Gli organi effettori

Nomina i due tipi di organi effettori che eseguono le risposte dell'organismo e fai un esempio concreto di azione di ciascuno di fronte a una stessa situazione di pericolo.

Indica se queste strutture sono muscoli, ossa o ghiandole endocrine e quale funzione effettrice svolge ciascuna: bicipite, femore, tiroide, diaframma, surrenali.

Spiega la differenza tra muscoli volontari e involontari e fai un esempio per ciascun tipo.

Spiega che cosa sono gli ormoni, quali organi li producono e come raggiungono le cellule su cui agiscono.

Spiega che cos'è una ghiandola endocrina e nomina due esempi, indicando l'ormone prodotto da ciascuna e il suo effetto principale.

Confronta la risposta muscolare e la risposta ormonale dell'organismo: quale è più rapida, quale dura di più, come arriva il comando in ciascun caso, e fai un esempio quotidiano per ciascun tipo.

In un laboratorio medico si analizza la glicemia (concentrazione di glucosio nel sangue) di due pazienti a digiuno e due ore dopo aver fatto una colazione identica ricca di carboidrati:

• Paziente A: 0,9 g/L a digiuno → 1,1 g/L dopo due ore.

• Paziente B: 1,4 g/L a digiuno → 2,4 g/L dopo due ore.

1. a) Interpreta questi risultati e individua, giustificando la tua deduzione, quale dei due pazienti presenta un malfunzionamento del pancreas come effettore endocrino.
2. b) Un compagno di classe sostiene: «Il paziente con i valori più alti ha più glucosio nel sangue, quindi le sue cellule muscolari avranno molta più energia disponibile per fare esercizio». Confuta con argomenti la sua affermazione spiegando che cosa fa esattamente l'insulina nelle cellule bersaglio e quale conseguenza cellulare reale subisce l'organismo se questo ormone non viene somministrato.

Nel corpo umano, l'asse ipotalamo-ipofisi rileva i livelli di testosterone nel sangue: se la concentrazione è elevata, smette di inviare segnali stimolanti ai testicoli affinché questi interrompano la propria produzione (retroazione negativa). Un culturista si inietta alte dosi di testosterone sintetico per sei mesi e poi interrompe bruscamente l'assunzione.

1. a) Prevedi che cosa sarà accaduto alla massa e all'attività ghiandolare dei suoi testicoli dopo questi sei mesi. Giustifica la previsione a partire dal meccanismo di controllo ormonale descritto.
2. b) Prevedi quale grave squilibrio ormonale subirà questo sportivo nelle settimane immediatamente successive all'interruzione improvvisa del trattamento e giustifica perché non potrà recuperare un livello ormonale normale il giorno dopo averlo sospeso.

La tiroxina, prodotta dalla ghiandola tiroide, è l'ormone che regola il metabolismo basale, cioè il ritmo con cui le cellule consumano nutrienti e ossigeno per ottenere energia (respirazione cellulare). Nell'ipotiroidismo la produzione di tiroxina è insufficiente.

1. a) I tre sintomi classici dell'ipotiroidismo sono stanchezza generalizzata, aumento del peso corporeo (anche senza mangiare di più) e intolleranza costante al freddo. Giustifica l'origine biologica di ciascuno di questi tre sintomi collegandoli direttamente alla respirazione cellulare.
2. b) Un paziente dice al medico: «Visto che mi manca energia e ho freddo, invece di prendere la pastiglia quotidiana di tiroxina mangerò il doppio dello zucchero e userò una coperta elettrica». Confuta l'idea del paziente spiegando perché aumentare i nutrienti non serve a nulla se manca il comando ormonale effettore.

Spiega che cos'è un'articolazione e cita due esempi di articolazioni del corpo umano, indicando quali movimenti consente ciascuna.

Nomina le tre parti dell'apparato locomotore e indica la funzione generale di ciascuna nel movimento.

Descrivi come collaborano le ossa, le articolazioni e i muscoli quando pieghi il braccio per sollevare una bottiglia d'acqua, indicando che cosa apporta ciascun elemento al movimento.

Gli schemi A e B rappresentano lo stesso braccio con i due muscoli che muovono l'avambraccio, indicati con ?: in ciascun caso uno appare ingrossato (contratto) e l'altro allungato (rilassato). Indica quale muscolo (bicipite o tricipite) è contratto in ciascuno schema e, tenendo conto che i muscoli scheletrici possono solo tirare, non spingere, spiega perché per piegare e distendere l'avambraccio è necessaria l'azione coordinata di entrambi e come si chiamano questo tipo di coppie muscolari.

In una distorsione della caviglia, l'articolazione si gonfia e fa male. Spiega quali strutture dell'articolazione possono danneggiarsi quando il piede si storce e perché compare l'infiammazione nella zona.

Le ossa dei bambini si piegano di più prima di rompersi rispetto a quelle degli anziani. Collega questa differenza alla composizione dell'osso a ciascuna età e spiega quali abitudini della giovinezza aiutano ad avere ossa forti in vecchiaia.

Il tessuto osseo non è inerte: viene distrutto e formato continuamente. La massa ossea raggiunge il suo valore massimo («picco di massa ossea») intorno ai 25 anni e, a partire dai 45 anni, diminuisce naturalmente a un ritmo di circa l'1,0 % annuo. Se la massa ossea scende sotto le 60 unità, il rischio di frattura per traumi lievi aumenta enormemente.

• Persona A (ha fatto sport con regolarità e ha seguito una dieta ricca di calcio in gioventù): raggiunge un picco di 100 unità a 25 anni.

• Persona B (sedentaria e con carenza di calcio in gioventù): raggiunge solo un picco di 75 unità a 25 anni.

1. a) Supponendo che entrambe perdano l'1,0 % della loro massa massima ogni anno a partire dai 45 anni, calcola la massa ossea di ciascuna a 65 anni (dopo 20 anni di perdita). Giustifica, a partire dai risultati, perché si afferma che le abitudini giovanili sono un «investimento» per la vecchiaia.
2. b) Se entrambe le persone subiscono una frattura a 65 anni, perché impiegheranno molto più tempo a saldare l'osso rispetto a un bambino di 10 anni? Giustifica la risposta confrontando l'attività delle cellule ossee e la vascolarizzazione nelle due fasi della vita.

Per studiare come interagiscono il sistema nervoso e l'apparato locomotore, si analizzano tre pazienti con diverse lesioni a una gamba dopo un mese di evoluzione:

• Paziente A: ha una gamba immobilizzata da un gesso dopo una frattura della caviglia (i nervi motori e i muscoli sono integri, ma l'articolazione non si muove).

• Paziente B: ha subito la sezione totale del nervo sciatico che innerva i muscoli della gamba (i muscoli sono scollegati dal midollo).

• Paziente C: ha la stessa lesione nervosa del Paziente B, ma ogni giorno riceve sedute di stimolazione elettrica esterna applicata direttamente sulla pelle del muscolo, provocandone la contrazione.

1. a) Prevedi in quale dei tre pazienti si produrrà l'atrofia muscolare più grave e rapida, e giustifica perché il Paziente C conserva meglio la massa muscolare del Paziente B pur avendo la stessa lesione neurologica.
2. b) Uno studente sostiene: «Per evitare l'atrofia del Paziente B basterebbe stimolare l'area motoria del suo cervello con degli elettrodi affinché mandi comandi più potenti». Confuta questa affermazione giustificando il percorso anatomico della risposta motoria dal centro nervoso all'effettore muscolare.

Quando fa molto freddo, tremiamo senza deciderlo. Spiega che tipo di risposta è, quali organi effettori agiscono e perché queste contrazioni aiutano a mantenere la temperatura del corpo.

Un bambino cresce di diversi centimetri in pochi mesi senza accorgersene, mentre alzarsi dalla sedia avviene all'istante. Confronta l'azione dell'ormone della crescita con quella di un muscolo scheletrico in base a rapidità, durata e modo in cui arriva il comando.

Uno sportivo subisce la rottura completa del tendine d'Achille, la struttura che collega il muscolo gemello del polpaccio al calcagno (osso del tallone). Quando cerca di sollevarsi sulle punte:

1. a) Il muscolo gemello riceve il comando motorio, si accorcia e si gonfia in modo evidente, ma il tallone non si solleva affatto da terra. Giustifica questo fatto biomeccanico spiegando quale anello della trasmissione ha ceduto e che cosa succede alla forza generata dalla contrazione muscolare.
2. b) Un amico dello sportivo propone: «Perché possa camminare durante la guarigione, blocchiamogli la caviglia con uno stivale di gesso rigido; così il gemello potrà appoggiarsi al gesso e sollevare il tallone». Confuta biomeccanicamente questa proposta spiegando il ruolo indispensabile che svolgono sia il tendine sia l'articolazione mobile nel sistema di leve dell'apparato locomotore.

In una prova sulla funzione di relazione si misura il tempo di risposta di due persone al suono improvviso di una sirena di evacuazione:

• Persona A (primo giorno di lavoro, non ha mai sentito la sirena né conosce le vie di evacuazione): impiega 4,2 secondi a interpretare il segnale e a decidere verso quale porta iniziare a correre.

• Persona B (ha partecipato a quattro simulazioni di emergenza): impiega 0,6 secondi a iniziare la corsa verso l'uscita corretta.

1. a) Individua e ordina cronologicamente le componenti del circuito di relazione (recettore, vie sensitive, centro di integrazione, vie motorie e organi effettori) che intervengono dal momento in cui suona la sirena fino a quando la persona compie il primo passo.
2. b) Spiega biologicamente perché la Persona B reagisce sette volte più velocemente. Dipende dal fatto che i suoi muscoli effettori si contraggono più velocemente o da un cambiamento nell'elaborazione dei suoi centri nervosi? Giustifica la risposta distinguendo tra una risposta cosciente non allenata e uno schema motorio automatizzato dall'apprendimento.

Sfida del tema. Progetta il tuo laboratorio di neuroscienze a casa per verificare come risponde il tuo corpo a diversi stimoli. Il tuo prodotto finale sarà una breve relazione che includa una tabella di dati, l'analisi biologica del processo e le tue conclusioni.

1. Sperimentazione: Chiedi aiuto a un familiare per il test del righello. Il tuo aiutante terrà un righello di $30\text{ cm}$ per l'estremità superiore. Posiziona le dita alla base ($0\text{ cm}$) senza toccarlo. Quando lo lascia cadere senza avvisare, afferralo il più presto possibile. Fai $5$ tentativi con stimolo visivo (guardando il righello) e altri $5$ con stimolo uditivo (occhi chiusi, reagendo al comando «via!», che il tuo aiutante pronuncerà esattamente nell'istante in cui lascia il righello).

2. Raccolta dei dati: Registra in una tabella la distanza a cui lo afferri (in $\text{cm}$) e calcola la media di ciascuna modalità, esprimendola con la virgola decimale (per esempio, $15,4\text{ cm}$).

3. Analisi biologica: Descrivi il percorso completo dell'informazione in entrambi i casi: individua il recettore sensoriale attivato, la trasmissione attraverso il sistema nervoso e l'organo effettore che agisce. Giustifica con argomenti quale dei due stimoli ha generato una risposta più rapida.

Verranno valutati:

• Rigore nella raccolta dei dati e corretto calcolo delle medie.

• Individuazione precisa di recettori sensoriali, centri nervosi ed effettori.

• Chiara giustificazione scientifica delle differenze osservate tra i due stimoli.

Durante un esercizio intenso il cuore batte più velocemente e la respirazione accelera. Spiega perché il lavoro dei muscoli richiede la collaborazione degli apparati circolatorio e respiratorio.

In un esperimento, a un animale da laboratorio viene somministrato un farmaco che blocca in modo specifico i recettori dell'adrenalina nelle cellule del fegato e dei bronchi, ma non altera il cuore né il sistema nervoso. Alla comparsa improvvisa di un predatore:

1. a) Prevedi quali difficoltà avranno i suoi muscoli scheletrici nel sostenere una corsa intensa e prolungata, giustificando la risposta a partire dalla respirazione cellulare e dalle sostanze che richiede.
2. b) Un ricercatore afferma: «Poiché i nervi motori continuano a ordinare ai muscoli di contrarsi, l'animale correrà esattamente alla stessa velocità e per lo stesso tempo». Confuta questa affermazione spiegando perché la risposta di allarme di fronte a un pericolo richiede l'azione coordinata del sistema ormonale e non solo di quello nervoso.