Unità 12 Il controllo dell’ambiente interno e il sistema escretore

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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Lezione 1

LA TERMOREGOLAZIONE

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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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Convezione

Conduzione

Evaporazione

Irraggiamento

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°

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Le grandi orecchie degli elefanti favoriscono la

dispersione di calore

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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La migrazione permette agli animali di vivere sempre nella

condizione di temperatura ottimale

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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Lezione 2

LA REGOLAZIONE OSMOTICA E L’ESCREZIONE

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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

Lezione 3

IL SISTEMA ESCRETORE UMANO

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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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Aorta

Vena cava inferiore

Arteria e vena renali

Vescica urinaria

Rene

Uretere

Uretra

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Pelvi renale

Uretere

Regione corticale

Regione midollare

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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

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Secrezione: altre

sostanze, come

molecole tossiche e ioni

in eccesso, sono

aggiunte al filtrato

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Escrezione: il filtrato

rielaborato (l’urina) viene

eliminato dal sistema

escretore e dal corpo

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

Lezione 4

IL SISTEMA TEGUMENTARIO

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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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12.9 Il sistema tegumentario riveste e protegge il corpo

STEP BY STEP

Descrivi struttura e funzione degli strati della pelle

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