Pesci - Anatomia - Apparato circolatorio
	Osmoregolazione nei Teleostei marini

Morfologicamente, i teleostei sono ben adattati allo scambio ionico utilizzando meccanismi attivi e passivi attraverso varie membrane superficiali per raggiungere un corretto equilibrio osmotico e stato di idratazione.
I teleostei marini vivono in un ambiente iperosmotico, ma hanno una bassa pressione osmotica, quindi per contrapporsi alla perdita di acqua sono costretti ad assorbire con continuità acqua salata (nella maggior parte dei casi un teleosteo marino beve circa il 10-20% del suo peso corporeo al giorno, con la capacità di bere fino al 35-40% se la salinità è elevata); ciò permette l'assorbimento di ioni e previene la disidratazione, ma contemporaneamente richiede l'attivazione di un processo di eliminazione di ioni monovalenti (es. Na⁺, K⁺ e Cl^-) in eccesso  nel sangue, attraverso l'epitelio branchiale e grazie alla presenza di ioniciti presenti nelle lamelle e nei filamenti branchiali.

Alla base delle lamelle branchiali secondarie si possono riconoscere delle cellule epiteliali (cellule del cloruro, estremamente ricche di mitocondri, polarizzate in due parti, una delle quali interagisce con l’acqua e l’altra con il capillare sanguigno)  che sono deputate al rilascio dell'eccesso di sali, in particolare di cloruri, proveniente dal cibo e dall'acqua ingerita. La secrezione di NaCl avviene attraverso un trasporto secretorio primario di Cl^- e un trasporto passivo secondario di Na^+.
Il pompaggio attivo di Na⁺ fuori dalla cellula del cloruro determina un gradiente di Na⁺, più alto nel sangue che nella cellula del cloruro, che innesca un sistema di trasporto, legato a Na⁺Cl^-, tale da aumentare il contenuto di Cl^- della cella del cloruro.  La cella di cloruro, altamente negativa, fa sì che Cl^- si sposti verso l'acqua di mare.
Il Na⁺ seguirà il gradiente dal sangue. Questo meccanismo di spostamento degli ioni è alimentato interamente dalla Na⁺ -K⁺ ATPasi,

Na+K+ATPasi

Na⁺K⁺ATPasi (NKA, conosciuta come pompa sodio-potassio) é un enzima, localizzato in tutte le membrane basolaterali degli ionociti e nella maggior parte delle cellule) che svolge il ruolo di trasportatore attivo di sostanze nella cellula, grazie all'utilizzo di energia. Il meccanismo di trasporto è influenzato dalle concentrazioni di ioni sodio e potassio: un’alta concentrazione di Na⁺ porta ad un trasporto dello stesso ione fuori della cellula,  mentre un’alta concentrazione di K⁺  attiva il meccanismo contrario.
Per ogni molecola di ATP (adenosina trifosfato)  utilizzata dalla pompa, vengono esportati tre ioni di sodio e importati due ioni di potassio. La differente affinità per gli ioni sodio e per gli ioni potassio deriva da un cambio della conformazione sterica degli aminoacidi costituenti la pompa, oppure da mutazioni a livello elettrochimico.
Dopo il legame dei tre ioni sodio, la proteina, attiva la funzionalità enzimatica legando a sé una molecola di ATP e ricava, mediante l’idrolisi del nucleotide trifosfato che degrada in adenosina difosfato (ADP),  l’energia necessaria per un cambio della conformazione che porta gli ioni Na⁺ nel liquido extracellulare, rendendo i siti di legame per il sodio a bassa affinità.
Dopo l’espulsione del sodio, i rispettivi siti di legame diventano a bassa affinità, mentre i due siti per il potassio divengono ad alta affinità. Dal liquido extracellulare  è facilitato l'ingresso di due ioni potassio anziché tre ioni sodio, a causa della differenza di affinità della pompa per questi ioni.
L’energia utilizzata dall’idrolisi di una molecola di ATP serve, oltre al trasporto dei due ioni, a creare un gradiente elettrochimico tra le due facce della membrana che servirà per i trasporti attivi secondari.
L'ATP viene rigenerato con la respiarazione.

Il Tratto gastro intestinale  ha la funzione di immettere nel sangue, attraverso gli strati di cellule epiteliali altamente polarizzate che formano la mucosa intestinale, i nutrienti provenienti dall’ambiente. Le molecole complesse vengono scomposte mediante degradazione meccanica ed enzimatica (proteasi, lipasi, carboidrati, ecc.), diventando molecole semplici.
Le sostanza assorbibili sono aminoacidi, acidi grassi, zuccheri, fosfati, ossalati, SO₄^--, vitamine, minerali e altri micronutrienti. La maggior parte dell’assorbimento di questi nutrienti, come il movimento di alcuni di esse, dipendono dal Na⁺ (vedi la cotrasportazione di glucosio tramite Na⁺⁾.

Nel caso dell'assorbimento dei lipidi dopo la lipolisi, i composti risultanti (monogliceridi,  acidi grassi a catena lunga, fosfolipidi, colesterolo, vitamine liposolubili), formano micelle con sali biliari, che vengono poi trasportate negli enterociti, dove vengono riesterificate in trigliceridi.  Successivamente, quest'ultimi sono accompagnati da un numero elevato di molecole d'acqua, il cui numero dipende dal trasportatore specifico.
La concentrazione supplementare di Ca⁺⁺ nella dieta influenza l’attività dello scambiatore Cl^-/HCO₃^- e l’assorbimento complessivo di ioni e acqua.

Le cellule del rivestimento intestinale nei pesci marini utilizzano (in direzione opposta) Na⁺ -K⁺ ATPasi per spostare NaCl nel tessuto circostante l'intestino; viene così creata un'area, con osmoalità maggiore dell'acqua di mare, che favorisce lo scorrimento dell'acqua nel sangue. La fase finale di questa idratazione è l'escrezione del sale da parte della cellula cloruro della branchia.
Le cellule specializzate (ionociti) si trovano anche nella pelle e nel tratto digestivo, dove  giocano un ruolo attivo e contro gradiente, simile alle cellule cloruro delle branchie, nell’assorbimento e nell’espulsione dei sali.
Il Cl^- entra in queste cellule dal flusso sanguigno (movimento legato ai gradienti elettrochimici transepiteliali) tramite il cotrasportatore passivo  Na⁺K⁺2Cl^-.
Successivamente il Cl^- esce passivamente dalla cellula verso l'esterno attraverso specifici canali basolaterali del Cl^-. Contemporaneamente il Na⁺  attraversa passivamente l'epitelio attraverso vie paracellulari. Il Ca⁺⁺ viene assorbito anche dai mezzi circostanti attraverso lo scambiatore cationico Na⁺/Ca⁺⁺.

L'intestino prossimale (esofago e intestino anteriore) rimuove fino all'80% dei principali ioni monovalenti (Na⁺, Cl^- e K⁺⁾ assunti,  mediante trasportatori passivi  che agiscono lungo un gradiente elettrochimico e non richiedono energia. Il  fluido intestinale elaborato, però, diventa ricco di ioni bivalenti (Ca⁺⁺,Mg⁺⁺,SO4^--).
Per eliminare gli ioni bivalenti in eccesso interviene l'intestino distale (medio, posteriore e retto) mediante precipitazione intestinale e successiva escrezione.
Questi meccanismi vengono energizzati e innescati dalla pompa sodio-potassio (Na⁺K⁺ATPasi) per favorire un continuo assorbimento di acqua lungo l'intestino.
L’assorbimento di acqua può anche essere facilitato dalla complessa morfologia dell’intestino, la quale può consentire alle concentrazioni osmotiche negli spazi interstiziali di essere molto inferiori a quelle del flusso di massa, grazie agli alti livelli di afflusso di Cl^-/Na⁺. Probabilmente, esistono dei sensori di Cl^-  sulla superficie luminale dell'intestino per la regolazione del bisogno di bere.
E' probabile che i pesci marini innescano un meccanismo per evitare che entri nel corpo un eccesso stressante di ioni bivalenti (fa eccezione lo ione solfato SO₄^-- che in  quantità significative sembra essere assorbito dall’intestino per favorire l’assorbimento dell’acqua).
Nel processo di desalinizzazione prende parte  la formazione di aggregati di carbonato, ottenuti dalla secrezione di  monoidrogenocarbonato (HCO₃^-), il quale aumenta il pH nel lume intestinale favorendo la precipitazione di ioni bivalenti (principalmente Ca^++, Mg⁺⁺). La secrezione aggiuntiva di protoni (H⁺) da parte dell'H-ATPasi apicale riduce l'osmolalità totale. La presnza di H⁺ libero interagisce con HCO₃^- libero formando acqua metabolica e  diminuendo l'osmolalità tramite diluizione (HCO₃^- + H⁺ = H₂O + CO₂).
Si presume che l’assorbimento netto di acqua avvenga essenzialmente nell’intestino attraverso a diversi percorsi: transcellulare,  diffusione paracellulare, diffusione semplice attraverso i doppi strati lipidici.
Il meccanismo di assorbimento del Cl^-  prevede un membro della famiglia dei trasportatori di soluti, quali Na⁺/K⁺/2Cl^-,  Na⁺Cl^-  e Cl^-/HCO₃^- scambiatore.
Con una certa probabilità, parte del cloro assorbito si accumula negli spazi intercellulari laterali tra gli enterociti. Vie paracellulari potrebbero facilitare questo processo, disperdendo il sale e consentendo l'afflusso di acqua.
Oltre all'assorbimento degli ioni, nell'intestino dei pesci marini esiste anche una via di secrezione degli ioni che svolge un ruolo essenziale nell'osmoregolazione.
La secrezione intestinale di Cl^-, che probabilmente è un riciclo,  avviene attraverso un regolatore apicale della conduttanza transmembrana della fibrosi cistica e permette di mantenere l'assorbimento di acqua legato al soluto, senza la necessità di ingerire più acqua di mare.

Il fegato nei teleostei è una ghiandola abbastanza grande con labatura variabile (unico lobo, bilobato, trilobato, polilobato) e svolge la funzione di produrre bile e sali biliari, che cooperano con gli enzimi pancreatici a tagliare e ad assorbire i grassi. La cistifellea può essere sferica, ovoidale, allungata). 
Il fegato è l’organo principale che modula l’omeostasi del glucosio attraverso il metabolismo intermedio in risposta allo stato nutrizionale. Questo metabolita viene sempre mobilitato da/verso l'asse fegato-sangue-tessuto attraverso specifici trasportatori per soddisfare le richieste energetiche. Il glucosio viene catabolizzato dalla glicolisi in condizioni aerobiche. Questo meccanismo di omeostasi è particolarmente complesso e dispendioso a livello energetico.

Recettori cationici polivalenti (della famiglia dei  chemocettori di feromoni e degli odori) sono presenti sulla superficie corporea, sul cervello, sulle branchie, sull’intestino e sulla pelle.  Poiché l'acqua di mare contiene alte concentrazioni di Ca⁺⁺ e Mg⁺⁺, è ragionevole ipotizzare che i recettori cationici polivalenti extracellulari servano per l'osmosi.
A volte potrebbe essere necessario che i pesci utilizzino il pompaggio di Na+ tramite ATPasi in cambio di NH₄⁺ per liberarsi dei rifiuti azotati. (Na⁺ -NH₄⁺ ATPasi e Cl^- HCO₃^- ATPasi non aiutano l'osmoregolazione). Circa il 90% dei residui azotati viene escreto nei pesci marini attraverso le branchie, sotto forma di ammoniaca e di poca urea.

Molti prodotti metabolici azotati  passano attraverso i reni.
Il rene è composto da numerose unità funzionali chiamate nefroni.
Ciascun nefrone è costituito da un corpuscolo renale, che include la capsula di Bowman, il glomerulo e un tubulo renale. Per economizzare l'acqua il corpuscolo renale è piccolo o assente e il tubulo è lungo.

Scema  MesoNefrone

Corpuscule de Malpighi de néphron de rein de Gardon en coupe transversale (Collection de l’ENS de Lyon)

La capsula di Bowman  è delimitata esternamente da uno strato parietale (epitelio semplice e squamoso), e internamente da uno strato viscerale (cellule che sviluppano espansioni ramificate). Tra gli strati parietale e viscerale si genera lo spazio di Bowman, preposto al contenimento dell'urina. La capsula di Bowman circonda un grappolo di vasi sanguigni capillari (glomerulo), costituenti il corpuscolo malpighiano. Il sangue viene portato al glomerulo da un'arteriola afferente e ripreso da un'arteriola efferente. Nel corpuscolo malpighiano le strutture escretrici, rappresentate dalla capsula di Bowman del nefrone, e le strutture circolatorie, corrispondenti ai vasi capillari del glomerulo, sono strettamente associate.
(Les reins | Codex virtualis) (https://slideplayer.it/slide/579796/)

Acqua, sali e prodotti di scarto del flusso sanguigno entrano nella capsula di Bowman e poi fluiscono attraverso il tubulo renale e il dotto collettore fino al dotto urinario per essere espulsi. Attraversando il tubulo, il glucosio, diversi minerali e in alcuni casi, acqua, vengono riassorbiti. Il filtraggio e il riassorbimento sono controllati dall'azione ormonale.

I reni sono preposte a ritenere o ad eliminare sostanze; la principale escrezione riguarda gli ioni bivalenti. Quasi tutti gli ioni SO₄^--, nella filtrazione glomerulare vengono riassorbiti dai tubuli prossimali, (in quest'ultimi  SO₄^-- non innesca il passaggio dall'assorbimento alla secrezione). Diversi studi indicano che il Ca⁺⁺ può essere regolato in differenti tessuti; Mg⁺⁺ e SO₄^-- sembrano essere trattati principalmente dal rene.  Il NaCl viene per lo più riassorbito tramite Na⁺K⁺2Cl^-.
Essendo costretti a conservare acqua, i pesci marini producono poca urina densa, non idonea a diluire NH₃, quest'ultima viene elaborata dal fegato e convertita in Urea.
La produzione di urina varia dal 5 al 12% del peso corporeo.
Alcune specie presentano una vescica urinaria funzionale mentre altre no. La presenza di ionociti nella vescica fa pensare ad un potenziale ruolo nell'assorbimento/escrezione degli ioni.

I corticosteroidi (specialmente il cortisolo) mèdiano molte funzioni corporee  dell’osmoregolazione, quali la regolazione naturale dell'equilibrio di ioni e acqua, la facilitazione dell'escrezione di Na⁺ (aumentando l'attività dell'ATPasi Na⁺-K⁺⁾ nelle branchie, il miglioramento e l'assorbimento di acqua nell'intestino e nella vescica urinaria, la risposta allo stress. Gli ormoni dello stress svolgono un ruolo fondamentale nel mantenimento dell’omeostasi interna, attraverso la funzione mineralcorticoide (11-desossicorticosterone) che controlla il trasporto di ioni e acqua.
Il riflesso di bere nei pesci marini sembra essere controllato principalmente dal sistema Renina-Angiotensina. Questo sistema aiuta a controllare la pressione sanguigna e il volume attraverso la vasocostrizione e l’antidiuresi, contrastando gli effetti disidratanti dell’ambiente. Si ritiene che lo stimolo sensoriale primario per il sistema renina-angiotensina nei pesci sia l'ipovolemia

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