Sistema respiratorio

L'inspirazione e l'espirazione sono ventilazione polmonare: questa è la respirazione
Il sistema respiratorio aiuta la respirazione, chiamata anche ventilazione polmonare. Nella ventilazione polmonare, l'aria viene inspirata attraverso le cavità nasali e orali (naso e bocca). Si muove attraverso la faringe, la laringe e la trachea fino ai polmoni. Quindi l'aria viene espirata, rifluendo attraverso lo stesso percorso. Le variazioni del volume e della pressione dell’aria nei polmoni innescano la ventilazione polmonare. Durante la normale inspirazione, il diaframma e i muscoli intercostali esterni si contraggono e la gabbia toracica si solleva. Quando il volume dei polmoni aumenta, la pressione dell'aria diminuisce e l'aria entra con forza. Durante la normale espirazione, i muscoli si rilassano. I polmoni diventano più piccoli, la pressione dell’aria aumenta e l’aria viene espulsa.

La respirazione esterna scambia gas tra i polmoni e il flusso sanguigno
All'interno dei polmoni, l'ossigeno viene scambiato con i rifiuti di anidride carbonica attraverso il processo chiamato respirazione esterna. Questo processo respiratorio avviene attraverso centinaia di milioni di sacche microscopiche chiamate alveoli. L'ossigeno dell'aria inalata si diffonde dagli alveoli nei capillari polmonari che li circondano. Si lega alle molecole di emoglobina nei globuli rossi e viene pompato attraverso il flusso sanguigno. Nel frattempo, l'anidride carbonica proveniente dal sangue deossigenato si diffonde dai capillari agli alveoli e viene espulsa attraverso l'espirazione.

La respirazione interna scambia gas tra il flusso sanguigno e i tessuti corporei
Il flusso sanguigno fornisce ossigeno alle cellule e rimuove l’anidride carbonica di scarto attraverso la respirazione interna, un’altra funzione chiave del sistema respiratorio. In questo processo respiratorio, i globuli rossi trasportano l'ossigeno assorbito dai polmoni in tutto il corpo, attraverso il sistema vascolare. Quando il sangue ossigenato raggiunge gli stretti capillari, i globuli rossi rilasciano ossigeno. Si diffonde attraverso le pareti dei capillari nei tessuti corporei. Nel frattempo, l’anidride carbonica si diffonde dai tessuti ai globuli rossi e al plasma. Il sangue deossigenato riporta l'anidride carbonica ai polmoni per essere rilasciata.

L'aria che fa vibrare le corde vocali crea il suono
La fonazione è la creazione del suono da parte delle strutture del tratto respiratorio superiore del sistema respiratorio. Durante l'espirazione, l'aria passa dai polmoni attraverso la laringe, o "scatola vocale". Quando parliamo, i muscoli della laringe muovono le cartilagini aritenoidi. Le cartilagini aritenoidi spingono insieme le corde vocali, o corde vocali. Quando le corde vengono avvicinate, l'aria che passa tra di loro le fa vibrare, creando il suono. Una maggiore tensione nelle corde vocali crea vibrazioni più rapide e suoni più acuti. Una tensione minore provoca vibrazioni più lente e un tono più basso.

L'olfatto, o annusare, è una sensazione chimica
Il processo dell'olfatto inizia con le fibre olfattive che rivestono le cavità nasali all'interno del naso. Quando l'aria entra nelle cavità, alcune sostanze chimiche presenti nell'aria si legano e attivano i recettori del sistema nervoso sulle ciglia. Questo stimolo invia un segnale al cervello: i neuroni ricevono il segnale dalle cavità nasali attraverso le aperture dell'etmoide e poi ai bulbi olfattivi. Il segnale viaggia quindi dai bulbi olfattivi, lungo il nervo cranico 1, fino all'area olfattiva della corteccia cerebrale.

Ventilazione polmonare
La ventilazione polmonare è il processo di spostamento dell’aria dentro e fuori i polmoni per facilitare lo scambio di gas. Il sistema respiratorio utilizza sia un sistema di pressione negativa che la contrazione dei muscoli per ottenere la ventilazione polmonare. Il sistema di pressione negativa del sistema respiratorio comporta l'instaurazione di un gradiente di pressione negativa tra gli alveoli e l'atmosfera esterna. La membrana pleurica sigilla i polmoni e li mantiene ad una pressione leggermente inferiore a quella atmosferica quando i polmoni sono a riposo. Ciò fa sì che l'aria segua il gradiente di pressione e riempia passivamente i polmoni a riposo. Quando i polmoni si riempiono d’aria, la pressione al loro interno aumenta fino a raggiungere la pressione atmosferica. A questo punto è possibile inspirare più aria mediante la contrazione del diaframma e dei muscoli intercostali esterni, aumentando il volume del torace e riducendo nuovamente la pressione dei polmoni al di sotto di quella atmosferica.

Respirazione esterna
La respirazione esterna è lo scambio di gas tra l'aria che riempie gli alveoli e il sangue nei capillari che circondano le pareti degli alveoli. L'aria che entra nei polmoni dall'atmosfera ha una pressione parziale di ossigeno più elevata e una pressione parziale di anidride carbonica più bassa rispetto al sangue nei capillari. La differenza nelle pressioni parziali fa sì che i gas si diffondano passivamente lungo i loro gradienti di pressione dall'alta alla bassa pressione attraverso il semplice rivestimento dell'epitelio squamoso degli alveoli. Il risultato netto della respirazione esterna è il movimento dell'ossigeno dall'aria nel sangue e il movimento dell'anidride carbonica dal sangue all'aria. L'ossigeno può quindi essere trasportato ai tessuti del corpo mentre l'anidride carbonica viene rilasciata nell'atmosfera durante l'espirazione.

Respirazione interna
La respirazione interna è lo scambio di gas tra il sangue nei capillari e i tessuti del corpo. Il sangue capillare ha una pressione parziale di ossigeno più elevata e una pressione parziale di anidride carbonica inferiore rispetto ai tessuti attraverso i quali passa. La differenza nelle pressioni parziali porta alla diffusione dei gas lungo i loro gradienti di pressione dall'alta alla bassa pressione attraverso il rivestimento dell'endotelio dei capillari. Il risultato netto della respirazione interna è la diffusione dell'ossigeno nei tessuti e la diffusione dell'anidride carbonica nel sangue.

Trasporto di gas
I due principali gas respiratori, ossigeno e anidride carbonica, vengono trasportati attraverso il corpo nel sangue. Il plasma sanguigno ha la capacità di trasportare parte dell’ossigeno disciolto e dell’anidride carbonica, ma la maggior parte dei gas trasportati nel sangue sono legati a molecole di trasporto. L'emoglobina è un'importante molecola di trasporto presente nei globuli rossi che trasporta quasi il 99% dell'ossigeno nel sangue. L’emoglobina può anche trasportare una piccola quantità di anidride carbonica dai tessuti ai polmoni. Tuttavia, la stragrande maggioranza dell’anidride carbonica viene trasportata nel plasma sotto forma di ioni bicarbonato. Quando la pressione parziale dell'anidride carbonica è elevata nei tessuti, l'enzima anidrasi carbonica catalizza una reazione tra l'anidride carbonica e l'acqua per formare acido carbonico. L'acido carbonico quindi si dissocia in ione idrogeno e ione bicarbonato. Quando la pressione parziale dell’anidride carbonica nei polmoni è bassa, le reazioni si invertono e l’anidride carbonica viene liberata nei polmoni per essere espirata.

Controllo omeostatico della respirazione
In normali condizioni di riposo, il corpo mantiene una frequenza respiratoria tranquilla e una profondità chiamata eupnea. L'eupnea viene mantenuta finché la richiesta di ossigeno da parte dell'organismo e la produzione di anidride carbonica non aumentano a causa del maggiore sforzo. I chemocettori autonomi nel corpo monitorano le pressioni parziali di ossigeno e anidride carbonica nel sangue e inviano segnali al centro respiratorio del tronco encefalico. Il centro respiratorio regola quindi la frequenza e la profondità della respirazione per riportare il sangue ai normali livelli di pressione parziale del gas.

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