Polmone

Ilpolmoneè l'organoessenziale per larespirazioneper molti animali, e in particolare per ivertebratitetrapodi. La sua principale funzione è di trasportare l'ossigenoatmosfericoai fluidi corporei comesangueoemolinfa, e di espellereanidride carbonicada essi all'atmosfera. Questo scambio di gas è compiuto, nei vertebrati più evoluti, in un mosaico dicellulespecializzate che formano delle piccole sacche d'aria chiamatealveoli. I polmoni hanno anche delle funzioni non respiratorie. I termini scientifici che si riferiscono al polmone molto spesso iniziano con il prefissopneumo-, dalgrecopneuma(spirito, aria).
Nonostante la maggior parte delle specie terrestri abbia adottato la respirazione tracheale, moltiinvertebratihanno delle strutture polmonari, generalmente meno complesse. Gliaracnidicomeragniescorpionipresentano strutture atte allo scambio gassoso dettepolmoni a libro. Igranchiusano strutture simili, dettebranchiostegaliche permettono anche la respirazione subacquea.
La maggior parte dei pesci utilizza come sistema respiratorio principale lebranchie, superfici vascolarizzate che scambiano ossigeno e anidride carbonica con l'acqua. Molti pesci possiedono tuttavia anche delle sacche gassose elastiche che possono avere una funzione ausiliaria nella respirazione. Le sacche originano embriologicamente come invaginazioniendodermichedell'apparato digerente all'altezza dellafaringe, collegate a essa tramiite undotto pneumatico, e sono solitamente pari. Questi polmoni primitivi si ritrovano in alcuniagnatifossili, mentre non sono presenti negli agnati odierni. Neicondroittisi perde del tutto la sacca gassosa, mentre neiteleosteie neglistorionisi ritrova invece unavescica natatoria, che non è così ampiamente vascolarizzata e non ha funzioni respiratorie. La correlazione tra polmoni e vescica natatoria è tuttora oggetto di studio.
Neisarcopterigi(e in alcuniattinopterigi) i polmoni invece si conservano come strutture di respirazione accessorie. In particolare neidipnoi, o pesci polmonati. Questi pesci vivono in specchi d'acqua dolce e paludi, sottoposti a frequenti siccità, e sono in grado di tollerare anche lunghi periodi al di fuori dell'acqua. Tra gli antenati di questi organismi sono da ricercarsi anche i primi vertebrati terrestri, antenati dei modernitetrapodi.
I polmoni dei pesci non possiedono muscoli dedicati, e non possono quindi creare la pressione negativa necessaria all'inspirazione. La respirazione polmonare avviene quindi "inghiottendo" acqua, che poi viene attivamente spinta all'interno del polmone e successivamente espulsa.
I polmoni delleranee di altrianfibia metamorfosi completa sono simili a dei palloni. Lo scambio di gas avviene sulla superficie dello stesso polmone. A differenza deimammiferi, dove ilsistema respiratorioè guidato da unapressione negativa, gli anfibi impiegano unapressione positiva. La scarsa superficie di scambio gassoso viene spesso integrata dalla respirazione cutanea.
Gli anfibi allo stadiolarvalerespirano attraverso le branchie, ma, con l'eccezione deiperennibranchiatile perdono allo stadio adulto e passano alla vita terrestre utilizzando la respirazione polmonare e cutanea.
I polmoni deirettili, più sviluppati in superficie di scambio dei precedenti, sono tipicamente ventilati da una combinazione di espansione e contrazione tramite imuscoliassiali. Icoccodrillicontano anche sul metodo del pistone epatico, dove il fegato è tirato indietro da un muscolo ancorato all'osso pubico. In questo modo, espande e contrae i polmoni.
Questo tipo di polmone non possiedealveoli, ma contiene al proprio interno milioni di piccoli passaggi chiamatiparabronchi, connessi alla fine ai dorsobronchi e ai ventrobronchi. L'aria passa per le fessure dei parabronchi e successivamente all'interno dei capillari, dove l'ossigeno e l'anidride carbonica si scambiano.
Il flusso d'aria che attraversa i polmoni degli uccelli è unidirezionale (caudo-craniale), e laventilazionepersiste durante sia il processo diinspirazionesia diespirazione. Sono necessari due cicli respiratori completi per far passare una massa d'aria inspirata attraverso tutto il sistema.
Ciò è in contrasto con ilsistema respiratoriodei mammiferi, nel quale l'aria si muove in due direzioni opposte. Utilizzando un flusso d'aria unidirezionale, i polmoni degli uccelli sono in grado di estrarre una grossa concentrazione diossigeno, necessaria agli elevati consumi richiesti dal volo.
Un ulteriore incremento dell'efficienza dei polmoni degli uccelli è dato dal fatto che nei parabronchi, per assorbire l'ossigeno, vi è un sistema detto "multisistema concorrente": a livello dello scambiatore, i vasi afferenti da ossigenare si capillarizzano temporaneamente, consentendo una maggiore e più efficiente estrazione, il sangue in uscita dai parabronchi presenta unapressione parzialedi ossigeno maggiore di quella dell'aria all'esterno.
I polmoni deimammiferihanno un rivestimento spugnoso e sono alveolati conepitelio, aventi una larga superficie. I polmoni umani fanno parte di questo tipo di polmoni. L'ambiente del polmone è molto umido e quindi facilmente attaccabile dabatteri. Molte malattie respiratorie sono proprio dovute a un'infezioneviraleo batterica.
Il 70% dellarespirazioneè guidata daldiaframmail quale si trova in fondo al torace. La contrazione del diaframma espande verticalmente la cavità dove il polmone è semichiuso. Il rilassamento del muscolo ha l'effetto opposto. L'ariaentra attraverso le cavità nasali o orali; essa passa attraverso lalaringee successivamente per latrachea, arrivando aibronchi. I bronchi dividono i polmoni in parti sempre più piccole, chiamatibronchioli. I polmoni terminano con le sacchealveolari. Gli alveoli sono piccole sacche a contatto con il sangue capillare. Qui l'ossigeno viene diffuso nel sangue, trasportato dall'emoglobinafino alcuoreattraverso levene polmonari. Il sangue senza ossigeno dal cuore parte arrivando attraverso l'arteria polmonarefino ai polmoni per avviare il processo di ossigenazione.
L'energiaprodotta dallarespirazione cellularesi ottiene consumando ossigeno e producendo anidride carbonica. Nei piccoliorganismi, come ibatteri, questo processo di scambio di gas è svolto interamente dalladiffusionesemplice. Nei grandi organismi, questo non è possibile. La respirazione negliorganismi multicellulariè possibile grazie a un efficientesistema circolatorio, tramite il quale igasarrivano anche nelle parti più piccole e profonde del corpo, al contrario delsistema respiratorio, che coglie l'ossigeno dall'atmosfera e lo diffonde nel corpo, da dove viene distribuito rapidamente in tutto l'apparato circolatorio.
Nei vertebrati, la respirazione avviene in una serie di passi. L'ariapassa per le vie respiratorie, che neirettili, negliuccellie neimammifericonsistono nelnaso; lafaringe; lalaringe; latrachea; ibronchie ibronchioli; infine vi sono gli ultimi branchi dell'albero della respirazione. I polmoni dei mammiferi sono una fitta grata dialveoli, i quali forniscono un'enorme area di superficie per lo scambio di gas. Una rete di piccolissimicapillaripermette il trasporto disanguesulla superficie degli alveoli. L'ossigeno dell'aria dentro gli alveoli si diffonde nelflusso sanguigno, mentre l'anidride carbonicasi diffonde dal sangue agli alveoli, entrambi mediante fini membrane alveolari. L'immissione e l'espulsione dell'aria è guidato dai movimentimuscolari; nei primitetrapodi, l'aria era guidata ai polmoni dai muscoli dellafaringe. Nei mammiferi, un largo muscolo, ildiaframmaguida la ventilazione alternando periodicamente la pressione e il volume deltorace. Durante la normale respirazione, l'espirazioneè passiva e i muscoli non sono contratti.
Oltre alle funzioni di respirazione come lo scambio di gas e la regolazione dell'idrogeno, i polmoni: