Sistemi di Trasporto e Circolazione negli Animali e nell'Uomo: Caratteristiche e Funzioni

Sistemi di Trasporto

I sistemi di trasporto permettono alle sostanze nutritive acquisite di essere distribuite tra tutte le cellule del corpo per il funzionamento del metabolismo animale. I prodotti di scarto vengono espulsi all'esterno. Gli animali con una struttura semplice non necessitano di un sistema di trasporto, dal momento che le cellule possono acquisire o espellere le sostanze dall'ambiente in cui vivono. Tuttavia, gli animali più complessi necessitano di un mezzo circolante che serva a distribuire le sostanze nutritive e a raccogliere i rifiuti metabolici. In molti casi è richiesta anche la presenza di una pompa ausiliaria per mobilitare il fluido in tutto il corpo.

L'Ambiente Interno

L'ambiente interno è il fluido che trasporta le sostanze nutrienti. La sua composizione e il suo colore variano e, in molti casi, può contenere cellule. I diversi ambienti interni che si possono trovare negli animali sono l'idrolinfa, l'emolinfa, il sangue e la linfa.

• Idrolinfa: è l'ambiente interno degli echinodermi. La sua composizione è molto simile a quella dell'acqua di mare. Trasporta nutrienti e rifiuti, ma non pigmenti che trasportano l'ossigeno. Circola attraverso un sistema di tubi che si connettono a strutture chiamate piedi ambulacrali. Queste strutture servono a dare movimento alle stelle marine e ai ricci di mare. Il sistema ambulacrale opera per pressione idrostatica. Il piede ambulacrale si attacca al substrato quando la pressione idrostatica interna diminuisce a causa del modo in cui acquista, come una ventosa. Ci sono vescicole ambulacrali che, una volta contratte, espellono l'idrolinfa dal loro interno verso il piede ambulacrale. Per questo motivo aumenta la pressione idrostatica e il piede ambulacrale si stacca dal substrato su cui è attaccato. Il sistema ambulacrale, attraverso la condivisione di questa idrolinfa in diverse aree, permette il movimento dell'animale.
• Emolinfa: si trova nei molluschi e negli artropodi. Nei molluschi e nei crostacei appare un pigmento che trasporta l'ossigeno. Negli aracnidi, negli insetti e nei miriapodi non vi è alcuna necessità di trasportare l'ossigeno attraverso l'ambiente interno e il loro sistema respiratorio tracheale non è necessario, dato che le trachee portano l'aria direttamente alle cellule del corpo.
• Sangue: anellidi e vertebrati hanno un ambiente interno con un pigmento che trasporta l'ossigeno che gli conferisce un colore rosso. Nei vertebrati questo pigmento è chiamato emoglobina. Il sangue nei vertebrati è particolarmente complesso, con molte funzioni e cellule. Queste cellule sono eritrociti, leucociti e piastrine.
• Linfa: è presente nei vertebrati. Manca di pigmenti trasportatori di ossigeno. È costituita da cellule di tipo leucocitario.

Sistema Circolatorio nell'Uomo

Gli esseri umani hanno un sistema circolatorio chiuso con un cuore situato nella cavità toracica, tra i polmoni e protetto dalle costole. È composto da due atri e due ventricoli. Il cuore batte circa 72 volte al minuto, anche se questa percentuale varia a seconda dell'attività che si svolge e del tipo di persona. La frequenza cardiaca è caratterizzata da un pacemaker che comprende:

• Nodo senoatriale: produce l'impulso iniziale del ritmo cardiaco. Si trova nella parete atriale destra. Le sue fibre hanno una capacità di eccitazione maggiore rispetto al resto del cuore. Quindi controlla la frequenza cardiaca.
• Fibre internodali: sono le fibre che collegano un nodo all'altro ed espandono la dinamica generata dal nodo senoatriale.
• Nodo atrioventricolare: è il luogo dove si ritarda l'impulso prima di eccitare la contrazione ventricolare (0,11 s). Si trova nel setto atriale che separa il ventricolo destro. Fa sì che i ventricoli si contraggano poco dopo la contrazione degli atri.
• Fascio di His e fibre di Purkinje: sono fibre situate nel setto ventricolare e favoriscono la contrazione simultanea di tutte le cellule muscolari che formano i ventricoli.

Movimento Cardiaco

Il cuore alterna una fase di sistole e una di diastole. La sistole è la contrazione e la diastole il rilassamento. C'è una sistole atriale e una sistole ventricolare. Ciò è dovuto al ritardo nel nodo atrioventricolare. Si genera una diastole atriale e una diastole ventricolare. Il rilassamento degli atri consente il riempimento di sangue proveniente dalle vene. La diastole ventricolare permette ai ventricoli di riempirsi di sangue proveniente dagli atri in contrazione. Il movimento cardiaco è modificato dal midollo spinale in funzione del fabbisogno energetico dei tessuti.

Tipi di Sistemi di Trasporto

Poriferi e Cnidari possono usare la loro cavità interna come sistema di distribuzione. Inoltre, le cellule esterne scambiano sostanze con l'acqua. I Platelminti trasportano le sostanze per diffusione da cellula a cellula. Gli animali con un sistema di trasporto interno che utilizza un fluido circolante possono avere un sistema circolatorio aperto o chiuso. Si evidenzia la complessità del sistema circolatorio nei vertebrati.

Sistema Circolatorio Aperto

È presente negli artropodi e nei molluschi (esclusi i cefalopodi). Il fluido circolante non è sempre incanalato. Ci sono aree all'interno dei tessuti dove si accumula il liquido chiamato emolinfa. L'insieme delle zone in cui avviene lo stravaso dell'emolinfa è chiamato emocele. Il cuore conduce l'emolinfa verso l'emocele attraverso aperture chiamate ostioli. Questo cuore ha una forma tubolare ed è disposto nella zona posteriore dell'animale. L'emolinfa entra per aspirazione ed è espulsa in avanti attraverso un'arteria che si ramifica e sfocia nell'emocele. La linfa si muove lentamente, per cui gli animali che dipendono da questo sistema per fornire ossigeno alle cellule non possono avere movimenti rapidi. I molluschi hanno un cuore accessorio, formato da vasi sanguigni contrattili.

Sistema Circolatorio Chiuso

In questo modello di sistema circolatorio il fluido circolante, chiamato sangue, passa sempre attraverso i vasi sanguigni. Si trova negli anellidi, nei cefalopodi e nei vertebrati. Negli anellidi il cuore è tubolare ed è situato nella zona dorsale dell'animale. Nei vertebrati, il sistema circolatorio raggiunge diversi gradi di complessità a seconda del livello di evoluzione presentato. Il sistema circolatorio può essere semplice o doppio, con una circolazione incompleta o completa.

• Circolazione Semplice: appare nei pesci. Nella circolazione semplice il sangue passa una sola volta attraverso il cuore ad ogni giro. Il cuore è tubolare e mostra un seno venoso che raccoglie il sangue, un atrio e un ventricolo propulsore. Il sangue arriva dalle vene del corpo, carico di CO2, al cuore. Il ventricolo pompa il sangue alle branchie per ossigenarsi, quindi fluisce attraverso le arterie e viene distribuito in tutto il corpo. Il ritorno del sangue al cuore avviene attraverso le vene.
• Circolazione Doppia: il sangue scorre attraverso il cuore due volte per ogni giro del circuito. Si trova nei vertebrati terrestri. Il percorso inizia dal cuore, uscendo dal ventricolo sinistro verso i tessuti del corpo per rientrare nel cuore attraverso l'atrio destro. Questo movimento è chiamato circolazione maggiore. Il circuito continua dal ventricolo destro ai polmoni per tornare di nuovo al cuore attraverso l'atrio sinistro. Questo movimento è la circolazione minore. Il secondo circuito può avere un'ossigenazione incompleta del sangue negli anfibi e nei rettili, oppure completa negli uccelli e nei mammiferi.
• Circolazione negli Anfibi: il cuore dei girini funziona come il cuore di un pesce. Negli anfibi adulti è diviso in tre camere, due atri e un ventricolo. Il sangue arriva dai tessuti carico di CO2 ed entra nel cuore attraverso l'atrio destro. Passa al ventricolo e viene espulso dal cuore. Il sangue che va ai polmoni si ossigena e ritorna dalle arterie polmonari al cuore, entrando nell'atrio sinistro. Nell'unico ventricolo si produce una miscela di sangue carbossilato e sangue ossigenato, quindi il sistema è inefficiente, pompando sangue ossigenato ai polmoni e sangue carbossilato alle cellule del corpo.
• Circolazione nei Rettili: hanno anche una circolazione doppia e incompleta, come gli anfibi. Tuttavia, il ventricolo è parzialmente diviso, in modo che la miscela di sangue ossigenato e carbossilato sia inferiore e l'efficienza del cuore sia maggiore. I coccodrilli hanno un cuore con i ventricoli completamente divisi da un setto, come gli uccelli e i mammiferi.
• Circolazione negli Uccelli e nei Mammiferi: hanno una circolazione doppia e completa. Il sangue carbossilato entra nel cuore attraverso l'atrio destro, passa attraverso la valvola tricuspide per entrare nel ventricolo destro. Esce dal cuore attraverso l'arteria polmonare verso i polmoni, dove si ossigena e ritorna al cuore attraverso le vene polmonari. Entra attraverso l'atrio sinistro, passa attraverso la valvola mitrale per entrare nel ventricolo sinistro. Dal cuore va ai tessuti del corpo per trasportare l'ossigeno necessario per le prestazioni aerobiche delle cellule. L'anidride carbonica viene scaricata nel sangue e ritorna attraverso le vene fino al cuore, per entrare di nuovo nell'atrio destro.