L'apparato escretore

L'apparato escretore

La regolazione dei fluidi corporei. Gli animali sono costituiti in prevalenza da acqua e perciò devono mantenere l'equilibrio idrosalino attraverso l'osmoregolazione. La composizione del sangue è invece regolata dall'apparato escretore, cioè dai reni.

Gli organi escretori mantengono ottimale la composizione dei fluidi nonostante le enormi variazioni dovute agli apporti e alle perdite di sostanze. Tutti sono basati sullo stesso tipo di struttura: un tubo chiuso a un'estremità e aperto verso l'esterno all'estremità opposta. Le estremità del fondo cieco e le pareti del tubo sono formate da tessuto epiteliale che controlla il movimento dei materiali tra i fluidi corporei e l'interno del canale. Il fluido che rimane all'interno subisce modifiche che lo tradformano in urina, espulsa all'esterno.

Apparato escretore nei vari animali. L'apparato escretore deve far fronte a esigenze diverse a seconda dell'ambiente di vita dei vari animali: nei vertebrati ad acqua dolce l'acqua entra in continuazione hanno bisogno di un apporto abbondante di sali; i pesci di mare perdono invece molta acqua ed espellono i sali; gli anifibi sono dotati di entrambi i tipi di reni mentre rettili e uccelli conservano l'acqua riassorbendola nel sangue ed eliminando i prodotti di rifiuto allo stato semisolido.

Apparato escretore nell'uomo. È formato da due reni, due ureteri, una vescica urinaria e un'uretra.

I reni sono due organi simmetrici a forma di fagiolo ciascuno grande quanto un pugno situati nella cavità addominale dietro al fegato e allo stomaco.

I reni formano l'urina a partire dai componenti del sangue:

• rimuovono le sostenze di rifiuto cioè l'escrezione;
• regolano la concentrazione di ioni e la quantità d'acqua (osmoregolazione);
• controllano l'acidità, cioè il pH del sangue.

Ogni rene è costituito da minuscoli tubuli detti nefroni attraverso il quale entrano ed escono le diverse sostanze. L'estremità filtra il sangue e lo trasforma in urina.

L'urina è raccolta negli ureteri che la trasportano alla vescica urinaria: essa è un organo muscolare cavo in cui viene temporaneamente immagazzianata l'urina. Lo svuotamento inizia con le contrazioni della muscolatura liscia delle pareti, facendo aprire lo sfintere interno e quello esterno.

Dalla vescica l'urina è spinta nell'uretra.

La formazione dell'urina. I nefroni formano l'urina a partire dalle sostanze presenti nel sangue che viene filtrato nel nefrone attraverso la capsula di Bowman, cioè l'estremità a fondo cieco del tubulo renale. Essa circonda un gruppo di capillari sanguigni detto glomerulo, il quale si origina dalla ramificazione di un'arteriola afferente che a sua volta deriva da una ramificazione dell'arteria renale.

Parte del sangue che scorre qui passa attraverso le pareti dei capillari raccogliendosi nella capsula di Browman, prendendo il nome di filtrato; da qui fluisce negli altri tratti del nefrone dove la sua composizione viene modificata e dopodichè fluisce nella arteriola efferente. Quest'ultima origina un secondo letto di capillari: tra questi e il filtrato ha luogo un intenso scambio di sostanze.

Questi capillari convergono in venule, nella vena renale e poi nella vena cava inferiore.

La capsula di Bowman rappresenta la parte iniziale del nefrone che continua con una porzione altamente convoluta chiamata tubulo contorto prossimale; a questo segue un tratto a U detto ansa di Hele e un altro tubulo contorto distale. Questa porzione sfocia in un dotto collettore che forma l'urina in tre fasi:

• filtrazione
• riassorbimento
• secrezione

La formazione dell'urina inizia nella capsula di Bowman di ogni nefrone, dove il sangue è filtrato attraverso la parete del capillare (grazie alla pressione sanguigna), da secrezioni cellulari e dal tessuto epiteliale della capsula; gli unici componenti non filtrati sono cellule e proteine plasmatiche, mentre le altre sostanze, il 99% del filtrato, servono all'organismo e vengono riassorbite dalle pareti del nefrone.

La maggior parte dei nutrienti e degli ioni che entrano nei nefroni ritorna al sangue attraversando le pareti del tubulo contorto prossimale fino alla capsula di Bowman, successivamente escono dal nefrone con un trasporto attivo e passando attraverso il liquido interstiziale entrano nei capillari che circondano il tubulo.

Il filtrato arriva all'ansa di Henle nella quale esce l'acqua per osmosi e si ha un trasporto attivo di ioni sodio verso il liquido interstiziale: si ottiene un'urina sempre più concentrata e il recupero di sali e acqua.

Il trasferimento degli ioni sodio dal nefrone al sangue è controllato dall'aldosterone: maggiore è la sua quantità, maggiore sarà il numero di ioni sodio assorbiti dal sangue.

Il riassorbimento dell'acqua è regolato dall'ormone antidiuretico: l'ipotalamo rileva la concentrazione di acqua nel sangue e riceve informazioni sul volume da cellule sensoriali situate nelle arterie del collo. Quando il volume ematico è basso o la concentrazione di ioni supera un determinato valore l'ipotalamo segnala all'ipofisi di aumentare la secrezione di ADH che fa aumentare l'impermeabilità del dotto collettore e fa assorbire l'acqua. Quando la secrezione di ADH è insufficente a causa dell'alcol, allora si sviluppa il diabete inspido.

I reni hanno un'importane funzione di regolazione della pressione del sangue. Infatti quando la pressione è bassa aumentano la secrezione di ADH e di aldosterone che fanno aumentare la quantità di ioni sodio riassorbiti dal nefrone e la quantittà di acqua riassorbita dal dotto collettore.

Le cellule sono estremamente sensibili alle variazioni di pH dei fluidi intracellulari perchè l'attività degli enzimi metabolici dipende da questo valore.

I reni contribuiscono a mantenere il sangue e i fluidi corporei a un pH costante di 7,4. Gli ioni H⁺ in eccesso, liberati dalle attività cellulari, vengono pompati per trasporto attivo del sangue contenuto nei capillari che circondano i nefroni, nel fluido circostante, con il processo di secrezione.

La regolazione della temperatura corporea. La temperatura corporea è mantenuta ottimale da meccanismi omeostatici: il mantenimento è importantissimo durante l'omeostasi.

Tutti gli animali presentano adattamenti per mantenere la temperatura corporea elevata.

In base a ciò gli animali venivano suddivisi in eterotermi, la cui temperatura varia a seconda del variare della temperatura esterna, ed omeotermi, i quali sono capaci di mantenere la temperatura corporea costante. Però molti eterotermi sono in grado di mantenere la loro temperatura corporea abbastanza costante così oggi si preferisce suddividerli in ectotermi, che ottengono il calore dall'esterno, ed endotermi, che lo producono internamente.

L'ectotermia e l'endotermia hanno entrambe vantaggi e svantaggi: al contrario degli ectotermi gli endotermi sono in grado di mantenere la temperatura corporea elevata e costante in qualsiasi momento, però devono amngiare di più.

Adattamenti anatomici e comportamentali. Gli ectotermi assorbono il calore dall'esterno e controllano la propria temperatura mediante adattamenti anatomici e comportamentali.

Gli adattamenti anatomici riguardano le dimensioni e la superficie corporea: gli ectotermi hanno piccole dimensioni e superfici isolanti.

Negli endotermi gli adattamenti comportamentali e anatomici non sono mirati ad assorbire il calore dall'ambiente quanto a conservarlo quando la temperatura esterna è bassa. Molti endotermi sfruttano adattamenti comportamentali come raggomitolarsi o rifugiarsi in zone riparate; gli adattamenti anatomici riguardano la superficie corporea, nella quale è presente grasso sottocutaneo ed isolato da piume o peli.

Si gli ectotermi che gli endotermi disperdono il calore in eccesso e raffreddano il proprio corpo tramite adattamenti comportamentali, avvalendosi sull'evaporazione dell'acqua, ansimando o sudando.

Adattamenti fisiologici. Essi sono relativi a processi interni che coinvolgono reazioni chimiche.

La temperatura è controllata da un gruppo di neuroni situati nell'ipotalamo. Questo centro della temperatura riceve informazioni sulla temperatura corporea da tre diverse fonti: neuroni sensoriali sulla pelle, neuroni nella cavità addominali e il sangue.

Esso invia comandi necessari attraverso i neuroni motori agli organi effettori, cioè alle ghiandole, ai muscoli scheletrici e alla muscolatura liscia della parete dei vasi, che reagiscono in modo da riportare la temperatura al livello ideale.

Gli adattamenti fisiologici sono principalmente due: un aumento della quantità di sangue che raggiunge la pelle tramite la dilatazione delle arteriole e un aumento della quantità di acqua eliminata dal corpo attraverso la sudorazione.

I piccoli aumenti di temperatura vengono corretti con la dilatazione delle arteriole della pelle data dal rilassamento dei muscoli lisci.

Quando il centro rileva un aumento della temperatura la regolazione avviene tramite dilatazione massiccia e perdita di acqua sotto saliva o sudore.

Il sudore è una soluzione di acqua e ioni secreta dalle ghiandole sudoripare in tutto il corpo. Per consentire il raffreddamento, il sudore deve poter evaporare: esso entra in azione quando la quantità di calore generata dalle cellule è superiore a quella perduta tramite la dilatazione delle arteriole superficiali.

Quando la temperatura scende la di sotto dei valori normali, il centro di controllo comanda ai muscoli lisci della pelle di contrarsi riducendo il flusso di sangue verso la superificie. Quando scende di più di un grado, il centro invia messaggi ai muscoli lisci e ai muscoli scheletrici stimolandoli a contrarsi. Se la temperatura scende sotto i 36° allora i muscoli si contraggono provocando i brividi.

Quando si ha la febbre l'ipotalamo non perde il controllo della temperatura: la mantiene costante lo stesso, in quanto forma di difesa dell'organismo contro le infezioni. I globuli bianchi secernono messaggeri chimici che segnalano al centro di controllo di mantenere una temperatura di quanlche grado superiore alla norma, cosicchè il centro comanda la restrizione delle arteriole e i brividi. Quando l'infezione scompare l'ipotalamo torna a funzionare normalmente.

A volte i meccanismi di controllo della temperatura corporea si inceppano. Il colpo di calore si verifica quando il corpo non riesce a disperdere calore e la temperatura sale rapidamente: una delle cause è la disidratazione o l'elevata umidità atmosferica. L'ipotermia si verifica invece quando il corpo non risce più a generare calore con i brividi: si verifica dopo una lunga esposizione al freddo o si è esposti a venti gelidi. Il cervello inizia a non funzionare più a 35° e la vittima manifesta disorientamento e sonnolenza. A 32° l'ipotalamo smette di funzionare e non invia più comandi cosicchè la temperatura non è più regolata