La trachea e i bronchi staminali

Design strutturale dell’albero delle vie aeree

La gerarchia delle vie aeree divisorie, e in parte anche dei vasi sanguigni che penetrano nel polmone, determina in gran parte la struttura interna del polmone. Dal punto di vista funzionale, il sistema delle vie aeree intrapolmonari può essere suddiviso in tre zone: una zona prossimale, puramente conduttrice, una zona periferica, puramente scambiatrice di gas, e una zona di transizione nel mezzo, in cui entrambe le funzioni sfumano l’una nell’altra. Da un punto di vista morfologico, tuttavia, ha senso distinguere i tubi a parete relativamente spessa, puramente conduttori di aria, da quei rami dell’albero delle vie aeree strutturalmente progettati per permettere lo scambio di gas.

Il design strutturale dell’albero delle vie aeree è funzionalmente importante perché il modello di ramificazione gioca un ruolo nel determinare il flusso dell’aria e il deposito di particelle. Nella modellazione dell’albero delle vie aeree umane, è generalmente accettato che le vie aeree si ramificano secondo le regole della dicotomia irregolare. Dicotomia regolare significa che ogni ramo di una struttura ad albero dà origine a due rami figli di dimensioni identiche. Nella dicotomia irregolare, invece, i rami figli possono differire notevolmente in lunghezza e diametro. I modelli calcolano il percorso medio dalla trachea alla periferia del polmone come costituito da circa 24-25 generazioni di rami. I percorsi individuali, tuttavia, possono variare da 11 a 30 generazioni. La transizione tra le porzioni conduttive e respiratorie di una via aerea si trova in media alla fine della 16a generazione, se la trachea viene contata come generazione 0. Le vie aeree conduttive comprendono la trachea, i due bronchi principali, i bronchi e i bronchioli. La loro funzione è quella di riscaldare, inumidire e pulire ulteriormente l’aria inspirata e distribuirla alla zona di scambio dei gas del polmone. Sono rivestiti dal tipico epitelio respiratorio con cellule ciliate e numerose cellule pustole secernenti muco. Le cellule ciliate sono presenti molto in basso nell’albero delle vie aeree, la loro altezza diminuisce con il restringimento dei tubi, così come la frequenza delle cellule del calice. Nei bronchioli le cellule del calice sono completamente sostituite da un altro tipo di cellule secretorie chiamate cellule di Clara. L’epitelio è coperto da uno strato di fluido a bassa viscosità, all’interno del quale le ciglia esercitano un battito sincronizzato e ritmico diretto verso l’esterno. Nelle vie aeree più grandi, questo strato di fluido è sormontato da una coltre di muco ad alta viscosità. Lo strato di muco è trascinato dall’azione delle ciglia e porta le particelle intercettate verso la faringe, dove vengono inghiottite. Questo disegno può essere paragonato a un nastro trasportatore di particelle, e in effetti il meccanismo viene chiamato scala mobile mucociliare.

Se gli anelli o le piastre di cartilagine forniscono il supporto per le pareti della trachea e dei bronchi, le pareti dei bronchioli, prive di cartilagine, ottengono la loro stabilità dalla loro integrazione strutturale nei tessuti che scambiano i gas. Le ultime generazioni di vie aeree puramente conduttive nel polmone sono i bronchioli terminali. Distrattamente, la struttura delle vie aeree è notevolmente alterata dalla comparsa di cavità simili a coppe dalle pareti. Queste formano minuscole camere d’aria e rappresentano i primi alveoli che scambiano gas sul percorso delle vie aeree. Negli alveoli, l’epitelio respiratorio lascia il posto a uno strato di rivestimento molto piatto che permette la formazione di una sottile barriera aria-sangue. Dopo diverse generazioni (Z) di tali bronchioli respiratori, gli alveoli sono così densamente stipati lungo le vie aeree che manca una parete delle vie aeree propriamente detta; le vie aeree sono costituite da dotti alveolari. Le ultime generazioni dell’albero delle vie aeree terminano alla cieca nei sacchi alveolari.