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Sylvia S. Mader
Immagini e
concetti
della biologia
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Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
C8 – Il sistema
respiratorio
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Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
Lo scambio dei gas avviene presso le
superfici respiratorie
La respirazione si divide in:
• la 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).
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La superficie respiratoria esterna
deve essere bagnata da una
pellicola acquosa
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.
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Respirazione diretta dalla
superficie corporea
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.
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La respirazione diretta dalla superficie corporea di un lombrico.
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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.
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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.
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Respirazione polmonare
Per respirare, i vertebrati terrestri e i mammiferi marini
usano i polmoni, ampie camere vascolarizzate che
derivano da espansioni della regione faringea.
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I nostri organi di scambio respiratorio
sono 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.
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I nostri organi di scambio respiratorio
sono 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.
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Fumare è nocivo per la salute
dell’organismo
Gli effetti a breve termine del fumo comprendono «fiato
corto» e tosse insistente, diminuita capacità di apprezzare
odori e sapori, invecchiamento precoce della pelle.
Tra gli effetti a lungo termine vi sono molti tipi di cancro,
malattie del sistema respiratorio e cardiovascolare, rischio
aumentato di aneurisma, asma e 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.
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Le fasi respiratorie sono la
ventilazione e il trasporto dei gas
L’inspirazione è un movimento
attivo e rappresenta l’atto di
portare aria ai polmoni.
Nell’uomo e negli altri mammiferi
la respirazione 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 fluisce all’interno dei
polmoni.
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Le fasi respiratorie sono la
ventilazione e il trasporto dei gas
L’espirazione è la parte
inattiva della ventilazione
polmonare.
Essa 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.
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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 a causa dell’aumento di
diossido di carbonio, il centro
respiratorio aumenta il ritmo e la
profondità della
respirazione.
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La respirazione esterna e interna sono
processi che 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 in prevalenza dal meccanismo fisico della
diffusione spontanea.
La ventilazione fa in modo 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; per questo motivo, lo scambio di questi gas avviene
spontaneamente nei polmoni.
Al contrario, a livello dei tessuti la PO2 del sangue è più alta e la
PCO2 più bassa rispetto a quella del liquido interstiziale; anche in
questo caso, lo scambio dei gas avviene spontaneamente, ma in
direzione opposta, nel liquido interstiziale.
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I meccanismi
della respirazione
esterna e interna.
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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-.
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Le malattie dell’apparato respiratorio
limitano l’ossigenazione
Nei disturbi polmonari restrittivi la capacità polmonare è
compromessa per la perdita di elasticità dei polmoni.
Nei disturbi polmonari ostruttivi l’aria non fluisce
liberamente nelle vie aeree, cosicché il tempo necessario
per l’inalazione o l’esalazione aumenta.
Tali malattie tendono ad essere ricorrenti, come la bronchite
cronica, l’enfisema e l’asma.
Il cancro al polmone è caratterizzato da ispessimento e
indurimento delle cellule dei bronchi, atrofizzazione delle
ciglia delle vie aeree, comparsa di nuclei atipici.
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