L'apparato respiratorio

Scrivi il percorso che segue una molecola di ossigeno da quando entra dalle narici fino a quando arriva a un alveolo polmonare, nominando in ordine tutte le strutture che attraversa.

Osserva l'immagine dell'apparato respiratorio. Indica quale numero indica la trachea e quale indica il diaframma, e descrivi la funzione di ciascuna di queste due strutture.

Ordina le seguenti strutture secondo il percorso dell'aria dall'esterno fino agli alveoli: bronchi, trachea, narici, laringe, bronchioli, faringe.

Spiega perché si dice che la faringe è un «crocevia» tra l'apparato digerente e quello respiratorio, e quali due tipi di sostanze la attraversano.

Le vie respiratorie sono rivestite di muco e ciglia. Spiega che cos'è ciascuno di questi elementi e come collaborano nel pulire l'aria che respiriamo.

Quando si respira abitualmente con la bocca, l'aria arriva ai polmoni più fredda, più secca e con più particelle rispetto a quando si respira con il naso. Osservando le strutture numerate nell'immagine, spiega che cosa accade all'aria quando attraversa le narici e perché è consigliabile respirare con il naso.

Quando abbiamo il naso congestionato per un raffreddore respiriamo con la bocca e sentiamo la gola secca e irritata. Metti in relazione questo disagio con le funzioni che svolge l'aria attraversando le narici e spiega perché la congestione di solito peggiora quando ci sdraiamo.

Se soffi su un vetro freddo, si appanna con l'aria espirata. Spiega che cosa dimostra questo fenomeno sul contenuto dell'aria che espelliamo e collegalo a una delle funzioni che le narici svolgono sull'aria inspirata.

Durante una cena, un commensale parla e ride mentre mastica e deglutisce. All'improvviso ha un violento attacco di tosse e si porta le mani alla gola. Un testimone afferma: «Si è strozzato perché l'epiglottide si è chiusa fuori tempo e ha deviato il cibo verso l'esofago».

1. a) Confuta la spiegazione del testimone: spiega la vera funzione dell'epiglottide durante la deglutizione, quale condotto deve proteggere e verso dove è stato deviato in realtà l'alimento.
2. b) Giustifica perché è anatomicamente impossibile parlare e deglutire contemporaneamente, e spiega perché il riflesso di tossire con forza è la risposta protettiva più efficace dell'apparato respiratorio in questa situazione.

Spiega con parole tue che cosa sono gli alveoli polmonari e perché sono il luogo adatto in cui avviene lo scambio di gas tra l'aria e il sangue.

Spiega la differenza tra inspirazione ed espirazione, e indica quale gas catturano principalmente i polmoni dall'aria inspirata e quale gas viene espulso con l'aria espirata.

Indica se queste affermazioni sono vere o false e giustifica la tua risposta: a) i polmoni sono muscoli che si contraggono per far entrare l'aria; b) gli alveoli sono circondati da capillari sanguigni; c) l'aria espirata contiene più anidride carbonica di quella inspirata.

Le pareti degli alveoli e dei capillari che li circondano sono estremamente sottili. Spiega perché questa sottigliezza è indispensabile per lo scambio di gas e ragiona su che cosa accadrebbe se queste pareti fossero spesse.

L'aria inspirata contiene circa $21\ \%$ di ossigeno e il $0,04\ \%$ di anidride carbonica; l'aria espirata, circa $16\ \%$ di ossigeno e il $4\ \%$ di anidride carbonica. Confronta le due composizioni, spiega che cosa hanno fatto i polmoni all'aria e ragiona, alla luce dei dati, sul perché l'aria espirata può ancora essere utile nella rianimazione bocca a bocca.

Descrivi che cosa accade al diaframma e alle costole durante l'inspirazione e durante l'espirazione, e spiega come questi movimenti provocano l'entrata e l'uscita dell'aria dai polmoni.

Un palloncino dentro una bottiglia con il fondo elastico è un modello casalingo dell'apparato respiratorio: tirando la gomma del fondo, il palloncino si gonfia. Spiega che cosa rappresentano il palloncino, la bottiglia e la gomma del fondo, e indica un'importante limitazione di questo modello rispetto al corpo umano reale.

Spiega quali due movimenti compie la gabbia toracica per rinnovare l'aria dei polmoni e quale muscolo, situato sotto i polmoni, è il principale responsabile di questi movimenti.

A riposo, una persona inspira circa $0,5\ \text{L}$ di aria a ogni respiro e compie circa $14$ respiri al minuto. Calcola il volume di aria che muove in un'ora. Se facendo sport il volume per respiro sale a $2\ \text{L}$ e la frequenza a $30$ respiri al minuto, calcola quante volte è maggiore il volume di aria mosso in un'ora e spiega perché l'organismo ha bisogno di questo aumento.

Quando corriamo, respiriamo più velocemente e più profondamente. Spiega quali muscoli compiono i movimenti della ventilazione e perché le cellule muscolari hanno bisogno di più ossigeno durante l'esercizio.

I fumatori distruggono con gli anni parte delle pareti dei loro alveoli (enfisema polmonare), cosicché gli alveoli si fondono in cavità più grandi e con meno superficie totale. Ragiona, a partire da come avviene lo scambio di gas, sul perché queste persone si affannano facendo esercizio anche se i loro polmoni continuano a riempirsi d'aria.

In un pronto soccorso vengono ricoverati due pazienti con problemi di ossigenazione:

• Paziente 1: Soffre di una grave crisi asmatica; fatica a ventilare e l'aria entra appena nei suoi polmoni.

• Paziente 2: Ha inalato monossido di carbonio da un braciere difettoso. La sua frequenza e il suo volume respiratori sono normali e l'aria entra senza difficoltà fino ai suoi alveoli.

Uno studente tirocinante afferma che il paziente 2 non è in pericolo di vita perché «i suoi polmoni introducono aria e ventilano del tutto normalmente».

1. a) Confuta la conclusione dello studente: individua in quale fase della funzione respiratoria (ventilazione polmonare, diffusione negli alveoli, trasporto nel sangue o respirazione cellulare) si verifica il guasto in ciascun paziente.
2. b) Spiega perché, nonostante il paziente 2 riempia bene i polmoni d'aria, le sue cellule sono a rischio imminente di morire per mancanza di ossigeno.

La tabella seguente mostra l'evoluzione di due parametri nel sangue di un ciclista durante la sua preparazione sportiva:

1. a) Interpreta i dati: giustifica perché il suo organismo ha aumentato la produzione di globuli rossi in montagna, mettendolo in relazione con la minore pressione dell'ossigeno nell'aria e con la diffusione negli alveoli.
2. b) Prevedi in quale momento (subito dopo essere sceso dalla montagna o dopo quattro settimane) otterrà il maggior vantaggio competitivo in una gara a livello del mare e spiega perché questo miglioramento fisiologico scompare con il tempo.

Al pronto soccorso vengono trattati due casi di soffocamento con corpi estranei che ostruiscono le vie respiratorie:

• Caso A: Un pezzo di cibo è rimasto incastrato nella laringe, bloccando la glottide.

• Caso B: Un pezzo di un giocattolo è sceso oltre la trachea e si è incastrato saldamente nel bronco principale destro.

L'équipe medica valuta di eseguire una tracheotomia d'urgenza (apertura artificiale nella parte anteriore della trachea).

1. a) Prevedi e giustifica in quale dei due casi la tracheotomia risolverà il soffocamento permettendo all'aria di arrivare a entrambi i polmoni, e perché nell'altro caso questo intervento non risolverà il problema.
2. b) Nel caso in cui la tracheotomia non sia efficace, spiega quale conseguenza avrà l'ostruzione sullo scambio di gas di ciascun polmone e ragiona se il paziente possa sopravvivere temporaneamente con un solo polmone funzionante.

In un ambulatorio di pneumologia si esegue una spirometria su due adolescenti che praticano sport:

• Paziente 1 (sano): Espelle $3,6\ \text{L}$ di aria nel primo secondo di un'espirazione forzata.

• Paziente 2 (durante una crisi di difficoltà respiratoria): Riesce a espellere solo $1,5\ \text{L}$ nel primo secondo, ma dopo aver inalato un farmaco broncodilatatore il suo valore sale a $3,3\ \text{L}$.

1. a) Interpreta i dati del paziente 2: deduci quale cambiamento fisico è avvenuto nel diametro dei suoi bronchi e bronchioli durante la crisi e quale effetto ha avuto il farmaco sulla muscolatura di tali condotti.
2. b) Un parente del paziente 2 afferma: «Se gli alveoli non sono danneggiati, lo scambio di ossigeno con il sangue dovrebbe essere del tutto normale durante la crisi». Confuta questa affermazione giustificando perché un difetto nella ventilazione bronchiale può ridurre lo scambio di ossigeno anche se gli alveoli sono sani.