'acqua.

La ventilazione delle branchie è associata ai movimenti dell'animale e all'apertura della bocca. Negli ambienti terrestri, le branchie perdono il supporto galleggiante dell'acqua, si asciugano e i filamenti si uniscono, portando al collasso dell'intero sistema.

Per questo motivo, i pesci soffocano quando sono fuori dall'acqua, anche se hanno grandi quantità di ossigeno intorno a loro.

polmoni

I polmoni dei vertebrati sono cavità interne, provviste di vasi abbondanti la cui funzione è quella di mediare lo scambio gassoso con il sangue. Alcuni invertebrati parlano di "polmoni", anche se queste strutture non sono omologhe l'una con l'altra e sono molto meno efficienti.

Negli anfibi, i polmoni sono molto semplici, simili a una borsa che in alcune rane è suddivisa. L'area disponibile per lo scambio aumenta nei polmoni dei rettili non-aviari, che sono suddivisi in numerose sacche interconnesse.

Nel lignaggio degli uccelli, l'efficienza dei polmoni aumenta grazie alla presenza di sacche d'aria, che fungono da spazio di riserva d'aria nel processo di ventilazione.

I polmoni raggiungono la loro massima complessità nei mammiferi (vedi la prossima sezione). I polmoni sono ricchi di tessuto connettivo e sono circondati da un sottile strato di epitelio chiamato pleura viscerale, che continua nella pleura viscerale, allineata con le pareti del torace.

Gli anfibi usano una pressione positiva per l'ingresso di aria nei polmoni, mentre rettili, uccelli e mammiferi non aviari usano una pressione negativa, dove l'aria viene spinta nei polmoni dall'espansione della gabbia toracica.

Parti (organi) dell'apparato respiratorio nell'uomo

Nell'uomo e nel resto dei mammiferi, il sistema respiratorio è costituito dalla porzione alta, composta da bocca, cavità nasale, faringe e laringe; la porzione inferiore costituita dalla trachea e dai bronchi e la porzione del tessuto polmonare.

Parte alta o tratto respiratorio superiore

Le narici sono le strutture attraverso le quali entra l'aria, queste sono seguite da una camera nasale coperta da un epitelio che secerne le sostanze mucose. Le narici interne si collegano con la faringe (ciò che comunemente chiamiamo la gola), dove avviene l'attraversamento di due percorsi: il digestivo e il respiratorio.

L'aria entra attraverso l'apertura della glottide, mentre il cibo continua la sua corsa lungo l'esofago.

L'epiglottide si trova sulla glottide, con l'obiettivo di impedire l'ingresso di cibo nel tratto respiratorio, stabilendo un limite tra la porzione di orofaringe - situata dietro la bocca - e la laringofaringe - segmento inferiore -. La glottide si apre nella laringe ("casella vocale") e questo a sua volta lascia il posto alla trachea.

Parte bassa o tratto respiratorio inferiore

La trachea è un condotto a forma di tubo, con un diametro da 15 a 20 mm e 11 centimetri di lunghezza. La sua parete è rinforzata con tessuto cartilagineo, per evitare il collasso della struttura, grazie a ciò è una struttura semi-flessibile.

La cartilagine si trova a forma di mezza luna in 15 o 20 anelli, cioè non circonda completamente la trachea.

La tranchea si ramifica in due bronchi, uno per ogni polmone.La destra è più verticale, rispetto alla sinistra, oltre ad essere più corta e più voluminosa. Dopo questa prima divisione, seguono successive suddivisioni nel parenchima polmonare.

La struttura dei bronchi assomiglia alla trachea per la presenza di cartilagine, muscoli e mucose, sebbene le placche cartilaginee diminuiscano fino a scomparire, quando i bronchi raggiungono un diametro di 1 mm.

Al loro interno, ciascun bronco si divide in piccoli tubi chiamati bronchioli, che conducono al dotto alveolare. Gli alveoli hanno uno strato molto sottile di cellule che facilita lo scambio di gas con il sistema dei capillari.

Tessuto polmonare

Macroscopicamente, i polmoni sono divisi in lobi da fessure. Il polmone destro è costituito da tre lobi e il polmone sinistro ne ha solo due. Tuttavia, l'unità funzionale di scambio di gas non è i polmoni, ma l'unità alveolocapillare.

Gli alveoli sono piccole sacche con la forma di grappoli d'uva che si trovano all'estremità dei bronchioli e corrispondono alla più piccola suddivisione delle vie aeree. Sono coperti da due tipi di celle, I e II.

Le cellule di tipo I sono caratterizzate dall'essere sottili e consentire la diffusione di gas. Quelli di tipo II sono più piccoli rispetto al gruppo precedente, meno sottili e la sua funzione è quella di secernere una sostanza del tipo tensioattivo che facilita l'espansione dell'alveolo nella ventilazione.

Le cellule dell'epitelio sono intervallate da fibre del tessuto connettivo, così che il polmone è elastico. Allo stesso modo, esiste una vasta rete di capillari polmonari dove avviene lo scambio di gas.

I polmoni sono circondati da un muro con tessuto mesoteliale chiamato pleura. Questo tessuto è solitamente chiamato spazio virtuale, poiché non contiene aria all'interno e ha solo un liquido in quantità minuscole.

Svantaggi dei polmoni

Uno svantaggio dei polmoni è che lo scambio di gas avviene solo negli alveoli e nei dotti alveolari. Il volume d'aria che raggiunge i polmoni ma si trova in un'area in cui non si verifica lo scambio di gas è chiamato spazio morto.

Pertanto, il processo di ventilazione negli esseri umani è altamente inefficiente. La normale ventilazione riesce solo a sostituire un sesto dell'aria presente nei polmoni. In un evento di respirazione forzata, il 20-30% dell'aria viene intrappolato.

Scatola toracica

La gabbia toracica ospita i polmoni ed è costituita da una serie di muscoli e ossa. La componente ossea è formata dalle spine cervicali e dorsali, dalla gabbia toracica e dallo sterno. Il diaframma è il muscolo respiratorio più importante, che si trova nella parte posteriore della casa.

Ci sono muscoli addizionali inseriti nelle costole, chiamati intercostali. Altri partecipano alla meccanica respiratoria come lo sternocleidomastoideo e gli scaleni, che provengono dalla testa e dal collo. Questi elementi sono inseriti nello sterno e nelle prime costole.

Come funziona?

L'assorbimento di ossigeno è vitale per i processi di respirazione cellulare, dove l'assunzione di questa molecola avviene per la produzione di ATP a partire dai nutrienti ottenuti nel processo di alimentazione attraverso processi metabolici.

In altre parole, l'ossigeno serve a ossidare (bruciare) le molecole e quindi a produrre energia. Uno dei residui di questo processo è l'anidride carbonica, che deve essere espulsa dal corpo. La respirazione coinvolge i seguenti eventi:

ventilazione

Il processo inizia con l'assorbimento di ossigeno nell'atmosfera attraverso il processo di ispirazione. L'aria entra nel sistema respiratorio attraverso le narici, passando attraverso l'intera serie di tubi descritti, fino a raggiungere i polmoni.

L'assunzione di aria - la respirazione - è un processo normalmente involontario ma può passare dall'essere automatico al volontario.

Nel cervello, i neuroni del midollo sono responsabili della normale regolazione della respirazione. Tuttavia, il corpo è in grado di regolare la respirazione in base alle esigenze di ossigeno.

Una persona media a riposo respira una media di sei litri d'aria al minuto e questa cifra può aumentare fino a 75 litri durante i periodi di esercizio intenso.

Scambio di gas

L'ossigeno nell'atmosfera è una miscela di gas composta da 71% di azoto, 20,9% di ossigeno e una piccola frazione di altri gas, come il biossido di carbonio.

Quando l'aria penetra nel tratto respiratorio, la composizione cambia immediatamente. Il processo di ispirazione satura l'aria con l'acqua e quando l'aria raggiunge gli alveoli si mescola con l'aria residua delle ispirazioni precedenti. A questo punto diminuisce la pressione parziale dell'ossigeno e aumenta quella dell'anidride carbonica.

Nei tessuti respiratori, i gas si muovono lungo i gradienti delle concentrazioni. Poiché le pressioni parziali di ossigeno sono maggiori negli alveoli (100 mm Hg) che nel sangue dei capillari polmonari (40 mm Hg) l'ossigeno passa ai capillari attraverso un processo di diffusione.

Allo stesso modo, la concentrazione di anidride carbonica è maggiore nei capillari polmonari (46 mm Hg) in alveoli (40 mm Hg), quindi l'anidride carbonica diffonde nella direzione opposta, dai capillari sanguigni agli alveoli polmoni.

Trasporto di gas

In acqua, la solubilità dell'ossigeno è così bassa che ci deve essere un mezzo di trasporto per soddisfare i requisiti metabolici. In alcuni invertebrati di piccole dimensioni la quantità di ossigeno disciolta nei loro fluidi è sufficiente per soddisfare le esigenze individuali.

Tuttavia, nell'uomo l'ossigeno trasportato in questo modo raggiungerebbe solo l'1% dei requisiti.

Per questo motivo, l'ossigeno - e una quantità significativa di anidride carbonica - viene trasportato dai pigmenti nel sangue. In tutti i vertebrati questi pigmenti sono confinati ai globuli rossi.

Nel regno animale, il pigmento più comune è l'emoglobina, una molecola di natura proteica che contiene ferro nella sua struttura. Ogni molecola è composta da 5% di eme, responsabile del colore rosso del sangue e dell'unione reversibile con ossigeno e del 95% di globina.

La quantità di ossigeno che può legarsi all'emoglobina dipende da molti fattori tra cui la concentrazione di ossigeno: quando è alto, come nei capillari, emoglobina lega l'ossigeno; Quando la concentrazione è bassa, la proteina rilascia ossigeno.

Altri pigmenti respiratori

Sebbene l'emoglobina sia il pigmento respiratorio presente in tutti i vertebrati e in alcuni invertebrati, non è l'unico.

In alcuni decapodi, cefalopodi crostacei e molluschi c'è un pigmento colorante blu chiamato emocianina. Invece del ferro, questa molecola ha due atomi di rame.

Quattro famiglie di policheti lì chlorocruorin pigmento, una proteina avendo ferro nella sua struttura ed è verde. È simile all'emoglobina in termini di struttura e funzionamento, sebbene non sia limitato a nessuna struttura cellulare ed è libero nel plasma.

Infine, c'è un pigmento con una capacità di carico dell'ossigeno molto inferiore a quella dell'emoglobina chiamata hemeritrin. È di colore rosso ed è presente in diversi gruppi di invertebrati marini.

Malattie comuni

asma

È una patologia che colpisce il tratto respiratorio, causandone il gonfiore. In un attacco d'asma, i muscoli intorno alle vie respiratorie si infiammano e la quantità di aria che può entrare nel sistema diminuisce drasticamente.

L'attacco può essere attivato da un certo numero di sostanze chiamate allergeni, tra cui la pelliccia di animali domestici, acari, freddo, prodotti chimici negli alimenti, muffe, pollini, tra gli altri.

Edema polmonare

L'edema polmonare è l'accumulo di liquido nei polmoni, il che rende capacità respiratoria del singolo. Le cause sono solitamente associate a insufficienza cardiaca congestizia, in cui il cuore non pompa abbastanza sangue.

L'aumento della pressione nei vasi sanguigni spinge il fluido nelle intercapedini all'interno dei polmoni, riducendo così il normale movimento di ossigeno nei polmoni.

Altre cause di edema polmonare sono insufficienza renale, la presenza di arterie limitate che forniscono sangue ai reni, miocardite, aritmia, l'attività fisica in eccessivamente elevata frazione, l'uso di alcuni farmaci, tra gli altri.

I sintomi più comuni sono difficoltà respiratorie, mancanza di respiro, espettorazione di schiuma o sangue e aumento della frequenza cardiaca.

polmoniti

Le polmoniti sono infezioni dei polmoni e possono essere causate da una varietà di microrganismi, inclusi batteri come Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus, Haemophilus influenzae, Mycoplasma pneumoniae e Chlamydias pneumoniae, virus o funghi come Pneumocystis jiroveci.

Appare come un'infiammazione degli spazi alveolari. Si tratta di una malattia altamente contagiosa, perché gli agenti causali possono essere diffuse attraverso l'aria e si diffuse rapidamente attraverso starnuti e tosse.

Le persone più sensibili a questa patologia includono individui con più di 65 anni e con problemi di salute. I sintomi includono febbre, brividi, tosse con catarro, mancanza di respiro, mancanza di respiro e dolore al petto.

La maggior parte dei casi non richiedono l'ospedalizzazione e la malattia può essere trattata con antibiotici (in caso di polmonite batterica) somministrati per via orale, il riposo e l'assunzione di liquidi.

bronchite

Bronchite è presente come un processo infiammatorio dei condotti che trasportano l'ossigeno ai polmoni, causata da infezione o altre ragioni. Questa malattia è classificata come acuta e cronica.

Tra i sintomi ci sono malessere generale, tosse con muco, difficoltà di respirazione e pressione al petto.

Per il trattamento della bronchite, si raccomanda di assumere aspirina o paracetamolo per ridurre la febbre, assumere quantità significative di liquidi e riposare. Se è causato da un agente batterico, vengono presi gli antibiotici.

riferimenti

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