Sistemi circolatori

Perchè è necessario il sistema circolatorio.- Il sistema circolatorio si è evoluto al fine di superare i limiti imposti dalla diffusione e dal movimento di massa nel fornire nutrienti all'organismo e nel rimuovere i prodotti di scarto. Agisce in armonia funzionale con il sistema respiratorio, digerente, escretivo.- Ha anche funzini meccaniche: può servire come scheletro idrostatico, e favorisce la protrusione dei pedicelli ambulacrali negli echinodermi e l'estensione delle zampe dei ragni.Sistemi aperti e sistemi chiusi - Si può andare dall'assenza completa di un sistema circolatorio e di un liquido di trasporto dele molecole (spugne e meduse), alla presenza di un sistema di vasi aperto, ad un sistema complesso come quello dei mammiferi. Molluschi, cefalopodi, anellidi e vertebrati hanno un sistema circolatorio chiuso.- Se il fluido circolante corrisponde al mezzo extracellulare si parla di emolinfa ed il sistema è a circolazione aperta. Lo spazio contenente l'emolinfa è detto emocele.- Se il fluido circolante è distinto da quello extracellulare, il fluido è denominato sangue.La propulsione del liquido può essere favorita da strutture specializzate (il cuore), dalla contrazione dei vasi sanguigni, eventualmente provvisti di valvole, dalla contrazione dei muscoli, che schiaccia i vasi sanguigni.

Pedicelli ambulacrali.

Pressione, flusso e velocità del sangue

Tra pressione e flusso vige la seguente relazione P1-P2 = R x F. La legge di Poiseuille definisce il valore di R:

P1-P2= 8ηL/πr4 x F

dove P2-P1 è la differenza di pressione ai lati del vaso (è denominata anche caduta di pressione P), è la viscosità del liquido, L è la lunghezza del vaso, r è il raggio del vaso, Q è il flusso (volume di liquido/tempo). Il parametro 8ηL/πr4 è la resistenza R (idraulica) del vaso ed 1/R è la conduttanza del vaso.

Porifera (spugne)

Le spugne presentano 2 tipi di cellule, i pinacociti, che costituiscono lo strato esterno dell'organismo, ed i coanociti, disposti più internamente. Le spugne non hanno sistemi circolatori, respiratori o digestivi. Le cellule sono in contatto con l'acqua marina, che entra dall'esterno (frecce rosse), e percorre un sistema di canali spinta verso le parti interne della spugna dai flagelli dei coanociti, ed esce tramite l'osculo (freccia azzurra).

Struttura di alcuni tipi spugne. Rosso = coanociti; giallo = pinacociti;grigio = mesoglea o mesoilo.

Osculo

Spugne

Cnidaria

In Cnidaria (meduse e polipi) l'organismo consiste di due strati di cellule, attaccate ad una membrana basale fibrosa con interposta la mesoglea. I due strati si introflettono formando un sacco con un orifizio che consente lo scambio di acqua tra la cavità interna (il celenteron) e l'esterno. Cnidaria non ha un sistema cardio-vascolare; i movimenti dell'organismo favoriscono lo scambio di acqua tra la cavità interna e l'esterno.

Struttura schematica di Cnidaria. Medusa Polipo

Platelminti

I platelminti (vermi piatti) hanno un'intestino privo di ano, ed organi riproduttori.Non hanno apparato circolatorio e respiratorio e le sostanze raggiungono per diffusione le cellule, favorite dai movimenti dell'animale. Molte specie sono parassiti, come i ben noti trematodi e cestodi.

NematodiI Nematodi sono un tipo di verme lungo meno di 2.5 mm. L'epiderma è costituito da cellule coperte da uno spesso strato chitinoso. All'interno troviamo l'ovaio, l'ovidotto ed il canale digerente, con un'apertura a ciascuna estremità. Molecole e liquidi circolano tra il canale digerente e le due estremità. I Nematodi non hanno un sistema cardio-vascolare ma i fluidi contengono emoglobina; i movimenti dell'animale favoriscono il rimescolamento dei liquidi.

Caenorhabditis elegans, un Nematode (A) e suastruttura schematica (B).

A

B

Sezione trasversale di un Nematode.

Echinodermi Gli echinodermi sono animali marini provvisti di bocca ed ano. Hanno un sistema digerente ed un sistema nervoso radiale. Il sistema circolatorio è aperto, privo di cuore, costituito da un anello e da cinque vasi radiali contenenti un liquido praticamente identico all'acqua di mare, privo di pigmenti respiratori . Il sistema vascolare è collegato ai pedicelli del sistema ambulacrale. L'acqua entra attraverso dei fori nella superficie superiore, detta madreporite, ed entra nel canale sabbioso, connesso in un canale ad anello.Questo è connesso con 5 canali radiali che danno origine ad una doppia fila di ampolle che sboccano nei pedicelli ambulacrali, da cui esce l'acqua.

Alcuni aspetti della struttura di un echinoderma. Un echinoderma della barriera corallina

Ampolle

Canale sabbioso

Pedicelli ambulacrali

Canale ad anello

Mollusca

Cefalopode(Calamaro)

I molluschi presentano una grande varietà di dimensioni, struttura, comportamento ed habitat (acque marine e dolci, ed ambiente terrestre). In figura sono riportati i cefalopodi, con un sistema nervoso altamente sviluppato, ed i bivalvi. Bivalvi e gasteropodi hanno un sistema circolatorio aperto, mentre nei cefalopodi è chiuso.Gran parte dei molluschi hanno un atrio e i cefalopodi hanno due cuori accessori, che pompano il sangue nelle branchie. L'emolinfa contiene emocianina.

Sistema circolatorio di un bivalve.

Sistema circolatorio di un cefalopode.

Bivalve

Anellidi

Nel lombrico il sistema circolatorio è spesso chiuso, contenente pigmenti respiratori; vi sono parecchie coppie di "cuori" lungo i vasi sanguigni. E' presente un vaso dorsale e due vasi ventrali che percorrono tutta la lunghezza del lombrico, da cui si dipartono vasi ad anello metamerici, provvisti di cuori.

Sistema circolatorio del lombrico.

Insetti

Nella cavalletta il sistema circolatorio è aperto. L'emolinfa contiene emocianina ed è spinta da un cuore, costituito da una porzione di vaso modificato e posto nella parte posteriore della cavalletta, lungo l'aorta e sbocca anteriormente nell'emocele. Si distribuisce a tutto il corpo e rientra nell'aorta tramite aperture, dette osti, situati lungo tutto il vaso.

Pesci Anfibi Uccelli e mammiferi

Sistemi di pompaggio

• Alcuni esempi di pompe circolatorie.

Struttura del cuore dei mammiferi

Struttura del cuore umano. L'aorta è un "secondo cuore".

Capacità di trasporto dell'O2