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Controllo ed escretore

Il controllo dell’ambiente interno

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La termoregolazione20.1 Il calore può essere immagazzinato o disperso

in quattro modi diversi

Un animale scambia calore con l’ambiente che lo circonda mediante quattro processi fisici: conduzione, convezione, irraggiamento ed evaporazione.

Convezione

Irraggiamento

Evaporazione

ConduzioneFigura 20.1

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20.2 La termoregolazione coinvolge adattamenti che bilanciano l’assorbimento e la perdita di calore nell’organismo

• Ogni specie vive entro un intervallo ottimale di temperature nel quale gli endotermi e molti ectotermi mantengono una temperatura interna sostanzialmente costante, anche al variare della temperatura esterna.

• Gli animali sono in grado di regolare la temperatura attraverso cinque diverse tipologie di adattamenti.

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Alterazione del tasso di produzione di calore metabolico

• Negli ambienti freddi, i mammiferi e gli uccelli tendono a incrementare il proprio tasso metabolico, variando i livelli ormonali, per aumentare la produzione di calore.

• I mammiferi e gli uccelli, semplicemente muovendosi attivamente o tremando, producono più calore grazie alla contrazione dei muscoli scheletrici.

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Figura 20.2A

Le api sopravvivono ai rigori dell’inverno disponendosi insieme a grappolo e vibrando all’interno dell’alveare.

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Isolamento termico

Uno dei principali adattamenti per la termoregolazione nei mammiferi e negli uccelli è rappresentato dall’isolamento termico, reso possibile dalla pelliccia (o dalle piume) e dagli strati di grasso.

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Adattamenti del sistema circolatorio

L’equilibrio termico può essere regolato aumentando o diminuendo la quantità di sangue che affluisce verso la pelle.

• In un adattamento chiamato scambio controcorrente di calore, il sangue caldo e quello freddo scorrono in direzione opposta (controcorrente) in due vasi sanguigni adiacenti.

Sangue nell’arteria proveniente dall’interno del corpo

Sangue nella vena, che ritorna all’interno del corpo

Sangue nell’arteria proveniente dall’interno del corpo

Sangue nella vena, che ritorna all’interno del corpo

35°

30°

20°

10°

33°C

27°

18°

Figura 20.2B

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Raffreddamento mediante evaporazione

Molti animali presentano adattamenti anche per il raffreddamento corporeo come, per esempio, ansimare, sudare e spruzzare saliva.

Risposte comportamentali

• Sia negli endotermi sia negli ectotermi, il comportamento gioca un ruolo importante per la termoregolazione.

• Migrare verso climi più adatti, crogiolarsi al sole quando fa freddo e rintanarsi o cercare luoghi ombreggiati quando fa caldo, sono tutte risposte comportamentali.

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20.3 La riduzione del tasso metabolico permette di risparmiare energia

• Il torpore è uno stato di ridotta attività, durante il quale la temperatura corporea e il tasso metabolico diminuiscono.

• Il letargo, o ibernazione, è uno stato di torpore a lungo termine adottato dagli animali che vivono in climi freddi.

Figura 20.3

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La regolazione dei liquidi interni e l’escrezione

20.4 Le reazioni metaboliche vitali richiedono un preciso controllo delle quantità d’acqua e di soluti in essa disciolti

L’osmoregolazione dipende dal bilancio tra l’assorbimento e le perdite di acqua e di soluti.

In alcuni animali marini la concentrazione salina dei liquidi corporei è uguale a quella dell’acqua di mare: questi animali sono detti isosmotici (o osmoconformi).

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Gli animali osmoregolatori hanno liquidi corporei la cui concentrazione salina è diversa da quella dell’ambiente in cui vivono e devono spendere energia per regolare la quantità d’acqua in uscita e in entrata.

I pesci d’acqua dolce hanno liquidi ipertonci rispetto all’acqua circostante, assorbono acqua attraverso le branchie e perdono una parte dei propri sali per diffusione.

Figura 20.4A

Assorbimento osmotico d’acqua attraverso le branchie e altre parti della superficie corporea

Escrezione da parte dei reni di grandi quantità d’acqua nelle urine diluite

Assunzione di acqua e di alcuni ioni contenuti nei cibi

Assorbimento di ioni salini attraverso le branchie

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Figura 20.4B

Ingestione d’acqua e di ioni salini contenuti nei cibi o nell’acqua di mare

Escrezione di ioni salini attraverso le branchie

Escrezione da parte dei reni di ioni salini e di piccole quantità d’acqua nelle urine concentrate

Perdita osmotica d’acqua attraverso le branchie e altre parti della superficie corporea

I liquidi interni dei pesci d’acqua marina hanno una concentrazione di soluti minore rispetto a quella dell’acqua di mare, il loro corpo tende a perdere continuamente acqua per osmosi e a introdurre sali tramite il cibo di cui si nutrono per diffusione.

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• Gli animali terrestri sono osmoregolatori:

– si procurano acqua mediante l’ingestione di liquidi e di cibi che la contengono;

– perdono acqua dalla superficie umida dei loro organi respiratori e attraverso l’urina, le feci e il sudore.

• I reni, gli adattamenti comportamentali e la superficie della pelle svolgono un ruolo importante nella conservazione dell’acqua negli animali terrestri.

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COLLEGAMENTI20.5 La sudorazione può causare notevoli perdite

d’acqua

Sudare molto è importante per la termoregolazione, ma può anche causare problemi di regolazione osmotica.

Per prevenire la disidratazione dovuta alla sudorazione basta semplicemente bere acqua prima, dopo e anche durante l’esercizio fisico.

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20.6 Gli animali devono eliminare le sostanze azotate di rifiuto

• Il metabolismo produce diverse sostanze tossiche, in particolare composti azotati che derivano dalla demolizione delle proteine e degli acidi nucleici.

• Tutti gli animali devono eliminare questi rifiuti metabolici per evitare di rimanerne intossicati.

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Proteine Acidi nucleici

Amminoacidi Basi azotate

— NH2

Gruppi amminici

Gran parte degli animali acquatici, tra cui molti pesci

Mammiferi, anfibi, squali, alcuni pesci ossei

Uccelli, insetti, molti rettili, chiocciole

NH3 O CNH2

NH2

O

CC

CO

OC

CNHN

H

HNHN

Acido uricoUreaAmmoniaca Figura 20.6

L’ammoniaca (NH3), uno dei prodotti metabolici più tossici, è troppo tossica per essere immagazzinata nel corpo, mentre diffonde rapidamente attraverso le membrane plasmatiche poiché è altamente solubile in acqua.

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• I mammiferi, la maggior parte degli anfibi adulti e alcuni pesci eliminano urea: prodotta nel fegato, altamente solubile in acqua e meno tossica dell’ammoniaca, può essere trattenuta nel corpo in soluzione concentrata ed eliminata con una perdita d’acqua piuttosto limitata.

• Alcuni animali terrestri espellono acido urico, una molecola molto più complessa dell’ammoniaca e dell’urea e praticamente insolubile in acqua.

• Per espellere acido urico e produrre urea, un animale deve spendere energia.

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20.7 Il fegato svolge numerose funzioni, tra cui la produzione dell’urea

Il fegato svolge più funzioni di qualsiasi altro organo:

• sintetizza urea a partire dalle sostanze di rifiuto;

• converte le sostanze tossiche in prodotti inattivi (che il rene può filtrare dal sangue ed espellere con l’urina);

• sintetizza la bile, le plasmaproteine e le lipoproteine.

• regola il livello di glucosio nel sangue.

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Fegato

Intestino

Reni

Vena porta epatica

Figura 20.7

Il fegato si trova tra l’intestino e il cuore, in una posizione strategica all’interno dell’organismo.

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20.8 Il consumo di alcol può danneggiare il fegato

• Alcuni prodotti di degradazione dell’alcol sono più tossici dell’alcol stesso e possono causare il danneggiamento e la morte delle cellule epatiche e un’infiammazione dei tessuti.

• Nel caso di un frequente abuso di bevande alcoliche, questi danni possono diventare così gravi da portare alla formazione di un tessuto cicatriziale sul fegato; questa condizione viene detta cirrosi epatica.

COLLEGAMENTI

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20.9 Il sistema escretore svolge diversi ruoli importanti nell’omeostasi

Il sistema escretore gioca un ruolo centrale nell’omeostasi poiché, producendo ed eliminando urina, è in grado di regolare la quantità di acqua e di sali nei liquidi corporei.

Gli organi principali del sistema escretore umano sono i due reni.

Il sistema escretore umano

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Ogni rene contiene circa un milione di minuscole unità funzionali dette nefroni che estraggono una piccola quantità di filtrato dal sangue e lo trasformano in una quantità ancora più piccola di urina.

L’urina esce dal rene per mezzo di un dotto chiamato uretere, passa nella vescica e viene eliminata tramite un condotto chiamato uretra.

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Anatomia del sistema escretore umano:

Aorta

Vena cava inferioreArteria e vena renaliUretere

VescicaUretra

A il sistema escretore

Rene

Regione corticaleRegione midollare

Pelvi renale

Uretere

B Il rene

Capsula di Bowman

C Disposizione del nefrone all’interno del rene

Arteria renale

Vena renale

Tubulo del nefrone

Dotto collettore

Verso la pelvi renale

Regione corticale

Regione midollare

Glomerulo1 Tubulo prossimale

3 Tubulo distale

Capillari

Tubulo di un altro nefrone

Dotto collettore

Bowman’s capsule

Arteriola proveniente dall’arteria renale

Arteriola proveniente dal glomerulo

Diramazione della vena renale

2 Ansa di Henle con rete di capillari

D Struttura dettagliata di un nefroneFigure 20.9A–D

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20.10 Le funzioni di base del sistema escretore sono la filtrazione, il riassorbimento, la secrezione e l’escrezione

• Nella filtrazione, l’acqua e praticamente tutte le molecole abbastanza piccole da poter attraversare la parete dei capillari passano dal glomerulo al tubulo del nefrone.

• Durante il riassorbimento, l’acqua e importanti soluti come il glucosio, i sali e gli amminoacidi sono recuperati nel filtrato e nuovamente immessi nel sangue.

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• Durante la secrezione, alcune sostanze (un eccesso di ioni K+ o H+ e tossine) sono rimosse dal sangue che circola nei capillari peritubulari e aggiunte al filtrato.

• Infine, durante l’escrezione, l’urina, ossia il prodotto della filtrazione, del riassorbimento e della secrezione, passa dai reni all’esterno attraverso l’uretere, la vescica urinaria e l’uretra.

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H2O e altre piccole molecole Urina

Escrezione Secrezione RiassorbimentoFiltrazione

CapillareLiquido interstiziale

Tubulo del nefrone

Figura 20.10

Una visione d’insieme delle funzioni del sistema escretore:

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20.11 Una visione dettagliata del processo di trasformazione del filtrato in urina

• Il tubulo prossimale riassorbe dal filtrato sostanze nutritive indispensabili come il glucosio e gli amminoacidi.

• Le cellule dei tubuli prossimale e distale riassorbono NaCl e insieme a esso, per osmosi, una certa quantità d’acqua passa dal tubulo al liquido interstiziale.

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In queste regioni del tubulo renale avviene anche la regolazione del pH del sangue, grazie alla secrezione nel filtrato di ioni H+ in eccesso e al riassorbimento di ioni HCO3

–.

La presenza di NaCl e di una certa quantità di urea mantiene alto il gradiente di concentrazione dei soluti nel liquido interstiziale della regione midollare, incrementando così la quantità di acqua riassorbita per osmosi.

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Riassorbimento e secrezione a livello del nefrone:

Sangue

Capsula di Bowman

Tubulo prossimale Tubulo distale

NaCI –HCO3

Sostanze nutritive H2O

Alcune sostanze tossiche

+H

Regione corticale

NaCI –HCO3

H2O

+H+K

Dotto collettore

Ansa diHenle NaCI

NaCI

NaCI

Urea

H2O

H2O

Urina (verso le pelvi renali)

Regione midollare

Filtrato:

H2O

NaCI

HCO3

H

Urea

Glucosio

Amminoacidi

Alcuni farmaci

+

Riassorbimento

Secrezione

Figura 20.11

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• Sotto il controllo ormonale, i nostri reni mantengono anche un equilibrio preciso tra l’acqua e i soluti presenti nei nostri liquidi corporei.

• Quando la loro concentrazione aumenta oltre un certo limite, un centro di controllo del cervello aumenta il livello ematico di un ormone chiamato ADH (ormone antidiuretico) che segnala al nefrone di riassorbire più acqua dal filtrato.

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COLLEGAMENTI20.12 La dialisi renale può salvare la vita

Nel caso di insufficienze renali gravi è necessario ricorrere ad apparecchiature per la dialisi che svolgano artificialmente le attività di questi organi.

Tubi che dall’arteria vanno al dializzatore

Soluzione dializzane

Soluzione dializzante nuova Soluzione dializzante usata (contenente urea e ioni in eccesso)

Tubi costituiti da membrane selettivamente permeabili

Pompa

Tubi che dal dializzatore vanno alle vene

Figura 20.12


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