Apparato respiratorio
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Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio 1. Perché abbiamo bisogno di aria 2. La respirazione e la fotosintesi 3. L’apparato respiratorio 4. L’aria che entra ed esce dai polmoni 5. La respirazione e lo scambio dei gas 6. L’apparato respiratorio degli altri animali Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011 1 Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio Indice Perché abbiamo bisogno di aria? Gli alimenti, tramite gli zuccheri come il glucosio, forniscono al nostro corpo il «carburante» da cui ricavare energia. Per ossidare il glucosio e liberare energia serve l’ossigeno dell’aria. A questa esigenza provvede il processo della respirazione, che consiste in due fasi: • respirazione polmonare: assorbe ossigeno ed espelle rifiuti come l’anidride carbonica • respirazione cellulare: è la reazione che ossida il glucosio dentro ogni nostra cellula Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011 2 Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio Indice La fotosintesi clorofilliana e la respirazione cellulare a confronto la fotosintesi clorofilliana diossido di carbonio la respirazione cellulare (ossidazione del glucosio) cellula animale acqua luce ossigeno ossigeno cloroplasto glucosio cellula vegetale glucosio mitocondrio diossido di carbonio acqua Le due reazioni sono una l’inverso dell’altra: respirando si libera l’energia chimica che le piante hanno estratto dalla luce solare, immagazzinandola negli zuccheri. Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011 3 Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio Indice Anche i vegetali respirano! Mettete in un bicchiere un po’ di fagioli umidi e sigillate il bicchiere con la pellicola. Dopo 24 ore prelevate con una siringa un po’ di aria dal bicchiere, e iniettatela in un bicchiere di acqua di calce (soluzione di idrossido di calcio in acqua). fagioli bagnati acqua di calce Vedrete che l’acqua di calce si intorbida: ciò indica che l’aria prelevata con la siringa contiene molta CO2. Questa esperienza è un modo per osservare direttamente un effetto della respirazione cellulare. I semi di fagiolo inumiditi si preparano a germinare e «bruciano» il glucosio del loro amido. Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011 4 Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio Indice L’apparato respiratorio L’apparato respiratorio è formato dalle vie respiratorie e dai polmoni. alveolo polmonare: è qui che avviene lo scambio dei gas tra sangue e aria cavità nasali faringe laringe trachea polmone destro costole diaframma bronco capillari alveoli aria O2 CO2 la struttura di un bronchiolo del polmone Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011 5 Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio Indice L’apparato respiratorio La foto mostra la superficie dei bronchi vista al microscopio. Le cellule delle pareti producono muco e hanno ciglia in continuo movimento dal basso verso l’alto. In questo modo mantengono puliti i bronchi, espellendo le particelle estranee. Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011 6 Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio Indice L’apparato respiratorio liquido pleurico pleura I polmoni sono avvolti da due membrane, chiamate pleure, tra le quali scorre come lubrificante il liquido pleurico. Quando respiriamo, le pleure scorrono una sull’altra e il polmone può espandersi e contrarsi senza sfregare contro la gabbia toracica. polmone Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011 7 Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio Indice L’aria entra nei polmoni durante l’inspirazione ed esce con l’espirazione. aria ricca di ossigeno Durante l’inspirazione: • i muscoli intercostali si contraggono, trachea sollevando le costole costole • il diaframma si contrae e si abbassa • la gabbia toracica si dilata muscoli intercostali • il volume dei polmoni aumenta muscoli del diaframma contratti Dentro la gabbia toracica si forma una depressione, perciò la pressione atmosferica esterna spinge aria nei polmoni. l’inspirazione Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011 8 Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio Indice L’aria entra nei polmoni durante l’inspirazione ed esce con l’espirazione. aria povera di ossigeno Durante l’espirazione: • i muscoli intercostali si rilassano, abbassando le costole • i muscoli addominali si contraggono il diaframma si rilassa e si solleva • il volume della gabbia toracica si riduce • i polmoni si comprimono muscoli del diaframma rilassati l’espirazione Dentro la gabbia toracica la pressione diventa maggiore di quella esterna, perciò l’aria esce dai polmoni. Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011 9 Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio Indice L’aria entra nei polmoni durante l’inspirazione ed esce con l’espirazione. un semplice modello del polmone Tenete schiacciata una bottiglia vuota e inseritevi un palloncino sgonfio, fissandolo al collo. Poi provate a lasciar andare la bottiglia: il palloncino si gonfierà. Schiacciate di nuovo la bottiglia, e il palloncino si sgonfierà. Avete costruito un modello del polmone. Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011 10 Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio Indice Le caratteristiche dell’aria che espiriamo L’aria che espiriamo è calda. L’aria che espiriamo è umida. L’aria che espiriamo contiene molto diossido di carbonio. Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011 11 Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio Indice La respirazione e lo scambio dei gas capillari alveolari arteria polmonare sangue ricco di CO2 e povero di O2 CO2 cellule epiteliali degli alveoli CO2 O2 polmoni cuore O2 vena polmonare parete del capillare sangue ricco di O2 e povero di CO2 O2 capillari dei tessuti tessuti periferici lo scambio dei gas in un alveolo dei polmoni parete del capillare lo scambio dei gas negli altri tessuti del corpo cellule dei tessuti CO2 Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011 12 Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio Indice La respirazione e lo scambio dei gas • Il sangue da ossigenare capillari alveolari arteria polmonare sangue ricco di CO2 povero di O2 capillari dei tessuti dal cuore arriva ai polmoni con l’arteria polmonare, in cui confluiscono capillari arteriosi. CO2 O2 polmoni vena polmonare cuore tessuti periferici sangue ricco di O2 e povero di CO2 • Il sangue ossigenato dai polmoni arriva al cuore con la vena polmonare, in cui confluiscono capillari venosi. • L’ossigeno e il diossido di carbonio sono trasportati dai globuli rossi che contengono emoglobina. Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011 13 Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio Indice La respirazione e lo scambio dei gas lo scambio dei gas in un alveolo cellule epiteliali dei polmoni degli alveoli CO2 Lo scambio dei gas è un processo di diffusione. I gas si spostano dalla zona in cui sono più concentrati a quella in cui sono più scarsi. Negli alveoli per esempio: • l’ossigeno passa dagli alveoli O2 al sangue e l’anidride carbonica passa dal sangue agli alveoli • la CO2 è poi espulsa nell’aria espirata. parete del capillare Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011 14 Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio Indice La capacità polmonare è la quantità totale di aria che i nostri polmoni possono contenere. capacità polmonare (5 litri) volume tipico dell’aria inspirata in un atto respiratorio (0,5 litri) volume massimo dell’aria inspirata in un atto respiratorio (3,5 litri) volume residuo (1,5 litri) Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011 15 Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio Indice Respiriamo anche se non vogliamo La respirazione è un atto involontario. La controllano le cellule del centro respiratorio nel cervello, che comunicano con altre cellule-sensori nelle arterie carotidi del collo. centro respiratorio carotidi O2 CO2 cuore O2 CO2 diaframma 1. il centro respiratorio si accorge che nel sangue l’O2 diminuisce mentre la CO2 aumenta 2. il centro respiratorio ordina ai muscoli di aumentare il ritmo della respirazione Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011 16 Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio Indice L’apparato respiratorio degli altri animali I pesci respirano con le branchie, lamelle ricche di vasi sanguigni che assorbono l’ossigeno dall’acqua. opercolo Nei pesci ossei le branchie sono ai lati del capo, con le aperture coperte dalla membrana chiamata opercolo. Quando l’opercolo è chiuso, la bocca funziona come una pompa aspirante. fessure branchiali I pesci cartilaginei hanno invece fessure branchiali prive di opercolo. Lo squalo per esempio deve nuotare in continuazione, a bocca semiaperta, affinché l’acqua attraversi le branchie. Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011 17 Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio Indice L’apparato respiratorio degli altri animali Gli anfibi allo stadio larvale (girini) respirano con branchie esterne. Da adulti poi gli anfibi sviluppano i polmoni e inoltre respirano anche attraverso la pelle. Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011 18 Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio Indice L’apparato respiratorio degli altri animali I rettili e i mammiferi hanno organi respiratori simili ai nostri. sacche d’aria Negli uccelli i polmoni comunicano con grandi sacche d’aria all’interno del corpo. Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011 19 Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio Indice L’apparato respiratorio degli altri animali acqua povera di ossigeno acqua ricca di ossigeno celenteron Tra gli invertebrati i poriferi (le spugne) e gli cnidari (le meduse) hanno cavità comunicanti con l’esterno: qui le singole cellule scambiano direttamente i gas con l’acqua. scambio di gas Il sistema respiratorio della medusa. Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011 20 Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio Indice L’apparato respiratorio degli altri animali stigmi Gli insetti respirano con le trachee, canalini che si ramificano nel corpo e portano l’aria direttamente a contatto con le cellule. Le trachee comunicano con l’esterno tramite gli stigmi, forellini posti ai lati del corpo. trachee Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011 21
