Gli apparati del corpo umano si studiano in genere tra novembre e dicembre, e in quarta, soprattutto negli indirizzi come scienze umane dove la biologia è una materia da verifica scritta e interrogazione, la prima prova di peso cade fra quattro e otto settimane. Il formato è quasi sempre lo stesso: un test a risposta multipla e due o tre domande aperte del tipo «descrivi il percorso del sangue» o «spiega come avviene lo scambio dei gas». Ora è il momento giusto per costruirsi lo schema, prima che gli apparati diventino un elenco di nomi da imparare a memoria tutti insieme.
In questo post metto in ordine i due apparati che le verifiche accoppiano più spesso, circolatorio e respiratorio, perché si spiegano a vicenda. Alla fine trovi quattro domande tipo con una risposta modello. Per il livello più cellulare, cioè come le molecole attraversano le membrane, ti rimando a membrana plasmatica, diffusione e osmosi: la diffusione di cui parliamo qui è la stessa.
Il cuore: quattro camere e quattro valvole
Il cuore è un muscolo cavo diviso in quattro camere: due atri in alto, che ricevono il sangue, e due ventricoli in basso, che lo spingono fuori. Una parete, il setto, separa il lato destro dal lato sinistro: il sangue del lato destro e quello del sinistro non si mescolano mai.
Fra atri e ventricoli, e fra ventricoli e arterie, ci sono quattro valvole che lasciano passare il sangue in una sola direzione:
| Valvola | Dove sta | Lato |
|---|---|---|
| Tricuspide | fra atrio e ventricolo | destro |
| Polmonare | fra ventricolo e arteria polmonare | destro |
| Mitrale (bicuspide) | fra atrio e ventricolo | sinistro |
| Aortica | fra ventricolo e aorta | sinistro |
Il ventricolo sinistro ha la parete più spessa di tutte, perché deve spingere il sangue in tutto il corpo. Il destro lo manda solo ai polmoni, che sono vicini, e gli basta meno forza.
Il ciclo cardiaco
Il cuore si contrae e si rilassa a ritmo regolare. La contrazione si chiama sistole, il rilassamento diastole. Un battito completo segue tre tempi:
- gli atri si contraggono (sistole atriale) e riempiono i ventricoli;
- i ventricoli si contraggono (sistole ventricolare): le valvole fra atri e ventricoli si chiudono, quelle verso le arterie si aprono e il sangue esce;
- tutto il cuore si rilassa (diastole) e gli atri si riempiono di nuovo.
A riposo un adulto ha circa 60-100 battiti al minuto. Il suono del battito, il «tum-tum», è la chiusura delle valvole.
Circolazione piccola e grande, passo passo
È la domanda che esce più spesso, e conviene impararla come un percorso, non come due liste. Si parte dall’atrio destro, dove arriva il sangue povero di ossigeno dal corpo:
- le vene cave versano il sangue nell’atrio destro;
- attraverso la valvola tricuspide passa nel ventricolo destro;
- la valvola polmonare si apre e il sangue entra nell’arteria polmonare, che si divide in due rami, uno per polmone;
- nei capillari dei polmoni cede anidride carbonica e prende ossigeno;
- le vene polmonari riportano il sangue, ora ossigenato, nell’atrio sinistro;
- attraverso la valvola mitrale passa nel ventricolo sinistro;
- la valvola aortica si apre e il sangue entra nell’aorta, che lo distribuisce a tutto il corpo;
- nei capillari dei tessuti cede ossigeno e raccoglie anidride carbonica, poi le vene lo riportano alle vene cave.
I passi da 1 a 5 sono la circolazione piccola (o polmonare); dal 5 al ritorno alle vene cave è la circolazione grande (o sistemica). Il cuore sta a metà e le fa lavorare in serie: il sangue passa due volte per il cuore a ogni giro completo.
I vasi: arterie, vene, capillari
- Arterie: portano il sangue lontano dal cuore. Hanno pareti spesse ed elastiche, perché reggono la pressione di ogni sistole.
- Vene: portano il sangue verso il cuore. Hanno pareti più sottili e valvole a nido di rondine che impediscono il reflusso.
- Capillari: vasi sottilissimi, con la parete formata da un solo strato di cellule. È qui che avvengono gli scambi con i tessuti, e il fatto che la parete sia così sottile è proprio ciò che li rende possibili.
La definizione da ricordare è basata sulla direzione, non sul contenuto: arteria = esce dal cuore, vena = entra nel cuore. Ossigeno e anidride carbonica dipendono dal tratto di circolazione in cui ti trovi.
Il sangue e la pressione
Un adulto ha circa 5 litri di sangue. È un tessuto formato da una parte liquida, il plasma (acqua con sali, proteine, nutrienti), e da una parte cellulare:
- globuli rossi, che trasportano l’ossigeno e non hanno nucleo;
- globuli bianchi, che difendono l’organismo;
- piastrine, frammenti di cellule che servono alla coagulazione.
I gruppi sanguigni (A, B, AB, 0) dipendono dalle molecole presenti sulla superficie dei globuli rossi; è il motivo per cui nelle trasfusioni bisogna controllare la compatibilità.
La pressione arteriosa è la forza che il sangue esercita sulle pareti delle arterie. Si misura in mmHg con due valori: la massima (durante la sistole) e la minima (durante la diastole). Un valore normale in un adulto sano è intorno a 120/80 mmHg.
L’apparato respiratorio: dalle vie aeree agli alveoli
L’aria segue un percorso: naso (la rende più calda, umida e pulita), faringe, laringe, trachea, due bronchi, che si ramificano in bronchioli sempre più piccoli e terminano negli alveoli. Gli alveoli sono sacchettini a parete sottilissima, circondati da una rete di capillari: sono gli unici punti in cui l’ossigeno passa davvero nel sangue. Sono moltissimi, ed è questo che dà ai polmoni una superficie di scambio enorme.
Come si respira: la meccanica
I polmoni non hanno muscoli propri: si gonfiano e si sgonfiano perché cambia il volume della cavità toracica.
- Inspirazione: il diaframma si contrae e si abbassa, le costole si sollevano, il volume della cassa toracica aumenta, la pressione interna scende sotto quella esterna e l’aria entra.
- Espirazione (a riposo): i muscoli si rilassano, il volume diminuisce, la pressione sale sopra quella esterna e l’aria esce.
L’aria si muove sempre da dove la pressione è più alta a dove è più bassa. Se capisci questo, non devi imparare a memoria quale muscolo fa cosa.
Lo scambio dei gas: la diffusione
Negli alveoli e nei tessuti i gas si scambiano per diffusione, cioè passano da dove la loro pressione parziale è più alta a dove è più bassa, senza spendere energia. Con valori indicativi:
| Gas | Aria negli alveoli | Sangue che arriva ai polmoni | Direzione |
|---|---|---|---|
| Ossigeno | circa 100 mmHg | circa 40 mmHg | alveolo → sangue |
| Anidride carbonica | circa 40 mmHg | circa 46 mmHg | sangue → alveolo |
Nei tessuti succede il contrario: il sangue arriva con tanto ossigeno, le cellule ne hanno consumato e ne hanno poco, quindi l’ossigeno esce dal capillare e l’anidride carbonica vi entra. Il verso è sempre lo stesso: dal più al meno.
Il trasporto con l’emoglobina
L’ossigeno si scioglie poco nel plasma, quindi quasi tutto viaggia legato all’emoglobina, una proteina dei globuli rossi. Ogni molecola di emoglobina contiene quattro gruppi eme, e ciascuno lega una molecola di ossigeno: in totale quattro molecole di O. Dove l’ossigeno è abbondante, come nei polmoni, l’emoglobina lo lega; dove è scarso, come nei tessuti, lo cede. L’anidride carbonica viaggia in parte sciolta nel plasma, in parte legata all’emoglobina e in gran parte sotto forma di ioni bicarbonato.
Come lavorano insieme
I due apparati sono una catena unica: l’apparato respiratorio porta l’ossigeno dall’aria al sangue e toglie anidride carbonica; l’apparato circolatorio lo distribuisce a tutte le cellule e riporta indietro i rifiuti. Se il cuore si ferma, i polmoni non servono a niente; se i polmoni non funzionano, il cuore pompa sangue povero di ossigeno. Per questo, durante uno sforzo, aumentano insieme la frequenza cardiaca e quella respiratoria: le cellule consumano più ossigeno e producono più anidride carbonica. Il collegamento con il metabolismo cellulare, cioè dove l’ossigeno viene usato, è in glicolisi, ciclo di Krebs e fosforilazione ossidativa, mentre per il lato energetico del corpo intero c’è il metabolismo basale.
Quattro domande tipo con risposta modello
1. Descrivi il percorso del sangue dalla vena cava all’aorta. Dalle vene cave il sangue entra nell’atrio destro, passa per la valvola tricuspide nel ventricolo destro e, attraverso la valvola polmonare, nell’arteria polmonare, che lo porta ai polmoni. Qui nei capillari si ossigena; le vene polmonari lo portano all’atrio sinistro, poi attraverso la mitrale al ventricolo sinistro e, per la valvola aortica, all’aorta.
2. Perché l’arteria polmonare è un’arteria anche se porta sangue povero di ossigeno? Perché le arterie si definiscono dalla direzione, non dal contenuto: portano il sangue lontano dal cuore. L’arteria polmonare esce dal ventricolo destro e porta ai polmoni sangue ricco di anidride carbonica.
3. Spiega perché l’ossigeno passa dagli alveoli al sangue. Per diffusione: la pressione parziale dell’ossigeno nell’aria alveolare (circa 100 mmHg) è maggiore di quella nel sangue che arriva ai polmoni (circa 40 mmHg), quindi l’ossigeno si sposta verso il sangue senza consumo di energia. L’anidride carbonica segue la differenza opposta e va nel senso contrario.
4. Che cosa succede al diaframma durante l’inspirazione e perché l’aria entra? Il diaframma si contrae e si abbassa, il volume della cavità toracica aumenta e la pressione nei polmoni scende sotto quella atmosferica; l’aria si muove dalla pressione maggiore alla minore, quindi entra.
Gli errori che ricorrono
- «Arteria = sangue ossigenato, vena = sangue povero di ossigeno»: vero quasi ovunque, falso nella circolazione polmonare. È la domanda a trabocchetto classica.
- Destra e sinistra al contrario: lo schema del cuore si disegna come se il corpo ti guardasse, quindi l’atrio «destro» sta a sinistra sul foglio. Ripetilo con il percorso, non con il disegno.
- Confondere circolazione grande e piccola: la piccola va dal ventricolo destro ai polmoni e torna all’atrio sinistro; la grande va dal ventricolo sinistro al corpo e torna all’atrio destro.
- Dire che i polmoni «aspirano» l’aria: a muoversi è la cassa toracica, i polmoni la seguono.
Allenarsi e prossimo passo
Non esiste un simulatore dedicato alla biologia: nelle simulazioni per il liceo ci sono solo matematica e fisica, quindi non te lo propongo per questo argomento. Il metodo che consiglio funziona comunque: disegna a mano il percorso del sangue partendo da una pagina bianca, poi ripeti a voce le quattro domande qui sopra senza guardare; se in un punto ti blocchi, è lì che serve ripassare. Per la parte di scienze in generale, la pagina materie: scienze spiega come lavoro.
Se vuoi che guardi dove perdi punti nelle tue verifiche di biologia, scrivimi dalla pagina contatti: la prima diagnosi, in cui capiamo insieme da dove ripartire, è gratuita.
