FISIOLOGIA E BIOMECCANICA

DI MARCO VALLARINO

FISIOLOGIA 

Per vivere le nostre cellule hanno bisogno d’ossigeno, presente nell’aria che respiriamo e che l’organismo assume incessantemente e in modo ciclico attraverso il respiro. Ogni ciclo avviene in due fasi: l’inspirazione, quando l’aria entra ricca d’ossigeno, e l’espirazione, quando l’aria esce ormai povera d’ossigeno e ricca d’anidride carbonica, prodotta dal processo metabolico dell’organismo. L’aria che respiriamo entra ed esce dal nostro corpo con un ritmo medio di 13/16 cicli respiratori per minuto.

L’alternanza tra inspirazione ed espirazione è regolata dal centro respiratorio, che si trova nel midollo allungato, situato alla base del cranio. Il centro riceve dai recettori chimici presenti nel corpo, messaggi sul livello della percentuale d’anidride carbonica accumulata nell’organismo: quando il livello sale oltre una certa soglia l’apparato respiratorio è stimolato ad espirare e ad inspirare nuovamente. Vediamo brevemente quali sono le parti che compongono l’apparato respiratorio seguendo il percorso dell’aria che entra.

Iniziando dall’alto incontriamo le vie respiratorie superiori: le due narici, le fosse nasali, la faringe, la laringe e la trachea, la quale si divide poi nei due bronchi che giungono rispettivamente ai due polmoni. All’interno dei polmoni i bronchi si ramificano in bronchioli terminando negli alveoli polmonari, celle dall’aspetto di piccole vescicole, in cui avvengono propriamente gli scambi gassosi. 

I polmoni, all’interno della gabbia toracica sono avvolti dalla pleura, una membrana sierosa a doppio foglio, che permette lo scivolamento dei polmoni stessi all’interno della gabbia toracica. Questa è formata da 12 paia di costole, 10 delle quali si collegano allo sterno (le prime 7 paia direttamente, dal nono al decimo paio attraverso cartilagini) mentre le ultime 2 paia, le fluttuanti, sono libere. Le costole si collegano posteriormente alle vertebre della colonna dorsale.

I polmoni sono separati dalla cavità addominale da un muscolo a forma di cupola che è fondamentale nella biomeccanica respiratoria, il diaframma. Esso è connesso tramite una rete di legamenti alla gabbia toracica ed alla colonna vertebrale, fino alla base del cranio, ed in basso è sorretto dai cosiddetti pilastri del diaframma, estremità tendinee connesse alle vertebre lombari.

Queste sono in sintesi le parti del corpo che formano l’apparato respiratorio, ma come agiscono durante la respirazione?

BIOMECCANICA

L’alternanza ciclica d’inspirazione ed espirazione avviene grazie all’attività di una serie di muscoli delegati appunto alla funzione respiratoria. Il più importante è il diaframma, che lavora in sinergia e in coordinazione con i muscoli della gabbia toracica e non solo.

I polmoni, infatti, per sé stessi sono organi passivi, non possono muoversi autonomamente per far entrare o uscire l’aria, ma sono dilatati, nell’inspirazione, dall’azione del diaframma e dei muscoli inspiratori del torace, oppure sono compressi dai muscoli espiratori toracici e dagli addominali in caso d’espirazioni forzate. Il diaframma è un muscolo essenzialmente inspiratorio: quando le sue fibre si contraggono, ne causano l’abbassamento, che porta con se gli apici polmonari che si dilatano e richiamano aria dall’esterno, riempiendosi.

Per farsi un’idea schematica di quanto avviene possiamo immaginare il diaframma come il pistone di una siringa che abbassandosi risucchia l’aria attraverso i condotti delle vie respiratorie, che in questo paragone sarebbero il corpo e il collo della siringa.

Il diaframma però non lavora da solo. Nell’inspirazione intervengono anche i muscoli intercostali esterni e medi, i quali svolgono, in sinergia con gli altri muscoli inspiratori del torace (scaleni, sternocleidomastoidei), il compito di dilatare e sollevare le costole, aumentando il volume toracico e causando quindi il richiamo di una maggiore quantità d’aria all’interno dei polmoni.

I movimenti delle costole sono di due tipi: uno a “manico di secchio”, che porta in espansione il torace, l’altro definito a “leva di pompa”, che porta in elevazione la gabbia toracica. Nella fase espiratoria il diaframma si de-contrae ritornando alla sua forma di cupola verso l’alto, i muscoli toracici inspiratori si rilassano, le costole si abbassano e il torace ritorna al volume iniziale.

Nell’espirazione non dovrebbe esserci un’eccessiva attivazione muscolare, in quanto tutto avviene perché si rilassano quelle parti che nell’inspirazione si sono attivate contraendosi, permettendo ai polmoni di tornare al volume iniziale. Ci sono tuttavia muscoli espiratori che entrano maggiormente in gioco in caso d’espirazione forzata o d’attività in cui è richiesto un maggior volume d’aria.ontrae ritornando alla sua forma di cupola verso l’alto, i muscoli toracici inspiratori si rilassano, le costole si abbassano e il torace ritorna al volume iniziale.

In particolare gli addominali in fase espiratoria possono aiutare il diaframma a salire ulteriormente, comprimendo la base inferiore dei polmoni, mentre la muscolatura espiratoria toracica (intercostali interni) avvicina ancor di più le costole riducendo il volume della gabbia toracica e comprimendo ulteriormente i polmoni, ottenendo in questo modo una maggiore fuoriuscita d’aria nell’espirazione.

Quanta aria si respira?

VOLUME E CAPACITA' RESPIRATORIA 

Nei polmoni resta sempre, al termine di un’espirazione massima, una quantità d’aria, per assicurare un equilibrio pressorio tra ambiente interno ed esterno, detto volume residuo (in media 1000-1200 ml), mentre il volume corrente (in media dai 300 ai 500 ml)è la quantità d’aria che entra od esce in ogni atto respiratorio. Il volume di riserva inspiratoria è invece la quantità d’aria che, al termine di una normale inspirazione, si riesce ad immettere nei polmoni con un’inspirazione massima. Infine il volume di riserva espiratoria definisce la quantità d’aria che, al termine di una normale espirazione, si riesce ad espellere dai polmoni con un’espirazione forzata. La somma del volume corrente, del volume di riserva inspiratoria ed espiratoria costituisce la capacità vitale. Aggiungendo a questa il volume residuo si ottiene la capacità totale.

Per chi pratica l’apnea è fondamentale incrementare la propria capacità vitale e quindi saper usare tutta la muscolatura inspiratoria, in primo luogo il diaframma, per poter avere a disposizione una maggiore scorta d’aria, ovvero d’ossigeno, necessario per prolungare i tempi di ritenzione del respiro.azione forzata. La somma del volume corrente, del volume di riserva inspiratoria ed espiratoria costituisce la capacità vitale. Aggiungendo a questa il volume residuo si ottiene la capacità totale.

Respiriamo tutti nello stesso modo?Non dimentichiamo però che anche la muscolatura espiratoria è altrettanto importante. Espirare una maggior quantità d’aria permette di ricambiare in percentuale maggiore quel volume d’aria sempre presente nei polmoni al termine di un’espirazione, ma povero d’ossigeno. In pratica imparando a gestire in modo più efficiente anche la fase espiratoria si permette l’ingresso di una maggiore quantità d’aria nuova e ricca d’ossigeno.

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