Alveoli polmonari: caratteristiche, funzioni, anatomia
Gli alveoli polmonari sono piccoli sacchi situati nei polmoni dei mammiferi, circondati da una rete di capillari sanguigni. Sotto un microscopio, in un alveolo si può distinguere il lume dell'alveolo e il suo muro, costituito da cellule epiteliali.
Inoltre contengono fibre di tessuto connettivo che conferiscono loro la loro caratteristica elasticità. Nell'epitelio alveolare si possono distinguere cellule di tipo I piatte e cellule di tipo II cubo. La sua funzione principale è mediare lo scambio gassoso tra aria e sangue.
Quando si verifica il processo di respirazione, l'aria entra nel corpo attraverso la trachea, dove viaggia verso una serie di tunnel all'interno del polmone. Alla fine di questa intricata rete di tubi ci sono le sacche alveolari, dove l'aria entra ed è assorbita dai vasi sanguigni.
Già nel sangue, l'ossigeno nell'aria è separato dal resto dei componenti, come il biossido di carbonio. Quest'ultimo composto viene eliminato dal corpo attraverso il processo di espirazione.
Caratteristiche generali
All'interno dei polmoni c'è un tessuto spugnoso formato da un numero piuttosto elevato di alveoli polmonari: da 400 a 700 milioni nei due polmoni di un adulto adulto sano. Gli alveoli sono strutture simili a borse coperte internamente da una sostanza appiccicosa.
Nei mammiferi, ogni polmone contiene milioni di alveoli, intimamente associati alla rete vascolare. Nell'uomo, l'area dei polmoni è compresa tra 50 e 90 m2 e contiene 1000 km di capillari sanguigni.
Questo numero elevato è essenziale per garantire l'apporto di ossigeno richiesto e quindi essere in grado di soddisfare l'elevato metabolismo dei mammiferi, principalmente a causa dell'endotermia del gruppo.
Sistema respiratorio nei mammiferi
L'aria entra attraverso il naso, in particolare dal "Nostrilos"; Questo passa alla cavità nasale e da lì alle narici interne collegate alla faringe. Qui convergono due vie: respiratoria e digestiva.
La glottide si apre sulla laringe e poi sulla trachea. Questo è diviso in due bronchi, uno in ciascun polmone; a loro volta, i bronchi sono suddivisi in bronchioli, che sono tubi più piccoli e conducono a dotti alveolari e alveoli.
funzioni
La funzione principale degli alveoli è quella di consentire lo scambio di gas, vitale per i processi respiratori, consentendo l'ingresso di ossigeno nel sangue per essere trasportato ai tessuti del corpo.
Allo stesso modo, gli alveoli polmonari partecipano all'eliminazione dell'anidride carbonica dal sangue durante i processi di inspirazione ed espirazione.
anatomia
Gli alveoli e i dotti alveolari consistono in un sottilissimo endotelio a strato singolo che facilita lo scambio di gas tra l'aria e i capillari sanguigni. Hanno un diametro approssimativo di 0, 05 e 0, 25 mm, circondate da anelli capillari. Sono arrotondati o poliedrici.
Tra ogni alveolo consecutivo si trova il setto interalveolare, che è il muro comune tra i due. Il bordo di questi setti forma gli anelli basali, formati da cellule muscolari lisce e ricoperti dal semplice epitelio cubico.
All'esterno di un alveolo ci sono i capillari sanguigni che, con la membrana alveolare, formano la membrana alveolare-capillare, la regione in cui avviene lo scambio gassoso tra l'aria che entra nei polmoni e il sangue nei capillari.
A causa della sua peculiare organizzazione, gli alveoli polmonari ricordano un nido d'ape. Sono costituiti all'esterno da una parete di cellule epiteliali chiamate pneumociti.
Accompagnando la membrana alveolare, le cellule sono ritenute responsabili della difesa e della pulizia degli alveoli, chiamate macrofagi alveolari.
Tipi di cellule negli alveoli
La struttura degli alveoli è stata ampiamente descritta in letteratura e comprende i seguenti tipi cellulari: tipo I che media lo scambio di gas, secretoria di tipo II e funzioni immunitarie, cellule endoteliali, macrofagi alveolari coinvolti nel difesa e fibroblasti interstiziali.
Cellule di tipo I
Le cellule di tipo I sono caratterizzate dall'essere incredibilmente sottili e piatte, presumibilmente per facilitare lo scambio di gas. Si trovano su circa il 96% della superficie degli alveoli.
Queste cellule esprimono un numero significativo di proteine, tra cui T1-α, acquaporina 5, canali ionici, recettori dell'adenosina e geni di resistenza in diversi farmaci.
La difficoltà di isolare e coltivare queste cellule ha impedito il loro studio approfondito. Tuttavia, viene proposta una possibile funzione di omostosi nei polmoni, come il trasporto di ioni, acqua e la partecipazione al controllo della proliferazione cellulare.
Il modo per superare queste difficoltà tecniche è lo studio delle cellule con metodi molecolari alternativi, chiamati microarray di DNA. Utilizzando questa metodologia è stato possibile concludere che le cellule di tipo I sono anche coinvolte nella protezione contro il danno ossidativo.
Cellule di tipo II
Le cellule di tipo II hanno forma cuboidale e di solito si trovano agli angoli degli alveoli nei mammiferi, con solo il 4% di superficie alveolare rimanente.
Le sue funzioni comprendono la produzione e la secrezione di biomolecole come proteine e lipidi che costituiscono tensioattivi polmonari.
I tensioattivi polmonari sono sostanze composte principalmente da lipidi e una piccola porzione proteica, che aiuta a ridurre la tensione superficiale negli alveoli. La più importante è la dipalmitoilfosfatidilcolina (DPPC).
Le cellule di tipo II sono coinvolte nella difesa immunitaria degli alveoli, secernendo diversi tipi di sostanze come le citochine, il cui ruolo è il reclutamento di cellule infiammatorie all'interno dei polmoni.
Inoltre, diversi modelli animali hanno dimostrato che le cellule di tipo II sono responsabili della conservazione dello spazio alveolare libero dai fluidi e sono anche coinvolte nel trasporto di sodio.
Fibroblasti interstiziali
Queste cellule hanno una forma del mandrino e sono caratterizzate dall'esposizione di lunghe estensioni di actina. La sua funzione è la secrezione della matrice cellulare negli alveoli per mantenere la sua struttura.
Allo stesso modo, le cellule possono gestire il flusso sanguigno, riducendolo a seconda dei casi.
Macrofagi alveolari
Le alveoli contengono cellule con proprietà fagocitiche derivate da monociti del sangue denominati macrofagi alveolari.
Questi sono responsabili della rimozione mediante il processo delle particelle estranee alla fagocitosi che sono penetrate negli alveoli, come polvere o microrganismi infettivi come Mycobacterium tuberculosis . Inoltre, le cellule del sangue di fagocitosi che potrebbero entrare negli alveoli se c'è insufficiente cardiaca.
Sono caratterizzati da un colore marrone e una serie di vari prologhi. I lisosomi sono piuttosto abbondanti nel citoplasma di questi macrofagi.
La quantità di macrofagi può aumentare se il corpo ha una malattia legata al cuore, se l'individuo consuma anfetamine o l'uso di sigarette.
Kohn pori
Sono una serie di pori situati negli alveoli situati nei setti interalveolari, che collega un alveolo all'altro e consente la circolazione dell'aria tra di loro.
Com'è lo scambio di gas?
Lo scambio di gas tra ossigeno (O 2 ) e anidride carbonica (CO 2 ) è lo scopo principale dei polmoni.
Questo fenomeno si verifica negli alveoli polmonari, dove sangue e gas si trovano ad una distanza minima di circa un micron. Questo processo richiede due condotti o canali pompati in modo appropriato.
Uno di questi è il sistema vascolare del polmone guidato dalla giusta regione del cuore, che invia sangue venoso misto (costituito da sangue venoso dal cuore e altri tessuti attraverso il ritorno venoso) alla regione in cui si verifica in cambio.
Il secondo canale è l'albero tracheobronchiale, la cui ventilazione è guidata dai muscoli coinvolti nella respirazione.
In generale, il trasporto di qualsiasi gas è regolato principalmente da due meccanismi: convezione e diffusione; il primo è reversibile, mentre il secondo no.
Scambio di gas: pressioni parziali
Quando l'aria entra nell'apparato respiratorio, la sua composizione cambia, diventando satura di vapore acqueo. Quando raggiungono gli alveoli, l'aria si mescola con l'aria che è rimasta resti del precedente cerchio di respirazione.
Grazie a questa combinazione, la pressione parziale dell'ossigeno cade e quella dell'anidride carbonica aumenta. Poiché la pressione parziale dell'ossigeno è maggiore negli alveoli rispetto al sangue che entra nei capillari del polmone, l'ossigeno entra nei capillari per diffusione.
Allo stesso modo, la pressione parziale dell'anidride carbonica è maggiore nei capillari polmonari, rispetto agli alveoli. Pertanto, il biossido di carbonio passa agli alveoli mediante un semplice processo di diffusione.
Trasporto di gas tissutali nel sangue
L'ossigeno e quantità significative di anidride carbonica vengono trasportati dai "pigmenti respiratori", tra cui l'emoglobina, che è il più popolare tra i gruppi di vertebrati.
Il sangue responsabile del trasporto dell'ossigeno dai tessuti ai polmoni deve anche trasportare il biossido di carbonio dai polmoni.
Tuttavia, il biossido di carbonio può essere trasportato in altri modi, può essere trasmesso attraverso il sangue e dissolversi nel plasma; Inoltre, può diffondersi agli eritrociti del sangue.
Negli eritrociti, la maggior parte del biossido di carbonio passa all'acido carbonico grazie all'enzima dell'anidrasi carbonica. La reazione si verifica come segue:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 -
Gli ioni idrogeno della reazione si combinano con l'emoglobina per formare deossiemoglobina. Questa unione impedisce una brusca diminuzione del pH nel sangue; Allo stesso tempo, si verifica il rilascio di ossigeno.
Gli ioni bicarbonato (HCO 3 -) lasciano l'eritrocita mediante uno scambio di ioni cloro. A differenza del biossido di carbonio, gli ioni bicarbonato possono rimanere nel plasma a causa della loro elevata solubilità. La presenza di anidride carbonica nel sangue causerebbe un aspetto simile a quello di una bevanda gassosa.
Trasporto di gas ematici agli alveoli
Come indicato dalle frecce in entrambe le direzioni, le reazioni sopra descritte sono reversibili; cioè, il prodotto può essere riconvertito nei reagenti iniziali.
Nel momento in cui il sangue raggiunge i polmoni, il bicarbonato entra di nuovo negli eritrociti del sangue. Come nel caso precedente, affinché lo ione bicarbonato entri, uno ione cloro deve fuoriuscire dalla cellula.
In questo momento la reazione avviene nella direzione opposta con la catalisi dell'enzima dell'anidrasi carbonica: il bicarbonato reagisce con lo ione idrogeno e viene riconvertito in anidride carbonica, che si diffonde al plasma e da lì agli alveoli.
Svantaggi dello scambio gassoso nei polmoni
Lo scambio di gas avviene solo negli alveoli e nei dotti alveolari, che si trovano all'estremità dei rami dei tubi.
Quindi possiamo parlare di uno "spazio morto", in cui il passaggio dell'aria avviene nei polmoni ma lo scambio di gas non viene effettuato.
Se lo confrontiamo con altri gruppi di animali, come i pesci, hanno un sistema di scambio di gas a senso unico molto efficiente. Allo stesso modo, gli uccelli hanno un sistema di sacche d'aria e parabronchi dove avviene lo scambio d'aria, aumentando l'efficienza del processo.
La ventilazione umana è così inefficiente che in una nuova ispirazione solo un sesto dell'aria può essere sostituita, lasciando il resto dell'aria intrappolata nei polmoni.
Patologie associate agli alveoli
Efeso polmonare
Questa condizione consiste nel danno e nell'infiammazione degli alveoli; di conseguenza, il corpo non è in grado di ricevere ossigeno, provoca la tosse e rende difficile il recupero del respiro, in particolare nelle attività fisiche. Una delle cause più comuni di questa patologia è il fumo.
polmonite
La polmonite è causata da un'infezione batterica o virale delle vie aeree e provoca un processo infiammatorio con la presenza di pus o fluidi all'interno degli alveoli, impedendo così l'assunzione di ossigeno, causando gravi difficoltà respiratorie.
