Apparato respiratorio 2

Faringe branchiale
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Polmoni di ventilazione
La ventilazione polmonare nei vertebrati
Pompa a pressione negli anfibi
Pompa a suzione nei rettili, uccelli e
mammiferi
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Tassonomia degli Anfibi
Apodi (cecilie, gimnofioni)
Anuri (rane, rospi, raganelle)
Urodeli (tritoni, salamandre)
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Anfibi
Anguilla
Respirazione cutanea
Anguilla elettrica (cavità orale)
Perioftalmo
Lepisosteus (branchie, vescica natatoria)
ANFIBI GIMNOFIONI (APODI, CECILIE)
POLMONI - sinistro ridotto o assente, destro
allungato (come nei Serpenti)
• respirazione embrionale per branchie (3-1
paio, talvolta assenti) ramificate, addossate
alle pareti degli ovidutti, arborescenti nelle
spp. terrestri, fogliformi nelle spp. acquatiche;
cutanea verso la fine dello sviluppo
(riassorbimento delle branchie!)
• respirazione dei giovani (larve) per branchie
sacciformi nelle specie acquatiche o
polmonare (branchie assenti)
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ANFIBI ANURI
Nel girino, branchie esterne pettinate, oppure
respirazione cutanea attraverso la coda molto
ampia e appiattita. Branchie est. sostituite da
branchie interne (non sempre). I migliori filtratori
(es. Xenopus) hanno filtri molto grandi che
funzionano anche da branchie. Polmoni di
comparsa precoce già nel girino, usati
nell'adulto acquatico anche come organi
idrostatici; talvolta trasformati (parte posteriore
priva di epitelio respiratorio e comprimibile per
mezzo di muscolatura appropriata, con funzione
idrostatica) e aumento (raddoppio) della
superficie cutanea per mezzo di "ciuffi" di pelle.
Respirazione cutanea comunque importante
ANFIBI URODELI
CONTROLLO DEL GALLEGGIAMENTO - immersione
a polmoni vuoti; i polmoni come organi
idrostatici; riduzione o perdita dei polmoni
nelle specie torrenticole (galleggiamento
sfavorevole) e in numerose terrestri
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Ventilazione dei polmoni nella rana.
(a) Il pavimento della gola della rana si
abbassa per consentire all’aria di entrare
nella cavità boccale. (b) All’apertura della
glottide, si comprime il tronco e l’aria
depauperata viene spinta fuori dai
polmoni nella cavità boccale e, quindi,
all’esterno (frecce chiare). (c)
L’innalzamento del pavimento della gola e
la chiusura delle narici costringono l’aria
fresca presente nella cavità della bocca a
passare nei polmoni. (d) Movimenti
oscillatori ripetuti del pavimento della gola
liberano la cavità della bocca dai residui
d’aria derivanti dalle fasi precedenti.
pompa a pressione positiva
Le rane riempiono i
polmoni immettendo
aria nella cavità orale,
chiudendo la bocca e
le narici, e spingendo
l’aria nei polmoni con
l’innalzamento del
pavimento della bocca
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RETTILI
CHELONI (Tartarughe; ca. 260 spp.)
RINCOCEFALI (Tuatara; 2 sp.: Sphenodon
punctatus, S. guentheri)
SQUAMATI
• SAURI (Lucertole; oltre 3.150 spp.)
• OFIDI (Serpenti; oltre 2.500 spp.)
• ANFISBENI (Anfisbene, ca. 143 spp.)
LORICATI (Coccodrilli; ca. 22-24 spp.)
Caratteristiche dei rettili
Superficie polmonare aumentata rispetto
agli anfibi.
SERPENTI
POLMONI - sinistro più piccolo del destro o
molto ridotto o assente
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RETTILI
PERCORSO DELL'ARIA: narici (esterne) ! cavità olfattorie !
coane (narici interne) ! trachea ! polmoni
MECCANISMO DI VENTILAZIONE: POMPA ASPIRANTE
inspirazione costale, espirazione passiva; nei Cheloni
ambedue le fasi sono attive (diaframma frontale
mosso da muscolatura apposita)
NARICI - esterne in posizione elevata negli acquatici; nei
coccodrilli fornite di apertura/chiusura muscolari, nelle
tartarughe e nei serpenti marini e in alcune lucertole di
ambienti desertici sabbiosi di valvole cavernose
FOSSE NASALI (a volte con funzione di preriscaldamento
dell'aria)
COANE aperte anteriormente nelle tartarughe e altri
acquatici, in immersione la glottide chiude la trachea
(l'acqua entra nella bocca ma non nella trachea
TRACHEA sostenuta da anelli cartilaginei completi (tartarughe,
coccodrilli) o incompleti (Squamati); i serpenti
disimpegnano la trachea, e possono continuare a respirare
mentre ingeriscono una preda, spostando la glottide in
avanti; sibilo (serpenti, lucertole, tartarughe) prodotto
dall'aria forzata attraverso la glottide sia in entrata che
(soprattutto) in uscita; "corde vocali" in coccodrilli
POLMONI di varia complessità;
nelle lucertole scavatrici e nei serpenti riduzione del polmone
sinistro (da meno sviluppato a quasi abbozzato e unito
direttamente alla trachea);
parte posteriore non funzionale e non alveolata (riserva
d'aria, organo di galleggiamento, gonfiarsi, sibilare,
comprimere l'aria nella parte ant. a stomaco pieno,
raffreddamento per evaporazione);
polmone tracheale (tessuto alveolare dorsalmente alla
trachea) coadiuva il polmone o lo sostituisce (adattamento
all'ingestione di prede grosse?)
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Pompa aspirante
Serpenti e sauri
Camera aerea centrale
impari in cui si aprono i
faveoli
porzione respiratoria
anteriore e sacculare
posteriore
Ventilazione nei coccodrilli.
Nei coccodrilli, oltre alla gabbia toracica, la pompa aspirante utilizza i
movimenti in avanti e all’indietro all indietro del fegato che agisce come uno stantuffo sui
polmoni. Durante l’inspirazione, l inspirazione, la gabbia toracica si espande e il fegato si
retrae consentendo l’entrata l entrata d’aria d aria fresca nei polmoni. Durante l’espirazione, l espirazione, la
gabbia toracica e lo spostamento in avanti del fegato comprimono i polmoni,
determinando la fuoriuscita di aria impoverita.
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Pompa
aspirante utilizza i
movimenti del fegato che
agisce come stantuffo.
Inspirazione: muscoli
diaframmatici spostano il
fegato posteriormente
Espirazione: muscoli
addominali spostano in
avanti il fegato
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ORGANI RESPIRATORI ACCESSORI
Muscolo trasverso e
muscolo obliquo
dell’addome dell addome si
inseriscono sulla
membrana limitante
• pelle (fino al 70% dello scambio totale)
• papille faringee (branchie, fino al 30% dello scambio
totale)
• epitelio faringeo ed esofageo
• tasche cloacali (testuggini acquatiche - ibernazione)
RESISTENZA ALL'ANOSSIA - massima nelle tartarughe
(incapaci di respirare se retratte nella corazza)
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Caratteristiche degli Uccelli
Polmoni non molto grandi, ma in serie con estesi
sacchi aerei.
Negli uccelli
Polmoni piccoli e compatti
Sacchi aerei
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Il sistema esteso ed intricato dei sacchi aerei
a) rappresenta un adattamento al volo
b) alleggerisce l’animale l animale
…ma i pipistrelli non li hanno
(buoni volatori capaci di ricoprire notevoli distanze)
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Sacco interclavicolare impari
Sacchi cervicali
Sacchi toracici anteriori
Sacchi toracici posteriori
Sacchi addominali
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mesobronco
Trachea---mesobronchi (bronchi primari)---laterobronchi-ventrobronchi-
primari) ---laterobronchi-ventrobronchidorsobronchi---bronchi
secondari---parabronchi
secondari--- parabronchi
Nel polmone di uccello le ramificazioni più fini
sono tubi aperti ad ambedue le estremità
attraverso cui passa l’aria l aria
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Airflow and Gas Exchange in the Avian Lung.
Figure 8. The avian airway divides into bronchi which then divide into smaller
passages called parabronchi. Running between the parabronchi are tiny air
capillaries that are penetrated by blood capillaries of roughly equal size. It is
between these two capillary types that gas exchange occurs.
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I sacchi aerei non
partecipano agli scambi
di gas, rappresentano
piuttosto un mantice che
muove l’aria l aria avanti e
indietro
gli scambi di gas
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Schemi di scambi respiratori.
L’organo organo respiratorio stabilisce l’orientamento l orientamento della ventilazione (frecce ( frecce
scure) scure)
rispetto alla corrente sanguigna (frecce ( frecce chiare). chiare).
(a) Scambio in
controcorrente. (b) Scambio a correnti incrociate. (c) Pool uniforme.
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Scambi respiratori a correnti incrociate nel polmone degli uccelli.
La diffusione dell’aria dell aria tra i capillari aeriferi e il parabronco (frecce ( frecce chiare) chiare
consente gli scambi respiratori tra i polmoni e i capillari sanguigni (frecce ( frecce
scure). scure).
È stato ipotizzato che l’ossigeno l ossigeno venga captato progressivamente nel
sangue (e che il diossido di carbonio sia ceduto) secondo un efficiente sistema
a correnti incrociate.
Mammiferi
Superficie polmonare incrementata dalla presenza di
alveoli
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Sottoclassi
Classe Mammalia
Monotremata (Prototheria)
Theria
Infraclassi
Marsupialia (Metatheria)
Placentalia (Eutheria)
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Il polmone dei mammiferi.
I polmoni dei mammiferi sono a fondo
cieco e terminano in piccoli alveoli. (a)
La trachea conduce alle cavità pleuriche
e si ramifica nei bronchi trasportando
aria al polmone sinistro e a quello
destro. Ramificazioni bronchiali ripetute
formano bronchioli sempre più piccoli
che alla fine conducono ai sacchi
alveolari. (b) Sacco alveolare
ingrandito.Arterie e vene vascolarizzano
gli alveoli per consentire gli scambi
respiratori al loro interno. (c) Sono
mostrate le suddivisioni interne dei
sacchi alveolari. Ogni piccolo
compartimento costituisce un alveolo al
cui livello avvengono gli scambi
respiratori tra sangue e aria. Si notino le
fasce di muscolatura liscia alle aperture
dei sacchi alveolari.
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In ambiente terrestre: ….polmoni
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Pompa aspirante: variazioni forma cassa toracica e azione a stantuffo del diaframma
Inspirazione-contrazione muscoli intercostali esterni e diaframma
Espirazione- contrazione muscoli intercostali interni e rilascio del diaframma
Evoluzione dei meccanismi ventilatori.
I pesci a respirazione acquatica irrigano le branchie con un meccanismo a pompa doppia in cui la
cavità orale e la cavità opercolare operano in tandem. I pesci a respirazione aerea usano un
meccanismo a pompa orale, una modificazione della pompa doppia in cui la cavità orale
costituisce ll’elemento
elemento principale del meccanismo ventilatorio ventilatorio. . Negli anfibi adulti la ventilazione
polmonare si basa su una pompa orale modificata in cui la pompa opercolare è andata
completamente perduta. Tuttavia, ll’architettura
architettura del cranio degli anfibi rappresenta un
compromesso perché la cavità orale deve essere funzionale sia per ll’alimentazione
alimentazione sia per la
ventilazione polmonare. Una soluzione possibile è quella adottata dagli urodeli pletodontidi
pletodontidi, , in cui
gli scambi respiratori avvengono interamente a livello cutaneo e i polmoni sono andati perduti; la
cavità boccale è funzionale solo per ll’alimentazione.
alimentazione. Negli amnioti la pompa aspirante separa
completamente le vie alimentari da quelle respiratorie, non coinvolgendo più le mandibole nella
respirazione. La pompa doppia e la pompa orale si sono specializzate in molti pesci. Negli uccelli
la respirazione rappresenta una specializzazione della pompa aspirante.
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