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1 Invito alla natura EDIZIONE ANNUALE SENZA ACTIVE BOOK Volume 1 (pp. 336) + Laboratorio di Fisica e Chimica (pp. 96) codice adozione Volume 2 (pp. 336) codice adozione Volume 3 (pp. 360) codice adozione S. Dequino G. Bo A. Iscra EDIZIONE ANNUALE CON ACTIVE BOOK Volume 1 (pp. 336) + Laboratorio di Fisica e Chimica (pp. 96) + DVD Active Book 1 codice adozione Volume 2 (pp. 336) + DVD Active Book 2 codice adozione Volume 3 (pp. 360) + DVD Active Book 3 codice adozione D Invito alla natura PLUS EDIZIONE TEMATICA CON ACTIVE BOOK codice adozione Volume A (pp. 288) + Laboratorio di Fisica e Chimica (pp. 96) + Volume B (pp. 288) + Volume C (pp. 264) + Volume D (pp. 216) + DVD Active Book PLUS edizione con LABORATORIO di FISICA e CHIMICA edizione PLUS EDIZIONE TEMATICA codice adozione Volume A (pp. 288) + Laboratorio di Fisica e Chimica (pp. 96) + Volume B (pp. 288) + Volume C (pp. 264) + Volume D (pp. 216) Il corpo umano È il sistema aperto di prodotti e servizi per l attività didattica, che parte dal libro di testo e ne amplifica le potenzialità formative grazie alla tecnologia digitale. DIGILIBRO Il materiale online del libro misto secondo le disposizioni di legge Quest opera, secondo le disposizioni di legge, ha forma mista cartacea e digitale, è parzialmente disponibile in internet e rimarrà immutata, nella sua parte cartacea, per il periodo di tempo indicato dalle normative. Per la durata di vita dell edizione saranno periodicamente resi disponibili materiali di aggiornamento. Le parti dell opera disponibili online sono: gli aggiornamenti disciplinari l eserciziario interattivo le sintesi delle unità in mp3 le mappe concettuali le simulazioni di esperimenti di laboratorio le attività di laboratorio le animazioni di fenomeni e processi scientifici Per accedere ai materiali, collegarsi al sito etext La versione online scaricabile da internet LIMBOOK Il libro sfogliabile e interattivo con materiali multimediali per fare lezione con la LIM o con PC e videoproiettore Quest opera è acquistabile anche nella versione online, sul sito C paravia marchio della Pearson Italia S.p.A Torino - Corso Trapani, volumi indivisibili A + Lab + B + C + D La versione sfogliabile del libro, arricchita con ulteriori strumenti per la lezione. Tutte le informazioni sulle estensioni digitali del libro su: Il corpo umano Pearson Digital System C S. Dequino G. Bo A. Iscra Invito alla natura paravia

2 3. Le principali ossa dello scheletro 24 Lo scheletro umano. Nello scheletro della faccia si trovano inoltre la mascella e la mandibola. Esse, assieme ai denti, sono organi indispensabili per la masticazione dei cibi. La mandibola è l unico osso mobile del cranio. Il tronco La colonna vertebrale è formata da piccole ossa chiamate vertebre. Tra una vertebra e l altra si trova un cuscinetto di cartilagine chiamato disco intervertebrale. Grazie a questi dischi, morbidi come la gomma, possiamo piegare la schiena in tutte le direzioni. I dischi inoltre assorbono i colpi impedendo alle vertebre di schiacciarsi l una contro l altra quando, per esempio, solleviamo un peso o facciamo un salto. Le parti dello scheletro Nello scheletro umano possiamo individuare tre parti: la testa, il tronco e gli arti. Lo scheletro della testa comprende le ossa del cranio. Lo scheletro del tronco comprende la colonna vertebrale, le costole e lo sterno. Lo scheletro degli arti comprende le ossa delle braccia e delle mani, quelle delle gambe e dei piedi, il cinto scapolare (in corrispondenza delle spalle che comprende scapola e clavicola) e il cinto pelvico (in corrispondenza delle anche che comprende le ossa del bacino). La testa Il cranio è formato da diverse ossa che si incastrano fra di loro come i pezzi di un puzzle. Le giunture che collegano le ossa del cranio si chiamano suture. La funzione del cranio non è soltanto quella di proteggere il cervello. Il cranio infatti comprende, oltre alla calotta che racchiude il cervello, anche lo scheletro della faccia. Quest ultimo ospita importanti organi di senso come gli occhi, il naso e le orecchie. cavità nasale mascella mandibola curvatura cervicale disco intervertebrale curvatura lombare osso sacro calotta coccige vista frontale vista laterale sutura osso frontale cavità orbitale osso nasale osso zigomatico sfenoide curvatura dorsale osso parietale Le ossa del cranio. osso temporale osso occipitale Le vertebre sono forate al centro e formano un tubo detto canale vertebrale. Il canale vertebrale ospita e protegge il midollo spinale, un lungo cordone di tessuto nervoso che collega il cervello alla rete di nervi sparsa in tutto il corpo. Le ultime 9 vertebre sono saldate assieme, in due gruppi: 5 formano l osso sacro e 4-5 formano il coccige. L osso sacro è di fondamentale importanza: attraverso di esso infatti, la parte superiore del corpo si appoggia sugli arti inferiori. Le ossa della colonna vertebrale.

3 U2 Il sostegno e il movimento La gabbia toracica è costituita da 12 paia di costole. Le costole sono ossa piatte e curve che formano una struttura protettiva intorno ai polmoni e al cuore. Sul lato posteriore, esse si collegano alla colonna vertebrale. Sul lato anteriore le prime 10 paia di costole si uniscono allo sterno mentre le ultime 2 paia sono libere. Se la gabbia toracica fosse troppo rigida sarebbe impossibile o molto difficoltoso respirare. Infatti i polmoni, durante la respirazione, si dilatano e si contraggono migliaia di volte al giorno. Per questo motivo le costole si uniscono allo sterno tramite bande di cartilagine. Grazie a questo tessuto resistente e allo stesso tempo elastico la gabbia toracica può dilatarsi e contrarsi con una certa facilità. sterno costola Le ossa della gabbia toracica. Gli arti clavicola costole libere banda di cartilagine Nell arto superiore si distinguono tre parti: il braccio, l avambraccio e la mano. scapola braccio Lo scheletro del braccio, che va dalla spalla al gomito, è costituito da un solo osso, l omero. Lo scheletro dell avambraccio, che va dal gomito al polso, comprende il radio e l ulna. La mano infine è costituita da ben 27 ossa: le ossa del carpo, quelle del metacarpo e le falangi. omero radio ulna carpo avambraccio Gli arti inferiori sono collegati alla colonna vertebrale mediante il cinto pelvico (bacino) che è costituito dalle due anche, ognuna formata dalla fusione di tre ossa: ileo, ischio, pube. Lo scheletro dell arto superiore e del cinto toracico. metacarpo falangi mano osso dell anca Nell arto inferiore si distinguono tre parti: la coscia, la gamba e il piede. Lo scheletro della coscia, che va dall anca al ginocchio, è costituito da un solo osso, il femore, l osso più lungo di tutto lo scheletro. femore coscia Lo scheletro della gamba, che va dal ginocchio alla caviglia, comprende la tibia e il perone. Il piede è costituito da ben 26 ossa: le ossa del tarso, quelle del metatarso e le falangi. Lo scheletro dell arto inferiore e del cinto pelvico. rotula tibia calcagno tarso perone metatarso falangi gamba piede 25

4 premolari molari canino incisivi canino incisivo canino premolare molare Un arcata dentaria. I denti Come sai, noi cambiamo i denti una sola volta nella vita. Tra i sei mesi e i tre anni di vita, nascono i denti decidui o di latte, che sono soltanto 20. Successivamente questi cadono, sotto la spinta dei denti permanenti che stanno crescendo. Entro i 12 anni di età la nostra dentatura è formata da 28 denti e successivamente nasceranno gli ultimi 4 molari, chiamati anche denti del giudizio. La dentatura definitiva dell adulto è quindi costituita da 32 denti. Essi sono disposti in modo da formare due arcate dentarie simmetriche, costituite da 16 denti ciascuna. I denti dell arcata inferiore sono infissi nella mandibola, quelli dell arcata superiore sono infissi nella mascella. La dentatura umana comprende i quattro tipi di denti: incisivi, canini, premolari e molari. Partendo dalla zona centrale della bocca e procedendo verso i lati troviamo, in ciascuna arcata dentaria: premolari 4 incisivi, a forma di scalpello e 2 canini, appuntiti, adatti ad afferrare e tagliare il cibo; molari 4 premolari e 6 molari, adatti a triturare il cibo riducendolo a pezzetti tanto piccoli da poter essere inghiottiti. La nostra è una dentatura adatta all alimentazione onnivora. Infatti, essendo formata da diversi tipi di denti, può servire per rosicchiare e masticare qualunque tipo di cibo: carne, foglie, radici e frutti, sia cotti sia crudi. Com è fatto un dente? Osserviamo, per esempio, un premolare. Si riconoscono tre parti: la corona, il colletto e la radice. La corona è la parte visibile del dente, quella che sporge dalla gengiva; il colletto è la parte del dente ricoperta dalla gengiva; la radice è la parte del dente che si impianta nell osso del cranio. Un dente in sezione. smalto gengiva dentina polpa osso della mandibola I denti sono costituiti da uno speciale tessuto osseo chiamato dentina o avorio. La corona è ricoperta di smalto, la sostanza più dura del corpo umano. Nella parte più interna di ciascun dente si trova la polpa, un tessuto delicato e sensibile ricco di nervi e vasi sanguigni. CHECKPOINT Quali sono le tre parti dello scheletro? Qual è l unico osso mobile del cranio? Quali ossa formano la gabbia toracica? 26

5 U2 Il sostegno e il movimento 4. Le articolazioni e i legamenti Tipi di articolazioni Il punto in cui due ossa si incontrano si chiama articolazione. Le articolazioni sono indispensabili per il movimento del corpo umano. Ne esistono tre tipi: articolazioni mobili, semimobili e fisse. Le articolazioni mobili sono quelle che consentono alle ossa ampi movimenti. Assomigliano a congegni meccanici e prendono nomi diversi a seconda della loro forma. Le articolazioni delle dita, dei gomiti e del ginocchio, per esempio, consentono un movimento simile a quello di uno sportello che si apre e si chiude, perciò si chiamano articolazioni a cardine (o cerniera). Nel ginocchio, in particolare, è presente la rotula, un piccolo osso che impedisce alla gamba di piegarsi in avanti. L articolazione della spalla consente di ruotare il braccio in tutte le direzioni e si chiama articolazione a palla e buca (o sferica). Le articolazioni semimobili consentono alle ossa movimenti piuttosto modesti. Sono semimobili, per esempio, le articolazioni tra una vertebra e l altra che sono articolazioni scorrevoli. Le vertebre infatti possono ruotare leggermente, scivolando l una sull altra. Un altro esempio è l articolazione della caviglia. Articolazione scorrevole (caviglia). Articolazione sferica (spalla). Le articolazioni fisse, infine, sono quelle che non permettono alcun movimento alle ossa. Le suture del cranio sono esempi di articolazioni fisse. Articolazione a cerniera (ginocchio). 27

6 La struttura delle articolazioni mobili Le articolazioni mobili sono delle piccole meraviglie meccaniche e biologiche. Devono consentire ampi movimenti senza attrito e nello stesso tempo mantenersi stabili, con le ossa sempre ben unite fra di loro. Osserviamo per esempio l articolazione del ginocchio nella quale si incontrano l osso della coscia (femore) e un osso della gamba (tibia). Come sono tenute assieme le due ossa? Le ossa delle articolazioni sono tenute al loro posto da fasci di fibre chiamati legamenti. Se non ci fossero i legamenti le ossa, a ogni minimo sforzo, andrebbero fuori posto rendendo impossibile ogni movimento. Come si riduce l attrito? La testa del femore e quella della tibia sono rivestite da due cuscinetti di cartilagine chiamati menischi. La cartilagine è molto liscia perciò riduce l attrito e rende i movimenti più scorrevoli. Se non ci fosse lo strato di cartilagine, le ossa, strisciando le une sulle altre, si danneggerebbero in breve tempo con dolori fortissimi. Purtroppo la cartilagine non ha una buona capacità di ripararsi quando è danneggiata, per questo gli sportivi hanno il terrore delle lesioni al menisco. Esiste una forma di lubrificazione? Le articolazioni mobili sono avvolte da una membrana piena di liquido sinoviale che è un efficace lubrificante. Il liquido sinoviale riduce ulteriormente l attrito fra le cartilagini. Articolazione del ginocchio (vista di lato). femore rotula liquido sinoviale cartilagine T CHECKPOIN tipo di o per ciascun Fai un esempi obile e fissa. im m : mobile, se ne io az ol tic ar enti? rvono i legam A che cosa se 28 ZOOM tibia La cartilagine La cartilagine è un tessuto connettivale a funzione di sostegno e protezione ricco di fibre collagene. Dotata di resistenza e di una certa elasticità è molto più resistente alla pressione e alla trazione che non alla flessione. Nell uomo costituisce la maggior parte dello scheletro per un certo periodo della vita embrionale; successivamente viene quasi tutta gradatamente sostituita dal tessuto osseo. Permane sulle superfici articolari delle ossa, va a costituire le cartilagini costali, nasali, tracheali e bronchiali.

7 U2 Il sostegno e il movimento 5. La struttura e le funzioni del sistema muscolare La classificazione dei muscoli I muscoli sono gli organi attivi del movimento. Si collegano alle ossa per mezzo dei tendini ed esercitano le forze necessarie per compiere tutti i movimenti: camminare, correre, saltare, afferrare oggetti, sorridere, masticare. Essi sono indispensabili anche per muovere gli occhi, parlare e respirare. Inoltre, dentro il nostro corpo esistono muscoli che funzionano indipendentemente dalla nostra volontà. Il cuore, per esempio, è un muscolo. Le pareti dello stomaco e dell intestino sono ricche di muscoli che servono a mescolare i cibi durante la digestione. Sai quanti muscoli abbiamo? Più di 650 e costituiscono circa la metà del nostro peso. Osservando al microscopio vari tipi di tessuto muscolare, si scopre che sono tutti costituiti da cellule allungate elastiche, capaci di contrarsi (accorciarsi) e di rilassarsi. Tali cellule, però, non hanno lo stesso aspetto in tutti i muscoli. In base alla struttura delle cellule, i muscoli si classificano in tre tipi: muscolo scheletrico, muscolo cardiaco e muscolo liscio. I muscoli scheletrici sono quelli collegati alle ossa e consentono di muovere secondo la nostra volontà la testa, gli arti e la colonna vertebrale e tutte le altre parti dello scheletro. Per la struttura delle loro cellule si chiamano anche muscoli striati. Il muscolo cardiaco fa funzionare il cuore come una pompa. È del tipo striato come i muscoli scheletrici, ma ha una struttura leggermente diversa. I muscoli lisci controllano i movimenti di alcuni organi interni quali lo stomaco e l intestino. Tutti i muscoli sono attraversati da vasi sanguigni (vene, arterie, capillari) e nervi: questo perché hanno bisogno di carburante, che ricavano dal sangue, e di stimoli, che ricevono dal sistema nervoso per mezzo dei nervi. Il loro carburante è formato da due componenti principali: lo zucchero (glucosio) e l ossigeno. Il compito di ricavare energia dal glucosio e dall ossigeno spetta ai mitocondri, organelli che si possono considerare le centrali energetiche delle cellule. 29

8 I muscoli scheletrici Proviamo a muovere un braccio, a chiudere e aprire le mani, a disegnare un fiore. Per eseguire queste azioni, noi utilizziamo alcuni muscoli che muovono le ossa dello scheletro obbedendo alla nostra volontà. Per questo motivo si chiamano muscoli scheletrici e sono muscoli volontari. I muscoli scheletrici sono formati da fibre cilindriche molto lunge e disposte in fasci paralleli con grande regolarità. Ciascuna fibra è un unica cellula dotata di centinaia di nuclei. Si chiamano anche muscoli striati perché le fibre, viste al microscopio, appaiono attraversate da strisce trasversali di colore più scuro (striature). Queste fibre sono unite assieme in fasci e vari fasci formano un muscolo. Ogni muscolo è considerato un organo del sistema muscolare. I muscoli scheletrici sono veloci e potenti ma non hanno molta resistenza. Struttura di un muscolo scheletrico. guaina esterna di tessuto connettivo fibroso miofibrilla cellula (o fibra) muscolare 30 fascio di cellule muscolari

9 U2 Il sostegno e il movimento Il muscolo del cuore Il nostro cuore inizia a battere prima della nascita e continua per tutta la vita senza mai fermarsi. È costituito da un tessuto muscolare striato ma è un muscolo involontario, cioè è indipendente dalla nostra volontà. È l unico muscolo del corpo umano capace di funzionare automaticamente cioè di contrarsi da sé, senza alcuno stimolo nervoso esterno. Le sue contrazioni ritmiche, chiamate pulsazioni, servono a far circolare il sangue nelle arterie, nelle vene e nei capillari di tutto il corpo. In un adulto, in condizioni di riposo, le pulsazioni sono circa 70 al minuto. Ciò corrisponde a circa battiti al giorno ovvero 37 milioni di battiti all anno! La frequenza delle pulsazioni non è costante ma può aumentare o diminuire per far fronte alle esigenze dell organismo. Per esempio, il ritmo del cuore diventa più veloce quando facciamo uno sforzo, quando abbiamo la febbre alta e anche quando si provano forti emozioni come paura, rabbia, gioia. Il ritmo invece è più lento quando siamo a riposo. Tessuto muscolare cardiaco. I muscoli lisci I muscoli lisci sono costituiti da cellule allungate, dotate di un solo nucleo e riunite in piccoli fasci. Si chiamano così perché, visti al microscopio, non presentano striature. Inoltre sono muscoli involontari, cioè si muovono indipendentemente dalla nostra volontà, sotto il controllo del sistema nervoso autonomo. I muscoli lisci si contraggono lentamente ma hanno moltissima resistenza, cioè non si stancano mai. Nel corpo umano, si trovano nello stomaco, nell intestino, nei reni, nelle arterie e in altri organi interni. T CHECKPOIN li e tipi di musco Quali sono i tr o? an o nel corpo um che si trovan letrici? i muscoli sche no so sa co he C del muscolo caratteristiche Quali sono le cardiaco? o involontari? no volontari so ci lis li co I mus Tessuto muscolare liscio. 31

10 ZOOM I principali muscoli scheletrici video ON LINE Le figure di questa pagina rappresentano il sistema muscolare. In essa troverai i nomi dei principali muscoli e le loro rispettive funzioni. Muscoli facciali Determinano i movimenti della mimica facciale come corrugare la fronte, ridere, aprire e chiu - dere gli occhi, muovere le labbra per parlare. Massetère Solleva la mandibola durante la masticazione. Sternocleidomastoideo I due sternocleidomastoidei ruotano il capo a destra o a sinistra oppure in avanti. Pettorale Porta in avanti il braccio ed entra in azione durante l inspirazione profonda sollevando la cassa toracica. Bicipite Flette l arto superiore. Obliquo dell addome Collabora all espirazione abbassando le costole e comprimendo il torace. Retto dell addome Piega in avanti il tronco, comprime gli organi addominali, collabora all espi - razione e all espulsione delle feci. Sartorio Assieme ad altri muscoli ruota la coscia verso l esterno. Quadricipite femorale Estende l arto inferiore. 32

11 U2 Il sostegno e il movimento Trapezio I due trapezi muovono la testa all indietro o lateralmente ed alzano le spalle. Deltoide Solleva il braccio e collabora con altri muscoli nel farlo ruotare. Grande dorsale Ruota il braccio all indietro. Tricipite Estende l arto superiore. Flessori ed estensori della mano I flessori chiudono le dita mentre gli estensori le aprono. Bicipite femorale Flette l arto inferiore. Gastrocnemio È un muscolo molto potente che si inserisce nel calcagno ed estende il piede verso il basso. Fornisce la forza di propulsione necessaria per camminare, correre, saltare. Flessori ed estensori del piede Flettono ed estendono le dita del piede. 33

12 6. I movimenti I muscoli e il movimento I principali movimenti realizzati dai muscoli scheletrici sono cinque: flessione, estensione, abduzione, adduzione e rotazione. flessione estensione La flessione si ha quando avviciniamo fra di loro due ossa di un articolazione. I muscoli che rendono possibili le flessioni si chiamano muscoli flessori. Per esempio, il bicipite fa flettere l avambraccio sull articolazione del gomito, il sartorio fa flettere la gamba sull articolazione del ginocchio, i muscoli flessori della mano fanno chiudere il pollice e le altre dita. L estensione è il movimento opposto della flessione e si ha quando allontaniamo fra di loro due ossa di un articolazione. I muscoli che rendono possibili le estensioni si chiamano muscoli estensori. Per esempio, il tricipite estende l articolazione del gomito, il quadricipite estende l articolazione del ginocchio, i muscoli estensori della mano fanno aprire il pollice e le altre dita. L abduzione si ha quando un arto si allontana dalla linea mediana del corpo. I muscoli che rendono possibili le abduzioni si chiamano muscoli abduttori. Per esempio, il deltoide fa sollevare il braccio, il tensore della fascia alta fa alzare la gamba lateralmente. abduzione L adduzione è il movimento opposto dell abduzione e si ha quando un arto si avvicina alla linea mediana del corpo. I muscoli che rendono possibili le adduzioni si chiamano muscoli adduttori. Per esempio, il trapezio e il pettorale fanno abbassare il braccio, gli adduttori dell anca fanno abbassare la gamba. adduzione La rotazione si ha quando ruotiamo una parte del corpo. I muscoli che rendono possibili le rotazioni si chiamano muscoli rotatori. Per esempio, i due sternocleidomastoidei fanno ruotare la testa verso destra o verso sinistra. Nella testa, inoltre, si trovano i muscoli mimici (o pellicciai), chiamati così perché muovono la pelle del volto permettendoci di fare le più diverse espressioni come sorridere, piangere, corrugare la fronte, stringere le labbra, aprire e chiudere gli occhi, dilatare il naso e così via. 34

13 U2 Il sostegno e il movimento I muscoli antagonisti Noi utilizziamo i muscoli per compiere le azioni più disparate. Possiamo, per esempio, tirare una fune o spingere un automobile. Essi, però, sono in grado di compiere soltanto due azioni: contrarsi e rilassarsi. Quando un muscolo si contrae, esercita una forza di trazione, cioè tira come un fascio di elastici tesi. Un muscolo rilassato invece non esercita alcuna forza. I muscoli possono soltanto tirare, non possono spingere. Com è possibile, allora, realizzare due movimenti opposti, come per esempio flettere ed estendere l avambraccio? Questi due movimenti sono determinati da due muscoli contrapposti: il bicipite e il tricipite. Quando fletti l avambraccio, il bicipite si contrae e il tricipite si rilassa. Quando estendi l avambraccio, accade il contrario, cioè il bicipite si rilassa e il tricipite si contrae. In generale, i muscoli che concorrono a un movimento con azioni opposte e contemporanee, si chiamano muscoli antagonisti. Quando uno si accorcia, l altro si allunga e viceversa. POSIZIONE DI PARTENZA il braccio è a riposo il bicipite e il tricipite sono rilassati Il bicipite è un grosso muscolo che serve a flettere l articolazione del gomito, cioè ad avvicinare l avambraccio al braccio. È collegato, per mezzo di robusti tendini, da una parte al radio e dall altra alla scapola e all omero. Quando fletti l avambraccio, il bicipite si contrae, tira il radio e lo costringe a ruotare sull articolazione del gomito. Quando sollevi una sedia o ti arrampichi su una fune utilizzi soprattutto i bicipiti. FLESSIONE DEL GOMITO il bicipite si contrae Il tricipite è un muscolo che serve a estendere l articolazione del gomito, cioè ad allontanare l avambraccio dal braccio. È collegato da una parte all ulna e dall altra alla scapola e all omero. Quando estendi l avambraccio, il tricipite si contrae, tira l ulna e la costringe a ruotare sull articolazione del gomito. Quando spingi un automobile o fai i piegamenti sulle braccia, usi soprattutto i tricipiti. il tricipite si rilassa ESTENSIONE DEL GOMITO il bicipite si rilassa il tricipite si contrae 35

14 Il muscolo della respirazione: il diaframma Il diaframma è un muscolo largo e piatto che separa la cavità toracica da quella addominale. Sopra il diaframma si trovano i polmoni e il cuore e sotto di esso si trovano lo stomaco, il fegato, l intestino e gli altri organi dell addome. Il diaframma, assieme ai muscoli intercostali e a quelli addominali, determina i movimenti della respirazione. Nel canto, per esempio, è fondamentale avere un buon controllo di questo muscolo. Il tenore Luciano Pavarotti. polmoni diaframma ZOOM 36 Durante l inspirazione il diaframma si contrae abbassandosi mentre le costole si alzano e si allargano sotto l azione dei muscoli intercostali. In questo modo la cavità toracica si espande e i polmoni si riempiono d aria. Inspirazione. polmoni diaframma Durante l espirazione il diaframma si rilassa e viene spinto verso l alto dai muscoli addominali che si contraggono. Contemporaneamente si rilassano anche i muscoli intercostali perciò la cassa toracica si riduce e i polmoni, di conseguenza, si svuotano. Espirazione. Il meccanismo di contrazione muscolare Le fibre che compongono i muscoli striati sono costituite da moltissimi filamenti, detti miofibrille. Ogni miofibrilla è formata da due tipi di filamenti, spessi e sottili, che si incastrano fra di loro. I filamenti più spessi sono costituiti da una proteina chiamata miosina mentre quelli più sottili sono costituiti da un altra proteina chiamata actina. Durante la contrazione muguaina esterna tratto di miofibrilla scolare, l actina e la miosina di tessuto miofibrilla connettivo fibroso scivolano l una sull altra, esercitando una piccolissicellula filamento filamento ma forza. La somma di mi(o fibra) di actina di miosina lioni di queste piccole forze muscolare che agiscono insieme, dà la forza totale del muscolo. fascio di L actina e la miosina utilizmuscolo rilassato cellule zano per contrarsi l energia muscolari prodotta dai mitocondri. muscolo contratto Il meccanismo di contrazione muscolare.

15 U2 Il sostegno e il movimento Tre tipi di leve nel corpo umano Le ossa, le articolazioni e i muscoli funzionano come delle leve. Vediamo tre esempi. Quando rivolgiamo la testa verso l alto, il cranio funziona come una leva di 1 genere: articolazione il fulcro si trova nell articolazione del cranio e della prima vertebra cervicale; la resistenza è il peso della testa; la potenza è esercitata dal muscolo trapezio sull osso occipitale. F P osso occipitale Leva di 1 genere. R trapezio Quando camminiamo, il piede funziona come una leva di 2 genere: il fulcro si trova sulla punta del piede; la resistenza è il peso del corpo che si appoggia sull articolazione del perone; la potenza è esercitata dal muscolo gastrocnemio sull osso del calcagno. P R articolazione F Leva di 2 genere. gastrocnemio calcagno F = fulcro P = potenza R = resistenza Quando solleviamo un oggetto, l avambraccio si comporta come una leva di 3 genere: il fulcro si trova nell articolazione del gomito; la resistenza è il peso da sollevare; la potenza è esercitata dal muscolo bicipite sul radio. Leva di 3 genere. Le leve che si trovano nel corpo umano sono quasi tutte svantaggiose. Ciò significa che le forze esercitate dai muscoli e sopportate dalle ossa sono molto maggiori delle resistenze da vincere. R bicipite radio P F MATHLINK articolazione Quanta forza esercitano i muscoli? Quando ci alziamo sulle punte dei piedi, il piede funziona come una leva di 2 genere. Dove si trova il fulcro? Dove si esercita la resistenza? Dove si esercita la potenza e da quale muscolo? La leva è vantaggiosa o svantaggiosa? Utilizzando i dati della figura, calcola l intensità della forza esercitata dal muscolo per tenere sollevato sulla punta di un piede un uomo del peso di 85 kg. 4,5 cm 18 cm CHECKPOINT Che differenza c è fra il movimento di flessione e quello di adduzione? Che cosa sono i muscoli antagonisti? Qual è il principale muscolo della respirazione? Come avviene la contrazione di un muscolo? Quando ti alzi sulle punte dei piedi, quale genere di leva applichi? 37

16 scienza e... SALUTE I traumi Traumi alle ossa e alle articolazioni i tessuti circostanti possono essere danneggiati osso lussato La distorsione è la lesione di un articolazione dovuta a un movimento forzato, per esempio la classica storta al piede e la distorsione del polso. Come primo soccorso si può immobilizzare l articolazione con una semplice fasciatura e applicare la borsa del ghiaccio. Se il dolore però è molto forte, se la parte colpita si gonfia a vista d occhio o se l articolazione è fuori posto, potrebbe essersi verificata una frattura o una lussazione. L unica cosa da fare in attesa dell intervento del medico è di immobilizzare le parti colpite cercando di non provocare dolore. La lussazione è una grave lesione di un articolazione a seguito della quale le ossa non tornano più al loro posto (per esempio la lussazione di un dito). La frattura è la rottura di un osso. Può essere chiusa quando non ci sono lesioni alla pelle, esposta quando l estremità di un osso rotto esce all esterno, complicata quando ci sono lesioni alle vene, alle arterie o ad altri organi interni. Una frattura esposta è molto pericolosa perché può provocare emorragie e gravi infezioni. Frattura chiusa Frattura esposta Frattura complicata Traumi ai muscoli La contusione è una lesione della pelle e dei muscoli, senza uscita di sangue, prodotta dall urto più o meno violento con un oggetto rigido, detto corpo contundente. Se l urto non è stato troppo violento, si applica ghiaccio o impacchi di acqua fredda. In caso contrario è indispensabile l intervento del medico. Il crampo è una contrazione involontaria e dolorosa di un muscolo. Può verificarsi in qualunque muscolo scheletrico, ma di solito colpisce i muscoli del polpaccio. A che cosa sono dovuti i crampi muscolari? Durante uno sforzo intenso e prolungato, l ossigeno apportato dal sangue può diventare insufficiente. In questo caso i mitocondri riescono ugualmente a ricavare energia dal glucosio ma producono un altra sostanza di rifiuto, l acido lattico, che si accumula nei muscoli stessi. Se lo sforzo continua, l accumulo di acido lattico blocca i muscoli e può causare i crampi muscolari, accompagnati da forti dolori. In questi casi bisogna fermarsi a riposare e massaggiare il muscolo dolorante. Quando l acido lattico sarà stato portato via dal sangue, essi potranno riprendere a funzionare come prima. L esercizio fisico migliora la circolazione del sangue e rende i muscoli più resistenti agli sforzi prolungati. Lo stiramento è un allungamento eccessivo di un muscolo dovuto a uno sforzo improvviso o a uno scatto motorio. Può essere aggravato dalla rottura di fibre muscolari. Il dolore, all inizio può essere sopportabile, ma poi diventa intenso, una volta concluso lo sforzo. 38

17 scienza e... SALUTE Malattie degenerative delle ossa e dei muscoli Artrosi e artrite L artrosi è una malattia molto dolorosa che può colpire tutte le articolazioni dello scheletro, ma soprattutto quelle della colonna vertebrale, delle ginocchia e delle dita. Le cartilagini delle articolazioni si consumano e i movimenti diventano sempre più difficili. In certi casi, le ossa di un articolazione si fondono assieme rimanendo completamente immobilizzate. L artrosi è la malattia più frequente negli anziani, infatti gli esami ai raggi X (radiografie) dimostrano che l 87% delle donne e l 83% degli uomini di età compresa tra i 55 e i 65 anni presentano già i primi segni di questa malattia. Per ridurre il rischio dell artrosi è necessario mantenere il peso-forma e fare un po di attività fisica ogni giorno, per tutta la vita. In questo modo tutte le articolazioni rimarranno sempre vitali ed elastiche. Che differenza c è fra artrite e artrosi? L artrite e l artrosi provocano entrambe dolori alle giunture ma sono malattie molto diverse. L artrite è una semplice infiammazione delle articolazioni che si cura con farmaci antinfiammatori e guarisce completamente. L artrosi, invece, è una malattia degenerativa: ciò significa che tende inevitabilmente a peggiorare nel tempo e non esiste, per ora, una cura capace di farla regredire. La distrofia di Duchenne La distrofia muscolare dell infanzia (o di Duchenne) è una malattia genetica degenerativa dei muscoli che si manifesta nei bambini già a partire dal primo anno di età. La malattia colpisce inizialmente i muscoli delle gambe e del bacino fino a paralizzarli completamente. Entro gli 11 anni di età, il paziente è costretto all uso della sedia a rotelle. Con il progredire della malattia, la paralisi si estende a tutti i muscoli striati e in particolare a quelli della respirazione e al cuore. Nella maggior parte dei casi, la morte sopraggiunge prima che il paziente abbia compiuto 25 anni. Purtroppo non esiste ancora una cura efficace per questa malattia. È possibile soltanto prolungare la vita del malato attraverso la fisioterapia, e interventi sul cuore e sulla respirazione. È inoltre molto importante aiutare la persona a condurre il più a lungo possibile una vita normale. 39

18 U2 zona lab Il sostegno e il movimento Un muscolo non è mai solo nel produrre un movimento Tutti i nostri movimenti, anche quelli più semplici, sono resi possibili dall intervento di più muscoli che agiscono insieme. Realizza le azioni elencate qui sotto cercando di capire quali ossa stai muovendo e quali muscoli entrano in gioco. Spremere un arancia con lo spremiagrumi. Scrivere. Andare in bicicletta. Camminare. Ti renderai conto che anche per compiere azioni apparentemente semplici, è necessaria la cooperazione di molti muscoli. Per esempio, per spremere un arancia devi utilizzare i muscoli flessori delle dita per stringere il frutto, i muscoli rotatori dell avambraccio per farlo ruotare, il tricipite per premerlo sullo spremiagrumi. La cooperazione di più muscoli per compiere un azione si chiama sinergia. Come estrarre i sali minerali dall osso Le ossa sono elastiche e incredibilmente resistenti. Il femore, per esempio può sopportare il peso di ben 15 q senza rompersi! Come abbiamo visto, la durezza dell osso è dovuta ai sali minerali. La sua elasticità invece è dovuta a una sostanza organica ricca di collagene, chiamata osseina. Con questo esperimento imparerai a estrarre i sali minerali dell osso con il metodo della calcinazione che consiste nel riscaldamento di un 1 oggetto per allontanarne tutte le sostanze volatili. Procurati una costola di vitello dal macellaio oppure conserva un feo N RES E TOFF more di pollo. MATERIALE OCCORRENTE un osso di animale bilancia fornello a gas o ad alcol ossicino pinzette pinzette un piatto un cucchiaio ESECUZIONE 40 1 Pesa un piccolo osso, annotando il risultato, e poi tienilo sopra una fiamma. Che cosa osservi? 2 Pesa nuovamente l osso. Esso ha conservato la sua forma ma ha perso circa un terzo del peso. 3 Metti l osso su un piatto e schiaccialo con un cucchiaio. L osso si sgretola con facilità, come un grissino. OSSERVAZIONE E SPIEGAZIONE La fiamma ha bruciato l osseina e ha fatto evaporare l acqua. Ciò che è rimasto è la parte minerale dell osso, costituita prevalentemente da calcio, magnesio e fosforo. 2 O N RES E TOFF 3

19 Come estrarre l osseina dall osso MATERIALE OCCORRENTE un osso di animale mezzo litro di aceto bilancia bicchiere di vetro 1 ESECUZIONE 1 Pesa un osso e mettilo in un bicchiere di vetro. 2 Versa dell aceto nel barattolo fino a ricoprire completamente l osso. 3 Dopo tre giorni estrai l osso con una pinza e lavalo sotto l acqua corrente. 4 Prova a piegare l osso. Vedrai che è diventato morbido e flessibile come un pezzo di gomma. 5 Pesa nuovamente l osso. Esso ha conservato la sua forma ma ha perso circa due terzi del peso. OSSERVAZIONE E SPIEGAZIONE L acido presente nell aceto ha sciolto i sali minerali contenuti nell osso. È rimasta l osseina, una componente organica dell osso che, essendo costituita per il 95% da fibre collagene, conferisce elasticità alle ossa. Disegnare lo scheletro della mano MATERIALE OCCORENTE un foglio da disegno una matita ESECUZIONE 1 Appoggia una mano su un foglio e con l altra ricalcane la forma. 2 Utilizza il disegno che hai fatto e le illustrazioni di questo libro per tracciare lo scheletro della mano. 1 OSSERVAZIONE E SPIEGAZIONE Quante ossa hai disegnato? Quante sono le ossa del carpo? Quante articolazioni mobili puoi contare? Come classificheresti le articolazioni del carpo: mobili, semimobili o fisse? Sperimentare l importanza delle articolazioni Anche un azione facile come bere un bicchier d acqua può diventare difficilissima se abbiamo le braccia ingessate! Per capire l importanza delle articolazioni mobili puoi sperimentare come cambia la vita se dobbiamo rinunciarvi anche per un brevissimo periodo. Che cosa accadrebbe se non esistesse l articolazione del ginocchio? Prova a compiere diverse azioni tenendo le gambe dritte e rigide, senza piegare le ginocchia, come se fossero ingessate. Riesci a camminare con facilità? A correre? A sederti? Ad andare in bicicletta? Che cosa accadrebbe se non esistesse l articolazione del gomito? Prova a compiere diverse azioni tenendo le braccia dritte e rigide, senza piegare i gomiti. Riesci a scrivere con facilità? A mangiare una bella pastasciutta? A grattarti la testa? Quali azioni non riusciresti più a compiere se non ci fossero le articolazioni delle dita? 1 41

20 sintesi attiva U2 audio ON LINE Il sostegno e il movimento Inserisci nel testo che segue le parole chiave mancanti elencate al fondo. ossa 1. A che cosa serve lo scheletro? Lo scheletro è formato dall insieme delle.., unite articolazioni. Le diverse ossa del corpo umano hanno cinque funzioni fra di loro per mezzo di. principali: sostegno,, protezione,. e produzione del sangue. 2. Robustezza e struttura delle ossa. La robustezza delle ossa è dovuta ai mentre la loro elasticità è dovuta al.. Le ossa sono rivestite da una membrana, il... Al loro interno si riconoscono due diversi tessuti: l osso.. e l osso compatto. Le cavità dell osso spugnoso contengono il nel quale si sviluppano le cellule del sangue. 3. Le principali ossa dello scheletro. Lo scheletro della testa comprende la. e le ossa della faccia. Lo scheletro del tronco comprende la colonna vertebrale, le e lo sterno. Lo scheletro degli arti comprende le ossa delle braccia (., radio e.) e delle mani (., falangi), quelle delle gambe (femore, e perone) e dei piedi (.., falangi), il cinto scapolare (scapola e..) e il cinto pelvico (ossa del bacino). 4. Le articolazioni e i legamenti. L articolazione è il punto in cui due ossa si incontrano. Le articolazioni possono essere (gomito, ginocchio), semimobili (vertebre) e. (suture del cranio). 5. La struttura e le funzioni del sistema muscolare. In base alla struttura delle cellule, i muscoli si classificano in tre tipi: muscolo.., muscolo cardiaco e muscolo... I muscoli scheletrici muovono le ossa dello scheletro, sono striati e.. Il muscolo cardiaco fa pulsare il cuore ed è.. e involontario. I muscoli lisci muovono lo stomaco, l intestino e altri organi interni e sono involontari. 6. I movimenti. I principali movimenti realizzati dai muscoli scheletrici sono cinque: flessione,, abduzione,.. e 42 rotazione. articolazioni movimento sali minerali collagene periostio ossa riserva di calcio midollo rosso calotta cranica costole omero carpo tarso clavicola ulna tibia striato fisse scheletrico liscio volontari mobili spugnoso adduzione estensione

21 verifica test ON LINE U2 Il sostegno e il movimento Che cosa so 1 Scegli la risposta corretta. 1.1 Quante sono le ossa dello scheletro umano? a b Circa 500. Circa 100. c d Circa 200. Circa Dove si trova il femore? a Nella gamba. b Nella coscia. c Nel braccio. d Nel piede. 1.3 Che cos è il periostio? a Una membrana che riveste l osso. b L estremità dell osso. c La fibra che tiene unite due ossa. d La parte cava dell osso. 1.4 Perché le costole sono collegate allo sterno mediante bande di cartilagine? a Per non correre il rischio di staccarsi. b Per consentire alla gabbia toracica di dilatarsi durante la respirazione. c Per proteggere i polmoni dagli urti. d Per evitare che la gabbia toracica si dilati. 1.5 Quali ossa si congiungono nell articolazione della spalla? a Clavicola e radio. b Omero e radio. c Omero e scapola. d Radio e ulna. 1.6 Quali ossa si congiungono nell articolazione del gomito? a Omero e clavicola. b Omero, clavicola e scapola. c Omero, radio e ulna. d Sterno e radio. 1.7 Quali ossa si congiungono nell articolazione del ginocchio? a Femore e bacino. b Femore e omero. c Femore e tibia. d Tibia e perone. 1.8 Gli organi attivi del movimento sono: a b i muscoli. le ossa. c d le articolazioni. i tendini. 1.9 Perché nelle cellule muscolari si trovano molti mitocondri? a Per trasportare l acido lattico. b Per espellere l actina e la miosina. c Perché i muscoli consumano molta energia. d Perché aiutano a espellere l ossigeno e il glucosio Qual è la funzione del diaframma? a Determina i movimenti della respirazione. b Regola il flusso sanguigno verso il cuore. c Impedisce ai polmoni di dilatarsi. d Separa i polmoni dal cuore. 2 Completa. 2.1 Scrivi accanto a ciascuna definizione il corrispondente termine scientifico scegliendolo tra i seguenti: articolazione, costola, disco intervertebrale, liquido sinoviale, mandibola, osso spugnoso, periostio, rotula, suture. a. Articolazioni fisse del cranio.... b. Ciascuna delle ossa lunghe e ricurve che formano la cassa toracica.... c. Cuscinetto di cartilagine che separa due vertebre.... d. Giuntura fra due ossa.... e. L unico osso mobile della faccia.... f. Sostanza lubrificante che si trova nelle grandi articolazioni mobili.... g. Membrana che riveste le ossa.... h. Piccolo osso rotondo che si trova nel ginocchio.... i. Tessuto dell osso in cui si trova il midollo rosso

22 2.2 Scrivi accanto a ciascuna definizione il corrispondente termine scientifico a cui si riferisce scegliendolo tra i seguenti: acido lattico, actina e miosina, diaframma, glucosio, miofibrille, muscoli antagonisti, muscolo cardiaco, muscolo involontario, muscolo volontario, pulsazione, tendine. a. Contrazione del cuore.... b. Corda fibrosa che attacca il muscolo all osso.... c. Due muscoli che determinano movimenti opposti.... d. Due proteine che determinano la contrazione muscolare.... e. Filamenti sottilissimi che formano le fibre muscolari.... f. Il principale carburante dei muscoli.... g. Il principale muscolo dell inspirazione.... h. Muscolo che non può essere controllato dalla volontà.... i. Muscolo che si contrae e si rilassa sotto il controllo della volontà.... l. Muscolo che costituisce il cuore.... m. Sostanza di scarto che si accumula nei muscoli molto affaticati Vero o falso? 3.1 I muscoli volontari sono costituiti da tessuto striato. 3.2 Le miofibrille sono filamenti che costituiscono le fibre dei muscoli lisci. V V F F 3.3 L actina e la miosina sono proteine che determinano la contrazione muscolare. 3.4 Il glucosio è il principale carburante dei muscoli. V V F F 4 Rispondi alle seguenti domande. 4.1 Quali sono le funzioni del sistema scheletrico? Fai almeno un esempio per ognuna di esse. 4.2 Quanti e quali tipi di midollo osseo conosci? Dove si trovano? A che cosa servono? 4.3 Perché il tessuto muscolare è ricco di vasi sanguigni? 4.4 Solo i muscoli volontari sono costituiti da tessuto striato? 4.5 In quale caso due muscoli sono detti antagonisti? 4.6 Che differenza c è fra muscolo flessore e muscolo estensore? 5 Completa. 5.1 Completa il disegno con i termini opportuni scegliendoli tra i seguenti: banda di cartilagine, costola, sterno. Utilizza la figura per descrivere la gabbia toracica. banda di cartilagine sterno costola Che cosa so fare 5.2 Completa il disegno con i termini opportuni scegliendoli tra i seguenti: osso zigomatico, cavità orbitale, cavità nasale, mascella, mandibola, osso frontale. Utilizza la figura per descrivere il cranio. cavità nasale mascella mandibola calotta sutura osso fron cavità orb osso nasa osso zigom sfenoid 44

23 5.3 Completa il disegno con i termini opportuni scegliendoli tra i seguenti: omero, radio, ulna, carpo, metacarpo, falangi, scapola, clavicola. Utilizza la figura per descrivere lo scheletro degli arti superiori e del cinto toracico. 5.4 Completa il disegno con i termini opportuni scegliendoli tra i seguenti: femore, tibia, perone, tarso, metatarso, falangi, rotula, osso dell anca. Utilizza la figura per descrivere lo scheletro degli arti inferiori e del cinto pelvico. 5.6 Inserisci sotto ogni disegno il nome del movimento rappresentato scegliendolo tra i seguenti: abduzione, adduzione, estensione, flessione, rotazione. 5.5 Completa il disegno con i termini opportuni scegliendoli tra i seguenti: omero, radio, ulna, scapola, bicipite, tricipite. Utilizza la figura per descrivere il funzionamento del bicipite e del tricipite. a. b. d. e. Mappa dei concetti mappa ON LINE Completa la mappa. sostegno... movimento riserva di calcio svolge funzioni di SCHELETRO si realizzano IL SOSTEGNO E IL MOVIMENTO per mezzo di c. è formato... costituite da dalle che si uniscono nelle si suddivide in... MUSCOLI in base ai movimenti che realizzano possono essere flessori articolazioni tronco in base alla struttura delle cellule possono essere estensori arti produzione di... osso compatto osso... midollo osseo cinto scapolare cinto... muscoli scheletrici di tipo striato e... muscolo... di tipo striato e involontario muscoli lisci di tipo adduttori... 45

24 U3 L alimentazione e la digestione contenuti obiettivi 1. Gli alimenti e i nutrienti 2. Sei nutrienti, quattro funzioni 3. La classificazione degli alimenti 4. Le funzioni dell apparato digerente 5. La bocca 6. La faringe, l esofago e lo stomaco 7. L intestino tenue 8. L intestino crasso Conoscere i principali nutrienti e le loro funzioni Sapere com è fatto l apparato digerente e come avviene la digestione

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