Fisiologia Comparata: Circolazione Sanguigna, Sistema Urinario e Osmoregolazione

La Circolazione Sanguigna

La circolazione è un processo vitale che garantisce il trasporto di ossigeno, nutrienti e l'eliminazione dei prodotti di scarto nell'organismo. Esistono diverse tipologie di circolazione a seconda della specie animale.

Circolazione Semplice nei Pesci

Nei pesci, la circolazione è semplice. Il loro cuore, a forma di S, è costituito da un seno venoso che riceve il sangue deossigenato dal corpo, un atrio e un ventricolo molto muscoloso. Il sangue lascia il cuore attraverso le arterie branchiali afferenti dal ventricolo, si dirige alle branchie per l'ossigenazione e poi prosegue direttamente verso i tessuti del corpo, prima di ritornare al cuore.

La Doppia Circolazione nei Vertebrati Polmonati

Nei vertebrati polmonati, il cuore funziona come una doppia pompa, con due circuiti distinti che impediscono la miscelazione del sangue ossigenato e deossigenato.

Circuito Minore (Polmonare)

Il circuito minore o polmonare lascia il cuore attraverso le arterie polmonari e si dirige ai polmoni, dove il sangue viene ossigenato.

Circuito Maggiore (Sistemico)

Il circuito maggiore o sistemico: il sangue ossigenato lascia il cuore attraverso l'aorta, viene distribuito in tutto il corpo e ritorna al cuore tramite le vene cave.

Circolazione Incompleta e Completa

La circolazione doppia incompleta si osserva negli anfibi, dove il cuore presenta due atri e un unico ventricolo, con una parziale separazione che permette una certa miscelazione del sangue. Nei rettili, la miscelazione del sangue è ridotta grazie a un setto intraventricolare parziale. La circolazione doppia è completa quando non vi è alcuna miscelazione tra sangue ossigenato e deossigenato, come nei mammiferi e negli uccelli.

Regolazione della Circolazione Sanguigna negli Esseri Umani

Regolazione del Battito Cardiaco

Il bulbo rachideo è il centro nervoso che regola la frequenza cardiaca, ricevendo stimoli sia dall'ambiente esterno che interno del corpo.

Regolazione della Circolazione nei Vasi

La regolazione della circolazione nei vasi avviene tramite l'aumento o la diminuzione del loro diametro (vasodilatazione o vasocostrizione), controllato dal centro vasomotore situato anch'esso nel bulbo.

Il Sistema Urinario e l'Osmoregolazione

Il sistema urinario è fondamentale per l'eliminazione delle scorie metaboliche e per il mantenimento dell'equilibrio idrico-salino dell'organismo.

Struttura del Rene

Il rene è un organo complesso, essenziale per la filtrazione del sangue e la produzione di urina. La sua struttura include:

• Capsula renale: è lo strato fibroso esterno che avvolge il rene.
• Zona corticale: ha un aspetto granulare dovuto alla presenza dei corpuscoli di Malpighi (glomeruli e capsule di Bowman).
• Zona midollare: ha un aspetto striato e presenta le piramidi renali, divise in colonne renali.
• Pelvi renale: è l'area interna che raccoglie l'urina prodotta prima che venga convogliata nell'uretere.

Fisiologia del Nefrone dei Mammiferi

Ogni rene contiene milioni di unità funzionali chiamate nefroni. Ogni nefrone è costituito dal corpuscolo di Malpighi (glomerulo e capsula di Bowman), dal tubulo contorto prossimale che lascia il corpuscolo, dall'ansa di Henle che si estende nella midollare e consiste in un ramo ascendente e uno discendente, dal tubulo contorto distale che ritorna nella corticale e sfocia in un dotto collettore. I dotti collettori terminano nella pelvi renale, da cui l'uretere di ogni rene porta l'urina alla vescica.

Formazione dell'Urina

La formazione dell'urina avviene attraverso tre processi principali:

1. Filtrazione glomerulare: il sangue circolante viene filtrato dai capillari all'interno della capsula di Bowman a causa della pressione sanguigna. Questo filtrato iniziale, chiamato filtrato glomerulare, non è selettivo e contiene acqua, sali, glucosio, aminoacidi e scorie.
2. Riassorbimento tubulare: il filtrato iniziale contiene grandi quantità d'acqua e sostanze utili. Solo circa l'1% del volume iniziale viene eliminato come urina; il resto (acqua, glucosio, sali, aminoacidi) viene riassorbito selettivamente nel sangue lungo il percorso tubulare.
3. Secrezione tubulare: è il passaggio attivo di sostanze (come ioni idrogeno, potassio, farmaci e tossine) dal sangue ai tubuli renali, contribuendo all'eliminazione delle scorie e alla regolazione del pH sanguigno.

Sudore e Ghiandole Sudoripare

Le ghiandole sudoripare si trovano nella pelle, concentrandosi in alcune parti del corpo (es. ascelle, palmi delle mani, piante dei piedi). Ogni ghiandola sudoripara è costituita da un tubulo sottile chiamato glomerulo, che estrae un liquido (il sudore) dai capillari sanguigni. Il sudore è simile all'urina per composizione, contenendo acqua, sali e piccole quantità di urea, e svolge un ruolo nella termoregolazione e nell'eliminazione di scorie.

Regolazione della Concentrazione delle Urine

I cambiamenti nell'ambiente interno dell'organismo sono compensati dall'eliminazione di urina più o meno concentrata. La concentrazione delle urine dipende dalla permeabilità dei tubuli collettori, che è regolata principalmente dalla vasopressina (o ormone antidiuretico - ADH). Un aumento della pressione osmotica arteriosa stimola la secrezione di vasopressina, che a sua volta aumenta il riassorbimento di acqua e produce urina più concentrata.

Osmoregolazione negli Animali

L'osmoregolazione è il processo che permette agli organismi di mantenere l'equilibrio idrico e salino interno, nonostante le variazioni dell'ambiente esterno.

Pesci d'Acqua Dolce

I pesci d'acqua dolce vivono in un ambiente ipotonico, dove l'acqua tende a penetrare continuamente nel loro corpo per osmosi. Per contrastare ciò, riassorbono sali attivamente attraverso i reni e le branchie, ma eliminano grandi quantità di urina diluita per espellere l'eccesso d'acqua.

Pesci d'Acqua Salata

I pesci d'acqua salata sono soggetti a una costante perdita d'acqua per osmosi verso l'ambiente ipertonico. I pesci ossei marini riassorbono la maggior parte dell'acqua nei reni e producono poca urina molto concentrata. I pesci cartilaginei (come gli squali) hanno sviluppato una strategia unica, mantenendo il loro ambiente interno quasi isotonico rispetto all'acqua di mare grazie all'accumulo di urea e TMAO (trimetilammina N-ossido).

Vertebrati Terrestri

I vertebrati terrestri devono conservare l'acqua ed eliminare i prodotti di scarto azotati con il minimo dispendio idrico. Nei rettili e negli uccelli, l'acido urico viene espulso come pasta semisolida, e il processo di riassorbimento tubulare è molto intenso per minimizzare l'acqua eliminata. I mammiferi sono ureotelici (eliminano urea) e producono urina ipertonica, grazie alla capacità dei loro reni di concentrare l'urina in modo efficiente.