Controllo ed escretore Il controllo dellambiente interno 0

La termoregolazione 20.1 Il calore può essere immagazzinato o disperso in quattro modi diversi Un animale scambia calore con lambiente che lo circonda mediante quattro processi fisici: conduzione, convezione, irraggiamento ed evaporazione. Convezione Irraggiamento Evaporazione Conduzione Figura 20.1

20.2 La termoregolazione coinvolge adattamenti che bilanciano lassorbimento e la perdita di calore nellorganismo 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.

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.

Figura 20.2A Le api sopravvivono ai rigori dellinverno disponendosi insieme a grappolo e vibrando allinterno dellalveare.

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

Adattamenti del sistema circolatorio Lequilibrio 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 nellarteria proveniente dallinterno del corpo Sangue nella vena, che ritorna allinterno del corpo Sangue nellarteria proveniente dallinterno del corpo Sangue nella vena, che ritorna allinterno del corpo 35° 30° 20° 10° 33°C 27° 18° 9° Figura 20.2B

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.

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

La regolazione dei liquidi interni e lescrezione 20.4 Le reazioni metaboliche vitali richiedono un preciso controllo delle quantità dacqua e di soluti in essa disciolti Losmoregolazione dipende dal bilancio tra lassorbimento e le perdite di acqua e di soluti. In alcuni animali marini la concentrazione salina dei liquidi corporei è uguale a quella dellacqua di mare: questi animali sono detti isosmotici (o osmoconformi).

Gli animali osmoregolatori hanno liquidi corporei la cui concentrazione salina è diversa da quella dellambiente in cui vivono e devono spendere energia per regolare la quantità dacqua in uscita e in entrata. I pesci dacqua dolce hanno liquidi ipertonci rispetto allacqua circostante, assorbono acqua attraverso le branchie e perdono una parte dei propri sali per diffusione. Figura 20.4A Assorbimento osmotico dacqua attraverso le branchie e altre parti della superficie corporea Escrezione da parte dei reni di grandi quantità dacqua nelle urine diluite Assunzione di acqua e di alcuni ioni contenuti nei cibi Assorbimento di ioni salini attraverso le branchie

Figura 20.4B Ingestione dacqua e di ioni salini contenuti nei cibi o nellacqua di mare Escrezione di ioni salini attraverso le branchie Escrezione da parte dei reni di ioni salini e di piccole quantità dacqua nelle urine concentrate Perdita osmotica dacqua attraverso le branchie e altre parti della superficie corporea I liquidi interni dei pesci dacqua marina hanno una concentrazione di soluti minore rispetto a quella dellacqua 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.

Gli animali terrestri sono osmoregolatori: –si procurano acqua mediante lingestione di liquidi e di cibi che la contengono; –perdono acqua dalla superficie umida dei loro organi respiratori e attraverso lurina, le feci e il sudore. I reni, gli adattamenti comportamentali e la superficie della pelle svolgono un ruolo importante nella conservazione dellacqua negli animali terrestri.

COLLEGAMENTI 20.5 La sudorazione può causare notevoli perdite dacqua 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 lesercizio fisico.

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.

Proteine Acidi nucleici Amminoacidi Basi azotate NH 2 Gruppi amminici Gran parte degli animali acquatici, tra cui molti pesci Mammiferi, anfibi, squali, alcuni pesci ossei Uccelli, insetti, molti rettili, chiocciole NH3NH3 OC NH2NH2 NH2NH2 O C C C O O C C NHNH NHNH HNHN HNHN Acido urico Urea Ammoniaca Figura 20.6 Lammoniaca (NH 3 ), 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.

I mammiferi, la maggior parte degli anfibi adulti e alcuni pesci eliminano urea: prodotta nel fegato, altamente solubile in acqua e meno tossica dellammoniaca, può essere trattenuta nel corpo in soluzione concentrata ed eliminata con una perdita dacqua piuttosto limitata. Alcuni animali terrestri espellono acido urico, una molecola molto più complessa dellammoniaca e dellurea e praticamente insolubile in acqua. Per espellere acido urico e produrre urea, un animale deve spendere energia.

20.7 Il fegato svolge numerose funzioni, tra cui la produzione dellurea 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 lurina); sintetizza la bile, le plasmaproteine e le lipoproteine. regola il livello di glucosio nel sangue.

Fegato Intestino Reni Vena porta epatica Figura 20.7 Il fegato si trova tra lintestino e il cuore, in una posizione strategica allinterno dellorganismo.

20.8 Il consumo di alcol può danneggiare il fegato Alcuni prodotti di degradazione dellalcol sono più tossici dellalcol stesso e possono causare il danneggiamento e la morte delle cellule epatiche e uninfiammazione 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

20.9 Il sistema escretore svolge diversi ruoli importanti nellomeostasi Il sistema escretore gioca un ruolo centrale nellomeostasi 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

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

Anatomia del sistema escretore umano: Aorta Vena cava inferiore Arteria e vena renali Uretere Vescica Uretra A il sistema escretore Rene Regione corticale Regione midollare Pelvi renale Uretere B Il rene Capsula di Bowman C Disposizione del nefrone allinterno del rene Arteria renale Vena renale Tubulo del nefrone Dotto collettore Verso la pelvi renale Regione corticale Regione midollare Glomerulo 1 Tubulo prossimale 3 Tubulo distale Capillari Tubulo di un altro nefrone Dotto collettore Bowmans capsule Arteriola proveniente dallarteria renale Arteriola proveniente dal glomerulo Diramazione della vena renale 2 Ansa di Henle con rete di capillari D Struttura dettagliata di un nefrone Figure 20.9A–D

20.10 Le funzioni di base del sistema escretore sono la filtrazione, il riassorbimento, la secrezione e lescrezione Nella filtrazione, lacqua e praticamente tutte le molecole abbastanza piccole da poter attraversare la parete dei capillari passano dal glomerulo al tubulo del nefrone. Durante il riassorbimento, lacqua e importanti soluti come il glucosio, i sali e gli amminoacidi sono recuperati nel filtrato e nuovamente immessi nel sangue.

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 lescrezione, lurina, ossia il prodotto della filtrazione, del riassorbimento e della secrezione, passa dai reni allesterno attraverso luretere, la vescica urinaria e luretra.

H 2 O e altre piccole molecoleUrina EscrezioneSecrezione RiassorbimentoFiltrazione Capillare Liquido interstiziale Tubulo del nefrone Figura Una visione dinsieme delle funzioni del sistema escretore:

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 dacqua passa dal tubulo al liquido interstiziale.

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 HCO 3 –. 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.

Riassorbimento e secrezione a livello del nefrone: Sangue Capsula di Bowman Tubulo prossimale Tubulo distale NaCI – HCO 3 Sostanze nutritive H 2 O Alcune sostanze tossiche + H Regione corticale NaCI – HCO 3 H2OH2O + H + K Dotto collettore Ansa di Henle NaCI Urea H2OH2O H2OH2O Urina (verso le pelvi renali) Regione midollare Filtrato: H 2 O NaCI HCO 3 H Urea Glucosio Amminoacidi Alcuni farmaci + – Riassorbimento Secrezione Figura 20.11

Sotto il controllo ormonale, i nostri reni mantengono anche un equilibrio preciso tra lacqua 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.

COLLEGAMENTI 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 dallarteria vanno al dializzatore Soluzione dializzane Soluzione dializzante nuovaSoluzione 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