Sistema escretore e la termoregolazione

Il sistema escretore e la termoregolazione

Il sistema escretore e la termoregolazione
Il sistema escretore contribuisce all’omeostasi dell'organismo
L'omeostasi è un processo che aiuta il corpo a rimanere stabile e funzionare correttamente, regolando la temperatura, il livello di zucchero nel sangue, la pressione e i liquidi.
Il sistema escretore svolge diverse funzioni adibite alla regolazione dell'ambiente chimico interno, come la composizione del plasma sanguigno. Garantisce un equilibrio fra acqua e soluti, il mantenimento di un pH costante e l'eliminazione di scorie che l’organismo produce.
Gli organi principali del sistema escretore sono i reni
Il sistema escretore è costituito da:
• Reni: sono due e svolgono il compito di filtrare il sangue;
• Ureteri: sono due tubicini che portano l'urina dai reni alla vescica;
• Vescica: funge da organo di raccolta delle urine;
• Uretra: organo che permette lo svuotamento della vescica.
I reni sono due organi rossastri a forma di fagiolo, situati dietro il fegato e lo stomaco. Il nefrone è l’unità funzionale di base del rene, responsabile della filtrazione del sangue e della produzione dell’urina e le sue due principali componenti sono il glomerulo e il tubulo renale. Nella parte centrale del rene si trova l’ilo renale, da cui si originano e partono i vasi sanguigni e linfatici, ma anche gli ureteri.
Sopra i reni si trovano le ghiandole surrenali che producono ormoni come l’eritropoietina per la produzione di globuli rossi, calcitriolo e renina.
I reni filtrano il sangue ed eliminano le scorie azotate.
Il rene ha 3 funzioni:
• Escrezione dei rifiuti metabolici che si accumulano nel sangue: i principali rifiuti sono il diossido di carbonio e i composti azotati dovuti alla demolizione degli amminoacidi. L’ammoniaca molto tossica viene trasformata dal fegato in urea.
Il sistema circolatorio porta l’urea ai reni dove viene eliminata in soluzione acquosa.
• Regolazione della concentrazione degli ioni e di altre sostanze chimiche: è importante mantenere costanti gli ioni come il sodio (Na+), il potassio (K+), l'idrogeno (H+), il magnesio (Mg2+), il calcio (Ca2+) e il bicarbonato (HCO3-) nel corpo. Questi elementi svolgono un ruolo molto importante per garantire che le proteine abbiano una struttura corretta, che gli impulsi nervosi si propaghino correttamente e che i muscoli si contraggano come dovrebbero.
• Mantenimento dell’equilibrio idrico: il controllo idrico è importante per mantenere una corretta pressione del sangue.
In media ogni giorno assumiamo 2200 ml di liquidi da cibo e bevande e ne otteniamo circa 350 ml dall’ossidazione di nutrienti. In media con l’urina eliminiamo 1500 ml di acqua al giorno. L’acqua viene eliminata sotto forma di aria umida dai polmoni, con le feci, per evaporazione dalla pelle, con il sudore e sottoforma di urina.
Anatomia macroscopica e microscopica del rene
La regione esterna e chiara è detta corticale, quella interna e scura è detta midollare, formata da piramidi renali.
I nefroni sono strutture funzionali del rene situati nella porzione corticale. I tubi che trasportano l'urina si chiamano dotti collettori, mentre le punte delle strutture a forma di piramide nei reni la raccolgono e la portano verso i calici renali, che assomigliano appunto a dei calici. Le pelvi renali sono la parte più interna del rene.
Il sangue entra nel rene attraverso l’arteria renale.
Il nefrone ha due componenti principali: il glomerulo, che è un gruppo di capillari, e il tubulo renale. Il tubulo renale inizia da una struttura a forma di coppa chiamata capsula di Bowman.
Il tubulo renale è costituito da due parti chiamate tubulo contorto prossimale e tubulo contorto distale. Questi due tubuli sono collegati tra loro da una sezione chiamata ansa di Henle. Infine, i tubuli si uniscono per formare una struttura chiamata dotto collettore.
Caratteristiche del nefrone:
Le diverse sezioni del tubulo renale e del dotto collettore hanno una permeabilità diversa all'acqua, ai sali e all'urea. Alcune parti del tubulo contengono proteine nella loro membrana che consentono il trasporto dei sali fuori dal tubulo. Il tubulo forma una struttura a “U” chiamata ansa di Henle, che si estende nella parte interna del rene chiamata midollare, dove ci sono diversi livelli di concentrazione osmotica.
La formazione dell’urina prevede filtrazione, secrezione, riassorbimento ed escrezione
La concentrazione dell’urina: nel tubulo prossimale, il liquido filtrato è isotonico (ovvero ha la stessa concentrazione del sangue). Nella parte discendente dell'ansa di Henle, il filtrato diventa più concentrato perché l'acqua viene attratta verso l'esterno a causa di una elevata concentrazione di sali.
La parete ascendente è impermeabile all’acqua e il filtrato diventa sempre più diluito mentre gli ioni vengono eliminati. Nel tubulo, il filtrato diventa ipotonico (meno concentrato). Nel dotto collettore, l'eliminazione dell'acqua dipende dall'ormone antidiuretico (ADH).
• La filtrazione: per la filtrazione è necessaria una forte pressione sanguigna all’interno del glomerulo (circa il doppio degli altri capillari), questa pressione viene generata dalle arteriole afferenti ed efferenti.
Il plasma viene così spinto attraverso le pareti dei capillari glomerulari e della capsula di Bowman, finendo nel lume del tubulo (lo spazio cavo all'interno del tubulo). Il liquido filtrato ha la stessa composizione del plasma sanguigno.
• La secrezione: dopo la filtrazione, alcune molecole che sono rimaste nel plasma vengono rimosse dai capillari peritubulari, i capillari che circondano il tubulo renale e vengono trasferite nel fluido filtrato. Questo processo permette di eliminare dal flusso sanguigno sostanze dannose che possono essere state assunte tramite cibo o farmaci.
• Il riassorbimento: Il riassorbimento si svolge contemporaneamente agli altri due processi. L’acqua e soluti utili all’organismo, che si trovano inizialmente nel tubulo, vengono riportati nei capillari peritubulari.
Questo processo avviene per il glucosio, gli amminoacidi e le vitamine. In sostanza, il corpo recupera queste sostanze utili per riassorbirle nel flusso sanguigno.
• l’escrezione: Dopo i processi di filtrazione e riassorbimento, il liquido rimanente, chiamato urina, rappresenta solo l'1% del fluido iniziale. L'urina lascia il nefrone e passa nelle pelvi renali, che sono delle strutture cave e fungono da punto di raccolta per l'urina prodotta dai nefroni.
Alcuni ormoni regolano la funzionalità renale
L'ormone antidiuretico (ADH), che aiuta a controllare la quantità di acqua nell'organismo, viene prodotto nell'ipotalamo e rilasciato dall'ipofisi.
Quando l'ADH è assente, la parete del dotto diventa impermeabile all'acqua e l'urina è ipotonica, risulta diluita.
Ma se l'ADH invece è presente, l'acqua può passare attraverso la parete del dotto per osmosi. In questo caso, l'urina ha la stessa concentrazione del liquido circostante, ma è più concentrata, ipertonica, rispetto ai liquidi del corpo.
La quantità di ADH rilasciato dipende da ciò che è presente nel sangue e dalla pressione. Ci sono dei recettori di pressione nel cuore, nell'aorta e nelle arterie carotidi. Se ci si disidrata o si abbassa la pressione (a causa di una emorragia), la concentrazione di soluti nel sangue diminuisce e viene attivato l'ADH.
La presenza di adrenalina, l'assunzione di alcol, l'esposizione al freddo intenso o l'assunzione di grandi quantità di acqua aumentano la concentrazione di soluti nel sangue o la pressione, e quindi inibiscono l'ADH. Ciò porta ad un aumento della quantità di urine.
L'aldosterone è un ormone prodotto dalla parte esterna delle ghiandole surrenali ed ha due effetti principali: stimola l'escrezione di potassio e favorisce il riassorbimento di sodio.
La produzione di aldosterone è controllata dalla quantità di questi ioni nel sangue. Quando il sodio viene riassorbito nella parte finale del nefrone (un'unità del rene), si verifica una ritenzione di acqua (si trattiene anche acqua).
Ormone Origine Funzione
ADH Prodotto nell’ipotalamo Favorisce la produzione di urina ipertonica rendendo permeabile all’acqua il dotto collettore del nefrone
aldosterone Prodotto nella parte corticale delle ghiandole surrenali
Aumenta l’escrezione degli ioni K+ nel tubulo distale e nel dotto collettore e il riassorbimento di ioni Na+ da essi
Peptide natriuretico atriale Prodotto negli atri cardiaci
Inibisce il riassorbimento degli ioni Na+ dal tubulo distale; esercita la sua funzione sia direttamente sul nefrone sia indirettamente, inibendo la liberazione di aldosterone dalla corteccia surrenale
Il rene produce una sostanza chiamata renina, che a sua volta trasforma una proteina nel sangue chiamata angiotensina.
L'angiotensina provoca la vasocostrizione dei vasi periferici e dell'arteriola che porta al rene, facilitando il riassorbimento di sodio nel tubulo renale e stimola la ghiandola surrenale a rilasciare l’ormone chiamato aldosterone. Infine, l’angiotensina attiva una parte del cervello responsabile della sete.
La regolazione del pH del sangue avviene grazie alla respirazione, ai sistemi tampone e ai reni
Il sangue deve avere un pH compreso tra 7,35 e 7,45 in modo che le proteine possano svolgere correttamente le loro funzioni. Per mantenere il pH sanguigno entro questo intervallo, i polmoni facilitano lo scambio di anidride carbonica e ossigeno.
I sistemi tampone sono sostanze chimiche che aiutano a mantenere l'equilibrio tra acidi e basi nel sangue. Il rene, attraverso il tubulo renale, può eliminare l'eccesso di ioni idrogeno (H+) e recuperare ioni bicarbonato (HCO3-) se il pH del sangue è troppo basso, o viceversa. In questo modo, il rene contribuisce al mantenimento dell'equilibrio acido-base nel corpo.

Gli ureteri collegano i reni alla vescica

Gli ureteri sono dei tubi con un diametro di 6 mm e una lunghezza di 25 cm. All'interno hanno un tipo di tessuto chiamato epitelio di transizione, composto da cellule tondeggianti che possono allungarsi e distendersi senza rompersi. Gli ureteri hanno uno strato di muscolatura liscia e sono circondati da tessuto connettivo lasso. All'interno dei loro tessuti scorrono vasi sanguigni, linfatici e nervi.
Gli ureteri mantengono l’unidirezionalità del flusso grazie alle contrazioni muscolari degli stessi, alla forza di gravità e alla pressione esercitata dalla vescica piena sui tratti finali degli ureteri, che li schiaccia.
La vescica è un sacco muscolare che raccoglie l’urina.
La vescica è un organo muscolare cavo che ha una lunghezza di circa 12-15 cm e può contenere tra i 400 e i 700 ml di urina, con una capacità massima di 1200 ml. È composta da tre strati: un rivestimento interno chiamato epitelio di transizione, uno strato di muscolatura liscia e uno strato di tessuto connettivo.
Nella vescica ci sono due aperture chiamate orifizi ureterici, attraverso le quali l'urina fluisce dagli ureteri verso la vescica. In basso, c'è l'apertura per l'uretra, il canale attraverso il quale l'urina viene eliminata dal corpo.
Il trigono è una parte della vescica vicino all'orifizio uretrale. Ha una mucosa piatta e può essere suscettibile a infezioni a causa del ristagno di urina. Quando la vescica è piena, la mucosa del trigono si solleva formando delle pieghe.
Nella vescica, al centro di una parte chiamata trigono, si trova l'orifizio uretrale interno e uno sfintere uretrale interno costituito da muscolatura liscia. Nella parte inferiore della vescica, c'è lo sfintere uretrale esterno, composto da muscoli striati.
I reni producono costantemente urina, ma l'urgenza di urinare si manifesta quando la vescica è piena di circa 400 ml di urina. I recettori di stiramento nella vescica inviano un segnale al midollo spinale, che a sua volta invia un segnale di ritorno alla vescica. Questo segnale provoca il rilassamento dello sfintere uretrale interno e la contrazione muscolare, consentendo all'urina di essere eliminata.
Quando avvertiamo lo stimolo della minzione, possiamo scegliere se rilassare volontariamente lo sfintere muscolare che si trova all'estremità dell'uretra, chiamato sfintere uretrale esterno. Se decidiamo di rimandare, dopo 1 minuto lo stimolo cessa e si ripresenta dopo un riempimento di altri 200 ml.
Questo controllo volontario della minzione diventa possibile a partire dai due anni di età.
L’uretra porta l’urina dalla vescica all’esterno
L'uretra è un tubo che inizia dalla vescica. Nelle donne, è breve, solo di 3-4 cm, ed è per questo motivo che sono più comuni le infiammazioni della vescica chiamate cistiti.
Nelle donne, le vie genitali e urinarie sono separate e distinte, mentre negli uomini l'uretra è più lunga, di circa 20 cm, e funge da passaggio sia per l'urina sia per il liquido seminale durante l'eiaculazione. Negli uomini può essere difficile espellere i calcoli attraverso l'uretra.
L’urina umana normalmente è gialla, limpida e acida
L'urina è un liquido di colore giallo che può variare a seconda della concentrazione e appare limpido. Il suo colore proviene da una sostanza chiamata urocromo, che si forma dalla distruzione dell'emoglobina.
Quando l'urina entra in contatto con i batteri presenti nell'ambiente, l'urea presente nell'urina viene degradata e trasformata in ammoniaca, dando all'urina un odore sgradevole. Il pH dell'urina è acido e può essere influenzato dalla dieta che si segue.
Il peso specifico dell'urina, che indica la sua densità, varia tra 1,001 e 1,035 rispetto all'acqua distillata che ha un peso specifico di 1.

Le analisi delle urine forniscono informazioni sul metabolismo

Per effettuare un'analisi dell'urina, si prelevano 10 ml di urina che devono essere raccolti in modo igienico e conservati in un luogo fresco. In alternativa, l'urina può essere prelevata dal medico direttamente dalla vescica utilizzando un ecografo.
Esistono diversi tipi di esami che possono essere eseguiti sull'urina:
• Esame fisico: si valuta l'aspetto, il volume, il colore e il peso specifico dell'urina.
• Esame biochimico: si valuta il pH dell'urina e si cerca la presenza o l'assenza di determinati composti chimici, sangue, glucosio, pigmenti biliari e ormoni.
• Analisi dei sedimenti: si osserva al microscopio il materiale precipitato nell'urina.
• Analisi dei cristalli: si cerca la presenza di composti inorganici che precipitano nell’urina formando cristalli.
Tutti questi esami forniscono informazioni sulle caratteristiche chimiche e fisiche dell’urina e possono aiutare a identificare eventuali anomalie o condizioni mediche.
Gli organismi viventi reagiscono al variare della temperatura
Il nostro corpo mantiene una temperatura costante grazie al metabolismo cellulare. Il calore prodotto viene perso attraverso diversi meccanismi:
• Conduzione: il calore si disperde quando entriamo in contatto diretto con una superficie più fredda.
• Convezione: il calore si disperde quando l'aria o il liquido circostante si muove intorno al nostro corpo, portando via il calore.
• Evaporazione: quando sudiamo, il calore viene disperso quando l'acqua presente sulla pelle evapora.
• Radiazione termica: il calore viene emesso dal nostro corpo sotto forma di radiazione infrarossa.
In questo modo, il nostro corpo regola la temperatura interna per mantenerla stabile e garantire il corretto funzionamento delle nostre cellule.
Le proteine sono sensibili alle variazioni di temperatura
La velocità delle reazioni catalizzate dagli enzimi dipende dalla temperatura. Le proteine, inclusi gli enzimi, richiedono una temperatura specifica per funzionare correttamente. Temperature elevate causano la denaturazione delle proteine, perdendo la loro struttura tridimensionale, mentre temperature più basse portano all'inattivazione delle proteine, bloccando i processi fisiologici.
Gli organismi regolano la temperatura grazie all’ipotalamo
La temperatura del nostro corpo è di circa 37 °C ed è regolata da un sistema automatico che funziona come un termostato, situato nell'ipotalamo del nostro cervello.
Ci sono dei recettori per la temperatura posizionati in tutto il nostro corpo. I più importanti sono quelli sulla pelle e quelli che monitorano la temperatura del sangue.
La pelle aiuta a regolare la temperatura corporea
Quando il nostro corpo si surriscalda, i vasi sanguigni si allargano e il flusso di sangue verso la pelle aumenta. Questo aiuta a dissipare il calore dal corpo.
Quando l'aria è fredda, il calore può essere trasmesso dalla nostra pelle all'aria circostante per irraggiamento. Inoltre, se abbiamo calore in eccesso, il corpo può rilasciarlo attraverso l'evaporazione del sudore o della saliva.
Quando la temperatura del corpo inizia a diminuire, i vasi sanguigni sulla pelle si stringono per limitare la perdita di calore.
Per compensare, il nostro corpo aumenta i processi metabolici per generare più calore. Ciò include un aumento dell’attività muscolare, sia volontaria (come saltare sul posto) che involontaria (come il tremore muscolare). La sensazione di “pelle d’oca” che si manifesta con i peli che si rizzano è un residuo evolutivo che in passato era utile quando avevamo una folta peluria.
Inoltre, le ghiandole endocrine e il sistema nervoso attivano il metabolismo per aiutare a mantenere la temperatura corporea.
Il ruolo della febbre
La febbre è una risposta del nostro corpo quando si verifica una situazione che richiede una temperatura più alta.
Quando ci ammaliamo a causa di agenti patogeni, i globuli bianchi rilasciano una proteina che sposta la temperatura impostata sul "termostato" del nostro corpo. Questo provoca un aumento della temperatura corporea.
Aumenti moderati della temperatura aiutano il sistema immunitario a combattere i batteri e ucciderli. Tuttavia, se la febbre diventa troppo alta, può causare problemi perché può danneggiare le proteine nel nostro corpo.