Sistemul respirator la om: detalii neștiute care te vor uimi

Redactor specializat
Biochimist, psihoterapeut, formare nutriție și terapii complementare
Studii: Facultatea de Biologie și Masterul în Biochimie.
Alte formări: cursuri acreditate de Lucrător Social, Manager proiect și Antreprenoriat, Hipnoză Clinică, Relaxare și Terapie Ericksoniană.


Corpul uman este o structură fascinantă și în interiorul lui se produc lucruri uimitoare. Toate aparatele și sistemele sunt conectate între ele, funcționând la unison pentru a menține acest fapt extraordinar care este viața. Iar unul dintre elementele indispensabile existenței noastre este aerul, mai precis oxigenul, fără de care nici un proces din corp nu ar putea avea loc. În aceste condiții nu este de mirare că sistemul respirator la om reprezintă un adevărat arbore al vieții. Chiar și structura sa cu multiple ramificații amintește de un copac prin care circulă energia vitală. Sistemul respirator la om este extrem de complex și are o serie de caracteristici interesante, adesea surprinzătoare. Majoritatea oamenilor știu câteva lucruri de bază despre sistemul respirator,  de exemplu că este format din căile aeriene și cei doi plămâni, că permite pătrunderea oxigenului prin inspirație și eliminarea dioxidului de carbon prin expirație și că poate fi afectat de o serie de boli, de fumat sau de poluare. Dar sistemul respirator la om este mult mai mult decât atât, iar articolul de față dezvăluie o mulțime de lucruri uimitoare despre alcătuirea și funcțiile sale.

Cum este alcătuit sistemul respirator la om

În mare, sistemul respirator la om este reprezentat de o rețea de tuburi, saci și mușchi care extrage oxigenul din aer și îl transportă în fluxul sanguin. Sângele furnizează oxigen către toate celulele din organism, care îl folosesc pentru a produce energie din particulele alimentare obținute în urma digestiei. Reziduurile de dioxid de carbon produse de celule sunt transportate de sânge dinspre celule la plămâni, pentru a fi eliminate prin expirație. Căile respiratorii sunt foarte ramificate, aspectul lor amintind de un copac. De aceea sunt denumite uneori cu termenul general de arbore bronșic.

Supraviețuirea noastră depinde de sistemul respirator, dat fiind că fiecare organ are nevoie de oxigen pentru a funcționa.

Schimbul de gaze în plămâni are loc în milioane de mici saci de aer, care poartă numele de alveole pulmonare. Alveolele sunt înconjurate de o rețea bogată de capilare de sânge, astfel încât oxigenul transportat prin sistemul de căi respiratorii la plămâni poate trece în sânge, pentru a fi distribuit către celule.  Aerul pătrunde prin cavitatea nazală, trece prin faringe și laringe și ajunge la trahee, cea mai mare din sistemul de tuburi. La rândul său, traheea se ramifică în două bronhii principale. Bronhiile pătrund în plămâni unde se ramifică în bronhii secundare și terțiare, progresiv mai înguste, care, la rândul lor, se ramifică în numeroase tuburi mai mici, bronhiolele.

În centrul sistemului respirator la om sunt plămânii, două organe moi, cu aspect buretos și au o culoare roz-gri. Plămânul drept este subdivizat în trei lobi, pe când cel stâng are doar doi lobi. Plămânii sunt acoperiți de o foiță dublă, pleura, care are o parte viscerală, atașată de plămân și una ce căptușește pereții cutiei toracice. Între cele două membrane seroase există o  peliculă de lichid lubrifiant (surfactant). Scopul acestei membrane este de a permite mișcările plămânului, de a-i permite să alunece în cursul mișcărilor respiratorii.

În ciuda credinței comune că plămânii sunt identici,  în realitate plămânul drept are 3 lobi – superior, mijlociu și inferior – spre deosebire de cel  stâng care are doar doi lobi – superior și inferior. Lobii pulmonari sunt subdivizați în segmente pulmonare, 10 în dreapta și 8 în stânga. Acestă diferență apare pentru că plămânul stâng este în vecinătatea inimii.

Aerul trebuie pompat din mediu către alveole prin procesul de respirație care implică mușchii respirației. În timpul inspirației aerul pătrunde în cavitatea nazală și parcurge următorul traseu:

– la nivelul nasului, are loc umidificarea, încălzirea și purificarea aerului, prin intermediul cililor nazali și mucusului care rețin impuritățile

– aerul este direcționat de –a lungul căilor respiratorii superioare (nazo-faringe și laringe) către trahee, un tub elastic fibros și cartilaginos, care continuă laringele și are o lungime de 10- 12 cm și un diametru la adult de 2,5 cm, în vreme ce la copil este mult mai îngustă. Traheea are o structură cartilaginoasă doar în partea sa anterioară, în cea posterioară fiind formată din țesut fibros și fibre musculare traheale. Această structură flexibilă este necesară pentru a permite esofagului cu care traheea este în  contact să se dilate în timpul trecerii bolului alimentar. În interior, traheea prezintă celule calciforme care secretă mucus și perișori subțiri, cili. Datorită acestora, aerul este filtrat în continuare, fiind reținute particulele de praf ce sunt împinse înapoi spre laringe pentru a fi eliminate.

– traheea se ramifică la nivelul vertebrei toracice T4 în cele două bronhii principale, care sunt două tuburi complet închise, formate din inele cartilaginoase. Bronhiile principale se ramifică în cinci bronhii secundare sau lobare, două bronhii secundare pentru plămânul stâng și trei bronhii secundare pentru plămânul drept. Bronhiile lobare se continuă cu bronhiile segmentare care se divid în bronhiole lobulare, care la rândul lor se ramifică în bronhiolele respiratorii, ramificații care nu mai conțin cartilaj

– în final, aerul ajunge la nivelul alveolelor pulmonare, unde are loc schimbul de gaze,  unitatea respiratorie pulmonară fiind formată din bronhiole, conducte alveolare și saci alveolari.

Suprafața plămânilor este foarte mare, permițând un schimb uriaș de gaze în fiecare secundă.

”Pe măsură ce se ramifică, unitățile devin din ce în ce mici și se termină prin niște structurile saculare numite alveole. În ambii plămâni se găsesc între 300 și 500 de milioane de alveole, iar suprafața lor poate ajunge până la 140 de metri pătrați. Grupurile de alveole seamană cu chiorchinele de struguri și reprezintă motivul pentru care suprafața este atât de mare.”, precizează dr. Bianca Cucoș pe raportuldegardă.ro

Un rol important în respirație îl are și musculatura respiratorie, cuprinzând:

  • Diafragma este cel mai important mușchi respirator, un mușchi cilindric relativ mare care se află sub plămâni și coaste. Acest mușchi, care separă trunchiul de abdomen, este esențial atât în ​​procesele de inspirație, cât și în cele expiratorii. Când se contractă, deplasează viscerele în jos, lăsând spațiu și ridicând cavitatea toracică în așa fel încât să permită extinderea plămânilor.
  • Mușchii intercostali permit deplasarea cutiei toracice care, la rândul său, permite expansiunea pulmonară. Mușchii intercostali pof fi:
    • externi, care deschid cutia toracică și permit expansiunea pulmonară, fiind esențiali în inspirație
    • interni au o funcție predominant de expirație, contracția lor determinând coborârea coastelor,
  • Mușchii abdominali participă activ la procesul respirator, în special la expirația voluntară.
  • Mușchii accesorii, deși nu sunt principalii responsabili pentru mișcarea respiratorie, joacă un rol relevant în apariția sa.  Acesștia sunt în general mobilizați  în timpul mișcării respiratorii forțate și mai ales în cazul respirației dificile,  tusei sau exercițiilor fizice intense.Mușchii accesorii sunt sternocleidomastoidanul, mușchii trapezi, pectoralii, mușchii serratus și mușchii supracostali.

Așa cum se poate observa, sistemul respirator la om este extrem de complex, funcționarea sa implicând multiple segmente și fiind reglată printr-o serie de procese fizice, nervoase și biochimice.

Cum are loc respirația la om

Respirația este un proces în mai multe etape care implică sistemul respirator, sistemul circulator și celulele țesuturilor și organelor. Din păcate, cuvântul „respirație” este adesea folosit pentru a denumi doar procesele de inspirație și expirație a aerului, când, în realitate, este vorba de mecanisme mult mai ample. Sistemul respirator la om este conectat direct cu inima și sistemul circulator, astfel încât respirația se continuă până la nivel celular, pretutindeni unde ajuge sângele și au loc diverse activități metabolice. În plus, sistemul respirator este în strânsă conexiune cu sistemul nervos, care realizează controlul respirației.

În timpul respirației, oxigenul este inhalat prin nas și/sau gură și apoi transportat către celulele țesuturilor prin fluxul sanguin. Oxigenul participă la reacții chimice complexe în interiorul celulelor, în urma cărora se produce energie, dioxid de carbon și apă. Dioxidul de carbon și apa sunt transportate în plămâni prin fluxul sanguin și apoi sunt expirate.

Respirația implicăm de fapt,  patru procese, sistemul respirator fiind implicat direct în primele două etape, furnizând oxigenul pentru următoarele.

  • Ventilația pulmonară: inhalarea de oxigen și expirarea dioxidului de carbon
  • Respirația externă: schimb de gaze între plămâni și fluxul sanguin; oxigenul părăsește plămânii și intră în sânge, în timp ce dioxidul de carbon se mișcă în direcția opusă
  • Respirația internă: schimb de gaze între fluxul sanguin și celulele țesuturilor; oxigenul părăsește fluxul sanguin și intră în celulele țesuturilor, în timp ce dioxidul de carbon se mișcă în direcția opusă
  • Respirația celulară: o reacție chimică între oxigen și carbohidrați în interiorul celulelor țesuturilor

În etapa pulmonară a respirației, un rol important îl joacă diafragma. Atunci când inspirăm, diafragma se contractă, cutia toracică este simultan mărită de coastele trase în sus de mușchii intercostali. Diametrul transversal și cel antero-posterior al cutiei toracice cresc, permițând expansiunea plămânilor, pe măsură ce se umplu cu aer.
În timpul expirației, diafragma și mușchii intercostali se relaxează. Acest lucru readuce pieptul și abdomenul într-o poziție determinată de elasticitatea lor anatomică, în interiorul plămânilor rămânând un volum minimal de aer, care reprezintă capacitatea reziduală funcțională de aer. În repaus, expirația durează aproximativ de două ori mai mult decât inspirația, deoarece diafragma se  relaxează pasiv mai ușor decât se contractă activ în timpul inhalării.

Volumul de aer care intră sau iese în timpul unui singur ciclu de respirație se numește volum curent. La un om adult care se odihnește, este de aproximativ 500 ml pe respirație. Alte volume pulmonare sunt:

  • Volumul inspirator de rezervă – volumul maxim de aer care mai poate fi inspirat forțat după un inspir de repaus, până la poziția inspiratorie maximă; aproximativ 3000 ml
  • Volumul expirator de rezervă – volumul maxim de aer care mai poate fi expirat forțat, după un expir de repaus, până la poziția expiratorie maximă; aproximativ 1200 ml.
  • Capacitatea pulmonară totală  reprezintă  volumul de aer conținut în plămâni la sfârșitul unui inspir maximal, în poziția inspiratorie maximă

În momentul în care aerul ajunge la nivelul alveolelor pulmonare, are loc foarte rapid schimbul de gaze, oxigenul trecând în sânge, iar dioxidul de carbon fiind eliberat la nivelul aerului ce se întoarce la exterior, prin expirație.

Căptușeala interioară a unei alveole este formată din celule numite pneumocite și este acoperită de un strat subțire de apă. Apa permite oxigenului să se deplaseze eficient prin peretele sacului de aer și în fluxul sanguin.

Moleculele de apă de pe căptușeala unei alveole sunt atrase unele de altele, creând o forță cunoscută sub numele de tensiune superficială. Când alveolele devin mai mici în timpul expirației, tensiunea superficială crește, ceea ce împiedică deschiderea alveolelor pe parcursul procesului expirator. Suprafața unei alveole este acoperită de numeroase capilare, vase de sânge înguste, cu un perete foarte subțire, prin care oxigenul poate difuza cu ușurință. Ca și peretele capilarelor, peretele unei alveole are doar un singur strat celular, ceea ce permite absorbția rapidă a oxigenului din alveole în capilare și eliberarea rapidă a dioxidului de carbon din capilare în alveole.

Respirația este controlată prin intermediul centrilor respiratori de la nivelul punții și bulbului rahidian (Medulla oblongata).

Aceste zone formează o serie de căi neuronale care primesc informații despre presiunile parțiale ale oxigenului și dioxidului de carbon din sângele arterial.

”Reglarea umorală a respirației este determinată de efectul concentrației de O2 și CO2 în sânge și al pH-ului sagvin asupra centrilor respiratori, efect exercitat prin intermediul chemoreceptorilor centrali și periferice. Chemoreceptorii sunt sensibili la hipoxie și hipercapnie și, în aceste condiții, stimulează centrii respiratori determinând creșterea frecvenței și amplitudinii respirației”, arată prof. dr. Maria Livia Ognean, într-un articol publicat pe researchgate.net.

Informațiile biochimice primite de centrii respiratori determină viteza medie de ventilație a alveolelor pulmonare, astfel încât presiunile fiziologice să fie menținute constante. Centrii respiratori asigură controlul prin intermediul nervilor motori care activează diafragma și alți mușchi ai respirației.

Ritmul respirator crește atunci când presiunea parțială a dioxidului de carbon din sânge crește.  Exercițiile fizice măresc rata de respirație, pentru a elimina dioxidul de carbon suplimentar produs de metabolismul îmbunătățit al mușchilor care se antrenează.Și mișcările pasive ale membrelor produc, în mod reflex, o creștere a ritmului respirator.

Detalii uimitoare despre sistemul respirator la om

O serie de amănunte despre sistemul respirator la om sunt puțin cunoscute, deși ele arată cât de uimitoare este această structură și ce proces fascinant reprezintă respirația. Iată câteva din aceste aspecte mai puțin cunoscute, dar foarte importante.

1. Firele de păr minuscule care se găsesc în nări ajută la prevenirea pătrunderii agenților patogeni precum bacteriile în tractul respirator.

Densitatea acestor firișoare numite și vibrize nazale, decide eficiența mecanismului de filtrare. Studiile indică faptul că densitatea vibrizelor poate afecta probabilitatea de a dezvolta astm.Dacă densitatea vibrizelor este scăzută și eficiența filtrului pentru blocarea alergenilor ce provoacă astm este mai mică.  

2. Inima este localizată între cei doi plămâni, cu vârful orientat spre plămânul stâng, ceea ce face ca acesta să aibă un spațiu mai mic decât cel drept. Iată de ce plămânul stâng are doar doi lobi, comparativ cu dreptul care are trei.

3. Lungimea căilor respiratorii puse cap la cap ar acoperi circa 2400 de kilometri, iar suprafața internă a țesutului ce alcătuiește plămânii este de aproximativ 40 de ori mai mare decât întreaga suprafață corporală. Dacă această suprafață ar fi întinsă în afară ar reprezenta circa 80-100 metri pătrați, adică aproximativ cât jumătate dintr-un teren de fotbal.

4. În schimburile pulmonare sunt implicate milioane de alveole (potrivit unor estimări între 300 și 500 de milioane sau chiar mai multe), în vreme ce pentru transportul oxigenului și al dioxidului de carbon în sânge este implicat un număr colosal de globule roșii.

O globulă roșie conține aproximativ 250 de milioane de molecule de hemoglobină, care transportă oxigenul prin sânge. Fiecare moleculă de hemoglobină poate transporta patru molecule de oxigen. Există între 4 și 6 milioane de globule roșii în fiecare microlitru (milimetru cub) de sânge.

Toată această desfășurare de forțe este absolut necesară, mai ales că oxigenul, deși vital pentru supraviețuirea noastră, este extras cu efort din aer. Aerul este format din multiple gaze, în special azot, iar oxigenul reprezintă doar 21% din aerul pe care îl respirăm pe care îl respirăm.

5. Plămânii sunt singurul organ care poate pluti. Milioanele de alveole mici din fiecare plămân se umplu cu aer, permițându-le acestor organe să plutească pe apă.

6. La o persoană în repaus frecvența respiratorie variază între 12 -18 respirații pe minut. La femei valorile sunt mai mari decât la bărbați. La copii, frecvența variază între 20-30 respirații pe minut.

”O persoană respiră în jur de 11.000 de litri de aer pe zi. În fiecare an, plămânii procesează mai mult de 4 milioane de litri de aer. La oamenii care au o capacitate pulmonară mare, oxigenul ajunge în corp mai repede, ceea se poate obține prin exerciții fizice regulat.”, arată dr. Cucoș.

7.  Aproape 30% din volumul curent de aer inspirat nu ajunge niciodată la nivelul alveolelor, ci se menține în căile respiratorii, fiind denumit ”aer mort”, pentru că oxigenul nu poate fi extras și folosit la nivel celular.

Cantitatea totală de aer pe care un adult o poate reține în plămâni este de aproximativ patru până la șase litri (bărbații au de obicei o capacitate pulmonară puțin mai mare decât femeile). Poate sună mult, dar consumăm doar o jumătate de litru de gaz la fiecare respirație.

8. Sistemul respirator la nou născut diferă simțitor față de cel de la copiii mai mari și adulți. Căile respiratorii ale nou-născutului au diametru mult mai mic  comparativ cu cele ale adultului de aceea rezistența la  fluxul aerian este mai mare (de 15 ori), mai ales la  nivelul căilor respiratorii mici. Un bebeluș respiră mult mai repede ca un adult, putând ajunge până la 60 de respirații pe minut. Nou-născutul prezintă doar circa 10% din numărul de alveole de la vârsta adultă. Suprafața de schimb gazos este de 2,8 metri pătrați la nou născut, față de 32 de metri pătrați la un copil de 8 ani și 75 de metri pătrați la adult. În tipul sarcinii, fătul are o respirație lichidană, fiind necesare o serie de adaptări pentru a trece la respirația aeriană după naștere. Eliminarea lichidului în perioada perinatală este esențială pentru adaptare. Nou născuții prematuri au o cantitate insuficientă de surfactant la nivelul alveolelor pulmonare, ceea ce poate duce la instalarea Sindromului de Detresă Respiratorie.

9. Sistemul respirator la om lasă să treacă o cantitate importantă de apă. Aerul exhalat poate conține până la jumătate de litru de apă, eliminat în exterior prin respirație.

10. Dioxidul de carbon are o funcție mai importantă în modelarea controlului respirator decât oxigenul. Un nivel ridicat de dioxid de carbon în sânge este mai important în declanșarea inhalării decât un nivel scăzut de oxigen

11. Sistemul respirator la om  nu are doar o funcție respiratorie, ci este implicat și în apărarea organismului. Iritația terminațiilor nervoase din căile nazale sau căile respiratorii poate induce un reflex de tuse și strănut. Acestea sunt răspunsuri normale de apărare a organismului, care fac ca aerul să fie expulzat cu forță din trahee sau din nas. În acest fel, iritantii prinși în mucusul care căptușește tractul respirator sunt expulzați sau mutați în gură, unde pot fi înghițiți.  În timpul tusei, contracția mușchiului neted din pereții căilor respiratorii îngustează traheea trăgând capetele plăcilor cartilajului împreună și împingând țesutul moale în lumen. Acest lucru mărește debitul de aer expirat pentru a disloca și a elimina orice particule iritante sau mucus.

Se pare că cea mai rapidă viteză cu care se deplasează materialul eliberat de un strănut ar fi de circa 200 de km pe oră, deși mulți oameni de știință spun că această valoare este exagerată.  

Pe lângă funcția de apărare, sistemul respirator la om este responsabil pentru capacitatea noastră de a mirosi și de a vorbi.

Vasele pulmonare conțin, în plus,  un sistem fibrinolitic care dizolvă cheagurile ce au ajuns în circulația pulmonară prin embolie, adesea din venele profunde ale picioarelor.

12. În plus, descoperiri recente sugerează că sistemul respirator la om, mai precis plămânii, ar putea fi implicați în producerea unor componente ale sângelui. Un grup de cercetători de la Universitatea din California au descoperit că plămânii pot produce un număr foarte mare de trombocite, până la 10 milioane pe oră. Trombocitele sunt implicate în coagularea sângelui și oprirea sângerării, iar dacă studiile aprofundate la om atestă această descoperire, înseamnă că plămânii ar putea fi responsabili de generarea unei părți importante a acestor elemente figurate ale sângelui.

pulmonare de la vârsta adultă

Surse: