Esercizi: L'apparato escretore

Nomina in ordine le strutture dell'apparato escretore attraverso cui passa l'urina da quando si forma nel rene fino a quando esce dal corpo, e indica quale di esse la immagazzina temporaneamente.

Nello schema di un nefrone sono state indicate varie strutture. Scrivi il nome delle strutture contrassegnate con le lettere A, B e C e spiega brevemente che cosa avviene in ciascuna durante la formazione dell'urina.

Spiega quali sostanze vengono eliminate principalmente con l'urina e da dove provengono queste sostanze all'interno del nostro organismo.

Nomina i quattro organi dell'apparato urinario e indica quale di essi filtra il sangue e quale espelle l'urina all'esterno.

Spiega che cos'è un nefrone e perché si dice che è l'unità funzionale del rene.

L'urea è una delle sostanze di scarto che vengono eliminate con l'urina. Spiega da dove proviene questa sostanza all'interno del nostro organismo e perché è necessario eliminarla.

Indica se queste affermazioni sono vere o false e giustifica la tua risposta: a) l'urina si produce nella vescica; b) ogni rene contiene circa un milione di nefroni; c) la quantità di acqua che beviamo influisce sul volume di urina che produciamo.

Oltre ai reni, altri organi eliminano sostanze dal corpo. Indica che cosa eliminano i polmoni e che cosa elimina la pelle, e spiega perché si dice che collaborano anch'essi all'escrezione.

Descrivi i due grandi processi che avvengono nel nefrone per produrre l'urina (filtrazione e riassorbimento) e spiega che cosa accade al sangue e alle sostanze utili in ciascuno di essi.

Una persona beve poca acqua durante una giornata calda e nota che la sua urina è scarsa e di colore scuro. Spiega, tenendo conto della funzione dei reni, perché cambiano il volume e il colore dell'urina e che cosa sta cercando di mantenere costante l'organismo.

Metti in relazione l'apparato escretore e quello circolatorio: spiega perché l'escrezione richiede che il sangue arrivi continuamente ai reni e che cosa accadrebbe se si ostruisse un'arteria renale.

Il sangue entra nel rene attraverso l'arteria renale ed esce attraverso la vena renale. Spiega in che cosa il sangue in uscita differisce da quello in entrata, quali sostanze sono state rimosse e dove sono finite.

In una persona sana, il glucosio che viene filtrato nei nefroni è riassorbito completamente e non compare nell'urina. Se un'analisi rileva glucosio nell'urina di una persona, ragiona su che cosa può non funzionare e perché è un segnale d'allarme per il medico.

I farmaci che si assumono per via orale finiscono in gran parte per essere eliminati con l'urina. Segui il loro percorso dall'intestino al rene e spiega perché il foglietto illustrativo indica il tempo che deve trascorrere tra una dose e l'altra.

Il liquido che viene filtrato all'inizio del nefrone contiene acqua, sali, glucosio, amminoacidi e urea; l'urina finale contiene soprattutto acqua, sali e urea. Confronta le due composizioni e spiega quale processo del nefrone provoca le differenze e perché è utile che avvenga.

Dopo aver corso una gara in estate, l'urina è scarsa e molto concentrata anche se si è bevuto normalmente. Metti in relazione il sudore, l'acqua del sangue e il lavoro dei nefroni per spiegare questo cambiamento.

In un'analisi di laboratorio si confrontano tre campioni di una persona sana: plasma sanguigno, filtrato glomerulare iniziale (urina primaria) e urina finale espulsa. I risultati mostrano:

• Glucosio: $1,0\ \text{g/L}$ nel plasma, $1,0\ \text{g/L}$ nell'urina primaria e $0,0\ \text{g/L}$ nell'urina finale.

• Urea: $0,3\ \text{g/L}$ nel plasma, $0,3\ \text{g/L}$ nell'urina primaria e $18,0\ \text{g/L}$ nell'urina finale.

• Volume: si producono $180\ \text{L}$ al giorno di urina primaria, ma se ne eliminano solo $1,5\ \text{L}$ di urina finale.

1. a) Interpreta questi dati spiegando quali processi hanno avuto luogo nei tubuli del nefrone perché il glucosio scompaia completamente mentre la concentrazione di urea si moltiplica per 60.
2. b) Prevedi che cosa accadrebbe al volume e alla composizione dell'urina se una sostanza tossica annullasse selettivamente il riassorbimento tubulare dell'acqua, e giustifica il rischio per la vita che ciò comporterebbe in poche ore.

In una clinica si esegue l'emodialisi su un paziente con insufficienza renale collegando il suo sangue, attraverso una membrana semipermeabile, a un circuito con liquido di dialisi.

1. a) Giustifica quale concentrazione di urea deve avere inizialmente il liquido di dialisi (zero o simile a quella del sangue del paziente?) affinché l'urea si sposti fuori dal corpo. Prevedi che cosa accadrebbe se per errore si introducesse un liquido con una concentrazione di urea maggiore di quella del paziente.
2. b) Un compagno afferma: «La macchina per la dialisi e il rene di un trapianto fanno esattamente la stessa cosa, quindi per la salute è uguale restare collegati per tutta la vita alla macchina o ricevere un trapianto». Confuta questa affermazione giustificando due limiti fondamentali della dialisi rispetto all'attività completa e continua di un rene sano trapiantato.

Due atleti di $60\ \text{kg}$ compiono una camminata di montagna di tre ore a $28\ ^\circ\text{C}$. Entrambi sudano circa $1,5\ \text{L}$. L'atleta A beve acqua regolarmente, mentre l'atleta B ha dimenticato la borraccia e non assume liquidi. Alla fine si analizza la loro urina:

• Atleta A: emette $300\ \text{mL}$ di urina chiara e poco concentrata.

• Atleta B: emette appena $60\ \text{mL}$ di urina molto scura e densa.

1. a) Interpreta come hanno agito i nefroni dell'atleta B per cercare di mantenere costante il volume del sangue (volemia) nonostante l'intensa sudorazione.
2. b) Prevedi che cosa accadrebbe alla concentrazione di sali nel plasma sanguigno e alla capacità di eliminare le sostanze di scarto se l'atleta B continuasse a camminare per altre tre ore senza bere. Giustifica perché il rene non può ridurre indefinitamente la produzione di urina a $0\ \text{mL}$.

Prima di donare un rene a suo fratello, una donna di 35 anni si sottopone a degli esami: i suoi due reni filtrano insieme $120\ \text{mL/min}$ di plasma ($60\ \text{mL/min}$ ciascuno). Sei mesi dopo l'intervento, il suo unico rene è leggermente aumentato di dimensioni e raggiunge una filtrazione di $85\ \text{mL/min}$.

1. a) Interpreta questo risultato: come è possibile che un solo rene riesca a compensare in gran parte la perdita dell'altro senza creare nuovi nefroni? Giustifica che cosa avviene a livello cellulare e funzionale nei nefroni rimanenti.
2. b) Un parente le consiglia: «Dato che il tuo rene rimasto rende quasi come due, non preoccuparti del consumo eccessivo di sale, carne o antinfiammatori». Confuta questo consiglio giustificando la vulnerabilità delle persone con un solo rene e l'importanza di proteggere la loro riserva funzionale renale.

In un laboratorio scolastico si aggiunge $1\ \text{mg}$ di sali di ossalato di calcio a due becher con acqua a $37\ ^\circ\text{C}$ (temperatura corporea):

• Becher A: contiene $50\ \text{mL}$ di acqua.

• Becher B: contiene $250\ \text{mL}$ di acqua.

Dopo un po', nel becher A precipitano cristalli solidi sul fondo, mentre nel becher B la soluzione rimane trasparente.

1. a) Applica questo fenomeno di solubilità al funzionamento del rene: prevedi e giustifica in quale dei due becher si simula la pelvi renale di una persona che beve meno di $1\ \text{L}$ di acqua al giorno e come questo si collega alla formazione delle coliche renali (calcoli renali).
2. b) Progetta un piano con tre indicazioni quotidiane (alimentari e di abitudini) per un paziente che ha già espulso un calcolo di ossalato di calcio, giustificando scientificamente come ciascuna contribuisca a evitare la ricomparsa di sedimenti cristallini.

Analizza questo schema che descrive la relazione tra ipertensione arteriosa e malattia renale:

Pressione arteriosa costantemente alta $\rightarrow$ Lesione e indurimento dei capillari glomerulari $\rightarrow$ Calo della filtrazione renale $\rightarrow$ Ritenzione di acqua e sodio nell'organismo $\rightarrow$ Aumento del volume del sangue circolante $\rightarrow$ Ulteriore aumento della pressione arteriosa.

1. a) Giustifica perché la ritenzione di acqua e sali dovuta a una filtrazione insufficiente aggrava immediatamente l'ipertensione arteriosa del paziente.
2. b) In un esame di controllo di un paziente iperteso di lunga data si rileva la presenza anomala di proteine plasmatiche (come l'albumina) nell'urina. Deduci quale alterazione fisica ha subito la parete di filtrazione del glomerulo a causa della pressione prolungata e spiega perché questo reperto conferma il deterioramento del rene.

Marco, 14 anni, si allena in atletica e ha deciso di assumere frullati proteici che moltiplicano per quattro la quantità di proteine raccomandata per la sua età. Dopo due mesi, le sue analisi mostrano:

• Concentrazione di urea nel sangue e nell'urina molto al di sopra dei valori di riferimento.

• Emissione giornaliera di urina di $2,8\ \text{L}$ (abituale: $1,2\ \text{--}\ 1,5\ \text{L}$), accompagnata da sete costante.

1. a) Giustifica l'origine di questo eccesso di urea: spiega quale processo metabolico subiscono gli amminoacidi in eccesso nel corpo umano e perché l'organismo non può accumularli come riserva come fa con i grassi o gli zuccheri.
2. b) Marco commenta soddisfatto: «Più urina espello, più tossine elimino e più sani sono i miei reni». Confuta il suo argomento spiegando perché l'eliminazione dell'urea obbliga a perdere grandi volumi di acqua (diuresi osmotica) e prevedi quali conseguenze può avere questo sovraccarico renale prolungato.

Si registra la concentrazione di urea nel sangue di due pazienti nell'arco di dieci giorni:

• Paziente 1 (reni sani): la concentrazione si mantiene stabile intorno a $25\ \text{mg/dL}$ ogni giorno.

• Paziente 2 (malattia renale cronica, trattato con emodialisi il lunedì, il mercoledì e il venerdì): l'urea scende a $20\ \text{mg/dL}$ dopo ogni seduta di quattro ore, ma sale gradualmente nei giorni intermedi, raggiungendo il valore massimo ($90\ \text{mg/dL}$) il lunedì mattina prima della prima seduta settimanale.

1. a) Interpreta l'evoluzione del paziente 2: giustifica perché il fine settimana è il momento di maggior rischio per la vita e perché deve limitare rigorosamente l'assunzione di liquidi e di alimenti ricchi di potassio in quei giorni.
2. b) Confronta i due modelli di filtrazione (continuo naturale e intermittente artificiale) e prevedi quali effetti dannosi provocano sulle cellule del corpo le oscillazioni brusche di soluti e idratazione che subisce il paziente in emodialisi.

Sfida del tema. Diventa fisiologo per un giorno! Indagherai a casa tua come i tuoi quattro apparati della nutrizione collaborano in modo sincronizzato di fronte a una richiesta di energia.

1. Raccolta di dati personali: misura e annota a riposo la tua frequenza cardiaca (battiti al minuto) e respiratoria (cicli di inspirazione/espirazione al minuto). Svolgi $3$ minuti di esercizio moderato (come saltelli o salire le scale) e misurale di nuovo subito dopo. Annota anche i cambiamenti corporei visibili (sudore, sete, temperatura della pelle).

2. Analisi e integrazione: elabora una tabella comparativa (riposo e sforzo) e redigi una breve relazione che spieghi l'azione coordinata: come l'apparato respiratorio e quello circolatorio aumentano l'apporto di $O_2$ alle cellule, quello digerente fornisce i nutrienti assorbiti in precedenza (come il glucosio) e quello escretore disperde calore e tossine attraverso il sudore.

3. Proposta di recupero: progetta uno spuntino post-sforzo motivato (assunzione di carboidrati, sali e volume di acqua, per esempio $0,4\text{ L}$), giustificando come aiuterà a ristabilire l'ambiente interno e l'equilibrio renale.

Verranno valutati:

• Rigore nella raccolta e nella rappresentazione in tabella dei dati fisiologici personali.

• Qualità della spiegazione scientifica che collega esplicitamente i quattro apparati.

• Coerenza e giustificazione biologica dello spuntino e della reidratazione proposti.