Respirazione
La respirazione è un processo biochimico del metabolismo energetico degli organismi aerobici e anaerobici, attraverso il quale l'ossidazione dei composti organici si completa con la riduzione, ovvero un'addizione di elettroni all'ossigeno elementare per quanto riguarda i processi di respirazione aerobica, o ad altro composto o elemento per quanto riguarda i processi di fermentazione e di respirazione anaerobica, per esempio usando come accettori finali di elettroni NO3-, SO42- o CO22-[1]. Il metabolismo energetico aerobico consuma ossigeno e produce biossido di carbonio (comunemente detta anidride carbonica).
In fisiologia si intende, per respirazione, anche la funzione biologica di scambio dei gas fra organismo e ambiente esterno, con assorbimento dell'ossigeno ed emissione del biossido di carbonio. In proposito si distingue fra respirazione cellulare, che fa riferimento al processo biochimico, e respirazione esterna, che fa invece riferimento alla funzione biologica di scambio dei gas.
[modifica] Respirazione cellulare anaerobica
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Per approfondire, vedi le voci Respirazione anaerobica e fermentazione. |
[modifica] Respirazione cellulare aerobica
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Per approfondire, vedi la voce respirazione cellulare. |
La respirazione cellulare permette di ricavare molecole energetiche (ATP) e calore a partire da carboidrati, lipidi o altri metaboliti. Ad esempio, a partire da una mole di glucosio e sei moli di ossigeno si ottengono sei moli di CO2, sei moli di H2O e 686 kcal di cui il 40% è trasformato in ATP (266 kcal o 38 moli di ATP). Questo avviene in due fasi:
- fase anaerobica o extramitocondriale (glicolisi) (in assenza di O2)
- fase aerobica o mitocondriale (in presenza di O2), che a sua volta si suddivide in ciclo di Krebs e catena citocromica
[modifica] Respirazione esterna
La funzione respiratoria comprende tutte quelle attività fisiologiche finalizzate a:
- assicurare un adeguato apporto di ossigeno (O2) ai tessuti;
- assicurare lo smaltimento dell'anidride carbonica (CO2) prodotta dal metabolismo delle cellule.
[modifica] Modalità di respirazione negli esseri umani
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Per approfondire, vedi la voce apparato respiratorio. |
[modifica] Descrizione
Le fasi della respirazione sono:[3]
- inspirazione, quando l'aria viene introdotta nei polmoni
- espirazione, quando l'aria viene espulsa dai polmoni
[modifica] Respirazione alta
Avviene mediante l'innalzamento di costole, clavicole e spalle e la contrazione dell'addome cui consegue l'innalzamento del diaframma.
[modifica] Respirazione media
L'inspirazione avviene mediante la parziale espansione toracica; si verifica un lieve innalzamento delle costole. La contrazione addominale innalza il diaframma.
[modifica] Respirazione bassa
Anche conosciuta come respirazione addominale, profonda o diaframmatica. Si ha una leggera sporgenza della parete addominale conseguente all'effettiva entrata in funzione del diaframma che, abbassandosi, dà maggiore spazio ai polmoni, consentendone una migliore ossigenazione.
[modifica] Organi respiratori nel regno animale
Ci sono numerosi modi per far diffondere l'ossigeno nei tessuti. La respirazione può avvenire internamente all'individuo o esternamente ad esso. In genere, più è alto il livello evolutivo dell'animale più la respirazione tende ad essere interna. Anche le dimensioni giocano molto a favore del tipo di respirazione che l'individuo possiede (tendenzialmente, dimensioni più ridotte sono associate ad una respirazione epidermica esterna).
[modifica] Modalità di respirazione negli animali
Alcuni anfibi come le rane scambiano ossigeno ed anidride carbonica per la maggior parte tramite la pelle costantemente umida. A differenza delle rane, i pesci aspirano l'acqua, che passa attraverso le branchie, speciali filtri che lasciano passare solo l'ossigeno e l'anidride carbonica.
[modifica] Scambio diretto
Lo "scambio diretto" è un processo non mediato da strutture particolari per la respirazione, che avviene per via epidermica. Quando l'animale ha dimensioni ridotte l'ossigeno può diffondere liberamente nei tessuti, giungendo a tutte le cellule dell'individuo in tempi molto brevi. Un tipico esempio di animali a scambio diretto sono i Platelmiti(vermi piatti) oppure i Poriferi (spugne).
[modifica] Perfusione
Il meccanismo respiratorio di perfusione è mediato da un sistema circolatorio, seppure blando. Avviene per via epidermica come lo scambio diretto ma l'ossigeno viene portato più in profondità dal sistema circolatorio che provvede a rifornire tutte le cellule dell'individuo di O2, scambiandolo con l'anidride carbonica(CO2).
[modifica] Scambio tramite trachee
Lo scambio tramite trachee è una peculiarità degli insetti. È un sistema molto efficiente per la respirazione ma richiede dimensioni molto ridotte. Gli insetti presentano una serie di "fori" sulla superficie detti spiracoli. Gli spiracoli posseggono un meccanismo di apertura-chiusura che consentono di non far disperdere all'insetto umidità e calore interno quando non necessario. Quando l'insetto è a riposo gli spiracoli sono chiusi e l'individuo è in uno stato di "apnea". Quando l'insetto è in movimento gli spiracoli sono aperti e lasciano passare l'aria tramite le trachee alle sacche aeree ed alle tracheole. Le trachee penetrano in profondità nell'insetto e diffondono l'ossigeno in tutti i tessuti. Le sacche aeree sono un rudimentale abbozzo di protopolmone, sono disposte linearmente lungo l'insetto ed hanno la stessa funzione delle trachee. Questo tipo di respirazione alternata degli insetti è chiamata "respirazione ciclica".
[modifica] Branchiale
I pesci, i crostacei ed alcuni anfibi respirano con le branchie. Le branchie possono essere esterne nei pesci e in alcuni anfibi, oppure interne nei crostacei. Composte da arco branchiale e filamenti branchiali estremamente vascolarizzati, le branchie esterne usano un meccanismo di scambio dei gas chiamato "scambio controcorrente". I pesci nuotano tenendo aperta la bocca, facendo scorrere l'acqua attraverso i filamenti branchiali in direzione opposta al verso circolatorio. In questo modo lo scambio gassoso è efficientissimo, consentendo il massimo grado di ossigenazione del sangue. Per quanto riguarda le branchie dei crostacei, essendo strutture interne non hanno la possibilità di effettuare lo scambio controcorrente. Le branchie interne sono molto meno efficienti delle branchie esterne in ambiente acquoso, tuttavia consentono una minima respirazione anche in ambiente terrestre.
[modifica] Respirazione mista (epiteliale-polmonare o a pressione positiva)
Questa tipologia di respirazione è tipica degli anfibi come le rane. La respirazione polmonare non è ancora sufficientemente efficiente per sopperire totalmente al bisogno d'ossigeno dell'animale e quindi è integrata da una respirazione epiteliale. L'epitelio degli anfibi è altamente vascolarizzato, sottile e ricoperto di muco per favorire la diffusione dell'ossigeno attraverso i tessuti. Per quanto riguarda la respirazione polmonare o a pressione positiva, l'aria è fatta entrare nella cavità boccale e successivamente spinta, mediante innalzamento del palato, nei polmoni. Una volta effettuato lo scambio polmonare, l'anfibio riapre la bocca facendo "sgonfiare" i polmoni e facendo fuoriuscire l'anidride carbonica.
[modifica] A pressione negativa
La respirazione a pressione negativa è presente nella maggior parte degli organismi vertebrati come rettili e mammiferi. Essa assicura il rifornimento di aria ricca di O2 agli alveoli polmonari e l'emissione all'esterno dell'aria ricca di CO2 mediante l'aumento di volume della gabbia toracica che causa una riduzione della pressione all'interno dei polmoni e l'ingresso di aria per gradiente di pressione.
[modifica] Doppia inspirazione
E' un meccanismo respiratorio proprio degli uccelli. La doppia inspirazione è un processo respiratorio che prevede due cicli respiratori. Gli uccelli posseggono un apparato respiratorio formato da una laringe, sacche aeree posteriori, polmoni, sacche aeree anteriori e nuovamente laringe. Il primo ciclo inspiratorio spinge l'aria dalla laringe alle sacche aeree posteriori e successivamente nella parte bassa dei polmoni, dove avvengono i primi scambi gassosi. Il secondo ciclo inspiratorio porta l'aria dala parte bassa dei polmoni, dove si completano gli scambi gassosi, alla parte alta dei polmoni ed infine alle sacche aeree anteriori. Dalle sacche aeree anteriori l'aria viene infine eliminata all'esterno tramite la laringe, completando il secondo ciclo respiratorio.
[modifica] Stimoli e muscoli che intervengono nella respirazione a pressione negativa
- Uno stimolo nervoso sempre presente parte dai centri respiratori situati nel tronco encefalico (bulbo e ponte) che, attraverso vie nervose motorie, induce la contrazione dei muscoli inspiratori (diaframma, scaleni, intercostali esterni), che determinano l'aumento di volume della gabbia toracica e, di conseguenza, una pressione negativa intratoracica;
- L'aria inspirata percorre le vie aeree (vie nasali, rinofaringe, laringe, trachea, bronchi in ordine successivo) fino agli alveoli polmonari, dove hanno luogo gli scambi gassosi
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Meccanismo respiratorio
- Negli alveoli polmonari, per un fenomeno di diffusione, l'O2 passa dall'aria al sangue e la CO2 dal sangue all'aria. Gli alveoli polmonari nell'adulto sono circa 300 milioni, e hanno una superficie totale di scambio tra i 70 e i 100 m²
- Una volta che i polmoni hanno raggiunto la loro massima espansione i centri nervosi presenti sulla superficie esterna di essi inducono il blocco dello stimolo da parte del tronco encefalico causando quindi il riabbassamento della gabbia toracica e l'innalzamento del diaframma.
[modifica] Funzioni accessorie della respirazione
- Olfatto - nel naso sono presenti dei recettori per le molecole presenti nell'aria. Collabora con il senso del gusto. L'indebolimento o la perdita dell'olfatto è detto anosmia.
Formazione di suoni umani - Fonazione - durante l'espirazione l'aria passa attraverso la laringe e le corde vocali, ciò consente di produrre suoni grazie anche a modificazioni della forma o posizione di lingua, denti e labbra.
[modifica] Note
- ^ Stanier, Doudoroff, Adelberg Il mondo dei microrganismi - Zanichelli, 1977
- ^ Da Guyton e Hall, 2aedizione, p.464
- ^ http://www.pavonerisorse.it/scuole_circolo/cosa_studiamo/corpo_umano/insp_esp.htm
[modifica] Voci correlate
- Respirazione diretta
- Respirazione indiretta
- Respirazione polmonare
- Muscolo inspiratorio
- Controllo della respirazione
[modifica] Altri progetti
Commons contiene file multimediali su Respirazione
