Unità 12
Il controllo dell’ambiente interno
e il sistema escretore
Unità 12
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
Prova di competenza - Animali a riposo
Quali cambiamenti
avvengono nella
temperatura corporea
di un animale che va
in letargo?
3
Lezione 1
LA TERMOREGOLAZIONE
4
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
5
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
6
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
7
Convezione
Irraggiamento
Evaporazione
Conduzione
8
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?
9
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
10
12.2 La termoregolazione richiede l’equilibrio
tra assorbimento e dispersione di calore
Isolamento termico
– Pelo
– Piume
– Strati di grasso
11
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
12
Sangue
arterioso
proveniente
dall’interno
del corpo
Sangue venoso
di ritorno verso
l’interno del corpo
35°
33°C
30°
27°
20°
18°
10°
9°
Sangue arterioso
proveniente
dall’interno del corpo
Sangue venoso
di ritorno verso
l’interno del corpo
13
Le grandi orecchie degli elefanti favoriscono la
dispersione di calore
14
12.2 La termoregolazione richiede l’equilibrio
tra assorbimento e dispersione di calore
Raffreddamento per evaporazione
– Sudare
– Spruzzare saliva sul corpo
– Ansimare
15
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
16
La migrazione permette agli animali di vivere sempre nella
condizione di temperatura ottimale
17
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?
18
Lezione 2
LA REGOLAZIONE OSMOTICA
E L’ESCREZIONE
19
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
20
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
21
Assorbimento osmotico di acqua
attraverso le branchie e altre parti
della superficie corporea
Assunzione
di alcuni ioni
dal cibo
Assunzione
di sali attraverso
le branchie
Escrezione di grandi
quantità di acqua
da parte dei reni
sotto forma di urina
molto diluita
22
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
23
Assunzione di acqua
e di sali dal cibo
dall’acqua di
mare bevuta
Perdita osmotica di acqua
attraverso le branchie
e altre parti della superficie
corporea
Escrezione di sali
attraverso le branchie
Escrezione da parte
dei reni dei sali in
eccesso e di piccole
quantità di acqua
sotto forma di urina
molto concentrata
24
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
25
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?
26
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
27
12.4 L’eliminazione dei rifiuti azotati è fondamentale
per il controllo dell’ambiente interno
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
28
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
29
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
30
Proteine
Basi azotate
Amminoacidi
Acidi nucleici
—NH2
Gruppi amminici
La maggior parte
degli animali acquatici,
tra cui molti pesci
Ammoniaca
Mammiferi, anfibi,
squali, alcuni
pesci ossei
Urea
Uccelli e molti
rettili, insetti,
lumache terrestri
Acido urico
31
12.4 L’eliminazione dei rifiuti azotati è fondamentale
per il controllo dell’ambiente interno
STEP BY STEP
Le tartarughe acquatiche espellono sia urea sia
ammoniaca, mentre quelle terrestri eliminano
principalmente acido urico
Come si spiega questa differenza?
32
Lezione 3
IL SISTEMA ESCRETORE UMANO
33
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
34
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
35
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
36
Regione corticale
Aorta
Regione midollare
Vena cava
inferiore
Arteria e vena renali
Rene
Uretere
Vescica urinaria
Pelvi renale
Uretra
A Il sistema escretore
Capsula
di Bowman
Uretere
1 Tubulo prossimale
B Il rene
Glomerulo
Capillari
Arteriola
proveniente
dall’arteria
renale
Capsula
di Bowman
Arteriola
proveniente
dal glomerulo
Ramificazione
della vena renale
3 Tubulo
Tubulo
Regione corticale
distale
Tubulo
Proveniente
da un altro
nefrone
Dotto
collettore
Arteria renale
Vena renale
Dotto
collettore
Regione midollare
2 Ansa di Henle
con rete
di capillari
D Struttura dettagliata di un nefrone
Verso
la pelvi
renale
C Disposizione del nefrone all’interno del rene
37
Aorta
Vena cava
inferiore
Arteria e vena renali
Rene
Uretere
Vescica urinaria
Uretra
38
Regione corticale
Regione midollare
Pelvi renale
Uretere
39
Capsula
di Bowman
Tubulo
Regione corticale
Arteria renale
Vena renale
Dotto
collettore
Regione midollare
Verso
la pelvi
renale
40
Capsula
di Bowman
Glomerulo
1 Tubulo prossimale
Capillari
Arteriola
proveniente
dall’arteria
renale
Arteriola
proveniente
dal glomerulo
Ramificazione
della vena renale
3 Tubulo
distale
Tubulo
proveniente
da un altro
nefrone
Dotto
collettore
2 Ansa di Henle
con rete
di capillari
41
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
42
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
43
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
44
Filtrazione: la pressione
sanguigna spinge
l’acqua e i soluti
attraverso la membrana
semipermeabile dei
capillari del glomerulo
45
Riassorbimento: le
molecole di acqua e
sostanze utili sono
recuperate dal filtrato e
ritornano nel sangue
46
Secrezione: altre
sostanze, come
molecole tossiche e ioni
in eccesso, sono
aggiunte al filtrato
47
Escrezione: il filtrato
rielaborato (l’urina) viene
eliminato dal sistema
escretore e dal corpo
48
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?
49
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+
50
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
51
Sangue
Composizione del filtrato
H2O
NaCl
–
Tubulo prossimale
Capsula
Sostanze
di Bowman nutritive H2O
NaCl
HCO3–
1
Tubulo distale
NaCl
H2O
HCO3–
K+
Alcuni
H+
farmaci e
sostanze tossiche
Regione corticale
H+
3
Dotto
collettore
Regione midollare
HCO3
H+
Urea
Glucosio
Amminoacidi
Alcuni farmaci
Ansa
di Henle
2
NaCl
NaCl
H2O
Riassorbimento
Secrezione
Flusso del filtrato
Urea
NaCl
H2O
Urina (alla pelvi renale)
52
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?
53
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
54
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
55
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
56
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
57
58
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?
59
La dialisi renale può salvare la vita
COLLEGAMENTO
salute
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
60
Tubi che vanno dall’arteria
all’apparecchiatura
Tubi costituiti
da una membrana
Pompa
selettivamente
permeabile
Tubi che vanno
dall’apparecchiatura
alla vena
Soluzione
dializzante
Soluzione Soluzione
dializzante dializzante usata
(contenente urea
nuova
e ioni in eccesso)
61
Come si leggono gli esami delle urine
COLLEGAMENTO
salute
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
62
Lezione 4
IL SISTEMA TEGUMENTARIO
63
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
64
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
65
66
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
67
12.9 Il sistema tegumentario riveste e protegge
il corpo
STEP BY STEP
Descrivi struttura e funzione degli strati della pelle
68
