I Gas Ematici : ossigeno ed anidride carbonica nel sangue

L’ossigeno e l’anidride carbonica sono i principali gas ematici coinvolti nei processi vitali dei pesci. In questo articolo, esploreremo il loro ruolo nel sangue e i meccanismi attraverso i quali l’ossigeno viene trasportato e l’anidride carbonica viene rilasciata.

Scambio di gas ematici nei pesci

La respirazione è il processo fisiologico attraverso il quale i gas vengono scambiati tra i tessuti e l’ambiente esterno. Questo avviene grazie alla diffusione dell’ossigeno dalle lamelle branchiali al sangue, mentre l’anidride carbonica viene eliminata contemporaneamente. Nei tessuti, il processo si inverte, permettendo l’ossigenazione delle cellule e l’eliminazione dei gas di scarto.

Il trasporto dell’ossigeno nel sangue

L’ossigeno, componente cruciale dei gas ematici, viene trasportato nel sangue attraverso due modalità principali: dissolto nel plasma e legato all’emoglobina (Hb). L’emoglobina è una proteina complessa presente nei globuli rossi, costituita da quattro subunità proteiche, ciascuna delle quali può legare una molecola di ossigeno.

Il legame tra ossigeno ed emoglobina è essenziale per soddisfare le necessità metaboliche degli animali di grandi dimensioni. Sebbene una piccola quantità di ossigeno possa dissolversi direttamente nell’acqua, la sua concentrazione non sarebbe sufficiente a sostenere la vita di un organismo di dimensioni maggiori senza l’intervento dell’emoglobina. Questa proteina permette di trasportare l’ossigeno in tutto il corpo, superando i limiti imposti dalla legge di Henry, che regola la solubilità dei gas.

Ogni molecola di emoglobina può legare fino a quattro molecole di ossigeno. Quando l’ossigeno è legato all’emoglobina, non influenza la pressione parziale del sangue, aumentando notevolmente la capacità del sangue di trasportare ossigeno, in un rapporto che varia dalle 15 alle 25 volte rispetto a quanto sarebbe possibile senza emoglobina.

Il legame tra ossigeno ed emoglobina è reversibile e dipende dalla pressione parziale dell’ossigeno (PO2). Nelle branchie, dove la PO2 è elevata a causa della diffusione di ossigeno, l’emoglobina si carica di ossigeno. Al contrario, nei tessuti periferici, dove l’ossigeno viene consumato durante il metabolismo, la PO2 diminuisce e l’emoglobina rilascia l’ossigeno.

Un pericolo per i pesci è rappresentato dal monossido di carbonio (CO), un gas velenoso che si lega all’emoglobina con maggiore affinità rispetto all’ossigeno. Quando il sangue è saturo di CO, la capacità di trasportare ossigeno si riduce drasticamente, fino a solo 1/20 della quantità normale, portando rapidamente all’incoscienza e, infine, alla morte per anossia.

La curva di dissociazione dell’emoglobina

La curva di dissociazione dell’emoglobina descrive la relazione tra la pressione parziale dell’ossigeno (PO2) e la quantità di ossigeno legata all’emoglobina.

La pressione parziale rappresenta la “forza” con cui l’ossigeno si lega all’emoglobina. Una PO2 elevata favorisce il legame con l’emoglobina, mentre una PO2 bassa ne facilita il rilascio.

Un aspetto importante della curva di dissociazione è la P50, ossia la pressione parziale a cui l’emoglobina è satura al 50%. La P50 varia tra le specie animali e riflette l’adattamento all’ambiente.

Ad esempio, una carpa, che vive in acque con basso contenuto di ossigeno, ha un’emoglobina con maggiore affinità per l’ossigeno rispetto a una trota, che vive in acque più ossigenate.

Effetto Bohr ed effetto Root

L’effetto Bohr si riferisce alla diminuzione dell’affinità dell’emoglobina per l’ossigeno in presenza di elevate concentrazioni di anidride carbonica (CO2) e di ioni idrogeno (H+). Questo fenomeno favorisce il rilascio di ossigeno nei tessuti, dove la CO2 prodotta dal metabolismo è alta.

Nei pesci, l’effetto Root è un’amplificazione dell’effetto Bohr, tipica dei teleostei, che riduce ulteriormente l’affinità dell’emoglobina per l’ossigeno in presenza di CO2 e a basso pH. Questo meccanismo è cruciale per garantire una costante fornitura di ossigeno ai tessuti, soprattutto in condizioni di stress o attività fisica intensa.

Effetto della temperatura sui gas ematici

La temperatura ha un impatto significativo sull’affinità dell’emoglobina per l’ossigeno. Per ogni aumento di 1°C, la P50 aumenta di 1 mmHg, riducendo l’affinità dell’emoglobina per l’ossigeno. Questo fenomeno è compensato dall’aumento del metabolismo nei tessuti più caldi, che richiedono una maggiore quantità di ossigeno.

Il ruolo dell’anidride carbonica (CO2)

L’anidride carbonica, prodotto del metabolismo cellulare, è molto più solubile dell’ossigeno e reagisce con l’acqua per formare acido carbonico (H2CO3). Questa reazione non influenza la pressione parziale della CO2, il che consente al sangue di trasportare grandi quantità di CO2 a bassa pressione parziale, senza bisogno di una molecola di trasporto specifica come l’emoglobina.

Nel sangue venoso, la CO2 viene convertita in bicarbonato (HCO3-) grazie all’azione dell’enzima anidrasi carbonica (CA), presente nei globuli rossi e nelle cellule epiteliali delle branchie. Quando il sangue raggiunge le branchie, l’effetto Haldane facilita la riconversione del bicarbonato in CO2, che viene poi eliminata attraverso la respirazione.

Conclusione

Il sistema di trasporto dell’ossigeno e dell’anidride carbonica nei pesci è un processo altamente adattativo, che consente loro di sopravvivere in ambienti molto diversi. L’emoglobina gioca un ruolo cruciale nel trasporto dell’ossigeno, mentre la CO2 viene eliminata grazie a meccanismi efficienti come l’effetto Bohr, l’effetto Root e l’azione dell’enzima anidrasi carbonica.

Questi processi garantiscono che i pesci possano mantenere un equilibrio ottimale tra ossigeno e anidride carbonica, essenziale per la loro sopravvivenza e il loro benessere fisiologico.

Bibliografia utilizzata: “Anatomy and Physiology” by Richard J. Strange – pubblicato su ” Foundamentals of Ornamenthal Fish Health” ;  “Fish Biomechanism”  by  Robert Shadwick ;  “Fisiologia Veterinaria”  di  Maria Giovanna Clement