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Il controllo dell’ambiente interno e il sistema escretore
Obiettivi
Conoscere in che modo gli animali regolano la temperatura corporea
Capire i meccanismi che consentono agli animali di eliminare le sostanze tossiche dal corpo e di mantenere l’equilibrio osmotico
Conoscere la struttura e le funzioni del sistema escretore umano
Sapere come viene prodotta l’urina
Unità 12
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Prova di competenza - Animali a riposo
Quali cambiamenti avvengono nella temperatura corporea di un animale che va in letargo?
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12.1 La termoregolazione contribuisce a mantenere l’omeostasi
Termoregolazione
– È il processo attraverso cui gli animali mantengono la propria temperatura corporea all’interno di un intervallo ottimale
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12.1 La termoregolazione contribuisce a mantenere l’omeostasi
Animali endotermi
– Si riscaldano principalmente grazie al calore prodotto dal proprio metabolismo
– Uccelli, mammiferi, alcuni rettili, alcuni pesci e molti insetti
Animali ectotermi
– Ottengono la maggior parte del calore dall’ambiente circostante
– La maggioranza degli anfibi e dei rettili, molti pesci e quasi tutti gli invertebrati
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12.1 La termoregolazione contribuisce a mantenere l’omeostasi
Un animale scambia calore con l’ambiente che lo circonda mediante quattro diversi processi fisici
– Conduzione
– Convezione
– Irraggiamento
– Evaporazione
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12.1 La termoregolazione contribuisce a mantenere l’omeostasi
STEP BY STEP
È una calda giornata estiva, state sudando e accendete un ventilatore
Quali meccanismi contribuiscono a rinfrescarvi?
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12.2 La termoregolazione richiede l’equilibrio tra assorbimento e dispersione di calore
Produzione del calore metabolico
– Uccelli e mammiferi possono subire cambiamenti ormonali che inducono un incremento del tasso metabolico
– Muoversi attivamente o tremare permette di generare calore come sottoprodotto metabolico della contrazione dei muscoli scheletrici
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12.2 La termoregolazione richiede l’equilibrio tra assorbimento e dispersione di calore
Isolamento termico
– Pelo
– Piume
– Strati di grasso
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12.2 La termoregolazione richiede l’equilibrio tra assorbimento e dispersione di calore
Adattamendi del sistema circolatorio
– La perdita di calore può essere modulata modificando la quantità di sangue che fluisce verso la pelle
– Scambio controcorrente di calore: il sangue caldo e il sangue freddo scorrono in direzione opposta in due vasi sanguigni adiacenti
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Sangue
arterioso
proveniente
dall’interno
del corpo 33°C
Sangue arterioso
proveniente
dall’interno del corpo
Sangue venoso
di ritorno verso
l’interno del corpo
Sangue venoso
di ritorno verso
l’interno del corpo
27°
18°
9°
35°
30°
20°
10°
12.2 La termoregolazione richiede l’equilibrio tra assorbimento e dispersione di calore
Raffreddamento per evaporazione
– Sudare
– Spruzzare saliva sul corpo
– Ansimare
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12.2 La termoregolazione richiede l’equilibrio tra assorbimento e dispersione di calore
Risposte comportamentali
– Sia gli endotermi sia gli ectotermi controllano la temperatura corporea anche per mezzo di risposte comportamentali
– Esempi
– Migrazioni
– Spostarsi al sole o all’ombra a seconda della temperatura esterna
– Immergersi nell’acqua
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12.2 La termoregolazione richiede l’equilibrio tra assorbimento e dispersione di calore
STEP BY STEP
Quali sono le analogie tra lo scambio controcorrente di calore e lo scambio controcorrente di ossigeno che si verifica nelle branchie dei pesci?
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12.3 Gli animali regolano i livelli interni di acqua e soluti attraverso la regolazione osmotica
Animali isosmotici
– Alcuni animali marini, tra cui molti invertebrati
– La concentrazione di soluti dei liquidi corporei è uguale a quella dell’acqua di mare
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12.3 Gli animali regolano i livelli interni di acqua e soluti attraverso la regolazione osmotica
Animali osmoregolatori
– La concentrazione di soluti dei liquidi corporei è differente da quella dell’ambiente in cui vivono
Pesce d’acqua dolce
– Assorbe acqua per osmosi
– Non beve e ricava i sali dal cibo e dalle branchie
– Elimina l’acqua in eccesso sotto forma di urina molto diluita
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Assorbimento osmotico di acqua
attraverso le branchie e altre parti
della superficie corporea
Assunzione
di sali attraverso
le branchie
Assunzione
di alcuni ioni
dal cibo
Escrezione di grandi
quantità di acqua
da parte dei reni
sotto forma di urina
molto diluita
12.3 Gli animali regolano i livelli interni di acqua e soluti attraverso la regolazione osmotica
Pesce d’acqua marina
– Beve grandi quantità di acqua di mare ed elimina i sali in eccesso attraverso le branchie
– Produce solo piccole quantità di urina molto concentrata
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Perdita osmotica di acqua
attraverso le branchie
e altre parti della superficie
corporea
Escrezione di sali
attraverso le branchie
Assunzione di acqua
e di sali dal cibo
dall’acqua di
mare bevuta
Escrezione da parte
dei reni dei sali in
eccesso e di piccole
quantità di acqua
sotto forma di urina
molto concentrata
12.3 Gli animali regolano i livelli interni di acqua e soluti attraverso la regolazione osmotica
Animali terrestri
– La maggior parte degli animali terrestri si procura l’acqua dal cibo oppure bevendo
– Perdono costantemente dalle superfici umide degli organi respiratori e attraverso l’urina, le feci e il sudore
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12.3 Gli animali regolano i livelli interni di acqua e soluti attraverso la regolazione osmotica
STEP BY STEP
Perché gli animali d’acqua dolce non possono essere isosmotici?
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12.4 L’eliminazione dei rifiuti azotati è fondamentale per il controllo dell’ambiente interno
I rifiuti azotati derivano dalla degradazione delle proteine e degli acidi nucleici
Gli organismi animali eliminano questi rifiuti metabolici attraverso il processo dell’escrezione che può avvenire in diversi modi
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Ammoniaca (NH3)
– È uno dei rifiuti metabolici più tossici
– È altamente solubile in acqua
– La maggior parte degli animali acquatici elimina i rifiuti azotati sotto forma di ammoniaca
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12.4 L’eliminazione dei rifiuti azotati è fondamentale per il controllo dell’ambiente interno
Urea
– Meno tossica
– Più facile da immagazzinare
– Richiede energia per essere prodotta
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12.4 L’eliminazione dei rifiuti azotati è fondamentale per il controllo dell’ambiente interno
Acido urico
– Meno tossico
– Non richiede acqua in cui essere dissolto per l’escrezione
– Molecola complessa, richiede più energia dell’urea per essere prodotta
– Sistema adottato da animali per cui è fondamentale minimizzare il consumo di acqua
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12.4 L’eliminazione dei rifiuti azotati è fondamentale per il controllo dell’ambiente interno
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Basi azotate
—NH2
Gruppi amminici
Acido urico
Uccelli e molti
rettili, insetti,
lumache terrestri
Acidi nucleici
Proteine
Ammoniaca Urea
Mammiferi, anfibi,
squali, alcuni
pesci ossei
La maggior parte
degli animali acquatici,
tra cui molti pesci
Amminoacidi
STEP BY STEP
Le tartarughe acquatiche espellono sia urea sia ammoniaca, mentre quelle terrestri eliminano principalmente acido urico
Come si spiega questa differenza?
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12.4 L’eliminazione dei rifiuti azotati è fondamentale per il controllo dell’ambiente interno
12.5 Gli organi principali del sistema escretore sono i reni, le cui unità funzionali sono dette nefroni
Il sistema escretore gioca un ruolo fondamentale nell’omeostasi
– Produce ed elimina urina
– Regola la concentrazione di acqua
– Regola la concentrazione di ioni nei liquidi corporei
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12.5 Gli organi principali del sistema escretore sono i reni, le cui unità funzionali sono dette nefroni
Gli organi principali del sistema escretore sono i reni
I reni sono divisi in due regioni principali
– Corticale: si trova all’esterno
– Midollare: all’interno
Ciascun rene contiene circa un milione di microscopiche unità funzionali chiamate nefroni
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12.5 Gli organi principali del sistema escretore sono i reni, le cui unità funzionali sono dette nefroni
Il nefrone
– È l’unità funzionale del rene
– Estrae il filtrato dal sangue
– “Raffina” il filtrato trasformandolo in urina
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Aorta
Vena cava inferiore
Pelvi renale
Uretere
Regione corticale
Arteria e vena renali
Vescica urinaria
Rene
Uretere
Uretra
A Il sistema escretore
Regione midollare
D Struttura dettagliata di un nefrone C Disposizione del nefrone all’interno del rene
B Il rene
Regione corticale
Capsula
di Bowman
Verso
la pelvi
renale
Dotto
collettore
Arteria renale
Vena renale
Tubulo
Regione midollare
Capsula
di Bowman
Arteriola
proveniente
dall’arteria
renale
Arteriola
proveniente
dal glomerulo
Glomerulo
Tubulo distale
Tubulo prossimale
Ramificazione
della vena renale
Capillari
Tubulo
Proveniente
da un altro
nefrone
1
3
Ansa di Henle
con rete
di capillari
2
Dotto
collettore
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Regione corticale
Capsula
di Bowman
Verso
la pelvi
renale
Dotto
collettore
Arteria renale
Vena renale
Tubulo
Regione midollare
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Capsula
di Bowman
Arteriola
proveniente
dall’arteria
renale
Arteriola
proveniente
dal glomerulo
Glomerulo
Tubulo distale
Tubulo prossimale
Ramificazione
della vena renale
Capillari
Tubulo
proveniente
da un altro
nefrone
Ansa di Henle
con rete
di capillari
Dotto
collettore
3
1
2
12.5 Gli organi principali del sistema escretore sono i reni, le cui unità funzionali sono dette nefroni
STEP BY STEP
Ordina le seguenti parti di un nefrone secondo la direzione di movimento del filtrato
Tubulo prossimale
Capsula di Bowman
Dotto collettore
Tubulo distale
Ansa di Henle
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12.6 Le funzioni fondamentali del sistema escretore sono la filtrazione, il riassorbimento, la secrezione e l’escrezione
Filtrazione
– L’acqua e tutte le molecole abbastanza piccole da attraversare la parete dei capillari passano dal glomerulo al tubulo del nefrone
Riassorbimento
– L’acqua e soluti importanti come il glucosio, i sali, gli ioni e gli amminoacidi sono recuperati dal filtrato e immessi nuovamente nel sangue
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12.6 Le funzioni fondamentali del sistema escretore sono la filtrazione, il riassorbimento, la secrezione e l’escrezione
Secrezione
– Alcune sostanze presenti nel sangue vengono trasferite al filtrato, per esempio:
– Ioni K+ o H+ in eccesso
– Farmaci e sostanze tossiche elaborate dal fegato
Escrezione
– L’urina – cioè il prodotto di filtrazione, riassorbimento e secrezione – viene espulsa all’esterno passando attraverso l’uretere, la vescica urinaria e l’uretra
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Filtrazione: la pressione
sanguigna spinge
l’acqua e i soluti
attraverso la membrana
semipermeabile dei
capillari del glomerulo
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Riassorbimento: le
molecole di acqua e
sostanze utili sono
recuperate dal filtrato e
ritornano nel sangue
12.6 Le funzioni fondamentali del sistema escretore sono la filtrazione, il riassorbimento, la secrezione e l’escrezione
STEP BY STEP
Quali dei processi che avvengono nel nostro sistema escretore sono responsabili della differenza tra la composizione del liquido che entra per filtrazione nel tubulo di un nefrone e quella dell’urina?
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12.7 I processi di riassorbimento e secrezione trasformano il filtrato in urina
Attività del tubulo prossimale e del tubulo distale
Riassorbimento di
– Glucosio e amminoacidi
– NaCl
– Acqua
Regolazione del pH attraverso
– Riassorbimento di HCO3–
– Secrezione of H+
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12.7 I processi di riassorbimento e secrezione trasformano il filtrato in urina
Attività dell’ansa di Henle e del dotto collettore
Riassorbimento di
– Acqua
Regolazione della concentrazione di NaCl nell’urina
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Sangue
Tubulo prossimale
Alcuni
farmaci e
sostanze tossiche
HCO3–
Sostanze nutritive
Regione midollare
Capsula
di Bowman
Regione corticale
H+
NaCl
H2O
H2O
NaCl
HCO3–
H+ Urea
Glucosio
Amminoacidi
Alcuni farmaci
Composizione del filtrato
NaCl
H2O
NaCl
NaCl H2O
NaCl H2O
HCO3–
H+ K+
Tubulo distale 1
2
3
Riassorbimento
Secrezione
Flusso del filtrato
Ansa di Henle
Dotto
collettore
Urea
Urina (alla pelvi renale)
12.7 I processi di riassorbimento e secrezione trasformano il filtrato in urina
STEP BY STEP
Alcuni farmaci diuretici rendono l’epitelio di rivestimento del dotto collettore meno permeabile all’acqua
In che modo questo influenza il funzionamento dei reni?
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12.8 Funzionalità renale, bilancio idrico e pressione sanguigna sono legati dall’azione di alcuni ormoni
Gli osmocettori rilevano l’osmolarità del sangue
Quando supera un punto critico viene rilasciato in circolo l’ormone antidiuretico (ADH)
L’ADH fa aumentare il riassorbimento nei nefroni limitando l’acqua eliminata con l’urina
Quando l’osmolarità è troppo bassa lo sono anche i livelli di ADH e i nefroni eliminano più acqua
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12.8 Funzionalità renale, bilancio idrico e pressione sanguigna sono legati dall’azione di alcuni ormoni
I recettori di tensione rilevano la pressione sanguigna
Quando è troppo alta inibiscono il rilascio di ADH in modo diminuire il riassorbimento di acqua dai reni
In questo modo si riduce il volume del sangue e quindi la pressione
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12.8 Funzionalità renale, bilancio idrico e pressione sanguigna sono legati dall’azione di alcuni ormoni
Il sistema renina-angiotensina-aldosterone
I reni devono mantenere costante la velocità di filtrazione glomerulare (VFG), che dipende dalla quantità di sangue in arrivo e dalla pressione sanguigna
Il controllo avviene attraverso dilatazione e costrizione delle arteriole afferenti ai reni
Quando la pressione è troppo bassa i reni rilasciano l’enzima renina
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12.8 Funzionalità renale, bilancio idrico e pressione sanguigna sono legati dall’azione di alcuni ormoni
La renina agisce su un particolare peptide convertendolo in angiotensina
L’angiotensina agisce su diversi livelli per riportare la VGF a valori normali
L’angiotensina stimola il rilascio di aldosterone
I due ormoni modulano il riassorbimento di Na+ e acqua nel rene
Infine, l’angiotensina stimola la sensazione di sete
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12.8 Funzionalità renale, bilancio idrico e pressione sanguigna sono legati dall’azione di alcuni ormoni
STEP BY STEP
Qual è il legame tra pressione sanguigna e velocità di filtrazione glomerulare?
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La dialisi renale può salvare la vita
La dialisi è un sistema artificiale in grado di sostituire la funzione dei nefroni nei casi di insufficienza renale grave
L’apparato per la dialisi
– Rimuove le sostanze di rifiuto nel sangue
– Mantiene la concentrazione di soluti nel sangue
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COLLEGAMENTO salute
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Tubi che vanno dall’arteria
all’apparecchiatura
Pompa
Tubi costituiti
da una membrana
selettivamente
permeabile
Soluzione dializzante Tubi che vanno
dall’apparecchiatura
alla vena
Soluzione
dializzante
nuova
Soluzione
dializzante usata
(contenente urea
e ioni in eccesso)
Come si leggono gli esami delle urine
Attraverso l’esame delle urine è possibile diagnosticare disfunzioni a carico dei reni, disordini cardiaci, epatici e metabolici
Vengono analizzate le proprietà fisiche:
– Volume, colore, aspetto, odore, peso specifico
E chimiche:
– pH, concentrazione di glucosio, concentrazione di proteine, presenza di emoglobina, presenza di corpi chetonici, presenza di bilirubina, concentrazione di urobilinogeno
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COLLEGAMENTO salute
12.9 Il sistema tegumentario riveste e protegge il corpo
Il corpo degli animali è ricoperto e protetto dall’ambiente esterno dalla pelle e dagli altri componenti del sistema tegumentario: peli e unghie
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12.9 Il sistema tegumentario riveste e protegge il corpo
La pelle è costituita da due strati
– Epidermide: strato superficiale formato da epitelio squamoso stratificato
– Derma: strato profondo formato da tessuto connettivo
– Ipoderma: strato di tessuto adiposo chce si trova al di sotto della pelle
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12.9 Il sistema tegumentario riveste e protegge il corpo
Diversi adattamenti della pelle e dei suoi annessi contribuiscono a mantenere l’isolamento termico favorendo la termoregolazione, mentre altri migliorano l’interazione con il mondo esterno
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