La funzione dell'apparato respiratorio è quella di mettere a contatto il sangue con l'aria che ci circonda in modo da fornire alle cellule l'ossigeno necessario per compiere la respirazione cellulare, grazie alla quale esse ottengono l'energia indispensabile per svolgere tutti i processi vitali, e ad espellere l'anidride carbonica, prodotto di scarto della respirazione stessa.

L'apparato respiratorio è formato dalle cavità nasali, dalla faringe, dalla laringe, dalla trachea, dai bronchi e dai polmoni.

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Le vie aeree superiori

L'aria viene introdotta attraverso il naso e la bocca, ma l'organo specializzato è il naso, infatti qui l'aria viene termoregolata, umidificata e filtrata: il percorso dell'aria nelle cavità nasali è molto tortuoso per la presenza di formazioni ossee (i turbinati), in questo modo vengono favoriti gli scambi di calore fra l'aria e la mucosa nasale, che è molto vascolarizzata; essa, inoltre, trattiene le impurità grazie alle vibrisse, i peli posti alla base del setto.

La cavità nasale comunica con la faringe attraverso due aperture (le coane). Finita la faringe inizia la laringe.

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Le vie aeree inferiori

Tra la laringe e la faringe si trova l'epiglottide, che permette il passaggio dell'aria, ma che si chiude al passaggio del cibo. La laringe ha la forma di un imbuto ed è sorretto da uno scheletro cartilagineo ed è rivestita da una mucosa che forma un sistema di pieghe, le corde vocali, che costituiscono l'organo della fonazione. Degli appositi muscoli tendono le pieghe in modo tale che, quando l'aria proveniente dai polmoni le investe, queste producono dei suoni di diverse altezze.

Dopo la laringe c'è la trachea, un tubo lungo 10 cm che, alla fine, si divide in due condotti: i bronchi. La loro struttura è detta albero bronchiale perché si ramificano in tanti canali che portano l'aria ai polmoni.

La struttura della trachea e dei bronchi più grossi è ad anelli cartilaginei incompleti, e possiede una grande quantità di muscoli lisci, al contrario di quelli della laringe che sono striati.

I polmoni hanno consistenza spugnosa e occupano la maggior parte della cavità toracica e sono divisi in lobi. Sono rivestiti da una doppia membrana, detta pleura. Fra i due strati è compreso un liquido, per ridurre l'attrito nel corso dei movimenti respiratori.

I polmoni sono formati da vescicole, dette alveoli polmonari, che comunicano con l'albero bronchiale. La parete degli alveoli polmonari, a sua volta, è costituita da sottili cellule epiteliali ed è avvolta da una fitta rete di vasi capillari, che hanno, anche loro, pareti sottili per facilitare la diffusione dei gas respiratori tra il sangue e l'ambiente esterno. Qui, infatti, avviene l'ossigenazione del sangue.

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La dinamica respiratoria

I movimenti che assicurano la ventilazione sono l’inspirazione e l’espirazione, che avvengono grazie alla contrazione e al rilassamento del diaframma, posto alla base della cassa toracica, e dei muscoli intercostali: non è l'aria che entra nei polmoni a determinare l'aumento di volume della cassa toracica, bensì la contrazione dei muscoli. Si genera così una riduzione della pressione a livello polmonare che richiama aria dall'esterno. Analogamente il rilassamento dei muscoli riduce il volume del torace, forzando lo svuotamento dei polmoni.

Il processo di respirazione è automatico ed è controllato da un centro nervoso situato nel midollo allungato (che percepisce il tasso ematico di CO₂), anche se è possibile intervenire su di esso con la volontà, aumentando il ritmo respiratorio o interrompendolo (apnea).

Analizzando l'aria espirata si possono capire gli scambi che avvengono a livello degli alveoli polmonari tra il sangue e l'aria inspirata: nell'aria atmosferica il 21% è ossigeno, mentre nell'aria espirata l'ossigeno è il 16% e al posto dell'ossigeno mancante compare il 5% di anidride carbonica, che nell'aria atmosferica è lo 0,035%.

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I processi di diffusione

L'anidride carbonica è trasportata dal sangue sotto forma di ione bicarbonato (HCO₃^-), poi, nei capillari alveolari, lo ione bicarbonato si ritrasforma in CO₂. A causa della maggiore pressione parziale di CO₂ nei capillari rispetto agli alveoli polmonari dopo un processo inspiratorio, essa diffonde verso questi ultimi.

Viceversa, la pressione dell'ossigeno nell'aria inspirata è superiore negli alveoli rispetto ai capillari, per questo avviene la diffusione passiva verso i capillari. Poiché l'ossigeno è meno solubile dell'anidride carbonica, esso viene "catturato" dall'emoglobina. Questo processo avviene grazie al fatto che i capillari che avvolgono gli alveoli sono così stretti da lasciar passare un solo globulo rosso per volta.

L'ambiente dove si trova immersa l'emoglobina cambia quando il sangue arriva ai tessuti: qui la pressione parziale dell'ossigeno è inferiore a quella dei capillari, mentre la pressione parziale della CO₂ è superiore, per questo si verifica il processo inverso rispetto a quanto avviene negli alveoli.

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