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Organizzazione e funzioni degli organismi

L'apparato respiratorio

Per compiere la respirazione cellulare , gli organismi necessitano di un continuo rifornimento di ossigeno, che prelevano dall'ambiente circostante (aria o acqua), e di una continua espulsione di diossido di carbonio, che è un prodotto di scarto della respirazione cellulare. L'ossigeno e il diossido di carbonio attraversano la membrana plasmatica per semplice diffusione.

In alcuni animali di piccole dimensioni (spugne, cnidari, platelminti) gli scambi gassosi avvengono per diffusione tra le cellule della superficie del corpo e l'ambiente.

Analogamente a quanto è già stato detto per il trasporto dei materiali , la diffusione è poco efficiente negli animali di grandi dimensioni e con un ambiente interno complesso: in questo caso, infatti, non tutte le cellule sono a contatto con l'ambiente esterno.

Gli animali di taglia maggiore hanno perciò sviluppato strutture specializzate per assicurare a tutti i tessuti un rifornimento continuo e adeguato di ossigeno. Queste strutture costituiscono l'apparato respiratorio.

  • Gli apparati respiratori

    Gli apparati respiratori degli animali sono molto differenti e riflettono lo stretto rapporto con la struttura del sistema circolatorio e con l'ambiente in cui essi vivono. Tuttavia possiedono alcune caratteristiche comuni:

      superfici ampie, per consentire un adeguato scambio di gas per diffusione, e umide, perché i gas si sciolgono nei liquidi per diffondere; un gradiente di concentrazione (cioè opportune differenze di concentrazione tra l'interno e l'esterno della cellula) che consenta all'ossigeno di entrare nelle cellule e al diossido di carbonio di fuoriuscirne.

    Negli animali acquatici l'apparato respiratorio è rappresentato dalle branchie, in quelli terrestri dalle trachee e dai polmoni.

    Le branchie sono formate da una serie di estroflessioni riccamente vascolarizzate, sulle quali scorre continuamente l'acqua. In alcuni animali (per esempio, nei girini) le branchie sono esterne al corpo e perciò sono facilmente danneggiabili. Nei pesci, invece, le branchie sono contenute in una cavità chiusa da una membrana (opercolo). Un efficiente meccanismo di pompaggio consente un flusso continuo di acqua dalla cavità boccale alle branchie e da queste all'opercolo, da cui fuoriesce.

    Ogni branchia è costituita da un sostegno osseo (arco branchiale) da cui si dipartono numerose lamelle branchiali. Ciascuna lamella è percorsa da due capillari: uno è la ramificazione dell'arteria branchiale afferente, che porta il sangue poco ossigenato, mentre l'altro deriva dall'arteria branchiale efferente, che allontana il sangue ossigenato dalla branchia.

    Lo scambio dei gas avviene attraverso un meccanismo chiamato flusso in controcorrente: nei capillari branchiali, infatti, il sangue scorre in direzione opposta rispetto all'acqua fra le lamelle (v. fig. 19.4). L'acqua che scorre tra le lamelle cede gradualmente il proprio ossigeno per diffusione al sangue che scorre nei capillari, poiché mantiene costantemente una maggiore concentrazione di ossigeno (gradiente di concentrazione). Il risultato è che il sangue, all'inizio povero di ossigeno, si arricchisce gradualmente di questo gas, mentre l'acqua se ne impoverisce gradualmente.

    Le trachee consistono in un sistema di canali ramificati che penetrano in profondità nei tessuti e convogliano l'aria direttamente alle cellule. Questo tipo di apparato respiratorio si trova negli insetti. L'aria entra ed esce dal corpo dell'animale attraverso una serie di fori, chiamati spiracoli o stigmi, disposti su entrambi i lati dell'addome.

    I polmoni sono dei sacchi che contengono le superfici respiratorie dove avviene lo scambio gassoso. Derivano probabilmente dalla trasformazione della vescica natatoria di alcuni pesci.

    I polmoni degli anfibi hanno la superficie respiratoria scarsamente estesa. Ciò li rende poco efficaci e induce questi animali a ricorrere a scambi attraverso la cute per integrare l'introduzione di ossigeno. Nei rettili la membrana interna dei polmoni è parzialmente ripiegata in sottili foglietti. Questa soluzione per aumentare la superficie di scambio trova la massima espressione negli uccelli e nei mammiferi.

    Gli uccelli, inoltre, possiedono delle estroflessioni, chiamate sacche aeree, per soddisfare le ingenti richieste energetiche del volo. Durante l'introduzione di aria nel corpo, le sacche aeree si gonfiano per immagazzinare aria fresca; si sgonfiano invece durante l'espirazione, passando l'aria ai polmoni. In questo modo l'uccello ha un rifornimento continuo di ossigeno.

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