Le questioni di “cuore” nei vertebrati

Le questioni di “cuore” nei vertebrati

Articolo di Gabriele La Malfa

Tutti i vertebrati, ossia il subphylum di animali cordati che possiedono una struttura scheletrica ossea e/o cartilaginea, possiedono un apparato circolatorio chiuso* che, attraverso il sangue, porta alle cellule dell’organismo gli elementi necessari al proprio sostentamento. L’organo centrale di tutto l’apparato, quello che costituisce l’elemento propulsore del sangue, è il cuore.

In linea generale, le principali funzioni svolte dal sistema circolatorio sono:
• trasporto di ossigeno dai polmoni ai tessuti e di anidride carbonica dai tessuti ai polmoni;
• distribuzione dei nutrienti a tutte le cellule dell’organismo;
• trasporto delle sostanze metaboliche di scarto dalle cellule al fegato per la “disintossicazione” e ai reni per l’escrezione;
• distribuzione degli ormoni dalle ghiandole produttrici agli organi bersaglio;
• regolazione della temperatura corporea;
• trasporto e diffusione degli anticorpi e dei leucociti (globuli bianchi) per la difesa dai patogeni, quali batteri e virus.

* In un apparato circolatorio chiuso il sangue si trova sempre all’interno di vasi: le arterie, che trasportano il sangue dal cuore agli organi, le vene, che riportano il sangue al cuore, e i capillari, che fanno passare il sangue nei tessuti.
Diversamente in un apparato circolatorio aperto (come nella maggior parte dei molluschi e in tutti gli artropodi) il sangue esce dai vasi e scorre tra le cellule dei tessuti (senza separazione tra liquido interstiziale e sangue).

Generalizzando, i cinque principali gruppi di vertebrati (pesci, anfibi, rettili, uccelli e mammiferi) possiedono quattro varianti di cuore (anche se quelle degli anfibi e dei rettili sono piuttosto affini) e tre tipi di circolazione (semplice, doppia incompleta e doppia completa).

Pesci: il cuore è costituito da due sole cavità (un atrio ed un ventricolo), il sangue povero di ossigeno e ricco di anidride carbonica, proveniente dalle varie regioni del corpo, entra nell’atrio, da questo passa al ventricolo dove viene spinto verso le branchie. Il sangue si incanala via via in vasi di diametro inferiore, fino a giungere nei capillari branchiali, dove cede l’anidride carbonica e si carica di ossigeno. A questo punto viene trasportato ai tessuti dalle arterie e dai capillari sistemici. Dopo aver ceduto l’ossigeno (e le sostanze nutritizie), il sangue torna all’atrio attraverso le vene e il ciclo ricomincia.
Questa circolazione, in cui il sangue compie un intero ciclo scorrendo in una sola direzione e passando una sola volta per il cuore, viene definita semplice.

Anfibi: il cuore è costituito da tre concamerazioni (due atri ed un ventricolo), variante fondamentale per consentire il supporto alla doppia circolazione, quella polmonare (piccola circolazione) e quella sistemica (grande circolazione).
La circolazione polmonare mette in comunicazione il cuore con il tessuto polmonare in cui avvengono gli scambi gassosi. La circolazione sistemica trasporta il sangue dal cuore al resto del corpo e poi di nuovo al cuore.
L’atrio sinistro riceve il sangue ossigenato dai polmoni, mentre l’atrio destro raccoglie il sangue, povero di ossigeno e ricco di anidride carbonica, proveniente dalle varie parti del corpo.
I due “tipi” di sangue finiscono nell’unico ventricolo (dove avviene un parziale rimescolamento) e da qui sono pompati ai polmoni, agli organi/tessuti e al cervello (tramite tre archi arteriosi: arco polmonare, arco aortico e arco carotideo).
La circolazione negli anfibi è definita doppia, in quanto il sangue attraversa due volte il cuore e sono presenti due sistemi circolatori separati, ed incompleta, poiché il sangue delle due circolazione ha un parziale rimescolamento a livello di ventricolo.

Rettili: il cuore è piuttosto simile a quello degli anfibi, tuttavia il ventricolo risulta parzialmente diviso in due parti da un setto longitudinale (fattore che limita il rimescolamento dei differenti flussi di sangue). Anche il sistema circolatorio è analogo a quello degli anfibi, quindi di tipo doppio ed incompleto.
Un adattamento peculiare dei rettili è quello di poter variare il volume di sangue destinato al circuito polmonare e al circuito sistemico in base alle richieste metaboliche. Ad esempio, in condizioni di basso metabolismo (come nel periodo di letargo) il sangue scorre principalmente nel circolo sistemico.
I coccodrilli (ordine Crocodylia) rappresentano un’eccezione, in essi il setto longitudinale nel ventricolo è completo, quindi non avviene alcun rimescolamento tra sangue arterioso e venoso. Va tuttavia evidenziato di come un parziale rimescolamento (seppur ridotto) comunque ci sia, infatti alla base dei due tronchi aortici, subito prima del loro impianto nel cuore, c’è un apertura (il forame di Panizza) che causa un mescolamento tra sangue arterioso e sangue venoso.
In virtù delle attuali conoscenze la cosa non stupisce più di tanto, infatti recenti studi genetici hanno messo in luce come i coccodrilli (a livello di filogenesi) siano più affini agli uccelli che non ai rettili.

Uccelli e mammiferi: il cuore è formato da 4 cavità (2 atri e 2 ventricoli), la circolazione è doppia e completa (la piccola e grande circolazione sono totalmente separate tra loro). Il ventricolo destro (quello che pompa il sangue ai polmoni attraverso l’arteria polmonare) e il ventricolo sinistro (quello che pompa il sangue nel circuito sistemico attraverso l’aorta) sono completamente separati.
Una tale configurazione ben si abbina alle esigenze metaboliche degli uccelli e dei mammiferi, superiori rispetto a quelle degli altri gruppi di vertebrati. I maggiori vantaggi sono:
• una più efficiente ossigenazione dei tessuti;
• lo scambio dei gas respiratori è ottimizzato, poiché il sangue che giunge ai polmoni è deossigenato e ricco di anidride carbonica;
• le circolazioni possono svolgersi a pressioni differenti, pertanto la circolazione sistemica, che è molto sviluppata, può avvalersi di una pressione maggiore rispetto alla più ridotta circolazione polmonare.

sistema circolatorio

Rappresentazione schematica del sistema circolatorio nei pesci (sinistra), negli anfibi/rettili (centro) e nei mammiferi/uccelli (destra). Semplificando al massimo l’atrio può essere assimilato ad una “pompa” che aspira sangue, mentre il ventricolo ad una “pompa” che manda sangue.

Rana_aurora

Nella foto una Rana aurora. Gli anfibi sono stati i primi animali ad adottare una circolazione doppia (sebbene incompleta). Tra l’altro sono l’unico gruppo di vertebrati che presentano (in distinti stadi di sviluppo) sistemi respiratori a polmoni e a branchie.

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