Biologia per istituti tecnici/La respirazione negli altri organismi

APPARATO RESPIRATORIO DEGLI UCCELLI

Il sistema respiratorio degli uccelli è estremamente complesso. Vi sono tre differenti organi che vengono utilizzati nella respirazione: i sacchi d'aria anteriori, i polmoni ed i sacchi d'aria posteriori. Al contrario dei polmoni dei mammiferi, quelli degli uccelli non hanno la capacità di espandersi; tuttavia gli uccelli hanno una maggiore capacità respiratoria grazie a delle strutture: i sacchi aerei. Si tratta di nove sacche, tutte in comunicazione con i polmoni. Hanno il ruolo diretto di immagazzinare l'aria, permettendo ai polmoni di mantenere un volume costante.

L'aria, durante l'inspirazione, entra all'interno del corpo dell'animale attraverso le narici, passando poi nella trachea. Il 75% supera i polmoni, senza entrarvi, e viene incanalata direttamente nei sacchi d'aria. Il restante 25% viene inalata e indirizzata direttamente nei polmoni.

Durante l'espirazione, invece, l'aria utilizzata fuoriesce dai polmoni, mentre quella inutilizzata passa dai sacchi d'aria ai polmoni. Quindi, durante entrambe le fasi della respirazione, i polmoni di un uccello ricevono costante apporto di aria, fatto di fondamentale importanza in un'attività dispendiosa come il volo. Questo meccanismo consente ad alcune specie di volare ad altezze inimmaginabili, dove la concentrazione di ossigeno è estremamente rarefatta. Gli uccelli non hanno un diaframma e perciò l'intera cavità del corpo funziona come un unico mantice, per muovere l'aria attraverso i polmoni. Per questo motivo, l'espirazione richiede la contrazione muscolare.

Mancando il diaframma, inoltre, non c’è negli uccelli una netta separazione tra cavità toracica e addominale come avviene nei mammiferi; una qualsiasi causa di ingrossamento degli organi addominali (fegato, milza, reni, stomaco) può causare quindi difficoltà respiratorie per la compressione dei sacchi aerei addominali. Le comunicazioni esistenti tra sacchi aerei, cavità addominale e ossa possono inoltre far sì che infezioni assunte per via respiratoria raggiungano altri organi, complicando tanto la diagnosi della malattia quanto la relativa terapia. Strettamente legata all'apparato respiratorio è anche la produzione di suoni da parte dell'animale. La siringe è l'organo, caratteristico degli uccelli, che interviene per questo scopo, ed è localizzato alla base della trachea.

APPARATO RESPIRATORIO DEGLI INSETTI

L’ apparato respiratorio degli insetti procede con meccanismi differenti da quella dei Vertebrati fungendo addirittura come apparato circolatorio. In particolare, l'elemento differenziale di maggiore rilevanza nella dinamica dell'assunzione dell'ossigeno e dell'eliminazione dell'anidride carbonica, è una minore dipendenza del funzionamento dell'organismo dal “ritmo respiratorio”.

Stigma addominale di un Coleottero.

Inspirazione

Dopo l'inspirazione, gli insetti chiudono gli stigmi (*) e l'aria si diffonde attraverso la rete tracheale fino ai sacchi aerei. I sacchi aerei sono dilatazioni delle trachee, che possono occupare anche una parte considerevole del corpo. La funzione principale è quella di costituire delle riserve d'aria, ceduta gradualmente quando i tessuti richiedono ossigeno. Tuttavia i sacchi aerei possono svolgere anche funzioni collaterali o alternative, diventando organi di regolazione aerostatica o idrostatici, organi di risonanza acustica, ecc.

(*) Gli stigmi sono aperture per mezzo delle quali la rete interna di trasporto comunica con l'ambiente esterno; sono localizzati in genere sulla faccia laterale del segmento. La chiusura degli stigmi è un requisito fondamentale per la protezione dell'insetto dall'evaporazione: l'apertura degli stigmi è infatti regolata anche in funzione dell'umidità ambientale. Non meno importante è il ruolo svolto nella protezione dagli insetticidi che agiscono per asfissia.

Espirazione

L'espirazione non si alterna necessariamente, come avviene nei vertebrati, all'inspirazione, in quanto può seguire l'inspirazione anche dopo diverse ore. Una parte dell'anidride carbonica è inoltre eliminata in corrispondenza delle articolazioni.

APPARATO RESPIRATORIO NEGLI ANFIBI

Rana

La respirazione polmonare negli anfibi  non è ancora sufficientemente efficiente per sopperire totalmente al bisogno d'ossigeno dell'animale e quindi è integrata da una respirazione epiteliale (principalmente). La pelle degli anfibi è altamente vascolarizzata e sottile e quindi viene inumidita grazie a delle ghiandole con la secrezione di muco o con continue immersioni in acqua. Per quanto riguarda la respirazione polmonare o a pressione positiva, l'aria è fatta entrare nella cavità boccale e successivamente spinta, mediante innalzamento del palato, nei polmoni. Una volta effettuato lo scambio polmonare, l'anfibio riapre la bocca facendo "sgonfiare" i polmoni e facendo fuoriuscire l'anidride carbonica. Nella famiglia delle salamandre però, gli animali non possiedono polmoni e respirano unicamente attraverso la pelle.

APPARATO RESPIRATORIO DEI RETTILI

Iguana

A differenza degli anfibi, la forma principale di respirazione nei rettili è la polmonare. Il polmone dei rettili è simile a quello degli uccelli e si compone di una serie di sacchi aperti reticolati più che veri alveoli. Una caratteristica risaltante è l'abbondanza di tessuto muscolare liscio pur mantenendo la struttura polmonare. Le arterie e le vene polmonari scorrono attraverso le parti basali del polmone. I sacchi aerei sono ricoperti da un epitelio semplice piano o cubico. Nei polmoni con struttura a sacco aereo manca la presenza di fibre muscolari lisce. La ventilazione si realizza tramite l'ingresso dell'aria mediante la generazione di vuoto nella cavità pleurale. Nei gruppi che possiedono costole libere questo vuoto si deve all'espansione che realizza la griglia costale aiutata dalla muscolatura del torace. Nel caso particolare delle tartarughe, dove le costole non sono mobili, la zona della gola pompa aria espandendo i polmoni. Alcuni rettili presentano modifiche nelle strutture dell'apparato respiratorio. Nei rettili acquatici i polmoni possono aiutare nel galleggiamento. Alcuni rettili hanno la capacità di emettere vocalizzi anche se non possiedono la complessità di quelli degli anfibi. Le vocalizzazioni dei coccodrilli assomigliano a grugniti, quelle di alcune tartarughe terrestri sembrano latrati e quelle dei gechi sono simili a gridi acuti mentre nel resto dei rettili si riducono a borbottii.

APPARATO RESPIRATORIO DEI PESCI

Branchie del tonno

La maggior parte dei pesci compie gli scambi gassosi attraverso le branchie, organi costituiti da strutture filamentose, fortemente vascolarizzate, localizzate ai lati della faringe. I pesci cartilaginei possiedono da 4 a 7 aperture branchiali prive di opercolo (“coperchio”,copertura), mentre i pesci ossei sono dotati di una sola apertura per lato coperta da un opercolo.

Quando il pesce assume acqua ricca di ossigeno attraverso la bocca la fa passare attraverso le branchie a livello delle quali avviene l'assunzione dell'ossigeno e l'eliminazione dell'anidride carbonica. Nelle branchie la circolazione del sangue va in controcorrente rispetto a quella dell'acqua. Questo sistema consente ai pesci di assorbire una grande quantità (circa 80%) di ossigeno disciolto .

Alcuni pesci sono in grado di respirare l'aria mediante diversi meccanismi: mediante la pelle (come gli anfibi), oppure attraverso il loro tratto digestivo (ad es. i dipnoi, vedi foto). Qualcun altro, invece, è dotato di una vescica natatoria vascolarizzata che viene utilizzata come un polmone, mentre  i più “terrestri” hanno sviluppato degli organi respiratori accessori (chiamati "labirinto") utilizzati per estrarre l'ossigeno dall'aria.