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Immagini e concetti della biologia Sylvia S. Mader Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

C7 – Il sistema respiratorio Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Lo scambio dei gas respiratori La respirazione si divide in: ventilazione, che si svolge nei due atti dell’inspirazione e dell’espirazione la respirazione esterna, cioè lo scambio di gas tra l’aria e il sangue che avviene nei polmoni la respirazione interna, ossia lo scambio di gas che avviene tra il sangue e il liquido interstiziale (le cellule scambiano poi i gas con il liquido interstiziale) Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

La superficie respiratoria esterna deve essere umidificata Dal punto di vista strutturale e fisiologico, per un animale è molto più difficile estrarre ossigeno dall’acqua anziché dall’aria. Si calcola che i pesci consumino circa il 25% delle proprie energie per respirare, mentre i mammiferi soltanto l’1-2%. Per permettere lo scambio gassoso, negli animali terrestri è importante che la superficie respiratoria sia sempre umidificata. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Respirazione cutanea L’ampia superficie corporea rispetto alle dimensioni di piccoli animali acquatici, come le idre e le planarie, consente alle loro cellule di scambiare gas direttamente con l’ambiente esterno. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Respirazione branchiale Gli invertebrati acquatici (molluschi e crostacei) e i vertebrati acquatici (pesci) sono dotati di organi respiratori chiamati branchie, capaci di estrarre ossigeno dall’acqua. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Respirazione diretta attraverso tubi aerei Gli insetti hanno un sistema di tubi aerei, le trachee, attraverso cui l’ossigeno raggiunge ogni singola cellula del corpo, senza entrare nel sangue. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Respirazione polmonare Per respirare, i vertebrati terrestri e i mammiferi marini usano i polmoni, ampie camere vascolarizzate che derivano da espansioni della regione faringea. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Le vie respiratorie e i polmoni Il sistema respiratorio comprende tutte le strutture che portano aria ai polmoni. Prima di giungere ai polmoni, l’aria viene filtrata, riscaldata e umidificata. L’aria inspirata passa dalla faringe alla laringe attraverso la glottide. La laringe prosegue quindi con la trachea. La trachea si suddivide nei due bronchi primari, che entrano rispettivamente nel polmone destro e nel polmone sinistro. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I polmoni La ramificazione bronchiale forma un numero enorme di piccoli passaggi aerei chiamati bronchioli. Ciascun bronchiolo termina in uno spazio allungato racchiuso da una moltitudine di sacchettini aerei, gli alveoli polmonari, che formano nel complesso i polmoni. Lo scambio interno di gas avviene tra l’aria negli alveoli e il sangue che scorre nei capillari alveolari. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Fumare è nocivo per la salute Gli effetti a breve termine del fumo comprendono fiato corto e tosse insistente, diminuita capacità di apprezzare odori e sapori, invecchiamento precoce della cute. Tra gli effetti a lungo termine vi sono molti tipi di cancro, malattie del sistema respiratorio e cardiovascolare, rischio aumentato di aneurisma, asma, aggravamento delle polmoniti. Tra gli altri effetti vanno ricordati quelli legati alla gravidanza. Fumare in gravidanza aumenta il rischio di aborto, parto prematuro, nascita di bambini morti, basso peso alla nascita. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Le fasi respiratorie: la ventilazione e il trasporto dei gas L’inspirazione è un movimento attivo e rappresenta l’atto di portare aria ai polmoni. Questo avviene grazie all’azione del diaframma e dei muscoli intercostali. L’abbassamento del diaframma e la contrazione dei muscoli intercostali determinano l’espansione della cassa toracica e dei polmoni. A causa della differenza di pressione che ne deriva, l’aria entra nei polmoni. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Le fasi respiratorie: la ventilazione e il trasporto dei gas L’espirazione è la parte inattiva della ventilazione polmonare. Nei mammiferi avviene quando i muscoli intercostali e il diaframma si rilassano, il volume polmonare diminuisce, la pressione interna aumenta e l’aria fluisce verso l’esterno del corpo. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Il ritmo respiratorio è controllato da un centro respiratorio Il ritmo della ventilazione polmonare è controllato da un centro respiratorio, un gruppo di neuroni posto nel midollo allungato dell’encefalo. Il centro respiratorio manda automaticamente impulsi al diaframma e ai muscoli intercostali attraverso diversi nervi spinali. Quando il pH del sangue si abbassa per l’aumento di CO2, il centro respiratorio aumenta ritmo e profondità della respirazione. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

La respirazione esterna e interna non richiedono energia Il movimento dei gas in uscita e in entrata nei vasi sanguigni a livello dei polmoni (respirazione esterna) e dei tessuti (respirazione interna) è governato dalla diffusione spontanea. La ventilazione fa sì che gli alveoli polmonari abbiano una pressione parziale dell’ossigeno (PO2) più alta e una pressione parziale del diossido di carbonio (PCO2) più bassa rispetto a quella del sangue. Lo scambio di questi gas avviene quindi spontaneamente nei polmoni. A livello dei tessuti la PO2 del sangue è più alta e la PCO2 più bassa rispetto a quella del liquido interstiziale. Lo scambio dei gas avviene spontaneamente, ma in direzione opposta, nel liquido interstiziale. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I meccanismi della respirazione esterna e interna Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

L’emoglobina (Hb) è la proteina dei globuli rossi che trasporta i gas L’aspetto molecolare della respirazione esterna (polmoni/sangue): Hb si combina con O2 per formare HbO2 HCO3- (ione bicarbonato) si combina con H+ per formare H2CO3 (acido carbonico) che poi si scinde in H2O e CO2 L’aspetto molecolare della respirazione interna (sangue/tessuti): HbO2 cede O2 CO2 si combina in piccola parte con Hb per formare HbCO2 la maggior parte del CO2 si combina con H2O per formare H2CO3 che si dissocia in H+ e HCO3- Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018