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

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

2 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

3 Prova di competenza - Animali a riposo Quali cambiamenti avvengono nella temperatura corporea di un animale che va in letargo? 3

4 Lezione 1 LA TERMOREGOLAZIONE 4

5 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

6 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

7 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

8 Convezione Irraggiamento Evaporazione Conduzione 8

9 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

10 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

11 12.2 La termoregolazione richiede l equilibrio tra assorbimento e dispersione di calore Isolamento termico Pelo Piume Strati di grasso 11

12 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

13 Sangue arterioso proveniente dall interno del corpo Sangue venoso di ritorno verso l interno del corpo 33 C Sangue arterioso proveniente dall interno del corpo Sangue venoso di ritorno verso l interno del corpo

14 Le grandi orecchie degli elefanti favoriscono la dispersione di calore 14

15 12.2 La termoregolazione richiede l equilibrio tra assorbimento e dispersione di calore Raffreddamento per evaporazione Sudare Spruzzare saliva sul corpo Ansimare 15

16 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

17 La migrazione permette agli animali di vivere sempre nella condizione di temperatura ottimale 17

18 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

19 Lezione 2 LA REGOLAZIONE OSMOTICA E L ESCREZIONE 19

20 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

21 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

22 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

23 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

24 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

25 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

26 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

27 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

28 12.4 L eliminazione dei rifiuti azotati è fondamentale per il controllo dell ambiente interno Ammoniaca (NH 3 ) 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

29 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

30 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

31 Proteine Amminoacidi Basi azotate Acidi nucleici NH 2 Gruppi amminici La maggior parte degli animali acquatici, tra cui molti pesci Mammiferi, anfibi, squali, alcuni pesci ossei Uccelli e molti rettili, insetti, lumache terrestri Ammoniaca Urea Acido urico 31

32 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

33 Lezione 3 IL SISTEMA ESCRETORE UMANO 33

34 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

35 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

36 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

37 Regione corticale Aorta Regione midollare Vena cava inferiore Arteria e vena renali Uretere Uretra Rene Vescica urinaria Pelvi renale A Il sistema escretore Uretere Arteriola proveniente dall arteria renale Arteriola proveniente dal glomerulo Capsula di Bowman Ramificazione della vena renale 2 Ansa di Henle con rete di capillari Glomerulo 1 Tubulo prossimale Capillari 3 Tubulo distale Tubulo Proveniente da un altro nefrone Dotto collettore Capsula di Bowman Arteria renale Vena renale B Il rene Tubulo Dotto collettore Verso la pelvi renale Regione corticale Regione midollare D Struttura dettagliata di un nefrone C Disposizione del nefrone all interno del rene 37

38 Aorta Vena cava inferiore Arteria e vena renali Uretere Uretra Rene Vescica urinaria 38

39 Regione corticale Regione midollare Pelvi renale Uretere 39

40 Capsula di Bowman Tubulo Regione corticale Arteria renale Vena renale Dotto collettore Regione midollare Verso la pelvi renale 40

41 Arteriola proveniente dall arteria renale Capsula di Bowman Glomerulo Arteriola proveniente dal glomerulo Ramificazione della vena renale 2 Ansa di Henle con rete di capillari 1 Tubulo prossimale 3 Capillari Tubulo distale Tubulo proveniente da un altro nefrone Dotto collettore 41

42 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

43 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

44 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: Escrezione Ioni K + o H + in eccesso Farmaci e sostanze tossiche elaborate dal fegato 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

45 Filtrazione: la pressione sanguigna spinge l acqua e i soluti attraverso la membrana semipermeabile dei capillari del glomerulo 45

46 Riassorbimento: le molecole di acqua e sostanze utili sono recuperate dal filtrato e ritornano nel sangue 46

47 Secrezione: altre sostanze, come molecole tossiche e ioni in eccesso, sono aggiunte al filtrato 47

48 Escrezione: il filtrato rielaborato (l urina) viene eliminato dal sistema escretore e dal corpo 48

49 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

50 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 HCO 3 Secrezione of H + 50

51 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

52 Sangue Capsula di Bowman Tubulo prossimale Sostanze nutritive H 2 O NaCl HCO 3 1 Tubulo distale NaCl H 2 O HCO 3 Composizione del filtrato H 2 O NaCl HCO 3 H + Urea Glucosio Amminoacidi Alcuni farmaci Alcuni H + farmaci e sostanze tossiche Regione corticale Regione midollare Ansa di Henle H 2 O 2 NaCl K + H + 3 Dotto collettore NaCl Riassorbimento Secrezione Flusso del filtrato NaCl Urea H 2 O Urina (alla pelvi renale) 52

53 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

54 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

55 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

56 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

57 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

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59 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

60 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

61 Tubi che vanno dall arteria all apparecchiatura Pompa Tubi costituiti da una membrana selettivamente permeabile Tubi che vanno dall apparecchiatura alla vena Soluzione dializzante Soluzione dializzante nuova Soluzione dializzante usata (contenente urea e ioni in eccesso) 61

62 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

63 Lezione 4 IL SISTEMA TEGUMENTARIO 63

64 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

65 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

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67 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

68 12.9 Il sistema tegumentario riveste e protegge il corpo STEP BY STEP Descrivi struttura e funzione degli strati della pelle 68