Zoologia generale

RESPIRAZIONE E CIRCOLAZIONE

Possono essere appaiati, ma non sempre; nel caso dei vertebrati sì.

Con il Termine respirazione noi possiamo descrivere due processi estremamente diversi che centrano poco uno con l’altro: può essere riferito agli scambi gassosi che avvengono tra l’ambiente esterno e quello interno, ad esempio nel caso del polmone, prende aria dall’esterno, cede l’ossigeno al circolo sanguigno che lo porta poi nei tessuti (respirazione esterna branchiale, polmonare, per diffusione…); posso anche indicare quello che avviene all’interno delle cellule, ovvero l’ossigeno viene utilizzato per trasformare quello che ho mangiato in energia. Noi ci occupiamo del primo processo.

La respirazione essendo uno scambio di gas tra ambiente esterno e quello interno, segue la legge di diffusione dei gas. -P )D× A × ( P1-P2)Q= L

I diversi termini di questa legge vanno a controllare come è fatto il respiratorio di

ognianimale.Q = velocità di diffusione di un gas, l’obbiettivo di ogni organismo è che Q sia alto, voglio rapidamente che l’ossigeno che sta fuori entri nel mio sangue (nelcaso in cui ho sangue che trasporta ossigeno, on vale per tutti).

D = coefficiente di diffusione (dipende dal mezzo).

A = area di sezione trasversale attraverso cui diffonde il gas.

P1 e P2 = pressioni parziali del gas nelle due zone.

L lunghezza del percorso effettuato dal gas o la distanza tra i due punti considerati.

Per far sì che Q sia alto devo aumentare il denominatore o abbassare il denominatore.

Su D non posso farci molto, è un coefficiente fisso. A è la superficie di scambio e se è ampia, Q aumenta; se raddoppio superficie di scambio, raddoppio la quantità di ossigeno che mi entra e questo fa sì che gli apparati respiratori tenderanno ad avere una respirazione ampia. P1 e P2 sono la differenza di pressioni parziali tra le due zone (es.

polmoni e sangue). Se io ho sangue molto ossigenato e polmoni senza ossigeno dentro P1 – P2 sarà 0, e quindi anche Q; quindi io devo fare in modo che la differenza sia alta, quindi che nel polmone ci sia sempre più ossigeno che nel sangue. L è la distanza tra ‘interno del polmone e il sangue, è lo spessore dell’epitelio del mio apparato, più è sottile, meglio è. Avere un’area ampia e uno spessore sottile è costoso, perché può esporsi a un ambiente esterno e danneggiarsi. Questa legge vale per tutti, ma le condizioni di partenza variano se si vive nell’aria o nell’acqua; nell’aria ho il 20% di ossigeno, mentre nell’acqua solo l’1% o meno. Nell’aria p1 è molto più grande che per chi vive in acqua, quindi combinare questa legge con l’ambiente esterno mi cambia totalmente il modo di respirare, si va incontro a sfide completamente opposte: chi vive

membrana cellulare ed è subito nella cellula. Lo stesso vale in tanti animali di piccole dimensioni che non hanno grosse protezioni a livello epiteliale. La planaria e l'anemone di mare sono abbastanza piccoli, spesso non hanno grande bisogno di ossigeno per il metabolismo basso, hanno un epitelio sottile e permeabile, non sono tenuti a sviluppare un circolatorio per portare in giro l'ossigeno. Anche i vertebrati possono respirare per diffusione senza avere nessun apparato, per esempio il tritone ha i polmoni ma non li usa sempre, può stare in acqua per molte ore o per tutto l'inverno senza uscire a respirare utilizzando i polmoni; ha un metabolismo basso e delle espansioni, come una coda piatta che aumenta la superficie del corpo, quindi gli scambi di gas sono sufficienti per mantenere il suo metabolismo. Se inizio ad avere un metabolismo più attivo o a vivere in luoghi con poco ossigeno, sono costretto a cambiare strategia. Quella classica è quella di aumentare

la superficie di scambio e metterla protetta. Quindi le branche aumentano A per riuscire a ottenere più ossigeno dall'acqua; diversi organismi hanno sviluppato branchie in modo indipendente a partire da parti diverse del loro corpo, ma tutte con la caratteristica di avere una superficie ampia. Ad esempio nei crostacei abbiamo branchie ripiegate sia all'interno dell'area toracica che nell'addome, delle espansioni che aumentano la superficie di scambio nei molluschi. Oltre un tot non posso ridurre L e sono obbligato a aumentare A.

Lo stesso vale anche per i pesci ossei, anche qui devo aumentare quanto più possibile l'ossigeno, minimizzare lo spessore dell'epitelio, tutto senza mettere esposto l'epitelio di respirazione. Le branchie avranno una struttura sfrangiata e ripiegata che aumenta notevolmente la superficie, un epitelio sottile, ma i pesci hanno un corpo che si protegge bene dall'ambiente esterno con scaglie, o l'opercolo che

È una struttura che protegge le branchie. Permantenere elevata P1 – P2, fanno entrare l’acqua ossigenata nella bocca e la fannouscire dalla parte posteriore delle branche, e questo permette di mantenerecostantemente elevata P1. Questo è un processo che prende il nome di ventilazione.

Nell’ambiente terrestre devo mantenere gli scambi elevati evitando la disidratazione.Non tutti gli animali terrestri hanno un circolatorio deputato al trasporto di ossigeno.Gli insetti hanno un circolatorio, ma serve solo per trasportare le sostanze nutritive nelcorpo, non l’ossigeno. Negli insetti il metabolismo è sostenuto dall’ossigeno che arrivadirettamente dall’esterno. Esistono delle aperture che vanno direttamente versol’esterno (spiracoli), da cui parte un trachea che va all’interno del corpo, si ramifica instrutture più piccole, le tracheole, che arrivano direttamente alle cellule che hannobisogno di ossigeno; siamo a

è semplice la compartimentazione all’interno del polmone; maggiore compartimentazione vuol dire maggiore superficie, non aumento la dimensione del torace, ma aumento la complessità. Nei rettili è più compartimentata e nei mammiferi ancora di più perché hanno un metabolismo endotermo. Gli uccelli completamente diversi. Il problema è che quando io ho una struttura con un’apertura molto piccola rispetto alla superficie, devo mantenere la differenza di pressioni parziali, esiste un processo detto ventilazione, che facciamo tutti quanti.

Negli anfibi non abbiamo un diaframma come nei mammiferi, ma l’aria viene deglutita per essere inviata al polmone, dove avvengono gli scambi gassosi e poi l’aria povera di ossigeno viene espulsa e sostituita con una nuova boccata d’aria. L’obbiettivo è mantenere all’interno del polmone un’area con tanto ossigeno, che viene portato via dal sangue e utilizzato dai.

tessuti.Nei mammiferi la ventilazione diventa più efficiente perché ho delle strutture in più, ovvero il diaframma che mi agevola l'espansione della cassa toracica portando più rapidamente l'ingresso di ossigeno. Aumento sia A che P1-P2, su L più di tanto non posso fare.Negli uccelli succede qualcosa di completamente diverso. Gli uccelli hanno un metabolismo più elevato dei mammiferi e in più volano. Il polmone degli uccelli non ha un'elevatissima superficie, quello che viene fatto è una struttura per massimizzare la ventilazione per mantenere sempre molto alto P1-P2: oltre ai polmoni gli uccelli presentano dei sacchi aeriferi sia nella zona toracica, che addominale, che sono praticamente delle cavità interne in cui non avvengono scambi gassosi, ma servono a far arrivare nel modo giusto e continuamente l'aria nella zona in cui avviene effettivamente lo scambio. Nel momento in cui l'uccello espande la

La cassa toracica non si espande il polmone, ma si espandono i sacchi aerei toracico posteriore e addominali, quindi l'aria ci entra dentro. Si espandono anche i sacchi aerei anteriori, interclavicolari e toracico anteriore, e risucchiano l'aria presente nel polmone (aria che ha già scambiato l'ossigeno). Quando contrae il torace, i sacchi posteriori si contraggono e spediscono l'aria appena respirata al polmone, mentre quella nei sacchi anteriori esce. Il ciclo dell'aria è unidirezionale e continuo.

Perché questo è più vantaggioso rispetto alla nostra respirazione? (in immagine sostituisco acqua e aria) L'aria entra ben ossigenata e va a contatto con il sangue, ossigenata al 100%, gli scambi avvengono fino a che P1-P2 non diminuisce. Quando percentuale di ossigeno nel sangue è pari a quella dell'aria nei polmoni non riesco più estrarlo, anche se ce n'è ancora un sacco; in teoria possiamo

estrar