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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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Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011
Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio
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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Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011
Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio
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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Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011
Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio
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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Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011
Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio
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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Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio
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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Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011
Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio
L’apparato respiratorio
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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Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011
Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio
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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Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011
Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio
aria povera
di ossigeno
muscoli del
diaframma
rilassati
l’espirazione
L’aria entra nei polmoni durante l’inspirazione ed esce con 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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Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio
L’aria entra nei polmoni durante l’inspirazione ed esce con l’espirazione.
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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Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio
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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Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio
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
parete del capillare
lo scambio
dei gas in un
alveolo dei
polmoni
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Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011
Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio
La respirazione e lo scambio dei gas
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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Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio
La respirazione e lo scambio dei gas
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
parete del capillare
lo scambio dei gas
in un alveolo
dei polmoni cellule epiteliali
degli alveoli
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Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio
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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Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio
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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Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio
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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Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011
Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio
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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Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio
L’apparato respiratorio degli altri animali
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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Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio
L’apparato respiratorio degli altri animali
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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Tema C – Capitolo 4 – L’apparato respiratorio
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.
L’apparato respiratorio degli altri animali
stigmi
trachee
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