Introduzione agli apparatiapparati

Strutture e funzioni degli animali: i concetti unificanti

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Organizzazione strutturalegerarchia del corpo degli animali

Le strutture del corpo degli animali sono perfettamente correlate con la loro funzione

L’L’anatomia è lo studio della struttura di un organismo.

La fisiologia è lo studio delle funzioni delle varie parti di un organismo.

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Palmo

Secondo dito

Terzo dito

Rachide

Barba

Barbula

Uncino

Struttura della penna

Polso

Arto anteriore

Primo dito

Struttura ossea

Rachide

Figura 15.1

Le funzioni di specifiche parti di un organismo (come le ali) dipendono dalla loro particolare struttura.

Gli animali sono dotati di un’organizzazione strutturale di tipo gerarchico

Cellula muscolareA  Livello di cellula

B  Livello di tessutoTessuto muscolare

C  Livello di organoCuore

E  Livello di organismoIl risultato dell’interazione di molti sistemi

D  Livello di sistemaSistema cardiovascolare

Figura 15.2

L’organizzazione strutturale del mondo vivente è impostata secondo diversi livelli gerarchici.

I tessuti sono gruppi di cellule con struttura e funzioni comuni

In quasi tutti gli organismi pluricellulari, la maggioranza delle cellule del corpo è organizzata in tessuti.

I tessuti sono composti da gruppi di cellule simili, specializzate, che hanno cioè una struttura particolare che consente loro di svolgere un compito preciso.

Negli animali sono presenti quattro tipi di tessuto: epiteliale, connettivo, muscolare e nervoso.

Il tessuto epiteliale riveste internamente ed esternamente il corpo e i suoi organi

• Il tessuto epiteliale, detto anche epitelio, è costituito da strati di cellule strettamente adiacenti che rivestono le superfici corporee, gli organi interni e le cavità del corpo.

• I diversi tipi di tessuto epiteliale vengono definiti in base al numero di strati cellulari da cui sono composti e dalla forma delle cellule predominanti nel tessuto.

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Membrana basale (matrice)

Superficie libera dell’epitelio

Nuclei delle cellule

A  Epitelio squamoso semplice     (rivestimento interno degli alveoli polmonari)

B  Epitelio cubico semplice     (che forma un dotto renale)

C  Epitelio cilindrico semplice     (rivestimento interno dell’intestino)

D  Epitelio squamoso stratificato     (rivestimento interno dell’esofago)

Strato di cellule morte

Cellule epiteliali in rapida divisione

E  Epitelio squamoso stratificato     (pelle umana)

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Tessuto sottostante

Il tessuto epiteliale svolge funzioni di protezione, secrezione e scambio.

Il tessuto connettivo tiene uniti gli altri tessuti e li sostiene

• I vari tipi di tessuto connettivo sono formati da un insieme di cellule sparse e circondate da una sostanza detta matrice.

• Generalmente, la matrice è composta da fibre immerse in una sostanza che può essere liquida, gelatinosa o solida.

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Plasma

Cellule cartilaginee

Matrice

D  Tessuto cartilagineo     (parte terminale di un osso)

Canale centrale

MatriceCellule ossee

E  Tessuto osseo

F Sangue

Fibre elastiche

Fibra di collagene

Cellula

Fibre di collagene

Nucleo della cellula

B  Tessuto connettivo fibroso     (forma tendini e legamenti)

Globuli bianchi

Globulo rosso

C  Tessuto adiposo

Gocciole di grasso

Il tessuto connettivo sostiene e tiene uniti gli altri tessuti.

A  Tessuto connettivo lasso     (strato sottocutaneo)

Il tessuto muscolare permette il movimento Il tessuto muscolare è costituito da fasci di lunghe

cellule chiamate fibre muscolari ed è il più abbondante tessuto negli animali.

Il tessuto muscolare scheletrico è formato da muscoli detti volontari perché, in genere, l’animale può controllarne la contrazione.

Il tessuto muscolare cardiaco costituisce il tessuto contrattile del cuore. I muscoli cardiaci pompano il sangue.

Il tessuto muscolare liscio è costituito da fibre involontarie responsabili della contrazione delle pareti degli organi interni come lo stomaco.

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Unità di contrazione muscolare Fibra muscolare

Nucleo

A  Muscolo scheletrico

Nucleo

Fibra muscolare Giunzione tra due cellule

Fibra muscolareNucleo

C  Muscolo liscio

B  Muscolo cardiaco

I tre tipi di muscoli:

Corpo cellulare

Nucleo

Prolungamenti cellulari

LM

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Il tessuto nervoso forma una rete di comunicazione

Il tessuto nervoso trasmette le informazioni da una parte all’altra del corpo sotto forma di segnali, o impulsi, nervosi. Percepisce gli stimoli, determina e dirige le risposte e fa sì che le varie parti del corpo agiscano come un insieme coordinato.

Gli organi sono formati da tessuti

Un organo è costituito da diversi tessuti che, nel loro insieme, hanno il compito di svolgere una specifica funzione.

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Intestino tenue(in sezione)

Lume

Tessuto epiteliale (epitelio cilindrico)

Tessuto connettivo

Tessuto muscolare liscio (2 strati)

Tessuto connettivo

Tessuto epiteliale

Lume

I sistemi cooperano per svolgere le funzioni vitali

Per costituire un sistema (o apparato) è necessaria l’integrazione di diversi organi.

Ogni sistema svolge una o più funzioni.

Nei vertebrati sono presenti 12 sistemi principali.

A  Sistema digerente

Bocca

Esofago

Fegato

Stomaco

Intestino tenue

Intestino crasso

Ano

B  Sistema respiratorio

Cavità nasaleLaringe

Trachea

Bronco

Polmone

Il sistema digerente e il sistema respiratorio accumulano cibo e ossigeno.

Il sistema cardiovascolare, aiutato dal sistema linfatico, rifornisce le cellule del corpo di ossigeno e sostanze nutritive.

Il sistema immunitario, insieme al sistema linfatico, protegge il corpo dall’attacco di sostanze estranee, microrganismi e cellule cancerose.

C  Sistema cardiovascolare

Cuore

Vasi sanguigni

E  Sistema linfaticoD  Sistema immunitario

Midollo osseo

Timo

Milza

Linfonodi

Vasi linfatici

Il sistema escretore elimina dal sangue le sostanze azotate di scarto.

Il sistema endocrino e il sistema nervoso controllano e coordinano le attività corporee.

F  Sistema escretore

Rene

Uretere

Vescica

Uretra

Ghiandola surrenale

G  Sistema endocrino

Ipofisi

Timo

Tiroide

Testicolo (maschio)

Pancreas

Ovaia (femmina)

Cervello

Organo di senso

Midollo spinale

Nervi

H  Sistema nervoso

Il sistema tegumentario riveste e protegge il corpo.

Il sistema scheletrico e il sistema muscolare sostengono l’organismo e gli permettono di muoversi e mantenere una postura.

I  Sistema tegumentario

Capelli

Pelle

Unghie

M  Sistema muscolare

Muscoli scheletrici

Cartilagine

Ossa

L  Sistema scheletrico

Femmina

Vescicole seminali

Pene

Uretra

Testicoli

Prostata

Maschio

Ovidotto

Ovaia

Utero

Vagina

N  Sistema riproduttore

Il sistema riproduttore produce i gameti e gli ormoni sessuali.

COLLEGAMENTI Nuove tecniche di visualizzazione delle

immagini permettono di osservare l’interno del corpo

Tra gli sviluppi più straordinari della tecnologia in campo medico vi sono le tecniche che permettono ai medici di «vedere» gli organi e i sistemi senza dover ricorre alla chirurgia.

I raggi X, scoperti nel 1895, sono stati il primo strumento che ha consentito di produrre un’immagine fotografica (radiografia) degli organi interni. I raggi X vengono usati di routine per evidenziare le fratture delle ossa e le carie.

Figura 15.10A Figura 15.10B

La tomografia assiale computerizzata (TAC) fornisce, grazie a un computer, immagini di una sequenza di sottili sezioni trasversali del corpo ed è un eccellente strumento diagnostico.

La risonanza magnetica (RM) è una tecnica che sfrutta il comportamento degli atomi di idrogeno contenuti nelle molecole d’acqua.

È in grado di evidenziare chiaramente i tessuti molli perché questi sono costituiti prevalentemente da acqua.

È particolarmente adatta per evidenziare problemi a livello dei tessuti nervosi circondati da osso, come le fibre nervose nel midollo spinale.

Figura 15.10C

La risonanza magnetica microscopica (RMM) fornisce immagini tridimensionali di strutture molto piccole (come gli organi di un embrione).

ASCOLTARE PAROLE

VEDERE PAROLE

EMETTERE PAROLE

PENSARE PAROLE

MIN

MAX

Figura 15.10D

La tomografia a emissione di positroni (PET) è una tecnica che fornisce informazioni sui processi metabolici in punti specifici del corpo.

Gli scambi con l’ambiente esterno e l’omeostasi

15.11 Gli adattamenti strutturali favoriscono gli scambi chimici tra gli animali e l’ambiente

Gli animali non possono sopravvivere se non scambiano sostanze con l’esterno.

Questi scambi avvengono anche a livello della cellula, attraverso la propria membrana.

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Diffusione

Due strati di cellule

Diffusione

Bocca

Cavità gastrovascolare

Nei piccoli animali con una struttura corporea semplice (come l’idra) la superficie esposta di ogni cellula è abbastanza estesa da poter provvedere in modo soddisfacente, tramite la diffusione e il trasporto attivo, alle esigenze dell’intero volume del citoplasma.

Gli animali con un corpo strutturalmente complesso hanno strutture specializzate che aumentano la superficie interna.

Sistema respiratorio

Sistema escretore

Sistema digerente

Sistema circolatorio

Ambiente esterno

CiboBocca

Cellule

Liquido interstiziale

Ano

Sostanze non assorbite (feci)

Prodotti di rifiuto metabolico (urina)

Intestino

Sostanze nutritive

CO2 O2

Cuore

Sangue

• Lo scambio di sostanze tra il sangue e il corpo avviene attraverso il liquido interstiziale: le sostanze passano dal sangue al liquido interstiziale e da questo alle cellule.

Il sistema respiratorio possiede un’enorme superficie interna, con un’ampia rete di capillari.

Gli animali regolano il proprio ambiente interno

In risposta ai cambiamenti delle condizioni dell’ambiente esterno, molti animali possono mantenere relativamente costanti le condizioni del proprio ambiente interno, una condizione nota come omeostasi.

Meccanismi omeostatici

Ambiente esterno

Ambiente interno

Piccole fluttuazioni

Ampie fluttuazioni

Figura 15.12A Figura 15.12B

L’omeostasi è regolata da meccanismi a feedback negativo

Omeostasi:Temperatura interna del corpo di circa 36–

38C

Temperatura al di sopra della norma

Temperatura al di sotto della norma

Diminuzione della temperatura

Aumento della temperatura

Il termostato spegne i meccanismi di riscaldamento.

I vasi sanguigni della pelle si restringono; la perdita di calore viene resa minima.

Il termostato nel cervello attiva meccanismi di riscaldamento.

I muscoli scheletrici si contraggono rapidamente, provocando brividi, che generano calore.

Il termostato nel cervello attiva meccanismi di raffreddamento.

Le ghiandole sudoripare secernono sudore che, evaporando, raffredda il corpo.

I vasi sanguigni della pelle si dilatano; il calore viene disperso.

Il termostato spegne i meccanismi

di raffreddamento.

La maggior parte dei sistemi di controllo che regolano l’omeostasi si basa su un meccanismo a feedback negativo, nel quale il cambiamento di una variabile provoca reazioni che contrastano quel cambiamento.