Processi di Respirazione negli Animali: Ventilazione, Scambio Gassoso e Respirazione Cellulare

L'introduzione di ossigeno nel corpo di un animale è comunemente chiamata respirazione. Tuttavia, la respirazione comprende tre processi distinti:

1. Ventilazione: Consiste nell'assunzione di ossigeno dall'ambiente e nel suo trasporto all'organo respiratorio, con la conseguente espulsione di anidride carbonica.
2. Scambio Gassoso: Avviene tra gli organi respiratori e il sangue. Questo scambio si realizza per diffusione, un processo in cui le molecole si spostano da una regione a concentrazione maggiore a una a concentrazione minore, senza dispendio di energia. Queste regioni sono separate da una membrana semipermeabile. Il tasso di diffusione attraverso una membrana è espresso dalla legge di Fick, secondo cui la velocità di diffusione "Q" è uguale a una costante moltiplicata per la superficie della membrana "A" e per la differenza di concentrazione (C1-C2), il tutto diviso per lo spessore della membrana "D". Da questa formula si deducono due conclusioni: la velocità di diffusione aumenta con l'aumentare della superficie della membrana e diminuisce con l'aumentare dello spessore della membrana. La selezione naturale ha favorito organi con un'ampia superficie e un sottile spessore.
3. Respirazione Cellulare: È un processo biochimico che si verifica nei mitocondri e ha la funzione di ottenere energia. Consiste nell'ossidazione delle sostanze nutritive per produrre energia e anidride carbonica.

Tipologie di Respirazione e Apparati Respiratori

1. Diffusione Diretta: Si verifica in Poriferi, Cnidari e molti vermi. Un flusso d'acqua permette lo scambio gassoso direttamente con le cellule.
2. Respirazione Cutanea: Lo scambio gassoso avviene attraverso la pelle. Affinché sia efficace, il rapporto tra la superficie corporea e la massa dell'animale deve essere elevato. È necessaria anche una pelle umida. Si verifica in vermi piatti, anfibi adulti e alcuni pesci.
3. Respirazione Tracheale: Avviene attraverso tubi chiamati trachee. Le trachee si aprono all'esterno del corpo attraverso un foro chiamato spiracolo. All'interno del corpo dell'animale, i tubi si ramificano e diventano più sottili, formando i tracheoli, che raggiungono le cellule. Circa il 50% del volume corporeo di un insetto è costituito da tracheoli, dove avviene lo scambio gassoso.
4. Respirazione Branchiale: Le branchie sono strutture tipiche della respirazione degli animali acquatici. Esistono due tipi di branchie:
   • Esterne: Non sono protette dal corpo, mancano di meccanismi di ventilazione e sono poco sviluppate. Un esempio è l'Axolotl.
   • Interne: Sono protette e possiedono un meccanismo di ventilazione che assicura un flusso continuo di acqua. Si trovano in pesci, molluschi e crostacei. Nelle branchie dei pesci, gli archi branchiali sono raggruppati, ogni arco è formato da filamenti e ogni filamento presenta una serie di piccole lamelle, chiamate lamelle branchiali, dove avviene lo scambio gassoso.
5. Respirazione Polmonare: È caratteristica di anfibi, rettili, uccelli, mammiferi, aracnidi e chiocciole.

Polmoni di Ragni e Chiocciole

Sono semplici sacche che non hanno alcun meccanismo di ventilazione. Lo scambio gassoso avviene per semplice diffusione e sono chiamati polmoni a diffusione.

Polmoni dei Vertebrati

Sono organi membranosi altamente vascolarizzati e dotati di un meccanismo di ventilazione. Si sono evoluti da semplici sacche a lobi a strutture modulari per aumentare la superficie di scambio gassoso.