Perché in ambito stradale si usa il termine "arteria" per indicare una strada principale e molto trafficata? Beh, perché il nostro apparato circolatorio funziona proprio come un'autostrada! Finché si tratta di microorganismi, le cellule possono tranquillamente affidarsi alla sola diffusione per il trasporto e lo scambio di sostanze. Le cose cambiano quando entrano in gioco i grandi organismi pluricellulari, le cui dimensioni comportano un rapporto superficie/volume ridotto. In altre parole, quando un organismo è formato da milioni o addirittura trilioni di cellule (come nel caso del corpo umano), le sostanze devono percorrere grandi distanze per arrivare a destinazione. Affidarsi alla diffusione come unico mezzo di scambio di sostanze diventa troppo dispendioso in termini di tempo. Ecco quindi che entra in gioco la nostra autostrada: l'apparato circolatorio.
L'apparato circolatorio è responsabile del trasporto di sostanze (gas, nutrienti, prodotti di scarto) in tutto l'organismo. È fondamentale per collegare tra loro i sistemi corporei e garantirne il corretto funzionamento.
Funzioni dell'apparato circolatorio umano
L'apparato circolatorio è un sistema di trasporto ben organizzato e dotato di pompe per mantenere in movimento il fluido al suo interno. Le sue funzioni principali possono essere riassunte come segue:
Rifornire le cellule di sostanze nutritive come il glucosio, assorbito dall'intestino tenue.
Mantenere un costante apporto di ossigeno dai polmoni alle cellule per permettere la respirazione cellulare aerobica.
Allontanare dalle cellule i prodotti di scarto del metabolismo, come l'anidride carbonica, che viene portata ai polmoni per essere espulsa.
Trasportare sostanze di vario genere da una parte all'altra del corpo, come gli ormoni prodotti nel pancreas che vanno inviati alle cellule muscolari.
Componenti principali dell'apparato cardiocircolatorio umano
L'apparato circolatorio umano è costituito da 4 componenti principali: il sangue, il cuore (motivo per cui l'apparato viene più precisamente denominato cardiocircolatorio), i vasi sanguigni e la linfa. Scopriamo qui sotto le rispettive caratteristiche.
Il sangue è il sistema di trasporto di tutti i nutrienti vitali nel nostro corpo. Il cuore assomiglia a una grande pompa che spinge il sangue verso il resto del corpo, mentre i vasi sanguigni sono i tubi all'interno dei quali scorre il sangue.
Sangue
Il sangue è il mezzo di trasporto liquido che scorre nell'apparato circolatorio degli animali vertebrati portando con sé da una parte all'altra dell'organismo varie sostanze, tra cui glucosio, nutrienti, ossigeno e prodotti di scarto (come anidride carbonica e urea).
Spesso si pensa che il sangue sia completamente rosso, ma il principale componente liquido del sangue è il plasma, che è un liquido giallo! La presenza di globuli rossi ossigenati conferisce al sangue il suo caratteristico colore rosso.
Il sangue ha 4 componenti principali:
Il plasma, di colore giallo, è la sospensione liquida che contiene gli altri 3 componenti. Serve inoltre a trasportare i soluti (ad esempio, il glucosio).
Le piastrine sono piccoli frammenti cellulari (non cellule) che partecipano alla formazione di coaguli e croste, contribuendo così al processo di guarigione delle ferite.
I globuli rossi sono cellule sanguigne e permettono il trasporto dell'ossigeno e dell'anidride carbonica.
I globuli bianchi sono cellule sanguigne e sono coinvolti nella difesa dell'organismo dalle malattie.
Riassumiamo qui sotto le importanti funzioni del sangue:
Trasporto di glucosio, ossigeno e altre sostanze, tra cui i prodotti di scarto.
Difesa dell'organismo dagli agenti patogeni.
Non tutti abbiamo lo stesso sangue! Negli esseri umani, i 4 tipi principali di sangue sono A, B, AB e 0. Questo sistema è chiamato sistema sanguigno AB0. Il gruppo sanguigno è determinato dai geni ereditati dai genitori. Le lettere dei gruppi sanguigni indicano gli antigeni presenti nel sangue. Ad esempio, il gruppo sanguigno A contiene gli antigeni A. La possibilità di donare sangue ad altri gruppi sanguigni dipende da questi antigeni e dagli anticorpi che li contrastano.
Il sistema Rh separa ulteriormente i gruppi sanguigni. Oltre a essere di gruppo A, B, AB o 0, gli individui sono Rh positivi (Rh+) o Rh negativi (Rh-). Una persona Rh+ possiede gli antigeni Rh(D), mentre un individuo Rh- non ha questi antigeni e può creare anticorpi anti-D se riceve sangue Rh+.
Cuore
Il cuore è un organo muscolare cavo che pompa il sangue. È costituito da cellule muscolari specializzate che si contraggono involontariamente senza sosta.
La pressione sanguigna è la pressione con cui il sangue attraversa il lume, ovvero lo spazio cavo all'interno dei vasi sanguigni. Dato che è il cuore a controllare in parte la pressione a cui il sangue viaggia nell'organismo, essa è strettamente legata alla salute di questo fondamentale organo.
Grandi aumenti o diminuzioni della pressione sanguigna normale possono avere un impatto negativo sulla nostra salute. L'ipertensione (pressione troppo elevata) è legata all'obesità e al diabete. Anche la pressione bassa può essere dannosa per la nostra salute, perché implica che gli organi non ricevono un adeguato apporto di ossigeno. La carenza di ossigeno può portare a vertigini o svenimenti se la pressione arteriosa diminuisce improvvisamente o addirittura all'insufficienza di uno o più organi se la pressione arteriosa diminuisce drasticamente per un periodo di tempo prolungato.
Perché gli animali hanno un cuore, mentre le piante non lo hanno?
Gli animali e le piante sono entrambi organismi multicellulari e dispongono di un apparato circolatorio con vasi sanguigni. Poiché gli animali non possono effettuare la fotosintesi clorofilliana, per procurarsi il cibo hanno bisogno di muoversi, il che richiede molta energia. Pertanto, una pompa biologica (come lo è il cuore) è essenziale per massimizzare lo scambio di sostanze metaboliche tra le cellule.
Vasi sanguigni
I vasi sanguigni sono dei condotti o tubature che facilitano il movimento del sangue da e verso specifici tessuti dell'organismo.
Esistono 5 tipi di vasi sanguigni:
Le arterie trasportano il sangue ricco di ossigeno dal cuore ai vari tessuti. L'aorta, con un diametro di circa 2,5 cm, è l'arteria più grande del corpo umano.
Le arteriole sono le ramificazioni di diametro inferiore delle arterie.
Le vene trasportano il sangue deossigenato e ricco di anidride carbonica dai tessuti al cuore. La vena cava, con un diametro di circa 3 cm, è la vena più grande del corpo umano.
Le venule sono le ramificazioni di diametro inferiore delle vene.
I capillari rappresentano le terminazioni finali di arteriole e venule. In essi avviene l'effettivo scambio di sostanze tra cellule e sangue.
Riassumiamo: cuore → arterie → arteriole → capillari → il sangue cede l'ossigeno alle cellule e si carica di anidride carbonica → capillari → venule → vene → cuore
L'unica arteria che trasporta sangue deossigenato è l'arteria polmonare, che porta il sangue dal cuore ai polmoni. L'unica vena che trasporta sangue ricco di ossigeno è la vena polmonare, che porta il sangue dai polmoni al cuore.
Linfa
La linfa è un liquido di colore giallastro o trasparente che, in modo parallelo o complementare al sangue, rifornisce il liquido interstiziale di sostanze nutritive e allontana da esso le sostanze di scarto.
Il liquido interstiziale è contenuto nel tessuto connettivo dell'organismo e occupa gli spazi vuoti tra le cellule. Proprio in questo fluido hanno luogo gli scambi tra il sangue e le cellule.
Di seguito troviamo un riassunto delle principali funzioni della linfa:
Trasporta sostanze nutritive e sostanze di scarto.
Regola la pressione osmotica (pressione che contrasta l'osmosi).
Permette ai globuli bianchi specializzati (ad esempio i linfociti) di svolgere la loro funzione.
Tipologie di apparati circolatori negli organismi pluricellulari
Dopo aver compreso meglio l'importanza degli apparati circolatori, analizziamo più in dettaglio i diversi tipi di apparati circolatori esistenti. Gli esempi si concentrano sui tipi di apparati circolatori degli animali.
Esistono due tipi principali di apparati circolatori: l'apparato circolatorio aperto e l'apparato circolatorio chiuso.
Apparato circolatorio aperto
Si tratta dell'apparato circolatorio presente negli insetti e nella maggior parte dei molluschi. In questi organismi, il "sangue" (emolinfa) fuoriesce dai vasi in direzione delle cavità che circondano le cellule (emocele), quindi torna autonomamente nella zona del cuore, nel quale rientra tramite piccole aperture (osti). L'apparato circolatorio aperto è più lento di quello chiuso e perciò meno efficiente, tuttavia questo non è un problema per gli insetti, poiché ad essere trasportate non sono le sostanze gassose (come l'ossigeno), bensì solo le sostanze nutritive e di rifiuto.
Apparato circolatorio chiuso
L'apparato circolatorio chiuso è presente negli echinodermi (ad esempio stelle marine, ricci di mare), nei molluschi cefalopodi (ad esempio calamari), nei lombrichi e in tutti i vertebrati. Lo scambio di sostanze avviene attraverso le pareti dei vasi sanguigni. Poiché gli apparati circolatori chiusi facilitano lo scambio di gas, è spesso presente un pigmento che trasporta ossigeno. Il fatto che il sangue sia contenuto all'interno di tubi senza entrare in contatto diretto con le cellule durante il percorso permette un viaggio continuo del sangue verso le parti più lontane del corpo e di ritorno al cuore ad alte pressioni. Dato che gli apparati circolatori chiusi facilitano un flusso sanguigno efficiente, questi apparati circolatori sono fondamentali negli organismi con una maggiore richiesta di ossigeno. Ad esempio, negli animali a sangue caldo con alti tassi metabolici, gli apparati circolatori chiusi soddisfano la necessità di espellere rapidamente i prodotti di scarto.
Sia le lumache che i calamari appartengono allo stesso phylum di molluschi, ma hanno sviluppato apparati circolatori diversi. Il calamaro ha un apparato circolatorio chiuso che crea un flusso sanguigno ad alta pressione, per cui dalle sue ferite si vede sgorgare inchiostro nero. La lumaca ha un apparato circolatorio aperto in cui il flusso sanguigno è più lento a causa della minore pressione idrostatica. Proprio a questa bassa pressione sanguigna è dovuta la sensazione di toccare qualcosa di "molliccio" che proviamo quando prendiamo in mano una lumaca.
Figura 3. Un calamaro.
Figura 4. Una lumaca. Fonte: macrophile on Flickr, CC BY-SA 2.0, via Wikimedia Commons.
Esistono due tipi principali di apparati circolatori chiusi, ovvero gli apparati circolatori singoli e doppi.
Apparato circolatorio chiuso singolo
L'apparato circolatorio chiuso singolo è presente nei pesci, negli echinodermi e nei lombrichi dove la richiesta di ossigeno è bassa. In esso, il sangue percorre una sola volta un "circuito" completo attraverso il cuore. Questo apparato ha una sola via circolatoria che coinvolge due serie di capillari:
Primo gruppo: scambio di gas, come ossigeno e anidride carbonica.
Secondo gruppo: scambio di sostanze nutritive o di scarto.
Apparato circolatorio chiuso doppio
L'apparato circolatorio chiuso doppio è presente negli animali a sangue caldo (ad esempio, mammiferi e uccelli), ma anche nei rettili. In esso, il sangue attraversa due volte il cuore in un "circuito" doppio. Questo apparato ha due diverse vie circolatorie:
Via sistemica: trasporta il sangue ossigenato al corpo, poi torna al cuore dopo lo scambio di gas.
Via polmonare: trasporta il sangue deossigenato ai polmoni, quindi torna al cuore dopo l'ossigenazione.
Gli esseri umani sono dotati di un apparato circolatorio chiuso doppio. La circolazione funziona schematicamente nel modo seguente:
Via polmonare: il sangue lascia il ventricolo destro del cuore attraverso l'arteria polmonare, entra nel polmone per ossigenarsi, quindi viene diretto all'atrio sinistro attraverso la vena polmonare.
Via sistemica: il sangue lascia il ventricolo sinistro del cuore per raggiungere il resto del corpo attraverso l'aorta, quindi ritorna al lato destro del cuore tramite la vena cava.
Figura 5. Apparato circolatorio chiuso doppio nell'uomo. Fonte: Tomas Kebert & unimeto.org, CC BY-SA, via Wikimedia Commons.
Un doppio apparato circolatorio comporta due vantaggi principali:
Garantisce l'assenza di mescolamento del sangue. Questo significa che l'apparato non solo consente alle cellule di ricevere la massima quantità di ossigeno possibile durante la respirazione cellulare, ma permette anche al flusso sanguigno di essere diretto con maggiore precisione agli organi che hanno più bisogno di ossigeno e nutrienti.
Consente differenze di pressione. La circolazione sistemica ha una pressione maggiore per ricevere rapidamente il sangue ossigenato. La circolazione polmonare ha una pressione più bassa per evitare danni ai vasi e consentire lo scambio di gas.
Il doppio apparato circolatorio può essere paragonato alle tubature dell'acqua nelle nostre case, dove ci sono tubi separati per l'acqua pulita e per quella sporca al fine di evitare contaminazioni incrociate.
Malattie dell'apparato circolatorio
Le malattie dell'apparato cardiocircolatorio possono interessare uno o più organi dell'apparato circolatorio. Data l'importanza vitale di questo apparato, qualsiasi carenza o disfunzione può avere gravi conseguenze.
Come già accennato, possono verificarsi disturbi a livello della pressione sanguigna. Una pressione sanguigna eccessiva è chiamata ipertensione e può provocare infarto o ictus, ma anche una bassa pressione può avere conseguenze potenzialmente letali come ad esempio l'insufficienza di uno o più organi.
A livello del cuore, possono verificarsi disturbi del ritmo cardiaco se questo organo batte troppo velocemente, troppo lentamente o in modo irregolare.
Infine, anche le arterie possono ammalarsi a causa, per esempio, di depositi di grasso che ostacolano o impediscono del tutto il passaggio del sangue. Questa malattia è chiamata arteriosclerosi.
Apparato circolatorio - Punti chiave
- Gli organismi multicellulari hanno bisogno di apparati circolatori a causa del loro piccolo rapporto superficie/volume.
- Gli animali hanno bisogno di cuori per ottenere la massima efficienza nello scambio di sostanze metaboliche tra le cellule.
- L'apparato circolatorio svolge un ruolo fondamentale nella respirazione e nel trasporto di sostanze. È costituito da quattro componenti: sangue, linfa, vasi e cuore.
- Gli animali possono avere un apparato circolatorio aperto o chiuso. Quello chiuso è più rapido ed efficiente di quello aperto.
- Esistono due tipi di apparati circolatori chiusi: gli apparati circolatori chiusi singoli e doppi. Gli esseri umani hanno un apparato circolatorio chiuso doppio. I vantaggi degli apparati circolatori chiusi doppi includono l'assenza di mescolamento del sangue e la presenza di differenze di pressione.
- Alcuni esempi di malattie dell'apparato cardiocircolatorio sono l'ipertensione, la bassa pressione, i disturbi del ritmo cardiaco e l'arteriosclerosi.
References
- Fig. 3 - Caribbean Reef Squid Sepioteuthis sepioidea, Bari Reef, Bonaire, BES Islands (https://en.wikipedia.org/wiki/File:Squid_colors_2.jpg) by Betty Wills (Atsme), Wikimedia Commons is licensed by CC-BY-SA 4.0
- Fig. 4 - Common variety snail (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Common_snail.jpg) by macrophile on Flickr is licensed by CC BY 2.0
- Fig. 5 - schematic drawing of pulmonary & systemic circulation (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Human_circulatory_system.svg) by Tomáš Kebert & umimeto.org is licensed by CC BY-SA 4.0
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