Indice. 3 Il sistema muscolare 39

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1 Indice Per ogni unità in una mappa interattiva un test di verifica interattivo con punteggio finale un audioripasso esperimenti, osservazioni e schemi animati, raccolti nella sezione Il tuo laboratorio 1 Il corpo umano e l apparato tegumentario 1 L uomo e il suo corpo 2 Il corpo umano, cellule organizzate 4 Tessuti, sistemi e apparati 6 L apparato tegumentario 8 Le funzioni della pelle 10 Qualcosa di più Il colore della pelle 11 A salvaguardia dell apparato tegumentario 12 Salute e sicurezza Salute e malattia 14 DA RICORDARE Il sistema scheletrico 19 Tessuto osseo e tessuto cartilagineo 20 Ossa e processo di ossificazione 22 Le articolazioni 24 Lo scheletro del capo 26 Lo scheletro del tronco 27 Lo scheletro degli arti 28 Le funzioni del sistema scheletrico 29 A salvaguardia del sistema scheletrico 30 Notizie e curiosità L evoluzione del sistema scheletrico 32 Salute e sicurezza Per soccorrere tempestivamente 34 DA RICORDARE Il sistema muscolare 39 Tessuto muscolare e muscoli 40 Il lavoro dei muscoli e l ATP 42 Il sistema muscolare e le sue funzioni 44 A salvaguardia del sistema muscolare 46 Qualcosa di più Qualche muscolo... in particolare 48 Notizie e curiosità Ossa e muscoli, perfette leve 50 Quanta potenza hanno i muscoli? 51 L evoluzione del sistema muscolare 52 DA RICORDARE L apparato digerente 57 Il canale digerente 58 Qualcosa di più I villi intestinali 60 Gli organi annessi 61 Qualcosa di più La dentatura dell uomo 62 Principi nutritivi e processo digestivo 63 La prima digestione avviene in bocca 64 La digestione gastrica ed enterica 66 Assorbimento e assimilazione 68 A salvaguardia dell apparato digerente 70 Notizie e curiosità L evoluzione dell apparato digerente 72 Salute e sicurezza SOS carie, un pericolo per i nostri denti 74 DA RICORDARE Alimenti e nutrizione 79 I principi nutritivi 80 Carboidrati, lipidi e proteine 81 Acqua, sali minerali e vitamine 82 Gli alimenti e il fabbisogno alimentare 84 IV

2 Il valore energetico degli alimenti 86 Per una corretta alimentazione 87 Salute e sicurezza Alcuni pericoli nell alimentazione 88 DA RICORDARE L apparato respiratorio 95 Gli organi della respirazione 96 La funzione respiratoria 98 Respirazione esterna e interna 100 A salvaguardia dell apparato respiratorio 101 Notizie e curiosità L evoluzione dell apparato respiratorio 102 DA RICORDARE L apparato circolatorio 107 Il sangue 108 Qualcosa di più Come funzionano le piastrine 110 I gruppi sanguigni 111 I vasi sanguigni 112 Il cuore 114 Il ciclo cardiaco 115 La circolazione del sangue 116 A salvaguardia dell apparato circolatorio 118 Il sistema linfatico 120 Notizie e curiosità Il tessuto pace-maker 121 L evoluzione dell apparato circolatorio 122 Il fattore Rh 124 Storia delle scienze William Harvey e Marcello Malpighi 126 DA RICORDARE L apparato escretore 131 L eliminazione dei rifiuti 132 L apparato renale 133 Le funzioni dell apparato escretore 134 A salvaguardia dell apparato escretore 136 Notizie e curiosità L evoluzione dell apparato escretore 138 DA RICORDARE Sistemi di controllo 143 Il neurone, una particolare cellula 144 Il sistema nervoso centrale 146 L encefalo 147 Il midollo spinale 148 Qualcosa di più I lobi cerebrali 149 Il sistema nervoso periferico 150 Il sistema neurovegetativo 151 La trasmissione degli impulsi 152 A salvaguardia del sistema nervoso 154 Il sistema endocrino 156 Qualcosa di più La regina delle ghiandole 158 Le disfunzioni ghiandolari 159 Notizie e curiosità Evoluzione del sistema nervoso 160 La memoria 162 I sogni 163 DA RICORDARE Gli organi di senso 171 I recettori degli stimoli 172 Il gusto 173 L olfatto 174 Il tatto 175 L occhio e il senso della vista 176 Qualcosa di più Alterazioni della funzione visiva 178 A salvaguardia degli occhi 179 V RCS Libri S.p.A. - Divisione Education, Milano

3 L orecchio e il senso dell udito 180 A salvaguardia dell orecchio 182 Notizie e curiosità Visione binoculare e punto cieco 183 DA RICORDARE Il sistema immunitario 189 Sistemi di difesa 190 La difesa aspecifica 191 Difesa specifica e risposta immunitaria 192 Immunità, vaccinazione e sieroterapia 194 Salute e sicurezza Trapianti e rigetto 196 Storia delle scienze L immunologia, da Jenner a Koch 197 DA RICORDARE L apparato riproduttore 201 La riproduzione 202 L apparato riproduttore maschile 203 L apparato riproduttore femminile 204 Spermatozoi e ovuli 205 Il ciclo ovarico 206 Qualcosa di più Gli ormoni e il ciclo ovarico 207 La gravidanza 208 Qualcosa di più Sviluppo embrionale e fetale 210 Il parto 212 A salvaguardia dell apparato riproduttore 213 Notizie e curiosità Gravidanze gemellari 214 La diagnosi prenatale 215 Le cellule staminali 216 Salute e sicurezza AIDS, una pericolosa malattia 218 DA RICORDARE Ereditarietà e genetica 225 L ereditarietà dei caratteri 226 Le leggi di Mendel 228 Cromosomi, mitosi e meiosi 230 Geni e alleli 232 La genetica e Mendel 234 Il DNA 236 Il codice genetico 238 La duplicazione del DNA 239 La sintesi proteica 240 Le mutazioni 242 L ereditarietà nell uomo 244 Il colore degli occhi 246 Malattie ereditarie legate al sesso 248 Notizie e curiosità La dominanza incompleta 249 Ingegneria genetica e biotecnologie 250 La clonazione 252 Storia delle scienze Nasce l era genomica 253 DA RICORDARE L evoluzione della specie Homo 259 Comparsa ed evoluzione dei primati 260 Gli ominidi 261 Qualcosa di più Gli Australopitechi 262 Dall Homo habilis all Homo erectus 263 Dall Homo erectus all Homo sapiens moderno 264 L Homo sapiens moderno, noi 266 Per l ambiente Quale futuro? 268 DA RICORDARE VI

4 BIOLOGIA: L UOMO L apparato digerente 4 LIBRO DIGITALE video LA DIGESTIONE video Percorso di studio PREREQUISITI Conoscere la struttura e le funzioni della cellula Conoscere l organizzazione cellulare dei viventi OBIETTIVI DI APPRENDIMENTO Ciò che saprai La struttura e le funzioni dell apparato digerente Le principali malattie dell apparato digerente Alcune norme igienico-sanitarie per la salvaguardia dell apparato digerente Ciò che saprai fare Riconoscere i vari componenti dell apparato digerente Individuare le funzioni dei vari organi dell apparato digerente Distinguere le varie fasi del processo digestivo e dell assorbimento Assumere comportamenti adeguati a salvaguardia dell apparato digerente Mi dicono sempre che è importante masticare bene e a lungo. Ma perché? Il canale digerente Gli organi annessi Dopo che il cibo è stato inghiottito deve passare nello stomaco e poi nell intestino. Come fa? Papà dice che se mangia troppo poi non digerisce bene. Ma che cosa significa digerire? La prima digestione avviene in bocca La digestione gastrica ed enterica I villi intestinali La dentatura dell uomo L evoluzione dell apparato digerente SOS carie, un pericolo per i nostri denti Principi nutritivi e processo digestivo Assorbimento e assimilazione A salvaguardia dell apparato digerente 57

5 BIOLOGIA: L UOMO Il canale digerente LIBRO DIGITALE clip video fegato cistifellea pancreas intestino tenue faringe ghiandole salivari esofago stomaco intestino crasso Per compiere le molteplici attività della vita vegetativa e della vita di relazione, il nostro organismo lavora incessantemente e ha quindi bisogno di energia. Come tutti gli esseri viventi eterotrofi, l uomo ricava l energia di cui ha bisogno introducendo nel proprio corpo le sostanze necessarie, cioè nutrendosi. Nutrirsi, come vedremo, è una complessa esigenza che implica il costante rifornimento di sostanze nutritive e di ossigeno. Il corpo umano risponde a questa necessità con importantissime funzioni: la nutrizione, la digestione, l assimilazione, la respirazione e la circolazione sanguigna, che svolge grazie agli apparati digerente, respiratorio e circolatorio. Questi tre apparati permettono infatti di introdurre le sostanze nutritive e l ossigeno, di ricavare da questi le sostanze di cui l organismo ha bisogno e di trasportarle alle varie cellule per fornire loro l energia necessaria. Adibito alle funzioni della digestione e dell assimilazione è l apparato digerente. Esso è formato: dal canale digerente, un gruppo di organi strettamente collegati: la bocca, la faringe, l esofago, lo stomaco, l intestino tenue e l intestino crasso; dagli organi annessi: i denti, le ghiandole salivari, il fegato e il pancreas, le ghiandole gastriche e le ghiandole enteriche. 58 arcata dentaria superiore guancia arcata dentaria inferiore labbro superiore palato ugola lingua labbro inferiore Il canale digerente, o tubo digerente, è un tubo lungo circa 10 metri, che inizia dall apertura boccale e termina con l apertura anale, senza alcuna interruzione. La bocca è la parte iniziale del tubo digerente ed è costituita da una cavità, il cavo orale, che comunica con l esterno. Essa è delimitata: anteriormente dalle labbra e dalle arcate dentarie, l insieme di tutti i denti inseriti nella mascella superiore e in quella inferiore, la mandibola; in alto dal palato, che è formato da due parti, una scheletrica, il palato duro, e una muscolare, il palato molle; posteriormente dall ugola, un prolungamento centrale del palato molle; in basso dal pavimento boccale, dove troviamo la lingua, un muscolo volontario rivestito da cellule particolari, le papille gustative, che sono la sede del gusto; lateralmente dalle guance.

6 L apparato digerente 4 La faringe è il canale che collega la bocca al tubo digerente vero e proprio ed è anche il punto in cui si incontrano il tubo digerente e l apparato respiratorio. Essa comunica infatti con la laringe (il primo tratto dell apparato respiratorio) attraverso la glottide, un apertura munita di una valvola di tessuto cartilagineo, l epiglottide, che al passaggio del cibo chiude la laringe impedendo al cibo di entrare nelle vie respiratorie. bocca faringe epiglottide La faringe prosegue verso il basso con l esofago, un canale muscolare lungo circa 25 cm che attraversa il diaframma e scende nella cavità addominale dove si connette, attraverso una valvola detta cardias, con lo stomaco. L esofago è rivestito di muscoli che si contraggono dall alto verso il basso, permettendo così la progressione del cibo verso lo stomaco. cardias laringe esofago esofago Lo stomaco, un sacco allungato con la parte concava rivolta verso destra, è posto nella parte alta dell addome. Le sue pareti sono formate da robuste fibre muscolari che, contraendosi, rimescolano e amalgamano il cibo. La parete interna dello stomaco è rivestita da una mucosa in cui sono presenti numerose ghiandole, le ghiandole gastriche. duodeno piloro stomaco Attraverso un altra valvola, il piloro, lo stomaco comunica con l intestino, un lungo tubo aggrovigliato situato nella parte centrale dell addome. Avvolto da una membrana, detta peritoneo, si divide in due parti: l intestino tenue e l intestino crasso. L intestino tenue è lungo circa 8 m, ha un diametro di 2-3 cm e si suddivide in tre parti: il duodeno, il digiuno e l ileo. Nel duodeno si trovano gli sbocchi del fegato e del pancreas, nella parete interna del digiuno e dell ileo ci sono le ghiandole enteriche. La parete interna del digiuno presenta delle pieghe, le pliche, con numerose sporgenze, i villi intestinali, protuberanze ricche di vasi sanguigni e linfatici adibite all assorbimento dei prodotti della digestione. duodeno colon ascendente anse intestinali cieco ileo appendice L intestino crasso comunica con l ileo per mezzo della valvola ileo-cecale. È lungo in media 1 metro e 70 centimetri ed è più grosso dell intestino tenue; è formato da una serie di rigonfiamenti separati da strozzature. Si divide in tre parti: cieco, colon e retto. Il cieco, così chiamato perché costituisce una diramazione a fondo cieco, termina con un sottile budello, l appendice ileo-cecale. Al cieco segue il colon: esso risale verso il fegato a destra (colon ascendente), attraversa poi l addome passando sotto lo stomaco (colon trasverso) e ridiscende infine a sinistra (colon discendente), continuando nel retto, ultima parte dell intestino che sbocca all esterno attraverso l apertura anale. Nell intestino crasso sono presenti numerosi batteri che formano la cosiddetta flora intestinale, indispensabile alla digestione. intestino crasso retto colon trasverso digiuno colon discendente intestino tenue valvola ileo-cecale 59 RCS Libri S.p.A. - Divisione Education, Milano

7 Qualcosa di più I villi intestinali I mportantissimi nella funzione di assorbimento delle sostanze nutritive sono i villi intestinali che, come abbiamo detto, si trovano nell intestino tenue. La parete interna del digiuno è una mucosa ripiegata in tante pieghe, le pliche, ciascuna delle quali presenta numerosissime sporgenze a forma di piccolissime dita, i villi intestinali (in un centimetro quadrato di intestino possiamo trovare più di 1000 villi). Questi villi, lunghi circa 1 mm, hanno la superficie formata da piccolissime pieghe, i microvilli, e all interno presentano un capillare linfatico, il vaso chilifero, e un reticolo di capillari sanguigni, il cui compito è proprio quello di assorbire i prodotti della digestione. Villi intestinali al microscopio elettronico a scansione. Osserviamoli meglio. intestino tenue intestino crasso intestino tenue villo intestinale villi capillari sanguigni cellule epiteliali parete dell intestino tenue microvilli 60

8 Gli organi annessi L apparato digerente 4 Al tubo digerente sono annessi, come abbiamo detto, i denti, le ghiandole salivari, il fegato, il pancreas, le ghiandole gastriche e le ghiandole enteriche. I denti, gli organi della masticazione, sono infissi in cavità scavate nelle ossa mascellari, gli alveoli dentari, e formano le arcate dentarie. Ogni dente è composto dalla radice, infissa nella gengiva, dalla corona, la parte visibile sopra la gengiva, e dal colletto, la zona di separazione tra la radice e la corona. corona colletto radice Le ghiandole salivari sono numerose e suddivise in gruppi secondo la loro posizione: la parotide, la sottolinguale e la sottomascellare. Sono ghiandole esocrine, cioè a secrezione esterna: sono infatti fornite di condotti che arrivano al cavo orale, dove riversano il loro secreto, la saliva. Questo liquido incolore, inodore e insapore è formato da acqua e da alcuni enzimi, fra cui il lisozima, un antisettico efficace contro i batteri che inevitabilmente entrano in bocca, e la ptialina, il primo enzima digestivo. Il fegato, la ghiandola esocrina più voluminosa del nostro organismo, è situato nella parte superiore destra della cavità addominale, sotto il diaframma. Pesa circa 1500 g ed è irrorato da molti vasi sanguigni. La funzione principale del fegato è la produzione della bile, un liquido giallo-verda- diaframma stro che si riversa nel duodeno tramite un condotto detto coledoco; questo si apre nel duodeno solo quando si mangia. Tra un pasto e l altro la bile non va al duodeno ma si raccoglie in un sacchetto, la cistifellea o colecisti. ghiandola sottolinguale fegato lobo ghiandola parotide ghiandola sottomascellare vena porta arteria epatica Il pancreas è una ghiandola sia esocrina sia endocrina; pesa circa 90 g e si trova nella parte sinistra della cavità addominale, dietro lo stomaco. Come ghiandola esocrina produce il succo pancreatico, che si riversa nel duodeno attraverso i due dotti pancreatici. Come ghiandola endocrina riversa direttamente nel sangue due ormoni, l insulina e il glucagone, che controllano il livello di glucosio nel sangue. cistifellea duodeno coledoco piloro dotto pancreatico stomaco pancreas 61

9 Qualcosa di più La dentatura dell uomo smalto dentina polpa dentaria cemento vasi sanguigni corona colletto radice I denti sono costituiti dalla dentina o avorio, un particolare tessuto connettivo calcificato giallastro più duro delle ossa, e a livello della corona sono rivestiti di smalto. La radice è formata anch essa dalla dentina ed è rivestita di cemento, una sostanza ossea meno dura dello smalto. All interno di ogni dente c è una cavità colma di tessuto connettivo molle, la polpa dentaria, ricco di vasi sanguigni e di terminazioni nervose che rendono il dente un organo vivo ed estremamente sensibile al dolore. Denti diversi, funzioni diverse L uomo ha una dentatura eterodonte, ha cioè denti che differiscono tra loro per la forma della corona e della radice. I denti umani, infatti, si distinguono in incisivi, canini, premolari e molari, ciascuno con forma e funzione diversa. incisivo canino premolare molare Gli incisivi, situati anteriormente, hanno radice unica e corona a forma di scalpello; la loro funzione è di tagliare il cibo. arcata dentaria adulta canino incisivo premolare molare I canini si trovano a fianco degli incisivi e hanno radice unica e corona a forma conica; la loro funzione è di strappare e lacerare il cibo. I premolari hanno radice unica (solo nel primo paio di premolari superiori è bifida); la corona è di forma cilindroide o irregolarmente cubica ed è provvista di due sporgenze, le cuspidi; la loro funzione è di triturare il cibo. I molari, i denti più voluminosi, hanno radice divisa in due o tre parti e corona provvista di quattro o cinque cuspidi; la loro funzione è di triturare il cibo. La dentatura di un uomo adulto è composta da 32 denti, 16 per ogni arcata. In ogni arcata abbiamo 4 incisivi, 2 canini, 4 premolari e 6 molari. Questa dentatura è detta permanente e sostituisce definitivamente quella decidua o da latte del bambino, formata solo da 20 denti. La dentatura da latte comincia a spuntare verso il sesto mese di vita e si completa al terzo anno circa. Verso il sesto anno i denti da latte iniziano a cadere e vengono sostituiti da quelli permanenti; a anni la dentatura permanente è quasi completa: in ciascuna arcata manca solo il terzo paio di molari che spuntano verso i anni e vengono detti denti del giudizio. 62

10 Principi nutritivi e processo digestivo L apparato digerente 4 Digestione e assorbimento costituiscono le funzioni dell apparato digerente: la prima è il processo di trasformazione degli alimenti in sostanze assimilabili; la seconda è il processo mediante il quale queste sostanze vengono assorbite per essere distribuite a tutto l organismo. Prima di esaminare singolarmente queste due funzioni, consideriamo un aspetto della nostra alimentazione che riprenderemo più avanti. Il cibo di cui ci nutriamo (pasta, verdura, carne, frutta ecc.) non è direttamente utilizzabile dal nostro organismo, ma deve essere trasformato in sostanze più semplici e assimilabili. Più esattamente sono i principi nutritivi contenuti nel cibo, cioè carboidrati, lipidi (o grassi), proteine, acqua, sali minerali e vitamine, che devono essere trasformati in sostanze utilizzabili. Precisamente: le proteine devono essere ridotte in amminoacidi; i carboidrati (amidi e zuccheri) devono essere ridotti in glucosio; i lipidi devono essere ridotti in glicerina e acidi grassi; i sali minerali,le vitamine e l acqua sono invece direttamente assimilabili. proteine enzima enzima enzima polipeptidi enzima disaccaride amminoacidi I principi nutritivi vengono trasformati in sostanze assimilabili e utilizzabili poi come fonte di energia e come materiale di accrescimento e di riparazione dei tessuti danneggiati: questo processo prende il nome di digestione e presenta una duplice natura, meccanica e chimica. carboidrati bile trisaccaride enzima glucosio La digestione meccanica consiste in tutti i movimenti fisici che permettono di sminuzzare, triturare, inghiottire, rimescolare e trasportare il cibo. lipidi La digestione chimica consiste nell insieme delle reazioni chimiche attraverso le quali si ha la trasformazione dei principi nutritivi in sostanze assimilabili. piccole gocce di grasso acidi grassi e glicerina Queste reazioni chimiche, dette idrolisi perché avvengono ad opera dell acqua, consistono nella scissione delle varie molecole costituenti gli alimenti in molecole più piccole. Tale scissione è piuttosto lenta ed è quindi necessario l intervento di sostanze speciali che la accelerino; queste sostanze sono gli enzimi, particolari proteine specifiche, ciascuna delle quali cioè controlla una particolare reazione. 63

11 BIOLOGIA: L UOMO La prima digestione avviene in bocca Esaminiamo adesso la digestione attraverso tutto l apparato digerente. Il cibo introdotto in bocca subisce subito le prime trasformazioni sia meccaniche sia chimiche: qui infatti viene masticato, insalivato e parzialmente digerito. La masticazione, effettuata dai denti, ha il compito di ridurre il cibo solido in piccole parti per facilitare le fasi successive. Con l insalivazione queste piccole parti vengono ammorbidite dalla saliva e si trasformano in bolo alimentare. A opera della ptialina contenuta nella saliva avviene la prima reazione chimica: le grosse molecole di amido vengono scomposte in molecole più piccole e solubili. Con la deglutizione il bolo passa dalla bocca alla faringe. Per evitare che il bolo compia un percorso sbagliato imboccando la laringe, quando si deglutisce l epiglottide si abbassa chiudendo l apertura della laringe. bolo bolo faringe faringe epiglottide alzata laringe epiglottide abbassata laringe LIBRO DIGITALE schema animato esofago esofago LIBRO DIGITALE clip video 64 esofago bolo contrazione parete muscolare dell esofago L atto di deglutire o inghiottire è l ultima azione volontaria che compiamo; da questo momento il cibo prosegue il suo percorso grazie ai movimenti dei muscoli involontari del tubo digerente, i movimenti peristaltici. Sospinto da questi movimenti, il bolo percorre la faringe, l esofago e, attraverso il cardias, arriva nello stomaco. In bocca, ad opera della ptialina contenuta nella saliva, inizia quindi la digestione degli amidi, esattamente l amido viene trasformato in maltosio, uno zucchero formato da due molecole di glucosio. Proviamolo con un esperimento.

12 L apparato digerente 4 La saliva inizia la digestione dell amido Procurati due provette, due pezzetti dello stesso pane, della tintura di iodio (la tintura di iodio colora di azzurro le soluzioni contenenti amido), un contagocce e dell acqua tiepida. Sbriciola uno dei due pezzetti di pane e introducilo nella prima provetta. Nella seconda provetta metti il secondo pezzetto dopo averlo ben masticato. Aggiungi nelle due provette la stessa quantità di acqua alla temperatura di circa 37 C, mescola bene e aggiungi in ciascuna provetta una goccia di tintura di iodio. Lascia riposare qualche minuto e controlla le provette. Che cosa osservi? Il contenuto delle due provette ha assunto qualche colorazione? Nella prima provetta il pane sbriciolato ha assunto una colorazione azzurra che rivela quindi ancora la presenza di amido. Nella seconda provetta, contenente pane masticato e quindi impregnato di ptialina, il miscuglio ha assunto la colorazione della tintura di iodio e non azzurra, quindi non c è amido. Solo nella provetta contenente saliva quindi manca l amido; ne deduciamo che è la saliva, esattamente la ptialina, che inizia la digestione dell amido trasformandolo in maltosio (zucchero). pane non masticato tintura di iodio pane ben masticato SE HAI IMPARATO Completa le seguenti affermazioni. L apparato digerente è formato dal costituito da La digestione chimica consiste in, e dagli : La digestione meccanica consiste in I movimenti peristaltici sono e servono a 65

13 BIOLOGIA: L UOMO La digestione gastrica ed enterica Nello stomaco prosegue il processo di scomposizione chimica e meccanica del bolo; precisamente inizia la digestione gastrica, che può durare da una a cinque ore. È controllata dal succo gastrico, che contiene: la pepsina, che favorisce la trasformazione delle proteine in sostanze più semplici, i peptoni; la chimosina, che fa coagulare il latte che altrimenti, come tutti gli altri liquidi, passerebbe nell intestino senza che le proteine in esso contenute siano state prima scomposte e rese assimilabili; la lipasi gastrica, che inizia la scomposizione dei grassi; l acido cloridrico, che rende l ambiente acido (a basso ph) per consentire l azione della pepsina. A protezione dell azione corrosiva dell acido cloridrico, la parete dello stomaco produce una sostanza protettiva, la mucina. Proviamo con un esperimento come pepsina e acido cloridrico digeriscono le proteine. LIBRO DIGITALE esperimento animato La pepsina e l acido cloridrico digeriscono le proteine Procurati l albume di un uovo, della pepsina (la trovi in farmacia), dell acido cloridrico, un pentolino, tre provette. Metti dell acqua nel pentolino, versa anche l albume dell uovo e poni il tutto a scaldare sul fornellino, mescolando molto bene fino a ottenere un liquido lattiginoso, che è ricco di proteine. Filtra questo liquido e versane un po in ciascuna delle tre provette; aggiungi inoltre nella prima provetta solo la pepsina, nella seconda provetta solo l acido cloridrico e nella terza provetta sia la pepsina sia l acido cloridrico. Scalda le tre provette a bagnomaria portandole a una temperatura di circa 37 C. Che cosa osservi? Il liquido contenuto nelle tre provette ha subito delle modificazioni o è rimasto uguale a prima? 1 a provetta liquido + pepsina 2 a provetta liquido + acido cloridrico 3 a provetta liquido + pepsina + acido cloridrico Nella prima e nella seconda provetta il liquido non presenta modificazioni, nella terza provetta è diventato limpido. Ne deduciamo che nella terza provetta, quella contenente sia pepsina sia acido cloridrico, è avvenuta la digestione delle proteine. I movimenti peristaltici dei muscoli dello stomaco continuano intanto l azione meccanica di mescolamento e il bolo viene ridotto a una massa semiliquida detta chimo. 66

14 L apparato digerente 4 LIBRO DIGITALE Attraverso il piloro, che si apre e si chiude a intermittenza, il chimo passa poco per volta nell intestino, dove si completa il processo digestivo con la digestione enterica. La digestione enterica è controllata da tre succhi digestivi: il succo pancreatico, il succo enterico e la bile. Questi si riversano nel duodeno completando le trasformazioni chimiche del chimo attraverso i loro enzimi. clip video il piloro è chiuso la muscolatura dello stomaco si contrae il piloro si apre e il chimo passa nell intestino Esattamente: il succo pancreatico agisce mediante i suoi enzimi, quali la tripsina, che riduce i peptoni in amminoacidi, l amilasi, che continua la trasformazione degli zuccheri iniziata in bocca, e la lipasi pancreatica, che scinde ulteriormente i grassi; il succo enterico, con i suoi enzimi, quali la maltasi e l amminopeptidasi, riduce i carboidrati rimasti in glucosio e termina la riduzione delle proteine in amminoacidi; la bile, infine, completa la scomposizione dei grassi emulsionandoli e riducendoli definitivamente in glicerina e acidi grassi. Proviamo con un esperimento come la bile emulsiona i grassi. LIBRO DIGITALE La bile emulsiona i grassi olio olio olio esperimento animato Procurati due provette, la bile di un pollo o di un coniglio (chiedila a un macellaio) e dell olio di oliva. Versa in una provetta l acqua e l olio e nell altra l olio e la bile. Tappandole bene con la mano, agitale energicamente e poi lasciale riposare per almeno 5 minuti. Che cosa osservi? Il contenuto delle due provette è ben amalgamato o è ancora distinguibile l acqua e l olio o la bile e l olio? Nella provetta contenente acqua e olio, l olio è risalito in superficie senza mescolarsi con l acqua. Nella provetta contenente bile e olio si è invece formata un emulsione: l olio, ridotto in piccolissime gocce, si è mescolato con la bile. Ne deduciamo che i grassi, cioè l olio in questo caso, vengono scissi dalla bile in piccolissime gocce, vengono cioè emulsionati. acqua bile acqua emulsione bile + olio 67

15 BIOLOGIA: L UOMO Assorbimento e assimilazione Completamente trasformato in un liquido lattiginoso dove troviamo tutti i principi alimentari ridotti in sostanze assimilabili, il chimo prende il nome di chilo e, attraverso i movimenti peristaltici dell intestino tenue, viene sospinto nel digiuno e nell ileo, dove avverrà il suo assorbimento. Il processo di assorbimento si può dividere in due fasi. L assorbimento si compie attraverso i villi intestinali che tappezzano la parete interna del digiuno. Essi provvedono all assorbimento dei principi alimentari presenti nel chilo secondo due diverse vie: i vasi sanguigni e i vasi linfatici. Gli amminoacidi, il glucosio, la glicerina, l acqua e i sali minerali penetrano, attraverso l epitelio dei villi intestinali, nei vasi sanguigni e, da questi, attraverso la vena porta, arrivano al fegato, che svolge alcune importanti funzioni: - elimina le sostanze tossiche eventualmente presenti; - trasforma il glucosio in eccesso in glicogeno, che funge da riserva di zuccheri; - trasforma gli acidi grassi in eccesso in gliceridi, che fungono da riserva di grassi; - trattiene il ferro utilizzandolo per la produzione delle vitamine A, K e B; - produce proteine indispensabili per la coagulazione del sangue. vena cava inferiore fegato vena cava superiore vena porta tubo digerente 68 acqua amminoacidi glucosio glicerolo sali minerali capillare sanguigno cuore dotto toracico acidi grassi vaso chilifero vaso linfatico A questo punto le sostanze nutritive depurate e in parte ulteriormente trasformate vengono trasportate, attraverso la vena cava inferiore, al cuore che, grazie alla circolazione sanguigna, provvede a distribuirle a tutte le cellule del nostro organismo. Gli acidi grassi, invece, sempre attraverso l epitelio dei villi intestinali, penetrano nei vasi linfatici e, attraverso la vena cava superiore, raggiungono direttamente il cuore per entrare nella circolazione sanguigna e quindi arrivare anch essi alle varie cellule. La seconda fase dell assorbimento avviene nell intestino crasso. I resti del chilo non assorbiti nell intestino tenue passano, ancora liquidi, nell intestino crasso attraverso la valvola ileo-cecale. Qui avviene l assorbimento dei sali minerali e dell acqua che, sempre per mezzo della circolazione sanguigna, verranno portati a tutte le cellule. La flora intestinale, che si nutre delle sostanze non assorbite presenti nel chilo, produce a sua volta delle vitamine a noi necessarie (B 1, B 2, K ecc.). Dopo l assorbimento dell acqua il chilo assume un aspetto consistente e le sostanze non più assimilabili a questo punto vengono espulse, attraverso l apertura anale, sotto forma di feci.

16 L apparato digerente 4 Le sostanze nutritive, scomposte in molecole semplici attraverso la digestione, assorbite dall intestino e ulteriormente trasformate e purificate dal fegato, vengono trasportate dal sangue a tutte le cellule del corpo. Nelle cellule avviene il processo di assimilazione: le varie sostanze cioè vengono riassemblate per diventare parte integrante dell organismo. Esattamente: gli amminoacidi andranno a formare le proteine specifiche dell organismo; amminoacidi proteine il glucosio viene adoperato per produrre energia; energia glucosio glicerina e acidi grassi vanno a ricostituire molecole di grasso come riserva dell organismo. acidi grassi e glicerina grassi SE HAI IMPARATO Completa le seguenti affermazioni. La digestione gastrica è controllata dal La digestione enterica è controllata da che contiene Dalla bocca all intestino il cibo: - con l insalivazione si è trasformato in - nello stomaco si è trasformato in - nell intestino si è trasformato in 69

17 BIOLOGIA: L UOMO A salvaguardia dell apparato digerente 70 Il delicato equilibrio dell apparato digerente può essere compromesso da disturbi e malattie dovuti a diverse cause. Esaminiamone alcuni. Una malattia fra le più diffuse (colpisce il 5-10% delle persone fra i 20 e i 50 anni) è l ulcera, che può colpire lo stomaco (ulcera gastrica) e l intestino (ulcera duodenale). Consiste in un erosione più o meno profonda delle pareti dello stomaco o del duodeno provocata da un eccessiva produzione di succo gastrico da parte delle ghiandole gastriche. Le cause dell ulcera sono diverse: la presenza nello stomaco di un batterio (Helicobacter pylori), responsabile di una vera e propria infezione, o anche un eccesso di acido cloridrico nel succo gastrico. Contribuiscono alla formazione di un ulcera disordini alimentari, abuso di alcolici, fumo, stress e fattori nervosi in genere. La colite e la gastrite sono processi infiammatori a carico rispettivamente del colon e dello stomaco che si manifestano con dolori, spasmi, nausea e vomito. Sono anch esse provocate da fattori nervosi e da disordini alimentari. L epatite è un grave processo infiammatorio a carico del fegato. La forma più comune è l epatite virale, una malattia infettiva acuta e contagiosa che si può manifestare a tutte le età ed è provocata da diversi tipi di virus. L epatite A viene trasmessa per via oro-fecale (bocca e feci) e il contagio può avvenire da persona a persona o per contaminazione di acqua e cibi (specie frutti di mare, latte e derivati). L epatite B si trasmette quasi esclusivamente per contatto di sangue (trasfusioni, aghi di siringhe infette). L epatite C si trasmette quasi esclusivamente per contatto di sangue infetto e rapporti sessuali con persone portatrici. L epatite C ha una maggior tendenza a diventare cronica. Altre malattie infettive che possono colpire l apparato digerente sono le tossinfezioni alimentari. Le più comuni sono: la tossinfezione stafilococca, della quale è responsabile uno stafilococco presente in alcuni alimenti, quali le creme per pasticceria, i gelati e la carne tritata; la salmonellosi, della quale sono responsabili i batteri del genere Salmonella, che possono infettare alimenti quali pesce, uova, gelati e creme; il botulismo, del quale è responsabile il bacillo botulino che può trovarsi nelle carni insaccate e nelle conserve alimentari soprattutto vegetali. Un altra grave malattia che può colpire il fegato è la cirrosi epatica, una malattia inguaribile e spesso mortale. Essa provoca un alterazione profonda del tessuto del fegato ed è causata soprattutto dall abuso di sostanze alcoliche.

18 L apparato digerente 4 Il diabete mellito è una disfunzione del pancreas che determina una produzione insufficiente di insulina e di conseguenza un pericoloso accumulo di glucosio nel sangue. Non esiste una cura vera e propria del diabete che, per il momento, può essere solo tenuto sotto controllo con la somministrazione di insulina o, nei casi meno gravi, con una dieta opportuna povera di zuccheri. Come possiamo difenderci? Nella maggior parte dei casi, come abbiamo visto, le malattie dell apparato digerente possono essere causate da scarsa igiene e da cattiva alimentazione. Ricordiamo allora alcune norme igieniche e alimentari che possono aiutarci a salvaguardare l efficienza dell apparato digerente e quindi la nostra salute. Dal punto di vista igienico è importante che: tutto ciò che viene a contatto con il cibo (mani, posate, piatti ecc.) sia accuratamente pulito per evitare l ingestione, con gli alimenti contaminati, di germi patogeni; frutta e verdura, specialmente se mangiate crude, siano ben lavate per eliminare germi e sostanze chimiche nocive usate in agricoltura; gli alimenti siano tenuti sempre al riparo da polvere, mosche e altri insetti. Dal punto di vista alimentare è importante che la nostra alimentazione sia corretta ed equilibrata; ricordiamoci quindi che: tra i farinacei (pasta e pane) è meglio usare quelli preparati con farina integrale, meno raffinata ma più ricca di principi nutritivi e di fibra; tra gli zuccheri sono da preferire quelli con maggior valore biologico quali il miele e lo zucchero di canna; i grassi per condire devono essere usati con moderazione e, in ogni caso, sono da preferire quelli vegetali (soprattutto olio di oliva) a quelli animali (burro, lardo, strutto ecc.); occorre inoltre evitare sempre di portarli a temperature troppo elevate per impedire la formazione di sostanze pericolose; è bene consumare carne bianca (pollo, tacchino e coniglio), più magra ma altrettanto nutriente di quella rossa; è necessario il consumo di pesce, legumi, latte e suoi derivati, soprattutto yogurt e formaggi magri; il consumo di bevande alcoliche deve essere moderato. 71 RCS Libri S.p.A. - Divisione Education, Milano

19 Notizie e curiosità L evoluzione dell apparato digerente T utti gli animali, essendo organismi eterotrofi, hanno avuto la necessità di assumere dall esterno il nutrimento e, successivamente, di trasformarlo in sostanze semplici. Ciò ha fatto sì che essi sviluppassero strutture più o meno complesse adibite alla digestione del cibo. La digestione intracellulare G li organismi unicellulari e gli organismi pluricellulari più semplici, che non possiedono un apparato digerente, hanno una digestione intracellulare, che avviene cioè all interno della cellula stessa, e si nutrono in vari modi: per assorbimento diretto di piccole molecole di sostanze nutritive attraverso la membrana cellulare, come in alcuni batteri eterotrofi; per pinocitosi, cioè per assunzione di piccole molecole di sostanze nutritive liquide: la membrana cellulare si introflette, ingloba il liquido e si richiude formando un vacuolo che assorbe la molecola; per fagocitosi, cioè per assunzione di molecole di sostanze nutritive solide: la membrana emette degli pseudopodi intorno al cibo, inglobandolo, quindi si richiude formando, all interno della cellula, un vacuolo digestivo dove il cibo viene attaccato da enzimi, sciolto e assimilato La digestione extracellulare Negli organismi pluricellulari più complessi si ha una digestione extracellulare che avviene in primitivi apparati digerenti. I poriferi e i celenterati sono dotati di cavità in cui circolano le sostanze nutritive, che poi vengono assorbite direttamente dalle varie cellule. bocca celenteron tentacoli 72

20 L apparato digerente 4 intestino Anellidi, molluschi e artropodi presentano un vero e proprio apparato digerente: un lungo tubo via via più complesso dotato di due aperture, la bocca e l ano. All interno di esso il cibo viene digerito e assorbito e successivamente si ha l espulsione dei rifiuti. faringe bocca ano stomaco cavità digerente gozzo stomaco intestino ano bocca bocca ghiandole salivari ano Nei vertebrati si ha il perfezionamento dell apparato digerente che, nel corso della storia evolutiva, si è modificato fino ad arrivare a quello dei primati e quindi dell uomo. Gli uccelli, essendo privi di denti, hanno sviluppato un particolare organo, il ventriglio, detto anche stomaco masticatore; qui si raccoglie il cibo che, mediante le contrazioni delle robuste pareti muscolari e con l aiuto delle pietruzze che l animale ingerisce, viene macinato e inviato allo stomaco vero e proprio, dove verrà reso assimilabile. esofago gozzo o ingluvie ventriglio pancreas stomaco ghiandolare fegato intestino retto I mammiferi erbivori, quali la mucca, la pecora e il cervo, detti ruminanti, hanno un particolare apparato digerente adatto alla loro dieta erbacea. Il loro stomaco è diviso in quattro parti: rumine, reticolo, omaso e abomaso. L erba ingerita viene accumulata, senza essere masticata, nel rumine e nel reticolo; successivamente dal rumine essa verrà rigurgitata più volte nella bocca dove verrà masticata lentamente e quindi di nuovo ingerita nel rumine. Tale processo, detto ruminazione, dura a lungo e ciò permette ai batteri che si trovano nel rumine di digerire la cellulosa presente nei vegetali. Dopo la ruminazione, il bolo passa nell omaso e nell abomaso, dove avviene la digestione gastrica. reticolo cloaca rumine abomaso omaso intestino 73

21 Salute e sicurezza SOS carie, un pericolo per i nostri denti dentina smalto cemento LIBRO DIGITALE schema animato U na malattia tra le più diffuse a livello mondiale è la carie dentaria. Al settimo posto nella graduatoria delle malattie sociali, secondo l OMS (Organizzazione Mondiale della Sanità), in Italia colpisce il 95% della popolazione e il 70% dei bambini con dentatura ancora da latte. carie polpa La carie è causata da alcuni batteri che vivono nella bocca nutrendosi dei residui di cibo che rimangono fra i denti dopo i pasti. Questi batteri trasformano le sostanze zuccherine in acidi in grado di attaccare lo smalto dei denti provocando delle cavità, le carie. Queste cavità raggiungono la dentina e infine la polpa dentaria che, infiammandosi (ascesso alla radice), aumenta di volume e comprime le terminazioni nervose generando il tremendo mal di denti. A questo punto il dente è ormai compromesso e solo il dentista può curarlo e salvarlo. Spesso, però, se si interviene troppo tardi, il dente può essere solo estirpato. Se la carie non viene curata, inoltre, quando i batteri arrivano alla polpa dentaria, possono passare nel sangue provocando malattie anche a carico di altri organi quali il cuore, i reni, le articolazioni ecc. Per la salute dei nostri denti bisogna prevenire questa malattia ricordando di: lavare bene i denti dopo ogni pasto spazzolandoli dall alto verso il basso sia all interno che all esterno e usando, se necessario, il filo interdentale. evitare un consumo eccessivo di cibi ricchi di zuccheri che provocano carie e preferire piuttosto cibi ricchi di vitamina C, quali frutta, agrumi in particolare, e verdura fresca. andare periodicamente dal dentista per un costante controllo dei denti. 74

22 L apparato digerente 4 Adibito alle funzioni della digestione e dell assimilazione è l apparato digerente. Esso è formato: dal canale digerente, un gruppo di organi strettamente collegati: la bocca, la faringe, l esofago, lo stomaco, l intestino tenue e l intestino crasso; dagli organi annessi: i denti, le ghiandole salivari, il fegato e il pancreas, le ghiandole gastriche e le ghiandole enteriche. La bocca è la parte iniziale del tubo digerente ed è costituita da una cavità, il cavo orale, che comunica con l esterno. La faringe è il canale che collega la bocca al tubo digerente vero e proprio. La faringe prosegue verso il basso con l esofago, un canale muscolare lungo circa 25 cm che attraversa il diaframma e scende nella cavità addominale, dove si connette, attraverso una valvola detta cardias, con lo stomaco. Lo stomaco è posto nella parte alta dell addome. Le sue pareti sono formate da robuste fibre muscolari; nella parete interna sono presenti le ghiandole gastriche. Attraverso un altra valvola, il piloro, lo stomaco comunica con l intestino, un lungo tubo aggrovigliato situato nella parte centrale dell addome. Avvolto da una membrana, il peritoneo, si divide in due parti: l intestino tenue e l intestino crasso. I denti, gli organi della masticazione, sono infissi in cavità scavate nelle ossa mascellari, gli alveoli dentari, e formano le arcate dentarie. Le ghiandole salivari sono numerose e suddivise in gruppi secondo la loro posizione: la parotide, la sottolinguale e la sottomascellare. Il fegato è la ghiandola esocrina più voluminosa del nostro organismo; la sua funzione principale è la produzione della bile. Il pancreas è una ghiandola sia esocrina sia endocrina; come ghiandola esocrina produce il succo pancreatico, come ghiandola endocrina riversa nel sangue l insulina e il glucagone. Il processo di trasformazione dei principi nutritivi in sostanze assimilabili è la digestione, un processo di duplice natura, meccanica e chimica, che avviene in tre fasi: in bocca il cibo viene masticato, insalivato e trasformato in bolo, che viene deglutito e, grazie ai movimenti peristaltici, passa dall esofago nello stomaco attraverso il cardias; nello stomaco prosegue la digestione a opera del succo gastrico, che contiene enzimi quali la pepsina (che decompone le proteine in peptoni), la chimosina (che fa coagulare il latte) e la lipasi gastrica (che inizia la scomposizione dei grassi). Il bolo si trasforma quindi in chimo e, attraverso il piloro, passa nell intestino tenue; nell intestino tenue si completa la digestione a opera del succo pancreatico, del succo enterico e della bile, che riducono rispettivamente i peptoni in amminoacidi, i carboidrati in glucosio e i grassi in glicerina e acidi grassi. Il chimo è stato trasformato in chilo, cioè in sostanze assimilabili. L assorbimento avviene in due fasi: nella prima fase, nel digiuno vengono assorbiti attraverso i villi intestinali gli amminoacidi, il glucosio, la glicerina, l acqua e i sali minerali, e attraverso i vasi linfatici gli acidi grassi; nella seconda fase il chilo non assorbito passa nell intestino crasso, dove vengono assorbiti l acqua e i sali minerali. Il materiale che rimane forma le feci, che vengono successivamente espulse. Nelle cellule avviene il processo di assimilazione: le varie sostanze vengono riassemblate per diventare parte integrante dell organismo. 75

23 BIOLOGIA: L UOMO Ricopiale su un quaderno con il loro significato. Apparato digerente Canale digerente Bocca Faringe Esofago Stomaco Intestino Denti Ghiandole salivari Fegato Pancreas Ghiandole gastriche Ghiandole enteriche Denti Palato Ugola Epiglottide Esofago Cardias Piloro Peritoneo Villi Bile Cistifellea Digestione Movimenti peristaltici Idrolisi Enzimi Assorbimento Assimilazione Cio Ciò che sai 1. Completa. Il corpo umano soddisfa la propria necessità di sostanze nutritive e di ossigeno con importantissime funzioni:,,,,, che svolge grazie agli apparati, e 2. A che cosa è adibito l apparato digerente? 4. Quali organi formano il canale digerente? Descrivili. 5. Quali sono gli organi annessi al tubo digerente? Descrivili. 6. Quali sono i principi nutritivi contenuti nel cibo? Da che cosa è formato l apparato digerente? 7. Scrivi il nome delle molecole in cui vengono ridotti: a) le proteine: b) i carboidrati: c) i grassi:

24 L apparato digerente 4 8. Che cosa si intende per digestione? 14. In che cosa consiste la digestione enterica? 9. Qual è la differenza fra digestione meccanica e digestione chimica? 15. Completa. Il cibo: a) prende il nome di bolo dopo b) prende il nome di chimo dopo 10. Che cosa sono e a che cosa servono gli enzimi? c) prende il nome di chilo dopo 16. Descrivi il processo di assorbimento. 11. Descrivi il processo digestivo che avviene in bocca. 17. In che cosa consiste il processo di assimilazione? 12. In che cosa consiste la digestione gastrica? 13. Quali compiti svolgono i seguenti componenti del succo gastrico? a) la pepsina 18. Quali malattie possono colpire l apparato digerente? b) la chimosina c) la lipasi gastrica 19. In che modo possiamo mantenere efficiente il nostro apparato digerente? d) l acido cloridrico 77

25 BIOLOGIA: L UOMO Cio Ciò che sai fare 20. Individua nella seguente figura i vari organi dell apparato digerente. 23. Rispondi alle seguenti domande. a) Per quale motivo lo stomaco produce la mucina? b) A che cosa servono i movimenti peristaltici? c) Dove si trova e a che cosa serve la flora intestinale? d) Perché la parete intestinale è ricoperta dai villi? 24. Individua nella figura il cardias, il piloro, l esofago, lo stomaco e l intestino. 21. Perché gli enzimi sono importanti nel processo digestivo? 25. Individua nella figura il duodeno, il fegato, la cistifellea, il pancreas e il coledoco. 22. In bocca il cibo viene masticato, insalivato e parzialmente digerito. Quali di queste tre funzioni sono meccaniche e quali chimiche? 78