Sistemi Circolatori e Respiratori negli Animali: Strutture e Funzioni

Trasporto dei Nutrienti e Sistemi Circolatori Animali

Negli animali meno complessi, come Poriferi, Celenterati e alcuni Platelminti (vermi piatti), in cui non esiste un sistema circolatorio, il trasporto dei nutrienti avviene da cellula a cellula per diffusione o trasporto attivo. Negli animali più complessi esiste invece un sistema circolatorio.

Componenti del Sistema Circolatorio

Il sistema circolatorio è composto da:

• Un fluido di trasporto
• Vasi sanguigni
• Un cuore

Fluidi di Trasporto

Il fluido di trasporto è considerato un tessuto connettivo ed è composto da acqua, sali minerali, proteine, cellule e vari pigmenti. Esistono diversi tipi di fluidi:

• Idrolinfa: Propria degli Echinodermi. Manca della capacità di trasportare gas (non possiede pigmenti respiratori).
• Emolinfa: Presente negli Invertebrati (es. Molluschi e Artropodi). È il fluido di trasporto che, in Molluschi e Artropodi, contiene spesso emocianina (pigmento respiratorio a base di rame che trasporta ossigeno).
• Sangue: Presente nei Vertebrati e negli Anellidi. Il plasma contiene molti tipi di cellule (es. globuli rossi, linfociti). Contiene piastrine (o trombociti) ed eritrociti (globuli rossi) con emoglobina per il trasporto dei gas. Gli Anellidi possiedono, oltre all'emoglobina, anche altri pigmenti respiratori come clorocruorina ed emoeritrina.
• Linfa: Presente solo nei Vertebrati. Circola nel sistema linfatico e trasporta principalmente grassi assorbiti dall'intestino e cellule del sistema immunitario (linfociti).

Vasi Sanguigni

Sono i condotti che formano il sistema vascolare, all'interno dei quali scorre il fluido di trasporto. Tipi di vasi sanguigni:

• Arterie: Sono vasi spessi ed elastici che portano il sangue (o l'emolinfa) dal cuore alla periferia del corpo.
• Vene: Sono generalmente più sottili e meno elastiche delle arterie e riportano il sangue (o l'emolinfa) verso il cuore.
• Capillari: Sono i vasi più piccoli e sottili, le cui pareti sono costituite da un singolo strato di cellule (endotelio), facilitando gli scambi di sostanze tra il sangue e i tessuti (presenti solo nei sistemi chiusi).

Cuore

Il cuore è l'organo muscolare responsabile della propulsione del fluido circolante attraverso movimenti ritmici di contrazione (sistole) ed espansione (diastole). Esistono diversi tipi di cuore:

• Tubulare: Tipico di molti invertebrati (es. Artropodi), ha una forma allungata, spesso dorsale, con aperture laterali (ostii) per l'ingresso dell'emolinfa.
• Accessorio: Cuori addizionali che aiutano a spingere il fluido in distretti specifici, come le branchie nei Cefalopodi (cuori branchiali).
• Septato (o Camerato): Tipico dei Molluschi e dei Vertebrati, presenta cavità separate (camere): atri (dove il fluido entra) e ventricoli (da cui il fluido viene pompato fuori).

Modelli di Sistema Circolatorio

In base alla struttura della rete vascolare, si distinguono due modelli principali:

Sistema Circolatorio Aperto

In questo sistema, il fluido circolante (emolinfa) esce dai vasi e fluisce in cavità corporee (emocele), bagnando direttamente i tessuti e gli organi in spazi chiamati lacune o seni, prima di rientrare nel cuore attraverso gli ostii.

È tipico degli Artropodi e della maggior parte dei Molluschi (Gasteropodi, Bivalvi).

Sistema Circolatorio Chiuso

Il fluido circolante (sangue) scorre sempre all'interno di una rete continua di vasi sanguigni (arterie, vene, capillari). Gli scambi di sostanze con i tessuti avvengono attraverso le sottili pareti dei capillari.

È caratteristico degli Anellidi, dei Molluschi Cefalopodi e di tutti i Vertebrati.

Respirazione Branchiale

La respirazione branchiale è un meccanismo di scambio gassoso molto efficace negli ambienti acquatici, dove la concentrazione di ossigeno disciolto è generalmente inferiore rispetto all'aria.

È tipica di molti animali acquatici, tra cui alcuni Anellidi policheti, la maggior parte dei Molluschi acquatici, Crostacei, Pesci, larve di Anfibi e larve acquatiche di alcuni Insetti.

Caratteristiche delle Branchie

Branchie: Sono estroflessioni o evaginazioni della superficie corporea, caratterizzate da pareti sottili, ampia superficie e ricca vascolarizzazione, specializzate per massimizzare gli scambi gassosi (assorbimento di O₂ e rilascio di CO₂) tra l'organismo e l'acqua circostante.

Possono avere forme diverse: laminari (es. granchio), filamentose (es. pesce) o arborescenti (es. alcuni molluschi nudibranchi).

Posizione delle Branchie: Possono essere esterne o interne.

• Le branchie esterne protrudono direttamente nell'acqua; sono più esposte e vulnerabili a danni meccanici e predazione. Si trovano in alcuni Anellidi marini, pochi Crostacei, larve di Insetti acquatici e larve di Anfibi (salamandre, tritoni).
• Le branchie interne sono localizzate all'interno di cavità corporee protettive (es. cavità del mantello nei molluschi, camera branchiale sotto il carapace nei crostacei, camera opercolare nei pesci ossei). Sono tipiche della maggior parte dei Molluschi, Crostacei e Pesci.

Meccanismi di Ventilazione delle Branchie

Per garantire un efficiente scambio gassoso, è necessario un flusso costante di acqua sulle superfici respiratorie (ventilazione). I meccanismi variano:

• Crostacei: Molti utilizzano appendici specializzate (es. lo scafognatite nei decapodi) o il movimento ritmico delle zampe per creare una corrente d'acqua che attraversa la camera branchiale.
• Molluschi Bivalvi (Lamellibranchi): Il flusso d'acqua attraverso la cavità del mantello e sulle branchie è generato dal movimento coordinato di ciglia presenti sull'epitelio branchiale.
• Molluschi Cefalopodi: La ventilazione avviene tramite contrazioni ritmiche del mantello, che pompa acqua nella cavità palleale e la espelle attraverso un sifone.
• Pesci Cartilaginei (Squali, Razze): Il flusso d'acqua può essere mantenuto dal nuoto continuo con la bocca aperta (ventilazione forzata o "ram ventilation") oppure, in specie meno attive o bentoniche, da meccanismi attivi di pompaggio che coinvolgono la muscolatura buccale e faringea (pompa buccale). Alcuni possiedono spiracoli per l'ingresso dell'acqua.
• Pesci Ossei: Possiedono un opercolo osseo che copre e protegge le branchie. La ventilazione avviene tramite un efficiente meccanismo a doppia pompa (pompa buccale e pompa opercolare) che coordina l'apertura e la chiusura della bocca e degli opercoli per garantire un flusso d'acqua quasi continuo e unidirezionale attraverso le branchie.