L'ossigeno
L'aria, ne abbiamo davvero bisogno per sopravvivere? Sì, ma solo di una parte di essa, cioè l'ossigeno. Come
si ottiene e come si utilizza l'ossigeno? E perché è essenziale per la vita sulla Terra? E' essenziale anche per
gli animali che vivono nell'acqua. Nell'acqua esiste una grande quantità di ossigeno disciolto; quest'ultimo è
prodotto dalle piante. Oltre il 70% dell'ossigeno presente nel nostro pianeta è originato dalle piante
acquatiche; non solo da quelle più grandi ma anche da quelle microscopiche che galleggiano vicino alla
superficie. Gli animali assorbono l'ossigeno in modi diversi. A seconda della loro taglia. Quelli più piccoli non
possiedono un sistema respiratorio speciale. L'ossigeno viene assorbito direttamente attraverso le
membrane cellulari. In questi animali, o in cellule individuali, l'ossigeno si diffonde all'interno ed è utilizzato
per produrre energia sottoforma di ATP. L'anidride carbonica è un prodotto secondario che si diffonde
all'esterno. Lo scambio di ossigeno e di anidride carbonica è detto "respirazione". Un animale grande non
può assorbire abbastanza ossigeno direttamente attraverso la sua superficie. Ecco una dimostrazione del
problema.
I sistemi respiratori
Gli animali più grandi sono dotati di circolazione sanguigna. E' così che l'ossigeno raggiunge le zone più
interne, dove la diffusione semplice non sarebbe adeguata. Gli animali che abbiamo visto fino ad ora
combinano la respirazione con altre funzioni, come la nutrizione o il movimento. Gli animali di strutture più
complicate possiedono degli organi addetti soltanto alla respirazione e allo scambio di gas. La maggior
parte delle protuberanze sul corpo di un nicchio marino sono organi di questo tipo, detti "branchie". Le
branchie di tutti gli animali marini hanno due cose in comune: i vasi sanguigni vicino alla superficie, la cui
area è molto grande per la diffusione. In alcuni nicchi marini la superficie intera è coperta di branchie,
mentre negli animali marini più grandi queste sono protette all'interno del corpo. Un sistema composto da
muscoli e canali risucchia ed espelle l'acqua. Esaminiamo il sistema respiratorio della seppia. Fin qui
abbiamo visto soltanto la respirazione degli animali marini. Ora scopriremo come avviene nel caso di
animali terrestri. Al contrario dei pesci, gli insetti non trasportano l'ossigeno per mezzo del sangue.
Assorbono l'aria attraverso minuscoli pori, i quali si ramificano formando un'ampia rete di canali umidi,
detti "trachee"; sono queste che assicurano il trasporto dell'aria. Le rane adulte si trovano, nella scala
dell'evoluzione, in un gradino più alto degli insetti. Non solo hanno la capacità di assorbire l'ossigeno
attraverso la loro pelle umida, ma respirano anche l'aria, per mezzo di polmoni rudimentali. Questi alveoli
sono foderati di vasi sanguigni e vengono inumiditi dagli umori corporei. I polmoni di un mammifero,
invece, sono molto più complessi. Possiedono migliaia di minuscoli alveoli umidi e di vasi sanguigni. La
respirazione, sulla terra e nell'acqua, è in realtà abbastanza simile. In entrambi i casi il sistema respiratorio
deve essere mantenuto umido e i gas vengono trasportati avanti e indietro. Questa è la circolazione del
sangue. Avviene nei polmoni di un mammifero e nelle branchie di un pesce.
La respirazione umana
Anche noi quando respiriamo ci serviamo di un sistema respiratorio. L'ossigeno è essenziale per tutte le
cellule del nostro corpo. L'aria che inaliamo entra dal naso o dalla bocca e scende lungo un canale, la
trachea, che - una volta nei polmoni - si dirama in canaletti. I più piccoli finiscono in alveoli, le cui pareti
sono ricoperte di vasi sanguigni. L'ossigeno si diffonde nel sangue e viene trasportato ad ogni cellula.
Sappiamo che le cellule - oltre che di questo gas - hanno bisogno anche di sostanze nutritive per produrre
l'energia - ATP. E' questa che rende possibile l'attività cellulare. Sappiamo anche che creano un prodotto
secondario, l'anidride carbonica. Il sangue la trasporta fino ai polmoni dove viene rilasciata negli alveoli. Ce
ne liberiamo durante l'espirazione e otteniamo nuovo ossigeno con l'inspirazione. Così il nostro sistema
respiratorio ha due funzioni: assorbire l'ossigeno ed eliminare i residui.
I polmoni
Ma perchè non abbiamo la stessa struttura di un nicchio di mare, il cui sistema respiratorio è fuori dal
corpo? Dopotutto è lì che si trova l'aria. Uno dei motivi è per protezione. I polmoni sono circondati dalla
pelle, dai muscoli e dalle ossa. Dentro al corpo sono mantenuti umidi e alla stessa temperatura; sono anche
protetti da possibili lesioni dalla cassa toracica. Tuttavia, essendo all'interno del corpo, bisogna trovare un
metodo per far entrare ed uscire l'aria, cioè "respirare". I muscoli intercostali facilitano l'atto della
respirazione; ma l'azione più importante è svolta dal muscolo del diaframma - che si trova proprio sotto le
costole. I pettorali e il diaframma funzionano in armonia. Quando espandono la cavità l'aria viene
risucchiata … quando si distendono viene espulsa. I muscoli della respirazione sono comandati dai nervi che
li collegano al cervello. I muscoli intercostali, contraendosi, tirano su e verso il fuori le costole facilitando
l'espansione dei polmoni. E' durante la contrazione del diaframma che l'aria entra nei polmoni, uscendo
quando questo si distende. Contrazione - distensione -contrazione - distensione. Seguiamo il percorso
dell'aria all'interno del corpo. Di solito viene inspirata attraverso le narici. Possiamo vedere i passaggi per il
trasporto dell'aria e il tubo alimentare; si uniscono e formano un singolo tubo che si divide subito dopo
nell'esofago e nella trachea situata sul davanti. Le corde vocali si trovano vicino alla sommità della trachea,
che più in basso si dirama per entrare nei polmoni. L'aria che entra attraverso questi passaggi viene filtrata
e la temperatura controllata. Se è troppo calda o troppo fredda, la temperatura del corpo la riadatta. Il
naso fiuta la quantità dell'aria e i peli nasali agiscono come un filtro per la polvere. Le particole che riescono
a passare oltre ai peli, di solito aderiscono allo strato di muco che riveste il naso e la gola. Il muco viene
costantemente asportato dai polmoni grazie ai battiti regolari delle piccole ciglia, e sostituto da cellule che
lo secernono. Ognuno possiede almeno 12 peli microscopici, che battono con più forza in una direzione
piuttosto che in un'altra. Le cellule battono le loro ciglia 1000 volte al minuto. La loro funzione è spostare il
muco verso la gola, dove le particole e i germi intrappolati possono essere espulsi dalla tosse, o deglutiti ed
eliminati attraverso il tratto digestivo. Per mezzo di un equipaggiamento speciale potremo seguire l'aria nei
polmoni.
La diffusione
Come abbiamo già detto, l'ossigeno deve essere disciolto nell'acqua perché l'aria venga in contatto con il
vapore. Gli alveoli sono rivestiti di vapore in cui viene disciolto l'ossigeno che respiriamo e l'anidride
carbonica che deve essere espulsa. Solo quando questi gas sono sciolti possono diffondersi attraverso le
pareti alveolari e i capillari circostanti. Questi ultimi assorbono l'ossigeno che il sangue distribuisce a tutto il
corpo. L'anidride carbonica ritorna agli alveoli per essere eliminata. Quindi, con ogni respiro, la circolazione
sanguigna assorbe un gas e ne elimina un altro. Vediamo come avviene la diffusione. L'ossigeno,
proveniente dall'aria si diffonde nel sangue - mentre l'anidride carbonica segue il cammino contrario.
Durante un'attività faticosa, quando si respira più velocemente, la proporzione di scambio aumenta.
Seguiamo il processo nei tessuti. Ogni tessuto è circondato da capillari. L'ossigeno raggiunge i capillari
attraverso le pareti degli alveoli e viene trasportato dai globuli rossi. Il sangue ossigenato è pompato in
tutto il corpo. Nel suo corso attraverso i tessuti dà ossigeno alle cellule e porta via anidride carbonica.
Questi alveoli delicati sono l'unico contatto che abbiamo con l'aria che respiriamo proveniente dall'esterno.
L'emoglobina
Quando le molecole di ossigeno entrano nella circolazione del sangue si attaccano ai globuli rossi. Ogni
globulo contiene centinaia di milioni di molecole. Circa 280 milioni di queste molecole sono di emoglobina.
Una molecola di emoglobina individuale contiene qualcosa come 10 migliaia di atomi raggruppati in 4 parti
simili. Al centro di ognuna di esse, si trova la porzione attiva ... che contiene il ferro. E' il ferro che attira le
molecole di ossigeno. Quando si uniscono formano l'emoglobina, di colore scarlatto-scuro. Esistono milioni
di molecole di emoglobina in ogni globulo rosso. E ogni cellula del sangue può trasportare oltre un miliardo
di molecole di ossigeno. I polmoni sono molto efficienti nel far arrivare l'ossigeno alle cellule del sangue.
