5.

La respirazione nei principali gruppi animali

Negli organismi unicellulari, quali protisti, alcune alghe e funghi, non esistono particolari apparati per la respirazione, ma l’ossigeno passa direttamente per diffusione attraverso la loro membrana cellulare. La concentrazione di ossigeno nell’organismo è più bassa che nell’aria o nell’acqua circostanti, mentre quella di anidride carbonica è maggiore; di conseguenza, l’ossigeno segue un gradiente di concentrazione e si diffonde all’interno dell’organismo, mentre l’anidride carbonica si muove in direzione opposta.

1.

Echinodermi

Negli echinodermi, quali ricci e stelle di mare, la respirazione avviene mediante sottili strutture tubulari cave che si estroflettono sulla superficie corporea. In particolare, nelle stelle di mare tali tubuli sono detti branchie dermali e sono dotati di cellule ciliate, sia sulla superficie esterna sia su quella interna; le ciglia, muovendosi, creano un flusso in controcorrente tra l’acqua marina (che scorre sulla superficie esterna delle branchie dermali) e il fluido interno; ciò permette la continua diffusione degli scambi respiratori. Nei ricci di mare assumono funzione di branchie dermali i pedicelli ambulacrali, che fanno parte di un complesso sistema idraulico e svolgono anche funzione locomotoria.

2.

Anellidi

Negli anellidi lo scambio dei gas respiratori avviene attraverso la superficie cutanea che, nel caso degli anellidi che vivono in mare (policheti), possiede espansioni filamentose mediante le quali la superficie corporea risulta molto ampliata. Gli anellidi possiedono un pigmento respiratorio, l’emoglobina, che, circolando nel sangue che scorre nei vasi del sistema circolatorio, facilita il legame dell’ossigeno e il trasporto del gas a tutto l’organismo.

3.

Molluschi

Nei molluschi i processi respiratori avvengono a livello di organi branchiali specializzati, detti ctenidi, che sporgono nel lume della cavità palleale (o cavità del mantello) in modo da trovarsi immersi nell’acqua. Ciò si osserva nei cefalopodi, nei bivalvi (o lamellibranchi) e nei gasteropodi marini; nei gasteropodi polmonati (come chiocciole e lumache), vi è invece una sorta di polmone, formato dal tessuto del mantello, che si trova all’interno di una cavità corporea e in comunicazione con l’esterno mediante una piccola apertura (pneumostoma). Sia gli ctenidi sia il polmone, sono riccamente irrorati da un fluido circolante (emolinfa) nel quale è contenuto anche il pigmento respiratorio emocianina. Il polmone dei polmonati, al contrario di quello tipico dei mammiferi e dell’uomo, è un organo statico, nel quale lo scambio dei gas avviene per diffusione.

4.

Crostacei

Nei crostacei vi sono branchie, ossia strutture di aspetto piumoso e riccamente vascolarizzate, a livello delle quali avvengono gli scambi respiratori. In questi animali, le branchie sono protette dal cefalotorace.

5.

Aracnidi

Gli aracnidi possiedono strutture respiratorie dette polmoni a libretto, formate da 15-20 lamelle disposte una sull’altra. Queste strutture si trovano ciascuna entro una cavità che sbocca all’esterno con una fessura, ventralmente all’addome. L’aria ricca di ossigeno penetra nella cavità e diffonde attraverso le membrane che costituiscono le lamelle; in tal modo, raggiunge la faccia interna di queste ed entra in contatto con il fluido circolante (emocele), in cui si trova il pigmento respiratorio emocianina.

6.

Insetti

Negli insetti il sistema respiratorio è composto da trachee, speciali tubuli che sboccano sulla superficie corporea mediante piccole aperture (spiracoli) e si introflettono nell’organismo. Il sistema dei tubuli è molto complesso; le trachee (che non hanno alcuna affinità anatomica o funzionale con la trachea dell’uomo) si diramano in tubi di calibro più piccolo, fino ad arrivare a tracheole a fondo cieco, presenti in tutte le parti dell’organismo e, in particolare, a livello dei muscoli. Nelle tracheole è presente il fluido circolante nel quale l’ossigeno diffonde e si lega al pigmento emocianina. L’aria penetra nelle trachee facilitata dai movimenti del corpo dell’animale; in alcuni insetti di grandi dimensioni, come le cavallette, ai sistemi di tubuli sono collegati sacchi aeriferi che, compressi dai muscoli dell’animale durante il movimento, creano correnti d’aria.

Alcuni insetti, che hanno una fase larvale acquatica e solo da adulti conducono vita subaerea, allo stadio di larva respirano mediante branchie (ad esempio, gli zigotteri); altri presentano larve che, pur sviluppandosi nell’acqua, respirano mediante un tubo (sifone) in comunicazione con la superficie (larve di zanzara). Altri insetti, come alcuni coleotteri, sono capaci di intrappolare bolle d’aria, dalle quali traggono l’ossigeno per respirare quando si trovano sott’acqua.

7.

Pesci

Nei pesci la respirazione avviene mediante le branchie, strutture dall’aspetto piumoso presenti ai lati del capo e che, nel caso degli osteitti, sono protette da un opercolo branchiale. Le branchie sono riccamente irrorate dai vasi sanguigni in cui scorre sangue contenente il pigmento respiratorio emoglobina. Nelle branchie si crea un flusso in controcorrente di sangue e di acqua (dolce o marina) che permette di mantenere costanti i gradienti dei gas respiratori.

8.

Anfibi

Negli anfibi, che nella scala evolutiva rappresentano i primi vertebrati che conquistarono le terre emerse, compaiono i polmoni, collegati alle narici e alla bocca mediante la faringe, la trachea e due bronchi. Tali organi, in realtà, in questo gruppo animale sono costituiti da una coppia di organi a forma di sacco, nei quali l’aria penetra mediante deglutizione; gran parte della respirazione è di tipo cutaneo, cioè avviene per diffusione dei gas respiratori tra la superficie corporea e il sangue che scorre in vasi superficiali. La respirazione cutanea negli anfibi è possibile grazie allo strato di muco che rende costantemente umida la pelle. Nello stadio larvale, gli anfibi conducono vita acquatica e respirano mediante branchie.

9.

Uccelli

Negli uccelli è presente un polmone formato da una complessa sequenza di tubuli tra loro paralleli, detti parabronchi, che non hanno la capacità di espandersi, come gli alveoli che formano il polmone dell’uomo e degli altri mammiferi. Questo particolare polmone è collegato a espansioni a forma di sacco delimitate da una membrana, dette sacchi aeriferi. Questi si incuneano nelle cavità del corpo (vi sono, ad esempio, un sacco aerifero addominale, uno toracico anteriore e uno toracico posteriore) e, a seconda dei movimenti della gabbia toracica dell’animale, possono contrarsi o dilatarsi, creando un flusso d’aria in uscita o in entrata. L’aria penetra dalle narici mediante inspirazione; si diffonde, attraverso la trachea e i due bronchi, nei sacchi posteriori; passa, quindi, nel sistema dei parabronchi, riccamente vascolarizzati, nei quali avvengono gli scambi respiratori. Infine, l’aria passa nei sacchi aeriferi anteriori e, da questi, alla bocca, dalla quale fuoriescono mediante un movimento di compressione della gabbia toracica e l’espirazione.

10.

Rettili e mammiferi

Nei rettili e nei mammiferi compaiono due polmoni capaci di espandersi e di contrarsi, seguendo i movimenti della gabbia toracica, grazie alla loro struttura spugnosa. L’aspetto spugnoso è dovuto agli alveoli che formano il tessuto polmonare, ossia piccole strutture tondeggianti dotate di una parete estremamente sottile e riccamente vascolarizzati. A livello degli alveoli polmonari avviene lo scambio dei gas respiratori. Nella maggior parte dei rettili, i movimenti della muscolatura intercostale e di quella addominale assicurano l’espansione dei polmoni e il conseguente richiamo di aria dall’esterno attraverso le narici. Nelle tartarughe, che possiedono una gabbia toracica fissa, il flusso di aria in entrata e in uscita è assicurato da alcuni muscoli posti in prossimità degli arti che, contraendosi, aumentano lo spazio a disposizione dei polmoni e, quindi, il richiamo di aria.