Apparato respiratorio

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
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Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio
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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
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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.
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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.
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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
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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.
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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
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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
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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
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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)
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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