Capitolo 11: Il diaframma e le costole: la pompa del respiro

Chi riempie i polmoni?

Nel capitolo precedente hai viaggiato sul treno rosso del sangue. I globuli rossi hanno raccolto l'ossigeno nei polmoni, sono corsi attraverso il cuore e hanno portato quell'ossigeno in ogni angolo del corpo, dal cervello alla punta delle dita dei piedi. Al ritorno, gli stessi globuli rossi hanno aiutato a riportare ai polmoni l'anidride carbonica, un gas di scarto, così potevi buttarla fuori con il respiro.

Ma un treno può raccogliere solo quello che lo aspetta in stazione. Se l'aria dentro i polmoni non cambiasse mai, l'ossigeno di quell'aria finirebbe presto, e l'anidride carbonica si accumulerebbe come spazzatura che nessuno porta via. L'aria fresca deve entrare e l'aria vecchia deve uscire, ancora e ancora, giorno e notte, per tutta la vita.

Ecco quindi un indovinello. I tuoi polmoni sono morbidi e spugnosi, un po' come due grandi spugne piene di palloncini minuscoli. Non hanno muscoli forti propri. Non possono stringersi per diventare più piccoli né gonfiarsi da soli. Allora che cosa fa riempire d'aria i polmoni e poi svuotarli di nuovo, più di ventimila volte ogni singolo giorno?

La risposta è una squadra di muscoli e ossa che avvolge i polmoni come una macchina vivente. Il membro più importante della squadra è un muscolo chiamato diaframma. I suoi compagni sono le costole e i piccoli muscoli tra loro. Insieme formano la pompa del respiro. In questo capitolo scoprirai come funziona questa pompa, come il tuo corpo la tiene in funzione anche mentre dormi e come ti aiuta a proteggerti da germi e polvere.

Il diaframma: una cupola sotto i polmoni

Metti la mano sul petto, poi falla scivolare giù fino al bordo inferiore delle costole, appena sopra la pancia. Sotto la tua mano, nascosto in fondo al corpo, c'è il diaframma. È un foglio largo e sottile di muscolo che si stende attraverso tutto l'interno del corpo, da davanti a dietro e da un lato all'altro. Di' piano il suo nome: dia-fram-ma.

Il diaframma ha la forma di una cupola, o di una ciotola capovolta. Quando è rilassato, il centro della cupola si alza verso il petto. I polmoni e il cuore sono appoggiati sopra di lui. Lo stomaco, il fegato e gli altri organi della pancia stanno sotto. In questo modo il diaframma funziona allo stesso tempo come pavimento del petto e come soffitto della pancia.

Come ogni muscolo, il diaframma ha una mossa principale: può stringersi. Quando un muscolo si stringe e diventa più corto, gli scienziati dicono che si contrae. Quando il diaframma si contrae, la cupola si abbassa e diventa più piatta, quasi come la superficie di un tappeto elastico che qualcuno ha teso bene. Quando il diaframma si rilassa, la cupola torna su con la sua forma curva.

Questo movimento semplice, giù e su, giù e su, è il cuore del respiro. Ogni volta che il diaframma si appiattisce, lo spazio dentro il petto diventa più alto. Ogni volta che il diaframma si rilassa, quello spazio torna più basso. Come vedrai presto, cambiare la grandezza di quello spazio è tutto quello che serve per far entrare e uscire l'aria dal corpo.

Il diaframma è uno dei muscoli che lavorano di più. I muscoli delle braccia riposano quando stai seduto fermo, e i muscoli delle gambe riposano quando sei sdraiato. Il diaframma continua a lavorare dal momento in cui nasci, ogni giorno e ogni notte. Per fortuna è fatto apposta per questo tipo di lavoro costante e delicato. Raramente si stanca come si stancano le gambe dopo una lunga corsa in salita.

Le costole: una gabbia che si può muovere

Adesso fai camminare le dita lungo il fianco del petto. Puoi sentire delle sporgenze, una sopra l'altra, come i pioli di una scala. Queste sporgenze sono le costole. La maggior parte delle persone ha dodici paia di costole, dodici sul lato sinistro e dodici sul lato destro. Le costole si curvano dalla colonna vertebrale, dietro, verso lo sterno, l'osso piatto in mezzo al davanti del petto.

Insieme, le costole formano la gabbia toracica. Una gabbia può sembrare una cosa rigida e fissa, ma la tua gabbia toracica non è affatto così. Tra ogni paio di costole vicine ci sono strati sottili di muscolo chiamati muscoli intercostali. La parola intercostale vuol dire semplicemente "tra le costole". Quando questi muscoli si stringono, sollevano le costole in alto e verso l'esterno.

Per immaginare come funziona, pensa al manico di un secchio. Quando il manico pende giù, sta vicino al fianco del secchio. Quando sollevi il manico, si sposta verso l'esterno e forma un arco più largo. Le tue costole si muovono in modo simile. Mentre i muscoli delle costole le tirano su, le costole si spostano verso i lati, e il davanti del petto si sposta un po' in avanti. Il petto diventa più largo da un lato all'altro e più profondo da davanti a dietro.

La gabbia toracica ha un secondo lavoro altrettanto importante. È uno scudo. Le costole si curvano intorno al cuore e ai polmoni come le sbarre di un recinto forte ma flessibile, e proteggono questi organi morbidi dagli urti e dai colpi quando corri, ruzzoli o giochi. Molte costole sono unite allo sterno dalla cartilagine, lo stesso materiale sodo ma pieghevole che dà forma alla punta del naso e all'esterno delle orecchie. Grazie alla cartilagine, la gabbia toracica può cedere un po' quando viene spinta, invece di essere rigida come una scatola.

C'è ancora un dettaglio astuto. L'esterno di ogni polmone e l'interno della parete del petto sono ricoperti da strati sottili e lisci chiamati pleura. Tra questi due strati c'è una quantità minuscola di liquido scivoloso. Questo liquido permette ai polmoni di scivolare contro la parete del petto senza sfregare. Fa anche aderire i due strati tra loro, come due vetri bagnati che scivolano facilmente l'uno sull'altro ma sono difficili da staccare. Siccome gli strati aderiscono, i polmoni seguono ogni movimento del petto, come un'ombra che ti segue sul pavimento.

Inspirare ed espirare

Adesso conosci le parti. Ecco come lavorano insieme. L'aria si sposta sempre da un posto dove è più schiacciata a un posto dove è meno schiacciata. Gli scienziati chiamano questa spinta pressione. Quando lasci andare il collo di un palloncino gonfio, l'aria schiacciata dentro corre fuori nella stanza. La tua pompa del respiro usa questa semplice regola ogni pochi secondi della tua vita.

Quando inspiri, il diaframma si contrae e si abbassa, e i muscoli delle costole sollevano le costole in alto e verso l'esterno. Il petto diventa più grande in ogni direzione: più alto, più largo e più profondo. I polmoni, che aderiscono alla parete del petto, si allungano per riempire lo spazio più grande. Adesso l'aria dentro i polmoni è più sparpagliata e meno schiacciata dell'aria fuori dal corpo. Così l'aria esterna entra dal naso o dalla bocca, scende per la trachea e arriva nei polmoni, finché la pressione dentro e fuori non torna uguale.

Un contagocce funziona in modo simile. Quando schiacci la pompetta di gomma e poi la lasci andare, la pompetta torna come prima e crea più spazio all'interno, e il liquido viene tirato su nel tubetto per riempire quello spazio. Il tuo petto è come la pompetta. Ogni volta che il diaframma e le costole rendono il petto più grande, l'aria viene tirata dentro per riempire lo spazio in più.

Espirare, quando sei calmo, è ancora più facile. Il diaframma semplicemente si rilassa e torna su con la sua forma a cupola. Anche i muscoli delle costole si rilassano, e le costole tornano giù. I polmoni stessi sono elastici, come un elastico che è stato tirato, quindi tornano da soli a una misura più piccola. Il petto diventa più piccolo, l'aria all'interno viene schiacciata, ed esce. Quando sei a riposo, espirare non richiede quasi nessuna fatica.

Quando devi soffiare forte, il tuo corpo aggiunge forza in più. I muscoli della pancia si stringono e spingono gli organi della pancia contro il diaframma, mentre altri muscoli delle costole tirano giù le costole. Usi questa spinta forte quando spegni le candeline su una torta di compleanno, fai le bolle di sapone, gridi a un amico dall'altra parte di un prato o suoni un fischietto o un flauto. La usi anche quando tossisci, e presto ne leggerai di più.

Ecco una cosa che puoi provare subito, senza alcun rischio. Siediti o sdraiati comodo e appoggia una mano aperta sulla pancia e l'altra mano sul petto. Fai entrare l'aria lentamente dal naso. Senti la pancia che spinge piano la mano verso l'esterno? Succede perché il diaframma si abbassa e spinge un po' di lato gli organi della pancia. Adesso butta fuori l'aria lentamente e senti la pancia che torna dentro: stai sentendo al lavoro la tua pompa del respiro.

Potresti notare che la mano sul petto si muove meno della mano sulla pancia. Durante il respiro tranquillo, il diaframma fa quasi tutto il lavoro. Durante i respiri grandi e veloci, i muscoli delle costole partecipano molto di più, e puoi sentire tutto il petto che si alza. Tutti e due i modi sono normali. Il tuo corpo sceglie semplicemente la fatica giusta per ogni momento.

Respiri veloci, respiri lenti

Prova a contare quante volte inspiri in un minuto mentre stai seduto tranquillo. Chiedi a un adulto di guardare l'orologio per te. È un po' difficile, perché pensare al respiro può cambiarlo, quindi respira semplicemente come fai di solito. Molti bambini della tua età respirano all'incirca da quindici a trenta volte al minuto quando sono a riposo. La maggior parte degli adulti respira un po' più lentamente, circa da dodici a venti volte al minuto. I neonati respirano molto più in fretta, spesso da trenta a sessanta volte al minuto, perché il loro corpicino sta crescendo velocissimo.

La velocità del tuo respiro non è fissa. Corri per il cortile della scuola, sali su una collina o balla con una musica veloce, e noterai che respiri più in fretta e più a fondo. I tuoi muscoli al lavoro stanno consumando ossigeno e producendo anidride carbonica in più, così la pompa del respiro accelera per tenere la stazione rifornita per il treno rosso. Quando ti siedi e riposi, il respiro piano piano si calma di nuovo.

Anche la grandezza di ogni respiro cambia. In un respiro tranquillo, il diaframma si abbassa solo un po', più o meno quanto la larghezza di uno o due delle tue dita. In un respiro molto profondo, può abbassarsi parecchie volte di più. Come hai letto nel capitolo 8, il respiro tranquillo di un adulto sposta circa mezzo litro d'aria. Un respiro davvero profondo può spostarne parecchie volte di più.

A volte la pompa fa qualcosa di inaspettato. Il singhiozzo succede quando il diaframma si stringe all'improvviso con uno scatto, tutto da solo. L'aria comincia a entrare di corsa, e una frazione di secondo dopo le corde vocali nella gola si chiudono di colpo, facendo il suono "hic". Il singhiozzo può essere fastidioso, ma di solito è innocuo, e dopo un po' passa da solo.

La tua pompa del respiro ti aiuta anche a parlare, cantare e ridere. La tua voce nasce quando l'aria dei polmoni esce passando accanto alle corde vocali nella gola e le fa vibrare. Per cantare una nota lunga, lasci uscire l'aria lentamente e in modo regolare. Per ridere, il diaframma e i muscoli della pancia danno piccole spinte veloci, una dopo l'altra. Ogni parola che dici esce dal tuo corpo a cavallo di un respiro.

Il tronco encefalico: un guardiano che non dorme mai

Pensa per un momento al tuo respiro. Puoi scegliere di fare un grande respiro, o di respirare lentamente, o di trattenere il fiato per qualche secondo prima di mettere la faccia nell'acqua in piscina. Ma quasi sempre non pensi proprio al respiro. Respiri mentre leggi, mentre pranzi, mentre giochi e per tutta la notte mentre dormi profondamente. Allora chi comanda quando non ci fai attenzione?

La risposta è il tronco encefalico, la parte del cervello che hai conosciuto nel capitolo 3 e di nuovo nel capitolo precedente. Il tronco encefalico si trova proprio in fondo al cervello, dove il cervello si unisce al midollo spinale, il lungo fascio di nervi che scende dentro la colonna vertebrale. Il tronco encefalico si occupa di tanti lavori che ti tengono in vita senza che tu debba pensarci, e respirare è uno dei più importanti di questi lavori.

Dentro il tronco encefalico, gruppi di cellule nervose mandano un ritmo regolare di segnali, come un batterista che tiene il tempo per una banda. Ogni segnale viaggia lungo i nervi fino al diaframma e ai muscoli delle costole e dice loro: "Stringetevi adesso". Tra un segnale e l'altro, i muscoli si rilassano. Colpo di tamburo, inspira. Pausa, espira. Il ritmo continua, ora dopo ora e anno dopo anno.

Il tronco encefalico non si limita a tenere un ritmo regolare. Ascolta anche i rapporti di minuscoli sensori del corpo. Alcuni di questi sensori sono nel tronco encefalico stesso, e altri stanno accanto a grandi vasi sanguigni nel collo e vicino al cuore. I sensori controllano continuamente il sangue, soprattutto quanta anidride carbonica sta trasportando. Quando l'anidride carbonica comincia ad accumularsi, per esempio mentre corri, i sensori mandano un messaggio, e il tronco encefalico dice alla pompa di lavorare più in fretta e con più forza.

Ecco perché nessuno riesce a trattenere il fiato molto a lungo. Se trattieni il fiato, l'anidride carbonica si accumula piano piano nel sangue. Presto i sensori danno l'allarme, e il tronco encefalico manda segnali sempre più forti finché non puoi fare altro che respirare. Questo sistema di sicurezza è più forte della tua volontà. Comunque, trattenere il fiato a lungo non è un bel gioco da fare, soprattutto in acqua. Respirare dovrebbe essere sempre facile e comodo.

Il tuo tronco encefalico è un guardiano che non fa mai una pausa. Quando dormi, il respiro diventa più lento e più regolare, ma continua per tutta la notte. Anche mentre sogni di volare sopra le montagne o di nuotare con le balene, il batterista nel tuo tronco encefalico tiene il tempo, e il diaframma continua a far entrare e uscire l'aria.

Come la pompa ti protegge

Ormai hai conosciuto tanti guardiani che proteggono i tuoi polmoni: i peli e il muco del naso, le tonsille della gola, l'epiglottide, la scala mobile di peletti minuscoli nella trachea e le cellule spazzine negli alveoli. La pompa del respiro forse non sembra un guardiano, ma molti di quegli altri guardiani non potrebbero fare il loro lavoro senza di lei.

Prima di tutto, la pompa dà forza alla tosse e agli starnuti. Come hai scoperto nel capitolo 3, prima di un colpo di tosse fai un respiro veloce. Poi le corde vocali si chiudono strette, e i muscoli della pancia e delle costole stringono forte, facendo crescere la pressione dentro il petto. All'improvviso le corde vocali si aprono, e un forte getto d'aria sale di corsa per la trachea, portandosi dietro muco, polvere o una briciola sperduta. Senza una pompa del respiro forte, le uscite di emergenza di cui hai letto prima in questo libro non sarebbero altro che deboli soffietti.

Secondo, i respiri profondi aiutano a tenere i polmoni puliti e aperti. Quando respiri molto delicatamente per tanto tempo, alcuni dei minuscoli sacchetti d'aria in fondo ai polmoni potrebbero non riempirsi del tutto. Ogni pochi minuti, senza accorgertene, fai un sospiro, un respiro un po' più grande del solito. I sospiri, insieme ai grandi respiri che fai quando corri, ridi o giochi, riaprono quegli angolini tranquilli. I respiri grandi aiutano anche la scala mobile di peletti minuscoli a spostare il muco verso l'alto e via. È uno dei motivi per cui muoversi fa così bene ai polmoni.

Terzo, la pompa si adatta quando il tuo corpo combatte i germi. Quando sei malato, il tuo corpo lavora sodo dietro le quinte, e spesso ha bisogno di più ossigeno del solito. Il tronco encefalico se ne accorge e potrebbe farti respirare un po' più in fretta. In questo modo la pompa del respiro cambia velocità per adattarsi a quello di cui il corpo ha bisogno, che tu stia facendo una gara con un amico o riposando a letto. Se mai respirare ti sembra difficile o scomodo, è importante dirlo subito a un adulto.

Quarto, la pompa lavora insieme al naso. Quando inspiri con calma dal naso, l'aria si muove abbastanza lentamente da essere riscaldata, inumidita e filtrata prima di arrivare ai polmoni. Il diaframma dà il ritmo, e il naso fa le pulizie. Respirare con calma dal naso, di giorno e di notte, permette a questi due guardiani di lavorare in squadra.

Infine ricorda che la pompa ha bisogno di cure, come ogni membro di una squadra. Stare seduti e in piedi ben dritti dà al diaframma spazio per muoversi. Correre, nuotare, arrampicarsi e ballare rendono più forti i muscoli del respiro. E se mai respirare ti sembra difficile, stretto o rumoroso in un modo nuovo, dillo a un adulto, così l'adulto può parlarne con un medico se è preoccupato.

Ogni respiro che fai è un piccolo lavoro di squadra. Il tronco encefalico dà il segnale. Il diaframma si abbassa, e le costole si allargano. I polmoni si allungano, e l'aria fresca entra di corsa, supera tutti i guardiani e scende fino ai palloncini minuscoli dove il treno rosso aspetta. Poi la pompa si rilassa, e l'aria vecchia esce di nuovo. Nel prossimo capitolo scoprirai che cosa succede nei giorni in cui i germi riescono a sfuggire ai guardiani, e come tutto il tuo corpo lavora insieme per contrattaccare.

Parole chiave

Diaframma: Un foglio di muscolo a forma di cupola sotto i polmoni. Quando il diaframma si stringe e si appiattisce, l'aria entra nei polmoni.

Contrarsi: Quello che fa un muscolo quando si stringe e diventa più corto. Contraendosi, i muscoli tirano le parti del corpo e le muovono.

Costole: Le ossa curve che avvolgono il petto. Insieme formano la gabbia toracica, che protegge il cuore e i polmoni e si muove quando respiri.

Muscoli intercostali: Muscoli sottili tra le costole. Sollevano le costole in alto e verso l'esterno per rendere il petto più grande quando inspiri.

Pleura: Due strati sottili e lisci intorno a ogni polmone, con un po' di liquido scivoloso in mezzo. Permettono ai polmoni di scivolare facilmente mentre il petto si muove.

Pressione: Quanto forte l'aria o l'acqua vengono schiacciate. L'aria si sposta sempre da un posto dove la pressione è più alta a un posto dove è più bassa.

Frequenza respiratoria: Il numero di respiri che fai in un minuto. Aumenta quando sei attivo e diminuisce quando riposi.

Tronco encefalico: La parte in fondo al cervello, dove il cervello si unisce al midollo spinale. Fa andare avanti il respiro e altri lavori che ci tengono in vita senza che tu debba pensarci.

Singhiozzo: Una stretta improvvisa e a scatti del diaframma, seguita dalla chiusura veloce delle corde vocali, che fa il suono "hic".