1. Perché abbiamo bisogno di aria · Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio...

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Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011

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

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Perché abbiamo bisogno di 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

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.

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La fotosintesi clorofilliana e la respirazione cellulare a confronto

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.

la fotosintesi clorofilliana

diossido di

carbonio acqua luce

cloroplasto

cellula

vegetale

ossigeno

glucosio

la respirazione

cellulare

(ossidazione

del glucosio)

cellula

animale

ossigeno

glucosio

diossido di

carbonio

mitocondrio

acqua

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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).

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.

fagioli

bagnati

acqua

di calce

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fagioli

bagnati

acqua

di calce

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la struttura di un bronchiolo

del polmone

capillari alveoli

alveolo polmonare: è qui che avviene lo scambio dei gas tra sangue e aria

aria

O2 CO2

L’apparato respiratorio

L’apparato respiratorio è formato dalle vie respiratorie e dai polmoni.

cavità nasali

faringe

laringe

trachea

polmone destro

costole

diaframma

bronco

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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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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.

liquido pleurico

pleura

polmone

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L’aria entra nei polmoni durante l’inspirazione ed esce con l’espirazione.

aria ricca

di ossigeno

costole

trachea

muscoli

intercostali

muscoli

del diaframma

contratti

l’inspirazione

Durante l’inspirazione:

• i muscoli intercostali si contraggono,

sollevando le costole

• il diaframma si contrae e si abbassa

• la gabbia toracica si dilata

• il volume dei polmoni aumenta

Dentro la gabbia toracica

si forma una depressione, perciò

la pressione atmosferica esterna

spinge aria nei polmoni.

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aria povera

di ossigeno

muscoli del

diaframma

rilassati

l’espirazione


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

Dentro la gabbia toracica la pressione

diventa maggiore di quella esterna,

perciò l’aria esce dai polmoni.

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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.

un semplice

modello

del polmone

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Le caratteristiche dell’aria che espiriamo

L’aria che espiriamo

è calda.


è umida.


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

capillari

dei tessuti

polmoni

tessuti

periferici

cuore

vena

polmonare

CO2 O2

parete del capillare

cellule dei tessuti

O2

CO2

lo scambio dei gas negli

altri tessuti del corpo

sangue

ricco di O2 e

povero di CO2

cellule epiteliali

degli alveoli CO2

O2


lo scambio

dei gas in un

alveolo dei

polmoni

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capillari

alveolari

arteria

polmonare

sangue

ricco di CO2

povero di O2

capillari

dei tessuti

polmoni

tessuti

periferici

cuore

CO2 O2

• Il sangue da ossigenare

dal cuore arriva ai polmoni

con l’arteria polmonare,

in cui confluiscono

capillari arteriosi.

• 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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sangue

ricco di O2 e

povero di CO2

vena

polmonare

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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

al sangue e l’anidride carbonica

passa dal sangue agli alveoli

• la CO2 è poi espulsa

nell’aria espirata.

CO2

O2


lo scambio dei gas

in un alveolo

dei polmoni cellule epiteliali

degli alveoli

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La capacità polmonare è la quantità totale di aria che i nostri polmoni possono contenere.

cap

acit

à p

olm

on

are

(5 lit

ri)

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.

1. il centro respiratorio si accorge

che nel sangue l’O2 diminuisce

mentre la CO2 aumenta

centro

respiratorio carotidi

CO2

O2

CO2

O2 cuore

diaframma

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.

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.

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.

opercolo fessure branchiali

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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.

opercolo

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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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I rettili e i mammiferi hanno

organi respiratori simili ai nostri.

Negli uccelli i polmoni comunicano

con grandi sacche d’aria

all’interno del corpo.

sacche d’aria

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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.

acqua povera

di ossigeno

celenteron

scambio

di gas

acqua ricca

di ossigeno

Il sistema respiratorio della medusa.

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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.


stigmi

trachee

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