Il nostro corpo è composto per 2/3 da acqua, accuratamente distribuita tra i vari compartimenti. Qualsiasi alterazione dell'equilibrio tra questi fluidi può rappresentare un problema. L'osmoregolazione è il processo omeostatico per preservare l'equilibrio idrico tra i vari compartimenti dell'organismo.
Importanza dell'osmoregolazione
Prima di parlare di osmoregolazione, è necessario definire l'osmolalità e la pressione osmotica.
L'osmolalità si riferisce alla misurazione del numero di particelle disciolte in moli per litro di fluido.
La pressione osmotica è la pressione che deve essere applicata a una soluzione per impedire il movimento verso l'interno dell'acqua da un'altra soluzione meno concentrata quando le due soluzioni sono separate da una membrana semipermeabile, come la membrana cellulare.
La pressione osmotica è determinata dall'osmolalità. Una maggiore osmolalità di una soluzione comporta una pressione osmotica più elevata.
Figura 1. Il concetto di pressione osmotica.
L'osmoregolazione è una regolazione omeostatica attiva della pressione osmotica dei fluidi corporei all'interno degli organismi. Poiché la pressione osmotica determina il movimento dell'acqua, l'osmoregolazione permette di mantenere l'equilibrio dei fluidi e la concentrazione degli elettroliti nell'organismo. Come abbiamo detto nell'articolo sull'omeostasi, i meccanismi omeostatici, compresa l'osmoregolazione, richiedono quattro elementi per essere funzionali. Questi includono un sensore, un centro di controllo, un effettore e un sistema di feedback.
Meccanismi di osmoregolazione
Gli organismi si dividono in due gruppi in base al tipo di osmoregolazione. Questi due gruppi vengono definiti osmoconformatori e gli osmoregolatori.
Gli osmoconformatori comprendono gli invertebrati marini. Essi regolano l'osmolalità del loro corpo per adattarla all'ambiente in cui vivono, anche se la composizione ionica all'interno del loro corpo può essere diversa da quella dell'ambiente circostante.
Gli osmoregolatori sono invece i mammiferi, i pesci e la maggior parte degli animali in generale. Gli osmoregolatori regolano strettamente un'osmolalità interna diversa da quella dell'ambiente. Questi organismi hanno organi specializzati che controllano attivamente l'assorbimento e l'escrezione di sale per mantenere costante l'osmolalità del loro corpo.
Osmoregolazione nell'uomo
Circa il 60% del corpo umano è composto da liquidi. Questa quantità può variare leggermente tra gli individui in base al sesso, all'età e alla massa muscolare magra.
I fluidi del corpo umano sono separati in due comparti principali, interno ed esterno delle cellule. Circa 2/3 dell'acqua contenuta nel nostro corpo si trova nei fluidi intracellulari (ICF); il restante 1/3 costituisce il fluido extracellulare (ECF). I fluidi extracellulari sono costituiti dai fluidi contenuti tra le cellule (fluido interstiziale) e dal plasma sanguigno. Un'alterazione della pressione osmotica di uno di questi compartimenti può provocare uno squilibrio nel movimento dell'acqua tra di essi e quindi alterare la concentrazione dei loro elettroliti. Inoltre, una diminuzione del volume plasmatico può portare a un abbassamento della pressione sanguigna con gravi conseguenze.
Gli elettroliti sono minerali essenziali che trasportano una carica elettrica. Gli elettroliti aiutano l'organismo a regolare i livelli di pH, a mantenere l'idratazione e altro ancora. Esempi di elettroliti sono il cloruro, il magnesio, il calcio, ecc. Probabilmente avrete visto bevande sportive pubblicizzare gli elettroliti nelle loro bevande per darvi una spinta. Ma non preoccupatevi, non avete bisogno di bevande particolari per avere abbastanza elettroliti; una dieta sana vi fornirà tutti gli elementi essenziali.
Tuttavia, in uno stato di carenza di elettroliti, le funzioni del corpo potrebbero essere compromesse. Una carenza di elettroliti potrebbe causare squilibri acidi, spasmi muscolari, coagulazione del sangue o sintomi che includono tra gli altri battito cardiaco accelerato, affaticamento o nausea.
Figura 2. La posizione anatomica dell'ipotalamo
Gli osmorecettori rilevano le variazioni della pressione osmotica del sangue e sono situati principalmente nell'ipotalamo. Questi cambiamenti vengono trasmessi al centro di controllo dell'ipotalamo. Se il sangue è troppo concentrato, gli osmorecettori lo rilevano e l'ipotalamo risponde stimolando la sete e aumentando il rilascio dell'ormone antidiuretico (ADH) anche noto come vasopressina. L'ADH è un ormone endocrino (un messaggero che viene rilasciato direttamente nel sangue) che ha come bersaglio i reni e aumenta il riassorbimento di acqua. Se il sangue risulta troppo diluito, l'ipotalamo diminuisce il rilascio di ADH, consentendo di espellere più acqua nelle urine.
Ipotalamo: struttura parte del sistema nervoso centrale, situata alla base dello stesso nella zona centrale interna ai due emisferi cerebrali, in prossimità dell'ipofisi.
Ormone antidiuretico (ADH) o vasopressina: peptide costituito da nove aminoacidi con funzioni di ormone, neurostramettitore e modulatore della trasmissione nervosa.
Questo meccanismo è controllato da un feedback negativo. Non appena la pressione osmotica del sangue viene riportata al suo valore ottimale, anche la risposta dell'ipotalamo torna al suo valore di base. Questo processo permette di mantenere l'osmolalità del sangue a un valore relativamente costante.
Figura 3. Regolazione dei livelli di idratazione corporea grazie al meccanismo a feedback negativo operato dall'ormone antidiuretico (ADH)
Struttura e ruolo dei reni
I mammiferi hanno due reni situati nella parte posteriore della cavità addominale, ai lati del midollo spinale. I reni sono organi essenziali che svolgono quattro funzioni principali:
- Osmoregolazione: Regolazione del contenuto di acqua nel sangue.
- Escrezione: I reni espellono i prodotti di scarto del metabolismo, come l'urea, e le sostanze in eccesso nell'organismo, come gli ioni sodio o potassio.
- Regolazione del pH: Controllando l'escrezione e il riassorbimento del bicarbonato, i reni regolano il pH del sangue.
- Secrezione endocrina: I reni sono anche ghiandole endocrine. Rilasciano l'ormone eritropoietina (EPO), che agisce sul midollo osseo e aumenta il numero di globuli rossi.
Struttura dei reni
Il rene è composto da diverse strutture.
Figura 4. Anatomia del rene e delle strutture ad esso associate
Queste strutture e le loro descrizioni sono riassunte nella tabella seguente.
| Struttura | Descrizione |
| Capsula renale | Membrana protettiva che circonda il rene. |
| Corteccia renale | La regione esterna del rene, di colore chiaro. La corteccia è costituita dalle capsule di Bowman, dai tubuli contorti e dai vasi sanguigni. |
| Midollare del rene | La regione interna del rene, di colore più scuro, ha la forma di piramidi multiple. La medulla è costituita da anse di Henle, dotti collettori e vasi sanguigni. |
| Pelvi renale | Cavità a forma di imbuto in cui terminano i dotti collettori. L'urina si raccoglie qui prima di entrare nell'uretere. |
| Uretere | Tubo urinario che trasporta l'urina dal rene alla vescica. |
| Arterie renali | L'arteria renale è un ramo diretto dell'aorta addominale. Fornisce al rene sangue ossigenato. |
| Vene renali | La vena renale restituisce il sangue dal rene e drena direttamente nella vena cava inferiore. |
Legenda:
Rosso - Un'arteria con sangue ossigenato
Blu - Una vena con sangue deossigenato
Giallo - Altre strutture
Il nefrone
Il nefrone è l'unità funzionale del rene. È costituito da un tubo di 14 mm con un raggio stretto chiuso alle due estremità. Il nefrone è costituito da diverse regioni, ciascuna con funzioni diverse. Queste strutture comprendono:
- La capsula di Bowman: L'inizio del nefrone è circondato da una fitta rete di capillari sanguigni chiamata glomerulo. Lo strato interno della capsula di Bowman è rivestito da cellule specializzate chiamate podociti, che impediscono il passaggio di particelle di grandi dimensioni, come le cellule, dal sangue al nefrone.
- Tubulo contorto prossimale: La continuazione del nefrone dalla capsula di Bowman. Questa regione contiene tubuli molto contorti, circondati da capillari sanguigni. Inoltre, le cellule epiteliali che rivestono i tubuli convoluti prossimali sono dotate di microvilli per migliorare il riassorbimento delle sostanze dal filtrato.
- Ansa di Henle: Una lunga ansa a forma di U che si estende dalla corteccia in profondità nella midollare e poi di nuovo nella corteccia. Questa ansa è circondata da capillari sanguigni e svolge un ruolo importante nello stabilire il gradiente corticomidollare.
- Tubulo contorto distale: La continuazione dell'ansa di Henle rivestita da cellule epiteliali. In questa regione i tubuli sono circondati da un minor numero di capillari rispetto ai tubuli convoluti prossimali.
- Dotto collettore: Un tubo in cui drenano i tubuli contorti distali. Il dotto collettore trasporta l'urina e infine drena nella pelvi renale.
Osmoregolazione - Punti chiave
- L'osmolalità misura il numero di particelle disciolte in moli per litro di fluido. La pressione osmotica è determinata dall'osmolalità. Un'osmolalità più elevata di una soluzione comporta una pressione osmotica più alta.
- L'osmoregolazione è la regolazione omeostatica attiva della pressione osmotica dei fluidi corporei all'interno degli organismi. Le variazioni della pressione osmotica del sangue sono rilevate da osmorecettori nell'ipotalamo. Questi cambiamenti vengono poi trasmessi al centro di controllo, anch'esso situato nell'ipotalamo.
- I mammiferi hanno due reni. Le principali funzioni dei reni sono:
- Osmoregolazione
- Escrezione di prodotti di scarto
- Regolazione del pH
- Secrezione endocrina di EPO
Il rene è composto da varie parti e strutture. Queste includono:
- Capsula fibrosa
- Corteccia
- Midollo allungato
- Pelvi renale
- Uretere
- Arteria renale
- Vena renale
- L'unità funzionale del rene è chiamata nefrone.
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