Microanatomia - Apparato Respiratorio - PDF

Microanatomia, Lezione 5, 03/03/2021 Prof. Arianna Gonelli **[APPARATO RESPIRATORIO]** [L'apparato respiratorio] è costituito da un insieme di organi canaliformi che hanno la funzione di condurre l'aria dall'ambiente esterno fino alla superficie polmonare a livello della quale avvengono gli scamb...

Microanatomia, Lezione 5, 03/03/2021 Prof. Arianna Gonelli **[APPARATO RESPIRATORIO]** [L'apparato respiratorio] è costituito da un insieme di organi canaliformi che hanno la funzione di condurre l'aria dall'ambiente esterno fino alla superficie polmonare a livello della quale avvengono gli scambi gassosi tra l'ossigeno, contenuto negli alveoli, e il sangue contenuto nei capillari che circondano gli alveoli. L'apparato respiratorio può essere suddiviso in due porzioni: - una **porzione di conduzione** (o vie aeree) che è costituita da un insieme di canali che hanno la funzione di trasportare l'aria, quindi la loro struttura è sostenuta da elementi ossei, elementi cartilaginei o fibrosi che hanno la funzione di rendere sempre beanti questi canali per garantire il passaggio dell'aria; di essa fanno parte: 1. Cavità nasali (bocca) 2. Faringe 3. Laringe 4. Trachea 5. Bronchi 6. Bronchioli terminali - una **porzione respiratoria** per gli scambi gassosi (tra aria e sangue), situata all'interno dei polmoni, di cui fanno parte: 1. Bronchioli respiratori 2. Dotti alveolari 3. Sacchi alveolari/alveoli (unità funzionale che consente gli scambi gassosi) Gli organi del sistema respiratorio in primo luogo assicurano gli scambi gassosi (funzione respiratoria); oltre a ciò provvedono al riscaldamento e all'umidificazione dell'aria inspirata. Inoltre la tonaca mucosa delle cavità nasali rende possibile la percezione degli odori che si verifica in seguito al passaggio di molecole odorose aerotrasportate. La laringe, poi, modula il flusso dell'aria espirata e concorre alla fonazione. Il sistema respiratorio partecipa, inoltre, alla regolazione della pressione sanguigna e modula il ritorno venoso al cuore (che aumenta in inspirazione e diminuisce in espirazione). Funge infine da serbatoio di sangue. **Cavità nasali** Le cavità nasali rappresentano la principale via di accesso dell'aria che entra nell'apparato respiratorio. Ricordiamo che l'aria può entrare anche dalla bocca ma questo processo è meno favorevole perché da questa via l'aria non subirà quei processi di riscaldamento, umidificazione e purificazione che invece avvengono a livello delle cavità nasali. Queste ultime comunicano con l'esterno tramite le narici (punto di inizio), e posteriormente con la rinofaringe tramite le coane; sono suddivisibili in due porzioni: il vestibolo del naso e la cavità nasale propriamente detta. Il **vestibolo del naso** è la porzione extra cranica (non protetta dalle ossa craniche) che fa seguito alle narici, è sostenuto da cartilagine ed è rivestito da cute sottile da cui emergono dei peli ruvidi chiamati vibrisse che rappresentano un primo filtro macroscopico per evitare che entrino nell'apparato respiratorio piccole particelle come pulviscolo ed altre particelle estranee, esso inoltre è ricco di ghiandole sebacee e sudoripare. La **Cavità nasale propriamente detta** è la porzione intracranica rivestita da **mucosa respiratoria**; essa presenta un pavimento costituito dal palato duro che si continua con il palato molle, una volta costituita dalla lamina cribrosa dell'osso etmoide, una parte mediana (setto nasale) in parte ossea e in parte cartilaginea e pareti laterali ,non lisce, che sono sollevate in sporgenze ossee, rivestite anch'esse da mucosa respiratoria, che prendono il nome di conche o turbinati (superiore, medio e inferiore). La presenza di queste sporgenze ha grande importanza perché tra queste e il setto nasale si vengono a creare degli stretti spazi che prendono il nome di meati, all'interno dei quali l'aria scorre in maniera turbolenta in modo da aumentare la superficie ed il tempo di contatto tra l'aria inspirata e la superficie respiratoria, in tal modo l'aria inspirata viene purificata, riscaldata e umidificata. Come abbiamo detto le cavità nasali sono rivestite dalla mucosa respiratoria (si vedrà in seguito che è presente anche un'altra tipologia di epitelio, la mucosa olfattiva responsabile dell'olfatto), essa è formata da un epitelio di rivestimento pseudostratificato (le cellule poggiano tutte sulla membrana basale ma i nuclei sono ad altezze diverse) cilindrico cigliato con cellule caliciformi mucipare; al di sotto c'è la lamina propria costituita da tessuto connettivo lasso contenente aggregati linfocitari e plessi venosi (fondamentali per il riscaldamento dell'aria) e ghiandole nasali che producono un secreto misto (in parte sieroso e in parte mucoso) che ha la funzione di umidificare l'epitelio e una funzione antibatterica in quanto contiene lisozima. Il muco prodotto dalle cellule caliciformi, invece, serve per intrappolare piccole particelle o microrganismi patogeni che poi verranno allontanate verso l'apparato digerente insieme al muco grazie al movimento ondulatorio delle ciglia, in particolare verranno convogliate fino allo stomaco dove verranno neutralizzate dai succhi gastrici. Risulta pertanto evidente la funzione di filtrazione e protezione creata dall'associazione dell'attività delle cellule caliciformi mucipare e delle cellule cigliate; a questa funzione si associa anche una funzione di umidificazione che viene attuata dal secreto delle cellule caliciformi e delle ghiandole della lamina propria. La mucosa respiratoria riveste la maggior parte dell'apparato respiratorio ad eccezione della regione olfattoria, dell'orofaringe e delle corde vocali in cui è presente un epitelio pavimentoso pluristratificato non cheratinizzato che vedremo in seguito; ciò accade perché queste sono zone sottoposte ad una maggiore sollecitazione meccanica. Anche i seni paranasali sono rivestiti da mucosa respiratoria (in continuità con quello delle cavità nasali e leggermente più spesso) che è caratterizzata da una lamina propria che appare fusa con il periostio, proprio per questo sia le ghiandole che i vasi saranno in minor numero. La volta delle cavità nasali e la parte superiore del setto e della conca superiore sono rivestiti da mucosa olfattiva, quest'ultima è formata da una lamina propria e da un epitelio pseudostratificato nel quale sono presenti tre tipologie cellulari: - **Cellule basali** (che non attraversano completamente l'epitelio) sono cellule staminali che hanno la capacità di generare sia le cellule di sostegno che gli assoni, proprio per questo sono di grande interesse clinico (riescono a rigenerare i neuroni) e pertanto vengono solitamente isolate durante interventi di neurochirurgia (interventi di asportazione di tumori del SNC) per essere poi coltivate e studiate; - **Cellule di sostegno** che attraversano completamente l'epitelio ed sono a forma di clava; hanno funzione di sostegno ma anche trofica per le cellule olfattive; - **Cellule olfattive** sono neuroni bipolari dotati di un processo dendritico che forma apicalmente una vescicola olfattiva, da cui originano ciglia olfattive a funzione recettoriale, e un processo assonico che si unirà agli assoni delle altre cellule formando dei fascicoli (circa 20 per lato); questi ultimi attraversano i fori dell'osso etmoide arrivando a livello del bulbo olfattivo, da cui raggiungeranno le aree olfattive primarie della corteccia celebrale, costituendo il nervo olfattivo. Oltre all'epitelio di rivestimento c'è la **lamina propria** nella quale sono presenti le ghiandole di Bowman i cui dotti attraversano la lamina propria riversando il proprio secreto a livello della superficie epiteliale; si ipotizza che queste ghiandole riversino un secreto sieroso che ha la funzione di solvente nei confronti dei costituenti delle molecole inalate, favorendo la percezione olfattiva. **La rinofaringe** La rinofaringe origina in corrispondenza delle coane, essa è il segmento della faringe di competenza del solo apparato respiratorio ed è per questo che viene rivestita completamente da mucosa respiratoria. In corrispondenza del tetto si trova la **tonsilla faringea** (un aggregato di tessuto linfatico) anch'essa rivestita dall'epitelio respiratorio. I tratti successivi della faringe (orofaringe e laringofaringe) sono invece rivestiti da un epitelio differente perché sono attraversati anche dal bolo. Nella lamina propria della rinofaringe, inoltre, sono presenti ghiandole a secrezione mista **La laringe** La laringe è un organo cavo (4cm di lunghezza e 4cm di diametro) situato tra la faringe e la trachea, nella regione anteriore del collo tra le vertebre C3 e C6. Essa ha uno scheletro cartilagineo ricoperto da membrane, legamenti e muscoli striati (di grande importanza sia per il controllo della fonazione che per il controllo della deglutizione). La laringe è un tratto delle vie respiratorie e pertanto, oltre ad essere una via di conduzione dell'aria, protegge le vie aeree durante la deglutizione grazie all'epiglottide; essa, inoltre, è anche la sede della **fonazione**. Durante la respirazione, infatti, l'epiglottide si trova in posizione verticale per permettere il passaggio dell'aria, durante la deglutizione invece l'epiglottide si pone orizzontalmente chiudendo l'ingresso delle vie respiratorie grazie alla presenza dei muscoli laringei. Dato che durante la deglutizione la parte superiore dell'epiglottide viene ad essere a contatto con il bolo alimentare, essa dovrà essere rivestita da un epitelio diverso rispetto a quello della mucosa respiratoria, ovvero un epitelio pavimentoso pluristratificato non cheratinizzato. A livello delle corde vocali la mucosa si solleva in pieghe sporgenti verso il lume della laringe, formando le **pieghe vestibolari** (o corde vocali false) e le **pieghe vocali** (o corde vocali vere); queste ultime contengono uno spesso legamento di tessuto connettivo elastico (legamento vocale) e muscolatura striata (muscolo vocale), e proprio a questo livello troviamo un epitelio diverso, ossia un epitelio pluristratificato pavimentoso perché è una zona sottoposta a vibrazione. Nel resto della laringe invece avremo il solito epitelio respiratorio cigliato e la tonaca propria costituita da fibre elastiche, linfociti infiltrati e ghiandole tubolo-acinose a secrezione mista. Per il riconoscimento di un preparato con la laringe bisogna tener conto delle seguenti caratteristiche: - **Epitelio respiratorio cigliato** (eccetto sulla superficie dell'epiglottide e a livello delle pieghe vocali in cui c'è un epitelio pavimentoso stratificato); - **Tonaca propria** relativamente sottile, ricca di fibre elastiche, linfociti infiltrati e ghiandole tubulo acinose composte a secrezione mucosa e sierosa (non presenti nelle corde vocali); - Componente cartilaginea e muscolare. **La trachea** La trachea è un tubo flessibile (11cm di lunghezza e 2cm di diametro) che si estende dal collo fino al mediastino (C6-C7 fino a T4). Essa ha uno scheletro cartilagineo costituito da 15-20 anelli di cartilagine ialina incompleti posteriormente; nella porzione incompleta c'è il muscolo tracheale che è molto importante perché deformandosi consente il passaggio del bolo nell'esofago (posteriore alla trachea). Gli anelli cartilaginei sono intervallati da legamenti di tessuto connettivo fibro-elastico (legamenti anulari) che consentono i movimenti e la flessibilità della trachea stessa, soprattutto a livello del collo. La parete della trachea è costituita da diverse tonache che dall'interno verso l'esterno sono: - **Tonaca mucosa** costituita da una lamina propria al di sopra della quale c'è un epitelio di tipo respiratorio in cui sono presenti diverse tipologie cellulari, tra cui ricordiamo: *le cellule caliciformi mucipare* (cellule a forma di clava assottigliate nella porzione basale e ricche di granuli di mucina nella porzione apicale), *le cellule basali* (non arrivano in superficie) che rigenerano le cellule dell'epitelio, e *le cellule ciliate*, dotate di estroflessioni apicali (ciglia mobili) che consentono di spostare il muco; ci sono poi altre due tipologie cellulari più rare tra cui ricordiamo *le cellule endocrine* (nucleo evidente, organuli sviluppati e granuli ricchi di ormoni con funzione regolatoria) e *le cellule con orletto a spazzola* che producono muco in quantità inferiore rispetto alle caliciformi *;* - **Lamina propria** con ghiandole miste; - **Tonaca sottomucosa** caratterizzata da un'ingente componente ghiandolare a secrezione mista, esse variano da individuo a individuo e possono essere influenzate anche da fattori ambientali (nei fumatori sono in presenti in maggior numero); - **Tonaca fibrosa** costituito da tessuto connettivo fibro-eleastico che va ad accogliere gli anelli cartilaginei; - **Tonaca muscolare** presente solo posteriormente dove costituisce il muscolo tracheale. **I bronchi** I bronchi principali sono extrapolmonari e presentano piccole differenze a livello macroscopico: il bronco di destra è più ampio, più breve e più verticale rispetto al sinistro. In generale la morfologia dei due bronchi principali è pressochè uguale a quella della trachea, pertanto in un preparato osservabile al microscopio è difficile distinguere il tratto tracheale dai bronchi principali. Essi entrano poi all'interno dei polmoni andando a costituire l'albero bronchiale; la suddivisione dei bronchi segue quella dei polmoni: i polmoni sono suddivisi in territori indipendenti sia dal punto di vista della ventilazione che della vascolarizzazione, i **lobi** (3 a destra e 2 a sinistra), poi ulteriormente in zone o segmenti (10 per polmone), ciascun segmento è suddiviso a sua volta in un centinaio di lobuli con forma poligonale, dopodichè ciascun lobulo è suddiviso in 10-15 unità elementari chiamati acini a cui fanno capo i bronchioli terminali. Quindi da questa suddivisione possiamo determinare la ramificazione bronchiale: *i bronchi principali* entrano in corrispondenza dell'ilo del polmone originando *i bronchi lobari*, questi si suddividono in *bronchi segmentali o terziari*, essi a loro volta si suddividono ulteriormente in *bronchi intersegmentali* fino ai *bronchi lobulari* (fa a capo ad un lobulo polmonare), all'interno di ciascun lobulo poi, il bronco lobulare da origine al *bronchiolo intralobulare* che a sua volta si divide nei *bronchioli terminali* che provvedono alla ventilazione degli acini dopo che si sono suddivisi in *bronchioli respiratori*. Tutte le ramificazioni bronchiali che si trovano all'interno del lobulo vanno a costituire il **parenchima polmonare**. I rami bronchiali sono accompagnati dalle ramificazione dei vasi ematici (arteria polmonare e vene polmonari) e ciò ha un'importanza dal punto di vista chirurgico in quanto permette l'esecuzione di interventi di lobectomia e di segmentectomia. Le ramificazioni dell'albero bronchiale sono accompagnate da riduzione di calibro ma anche da modificazioni strutturali, infatti man mano che il bronco si ramifica si assiste alla riduzione della cartilagine, che si riduce progressivamente formando delle placche che diventano sempre più piccole rimanendo solo nei punti di biforcazione fino a scomparire del tutto nei bronchioli. Anche la disposizione della muscolatura cambia, dato che la cartilagine che avvolge i bronchi non è continua la muscolatura non è più distribuita posteriormente ma si dispone a circondare tutto il condotto, pertanto la sua contrazione implica un restringimento del lume bronchiale e un accorciamento del bronco stesso impedendo l'occlusione del condotto. Ulteriori modificazioni riguardano l'epitelio di rivestimento dei bronchi: inizialmente abbiamo un epitelio di tipo respiratorio che progressivamente si riduce di spessore diventando un epitelio semplice, prima cilindrico e poi cubico, con la scomparsa delle cellule caliciformi e successivamente con la scomparsa delle ciglia (assenti nelle ultime ramificazioni), si ha allo stesso tempo un aumento della muscolatura liscia e delle fibre elastiche.  **I bronchioli** I bronchioli rappresentano i condotti dell'albero respiratorio compresi tra il 12° e il 15° ordine di diramazioni che riforniscono d'aria un lobulo polmonare, hanno un diametro inferiore al millimetro (da 1 a 0,2mm) e sono caratterizzati sia dall'assenza di cartilagine che dall'assenza di ghiandole; essi hanno inoltre uno strato di muscolatura continua che si contrae alla fine dell'espirazione per restringere il lume del bronchiolo. *La professoressa accenna all'asma trattato in seguito nella sezione 'Patologie correlate'.* L'epitelio dei bronchioli è costituito da *cellule cilindriche cigliate* e *cellule di Clara* (cellule cilindriche non cigliate) caratterizzate dalla presenza di microvilli apicali e di granuli secretori, esse producono un secreto non viscoso che rende meno denso il secreto delle cellule caliciformi, prevedendo un'eventuale ostruzione dei condotti più piccoli ad opera di quest'ultimo. Come detto in precedenza, all'interno del lobulo ciascuno bronchiolo terminale si divide in bronchioli respiratori, i quali si caratterizzano per il fatto che in corrispondenza della loro parete hanno delle estroflessioni emisferiche a parete sottile, gli **alveoli polmonari**; essi inizialmente sono radi e poi progressivamente si infittiscono sempre di più andando a costituire dei dotti (da 2 a 10 per bronchiolo respiratorio), i dotti alveolari, che confluiscono poi in sacchi a fondo cieco. Gli alveoli (200 micrometri di diametro) sono molto numerosi, ce ne sono circa 300 milioni nei polmoni per un'area complessiva di 140 mq. Essi sono circondati sia da fibre elastiche che da fibre muscolari, che formano una sorta di manicotto che ha la funzione di regolare il flusso dell'aria dentro gli alveoli. Per quanto riguarda l'epitelio dei bronchioli respiratori, essi hanno inizialmente un epitelio di tipo cilindrico cigliato senza cellule caliciformi e successivamente un epitelio cubico senza ciglia. Gli **alveoli**, invece, hanno un epitelio pavimentoso semplice sostenuto da uno strato di **connettivo vascolare** che accoglie i capillari ed è ricco di fibre collagene, di fibre elastiche (consentono il ritorno del tessuto alla condizione di riposo) e di cellule connettivali (fibroblasti, macrofagi o leucociti). I punti in cui gli alveoli si affacciano prendono il nome di setti interlveolari , in corrispondenza dei quali ci sono dei pori, **i pori interalveolari di Khon**, che rappresentano una via alternativa per il passaggio dell'aria in caso di ostruzione dei condotti alveolari (impediscono il collasso degli alveoli) e sono rivestiti da pneumociti di tipo II. La regione dell'alveolo dove avvengono gli scambi respiratori è formata dalla membrana respiratoria, costituita dall'epitelio alveolare e dalla lamina basale che è fusa con la lamina basale dell'endotelio dei capillari. Tramite questa parete avviene il passaggio dell'ossigeno e dell'anidride carbonica. La parete degli alveoli è costituita da due popolazioni cellulari: - **Pneumociti di tipo I**: rappresentano il 10% della popolazione cellulare ma sono cellule talmente estese che vanno a ricoprire il 95% della superficie alveolare; sono uniti tra loro tramite giunzioni occludenti e non presentano organelli all'interno del citoplasma in quanto la loro funzione è solo di passaggio e non secretoria; - **Pneumociti di tipo II**: sono cellule cubiche con una superficie apicale a forma di cupola rivolta verso il lume e sono molto più piccoli rispetto a quelli di tipo I; si trovano in corrispondenza dei setti alveolari. Essi possono differenziare in pneumociti di tipo I ma hanno una funzione più importante infatti essi sono i responsabili della produzione di **surfactante** (riduce la tensione superficiale dell'interfaccia aria/liquido mantenendo dilatati gli alveoli durante gli scambi gassosi); - **Macrofagi alveolari**: possono trovarsi liberi nel lume o adesi all'epitelio alveolare, derivano dai monociti che abbandonano il flusso sanguigno per colonizzare i polmoni; sono cellule con funzione fagocitaria (cellule spazzine della polvere) e inoltre degradano il surfactante polmonare che deve essere sostituito. **Patologie correlate** La **bronchite cronica** è una patologia caratterizzata dall'infiammazione della mucosa dei bronchi, può essere contratta in seguito all'inalazione di sostanze irritanti o tossiche e causa un'eccessiva produzione di muco con una conseguente riduzione del calibro dei condotti aerei. L'**enfisema polmonare** è una patologia caratterizzata dalla rottura degli alveoli, che non potendo essere riparati, causano una riduzione complessiva della superficie respiratoria; inoltre si ha la distruzione delle fibre elastiche con conseguente difficoltà espiratoria. L'**asma** è caratterizzato sia da un'eccessiva produzione di muco, che ostruisce i bronchioli, sia da un'alterazione della muscolatura dei bronchioli. Essa causa broncocostrizione, ovvero una riduzione del calibro dei bronchi ad opera del sistema parasimpatico, che rende difficoltoso il passaggio dell'aria, nello specifico l'aria entra all'interno dei bronchi, riempie i sacchi alveolari ma, in seguito agli spasmi della muscolatura, essa non riesce ad uscire andando così a ridurre l'efficienza respiratoria. **Osservazione preparati istologici** Quando si osservano preparati istologici relativi ad un bronco è indispensabile sapere che: - I bronchi extrapolmonari hanno struttura identica alla trachea; - I bronchi intrapolmonari sono circondati dal parenchima polmonare e hanno due costituenti caratteristici: 1. Epitelio respiratorio o cubico; 2. Cartilagine e muscolatura liscia.