L'apparato circolatorio

Nomina i tre componenti del sangue che svolgono funzioni di trasporto, difesa e coagulazione, e indica che cosa fa ciascuno di essi.

Spiega che cos'è il plasma sanguigno, che aspetto presenta il sangue quando se ne separano i componenti e cita due tipi di sostanze che viaggiano disciolte in esso.

Spiega che cosa sono le piastrine e descrivi, passo dopo passo, che cosa succede quando ci facciamo un piccolo taglio sulla pelle, fino a quando smette di sanguinare.

Spiega che cosa sono i globuli bianchi e ragiona sul perché il loro numero nel sangue aumenta quando abbiamo un'infezione.

In una donazione di sangue se ne prelevano circa $450\ \text{mL}$. Se una persona adulta ha circa $5\ \text{L}$ di sangue, calcola quale percentuale del suo sangue dona e spiega perché l'organismo può reintegrare quella quantità in poche settimane senza problemi.

Osserva l'immagine del cuore in sezione. Indica quali numeri indicano i due atri e quali i due ventricoli, e spiega una differenza tra le pareti degli uni e degli altri.

Nomina le quattro cavità del cuore e indica da quale di esse entra il sangue povero di ossigeno proveniente dal corpo e da quale esce il sangue ricco di ossigeno diretto a tutto l'organismo.

Nell'immagine del cuore si vedono le valvole numerate tra le cavità. Spiega qual è la funzione di queste valvole e ragiona su quale problema avrebbe una persona la cui valvola situata tra l'atrio e il ventricolo sinistri non si chiudesse bene.

Si dice che il cuore sia in realtà «due pompe in una». Spiega che cosa significa questa espressione, quale parete interna separa le due metà e quale problema ci sarebbe se il sangue dei due lati si mescolasse.

Uno studente pone in classe il seguente dubbio: «Le cavità del cuore sono continuamente piene di sangue ricco di ossigeno proveniente dai polmoni. Quindi non ha senso che un'ostruzione delle arterie coronarie provochi un infarto, dato che il muscolo cardiaco potrebbe assorbire i nutrienti direttamente dal sangue che pompa».

1. a) Confuta questo argomento giustificando perché le cellule del miocardio non possono nutrirsi direttamente per diffusione dall'interno delle cavità cardiache e dipendono esclusivamente dalle arterie coronarie.
2. b) Spiega l'«effetto domino» che si verifica nel resto dell'organismo quando una zona del muscolo cardiaco va in necrosi, confrontandolo con ciò che accadrebbe se l'arteria ostruita si trovasse in un braccio.

A riposo, sia una persona sedentaria sia un'atleta d'élite hanno bisogno che il loro cuore pompi esattamente lo stesso volume totale di sangue al minuto: $4,8\ \text{L/min}$ ($4800\ \text{mL/min}$).

• La persona sedentaria ha una frequenza cardiaca a riposo di $80$ battiti/min.

• L'atleta ha una frequenza cardiaca a riposo di $48$ battiti/min.

1. a) Calcola il volume di sangue che il ventricolo di ciascuna persona espelle in un singolo battito (esprimilo in $\text{mL}$).
2. b) A partire dai tuoi calcoli, giustifica quali cambiamenti ha subito il miocardio dell'atleta grazie all'allenamento per essere più efficiente.
3. c) Prevedi che cosa accadrà alla frequenza cardiaca di ciascuna se iniziano a correre a una velocità che richiede una gittata cardiaca di $14\ \text{L/min}$, e ragiona su chi raggiungerà prima il proprio limite di fatica.

Completa la frase con i termini corretti: «Le $\dots$ portano il sangue dal cuore verso gli organi, le $\dots$ lo riportano dagli organi al cuore e i $\dots$ sono vasi molto sottili in cui avviene lo scambio di sostanze con i tessuti».

Indica se queste affermazioni sono vere o false e giustifica la tua risposta: a) tutto il sangue che circola nelle arterie è ricco di ossigeno; b) i capillari collegano le arterie con le vene; c) le valvole del cuore impediscono al sangue di tornare indietro.

Un bambino si misura il polso al polso della mano e conta $72$ battiti in un minuto; dopo aver corso durante l'intervallo ne conta $115$ in un minuto. Spiega perché la frequenza cardiaca aumenta quando si fa esercizio, mettendola in relazione con le necessità delle cellule muscolari.

Le arterie hanno pareti spesse ed elastiche, mentre le vene hanno pareti più sottili. Metti in relazione questa differenza con la pressione a cui viaggia il sangue in ciascun tipo di vaso e spiega che cosa accadrebbe se una vena dovesse sopportare la pressione di un'arteria.

Spiega che cos'è la pressione arteriosa, quali due valori si misurano quando la si rileva e in che tipo di vaso si misura di solito, e ragiona sul perché mantenerla sempre alta finisce per danneggiare i vasi sanguigni.

Un alunno cerca di verificare se il suo compagno ha il polso appoggiando con decisione le dita su una vena visibile sul dorso della mano. Non percependo alcuna pulsazione, afferma preoccupato: «Non ha il polso, quindi in questa vena il sangue non sta circolando».

1. a) Confuta la conclusione dell'alunno spiegando quale fenomeno meccanico origina esattamente l'onda del polso e perché questo polso scompare attraversando i capillari e arrivando alle vene, nonostante il sangue continui a scorrere.
2. b) Giustifica quale differenza strutturale nello strato elastico delle pareti delle arterie (rispetto alle vene) permette loro di sopportare e attutire questo impulso di pressione continuo senza rompersi.

I membri della guardia reale devono restare completamente fermi e immobili per ore. Spesso alcuni soffrono di capogiri improvvisi e perfino di svenimenti. Se invece è consentito loro contrarre ritmicamente i polpacci sollevando i talloni senza spostarsi, gli svenimenti si evitano del tutto.

1. a) Spiega come intervengono la gravità, la contrazione della muscolatura delle gambe e le valvole semilunari delle vene per far sì che il sangue ritorni al cuore.
2. b) Giustifica perché restare in piedi immobili riduce l'afflusso di sangue al cervello provocando lo svenimento, e prevedi quale alterazione subiranno a lungo termine le valvole venose se una persona lavora per anni molte ore in piedi ferma (comparsa delle vene varicose).

Descrivi il percorso completo del sangue nei due circuiti dell'apparato circolatorio: la piccola circolazione (o circolazione polmonare), indicando in quale cavità del cuore comincia, quale vaso la fa uscire, che cosa succede nei polmoni e attraverso quale vaso e in quale cavità ritorna; e la grande circolazione (o circolazione sistemica), indicando da quale cavità esce, attraverso quale grande arteria, a quali parti del corpo porta il sangue e attraverso quale grande vena ritorna al cuore.

Segui il percorso di una molecola di glucosio dal momento in cui viene assorbita nell'intestino tenue fino a quando arriva a una cellula della coscia, indicando attraverso quali vasi viaggia, quali cavità del cuore attraversa e quale «deviazione» obbligata compie prima di raggiungere la sua destinazione.

Un paziente si reca dal medico e gli viene diagnosticata un'ipertensione polmonare grave (la resistenza dei vasi che vanno ai polmoni è anormalmente alta), mentre la pressione nel resto del corpo è normale. Dopo due anni, un'ecografia rivela che la parete muscolare di uno dei suoi due ventricoli ha raddoppiato il proprio spessore per compensare questo sforzo eccessivo.

1. a) Giustifica con un ragionamento quale dei due ventricoli avrà aumentato di spessore.
2. b) Prevedi quali conseguenze avrebbe per lo scambio di gas negli alveoli e per l'organismo se quel ventricolo finisse per cedere per esaurimento muscolare.

Un compagno di classe legge che il cuore di una persona adulta pompa circa $7500\ \text{L}$ di sangue ogni giorno e afferma: «Dev'essere un errore di stampa impossibile, perché se nel corpo abbiamo solo circa $5\ \text{L}$ di sangue, dovremmo produrre e distruggere più di $7000\ \text{L}$ di sangue al giorno».

1. a) Dimostra con un calcolo se la cifra di $7500\ \text{L/giorno}$ è verosimile per una persona il cui cuore batte a $75$ pulsazioni al minuto espellendo $70\ \text{mL}$ di sangue a ogni battito (esprimi il risultato in litri).
2. b) Confuta con argomenti biologici l'affermazione del tuo compagno spiegando come la struttura chiusa e il percorso continuo dell'apparato circolatorio permettono di pompare quel volume giornaliero con solo $5\ \text{L}$ di sangue.

In un centro medico si analizzano i casi di tre pazienti che si presentano con un sintomo identico: soffrono di estrema fatica muscolare e restano senza fiato al minimo sforzo fisico.

• Paziente A: globuli rossi ed emoglobina normali, ma il suo cuore pompa a metà della sua capacità a causa di un'insufficienza cardiaca.

• Paziente B: cuore e polmoni in perfetto stato, ma soffre di anemia grave con un livello di emoglobina di $6,5\ \text{g/dL}$ (il valore normale è $12\text{--}15\ \text{g/dL}$).

• Paziente C: cuore ed esami del sangue normali, ma soffre di un'affezione che riduce drasticamente l'assorbimento dei nutrienti nell'intestino tenue.

1. a) Giustifica perché i tre pazienti presentano esattamente la stessa stanchezza muscolare, individuando quale processo chimico cellulare risulta limitato nei mitocondri dei loro muscoli in ciascun caso.
2. b) Spiega perché l'organismo del paziente B cerca di compensare la sua condizione aumentando la frequenza cardiaca e respiratoria.

Un coagulo che blocca un'arteria cerebrale provoca un ictus, mentre se blocca un'arteria coronaria causa un infarto del miocardio. In entrambi i casi, i servizi di emergenza affermano che «il tempo è tessuto» e che ogni minuto di ritardo peggiora gravemente la prognosi.

1. a) Spiega la sequenza di eventi a livello cellulare (dalla mancanza di ossigeno e glucosio fino alla morte cellulare o necrosi) che subiscono le cellule colpite (neuroni o cardiomiociti) dopo l'ostruzione.
2. b) Giustifica perché somministrare un farmaco che sciolga il coagulo nella prima ora può arrivare a recuperare completamente la funzione dell'organo, mentre lo stesso trattamento perde progressivamente efficacia e, dopo diverse ore, non può più recuperare il tessuto già morto.
3. c) Ragiona sul perché le conseguenze di un ictus (come la perdita della parola o della mobilità) sono spesso irreversibili o di recupero molto difficile, mettendolo in relazione con la capacità di divisione e rigenerazione del tessuto nervoso rispetto ad altri tessuti.