El Sistema Excretor y la eliminación de los desechos metabólicos

Transcripción

1 El Sistema Excretor y la eliminación de los desechos metabólicos El agua moldea la naturaleza básica de la vida y su distribución en el planeta. La mayor parte de los organismos están constituidos principalmente por agua, siendo además el medio en el que ocurren casi todas las reacciones metabólicas. Una de las ventajas de la multicelularidad en los organismos es el aumento de la capacidad homeostática: el mantenimiento de un medio interno relativamente constante en el que las células pueden vivir y funcionar. Los animales terrestres tienen la necesidad continua de conservar agua. El cuerpo requiere agua, y la pérdida de ésta es cuidadosamente regulada. El agua se ingiere con el alimento y las bebidas y también se forma en reacciones químicas metabólicas. Algo de ella pasa a formar parte del plasma sanguíneo, el cual transporta sustancias por todo el organismo. Después, a partir del plasma sanguíneo se forma líquido intersticial que baña todas las células del cuerpo. El exceso de agua se evapora de la superficie corporal o es excretada por estructuras especializadas. La composición de los líquidos corporales también debe mantenerse dentro de ciertos límites. Dos procesos que mantienen la homeostasis de líquidos son la osmorregulación y la excreción de desechos metabólicos. La osmorregulación es la regulación activa de la presión osmótica de los líquidos corporales de modo que éstos no resulten excesivamente diluidos o concentrados. La excreción es el proceso de liberar el cuerpo de desechos metabólicos, incluyendo el agua. Los vertebrados, incluido el ser humano, han desarrollado un sistema excretor que se encarga de estos procesos y que también liberan al cuerpo del exceso de agua, del exceso de iones y sustancias tóxicas.

2 Sistema excretor humano Función de la excreción La sangre es la encargada de transportar todo tipo de sustancias a las células de nuestro cuerpo, sustancias útiles (gases, nutrientes, hormonas, etc.) y sustancias de desecho metabólico. Estos desechos metabólicos, producto de la actividad metabólica celular, deben ser eliminados del organismo porque, si bien, algunos son inocuos otros son muy tóxicos y si se acumularan en nuestro cuerpo podrían llevarnos rápidamente a la muerte. La regulación del medio interno de un animal implica resolver tres problemas básicos y vinculados entre sí: - la excreción de los desechos metabólicos, - la regulación de las concentraciones de iones y otros compuestos químicos y - el mantenimiento del balance hídrico. La solución a estos problemas dependerá del medio en el que se desempeñe el organismo, no será lo mismo para un organismo acuático que para uno terrestre. Un aparato excretor típico colecta líquido de la sangre y ajusta entonces la composición de este líquido devolviendo de modo selectivo sustancias necesarias al líquido corporal. Por último el producto a excretar ya ajustado que contiene las sustancias en exceso o potencialmente tóxicas es expulsado del cuerpo. La excreción es el proceso de liberar el cuerpo de desechos metabólicos, incluyendo las cantidades de agua necesarias. El sistema excretor se encarga de liberar al cuerpo del exceso de agua, iones y sustancias nocivas. Los términos excreción y egestión (eliminación de desechos digestivos) a veces se confunden. La materia alimenticia no digerida y por lo tanto no absorbida se elimina del organismo con las heces (materia fecal), proceso denominado egestión. Tales sustancias nunca participaron en el metabolismo químico del organismo ni ingresaron a las células corporales; simplemente pasaron por el sistema digestivo. El sistema excretor urinario es el principal sistema que nos permite eliminar metabolitos, pero no es el único medio de eliminación de impurezas o de desechos metabólicos, también se eliminan metabolitos a través de los pulmones (CO 2, H 2 O, al exhalar), a través de piel (H 2 O, sales, urea, como constituyentes del sudor) y, también, cuando eliminamos heces liberamos al cuerpo de algunos desechos metabólicos procesados en el hígado y que llegaron a ella a través de la bilis. A través del sistema urinario con la producción de orina se eliminan fundamentalmente las siguientes sustancias: agua, sales minerales (cloruros, fosfatos, bicarbonatos y oxalatos) y desechos nitrogenados (ácido úrico, amoníaco y principalmente urea). Uno de los principales desechos nitrogenados que las células vuelcan a la sangre, producto de la degradación de los aminoácidos de las proteínas, es el amoníaco (NH 3 ). El amoníaco se convierte rápidamente en el hígado en urea. La urea es un producto relativamente no tóxico que es llevado a los riñones y es eliminado una vez que se lo ha disuelto en un acierta cantidad de agua. Sistema excretor urinario El principal órgano osmorregulador y excretorio de los vertebrados, incluido el ser humano, son los riñones que filtran de la sangre los desechos metabólicos y el exceso de agua, con los que fabrica la orina. De esta forma contribuyen a mantener constante la composición química de la sangre. La orina es llevada a través de los uréteres hasta la vejiga donde se almacena para su posterior eliminación por la uretra. En resumen la orina fluye por los siguientes órganos: riñón uréter vejiga uretra

3 Organización del Sistema excretor urinario Esquema del sistema excretor urinario y su relación con el sistema circulatorio: Los órganos del sistema son: Riñones: órgano par de unos 10 cm, están situados detrás del estómago y del hígado. Se distinguen cuatro zonas bien diferenciadas: - cápsula renal, membrana fina de tejido conectivo fibroso y resistente - corteza renal, cubierta continua con prolongaciones hacia el interior, las columnas, contiene los nefrones, - médula renal, formada por pirámides renales, que contiene los túbulos colectores de la orina, - pelvis renal, especie de embudo en donde desembocan los túbulos renales. Corte longitudinal de riñón y uréter: Esquema del sistema excretor urinario. La unidad estructural funcional del riñón es el nefrón. Cada riñón humano tiene alrededor de un millón de nefrones, con una longitud total de aproximadamente 80 Km. Uréter: conducto par, uno por riñón que transporta la orina desde el riñón hasta la vejiga. Vejiga: órgano muscular y elástico donde se acumula la orina que recibe a través de los dos uréteres provenientes desde ambos riñones. Puede almacenar aproximadamente

4 800 ml de orina. Una vez llena se produce el reflejo de micción (terminaciones nerviosas), provocando el deseo de evacuar su contenido. Esquema de la vejiga: Función del riñón: el nefrón y la formación de orina Cada riñón está formado por más de un millón de estructuras especializadas en la formación de la orina, los nefrones. Cada nefrón constituye una unidad estructural y funcional del riñón, en el se llevan a cabo la filtración de la sangre y como resultado de esto, se obtiene la orina. La estructura de los nefrones comprende un largo tubo que se ubica entre la corteza y la médula renal. Esquema que muestra la ubicación de los nefrones en un riñón: Uretra: conducto por el que sale la orina al exterior a través del poro urinario. En el hombre este órgano es compartido con el sistema reproductor, es decir que poseen un único poro génito-urinario; en la mujer es independiente de dicho sistema, es decir que poseen un poro urinario y uno genital. Diferencias entre el sistema excretor urinario masculino y femenino: Esquema de un nefrón: Arteriola eferente Arteriola aferente 1: riñón - 2: uréter - 3: vejiga - 4: uretra Capilares peritubulares

5 Un nefrón está constituido por diferentes estructuras: Glomérulo: ovillo de capilares sanguíneos que se encuentran encerrados en una estructura en forma de copa, la cápsula de Bowman. La arteria renal se ramifica en arteriolas aferentes, éstas se ramifican formando un ovillo de capilares (glomérulo propiamente dicho); estos capilares se vuelven a unir en una arteriola eferente. La arteriola eferente se ramifica y forma los capilares peritubulares que desembocan en venas que dejarán el riñón a través de la vena renal. Espacio de Bowman Túbulo contorneado proximal Cápsula de Bowman Glomérulo Arteriola aferente Arteriola eferente Cápsula de Bowman: estructura en forma de copa que encierra al glomérulo, constituye el filtro del nefrón. La cápsula de Bowman conjuntamente con el glomérulo que encierra constituyen el corpúsculo o cuerpo de Malpighi. Túbulos renales: formados por los túbulos contorneados proximales, el asa de Henle y los túbulos contorneados distales, por los que circula el líquido filtrado. Las paredes de los túbulos están formadas únicamente por endotelio especializado en el transporte activo. Cada sector tiene la capacidad de reabsorber o de secretar ciertos iones y sustancias (por transporte activo o por difusión y ósmosis) hacia el fluido intersticial. diferentes iones y compuestos. Conducto colector: recibe la orina ya formada y la vuelca en la pelvis renal. La formación de orina en los nefrones es un proceso complejo que involucra varios pasos que se irán sucediendo a lo largo de la estructura, conforme avanza el líquido dentro de ella: - Filtración: Tal como fue mencionado en párrafos anteriores, los glomérulos funcionan como filtros de sangre, es decir, tanto el agua como los desechos metabólicos y algunas sales minerales abandonan los capilares glomerulares y se dirigen hacia el espacio de la cápsula de Bowman para luego arribar a los túbulos renales. Como el flujo de sangre que ingresa al corpúsculo renal vía arteriola aferente soporta una gran resistencia debido a la disposición en ovillo de los capilares glomerulares, la sangre empieza a filtrarse. Ello significa que sustancias de bajo peso molecular como el agua, algunos aminoácidos, glucosa, sales minerales y sustancias nitrogenadas de desecho como urea, creatinina, ácido úrico y amoníaco abandonan en forma pasiva los capilares arteriales y se depositan en la cápsula de Bowman. Hay que notar que así como fueron eliminados de la circulación los desechos tóxicos, también lo han hecho sustancias necesarias para el organismo como las sales, glucosa y aminoácidos, entre otras. Las moléculas pesadas como proteínas, lípidos y células de la sangre no son filtradas. Los riñones filtran alrededor de 125 mililitros por minuto, lo que hace un total de 180 litros diarios. El producto de la filtración ocurrida entre el glomérulo y la cápsula de Bowman se denomina filtrado glomerular. - Reabsorción: Las células que forman el epitelio tubular se encargan de recuperar las sustancias útiles que escaparon por filtración glomerular. Si bien la reabsorción tubular se lleva a cabo en todo el sistema tubular, es decir, en los túbulos contorneados proximal y distal, en el asa de Henle y aún en los túbulos colectores, se da con mayor intensidad en el túbulo proximal y el asa. Este proceso se realiza por transporte activo o por difusión

6 simple (transporte pasivo) a favor del gradiente de concentración, en el caso del agua denominado ósmosis. En los casos en que las sustancias por reabsorberse sobrepasan la capacidad de reabsorción de los túbulos, son eliminadas por la orina. En el túbulo contorneado proximal son reabsorbidos a la circulación sanguínea alrededor del 50-60% del agua filtrada, iones de sodio, cloro, calcio, bicarbonato y magnesio, toda la glucosa y la mayoría de los aminoácidos. Gracias a ese importante volumen recuperado es posible mantener el líquido del espacio intersticial. Ante la eventualidad de que algunas proteínas se hayan filtrado en los glomérulos son reabsorbidas en este sector hacia la circulación sanguínea. En el asa de Henle se recupera alrededor del 20% del agua filtrada y el 25% de los iones de cloro y de sodio filtrados en el glomérulo. La rama descendente del asa de Henle, que está conectada al túbulo contorneado proximal, es impermeable al sodio pero permeable al agua, con lo cual se produce su absorción hacia la circulación. La rama ascendente es muy permeable al sodio e impermeable al agua. El producto del proceso de reabsorción origina una sustancia denominada preorina que tiene una concentración en solutos mayor que la de los líquidos corporales (hipertónico) - Secreción: Se produce principalmente en el túbulo contorneado distal. Así como las células que forman el epitelio tubular recuperan las sustancias útiles mediante la reabsorción, también se encargan del pasaje de sustancias hacia la luz de los túbulos. La secreción tubular implica también el paso de dichos componentes desde los capilares peritubulares hacia los túbulos. La secreción tubular se realiza tanto por transporte activo como por difusión simple. Las sustancias que se secretan son hidrogeniones (H+), amoníaco (NH3) y amonio (NH4+).La escasa actividad de reabsorción y de alta secreción que tiene lugar en el túbulo distal produce una mayor concentración de la orina. El producto de este proceso en el túbulo distal es la orina - Concentración: Las sustancias no reabsorbidas (agua, sales en exceso, y desechos nitrogenados) constituyen la orina, que pasa de los túbulos contorneados a los conductos colectores. En los túbulos colectores la orina será concentrada de acuerdo a las necesidades hídricas del organismo, si el cuerpo requiere conservar agua en este sector por ósmosis se recuperará gran cantidad de agua generándose una orina escasa y concentrada; por el contrario si el organismo está bien hidratado la concentración de la orina será menor y se producirá una orina abundante y más diluida. Los conductos colectores transportan la orina hasta la pelvis renal que se continúa en el uréter. Los uréteres desembocan en la vejiga y ésta a través de la uretra la conduce al exterior. El líquido filtrado sigue su camino y recorre las siguientes estructuras dentro del nefrón: cápsula de Bowman túbulo contorneado proximal asa de Henle túbulo contorneado distal túbulo colector. La sangre que circula por el sistema renal nunca abandona los vasos sanguíneos. La circulación es la siguiente: arteria renal arterias renales menores arteriola aferente capilares glomerulares (glomérulo) arteriola eferente capilares peritubulares vénulas venas renales menores vena renal.

7 Procesos de formación de la orina en el nefrón: Formación de la orina, rabsorción y secreción de sustancias

8 Se forman y se eliminan alrededor de 800 ml a 1500 ml de orina hipertónica diariamente. Es un líquido transparente, de color ámbar y olor característico. Contiene aproximadamente un 4 % de residuos sólidos disueltos en un 95-96% de agua. Dentro de los residuos sólidos se encuentran los desechos nitrogenados aproximadamente en un 2,5%, la mitad corresponde a la urea y el resto a amonios, creatinina y ácido úrico. El resto de los residuos, 1,5%, son sales (iones cloruros, fosfatos, sulfatos, ácido ascórbico, sodio y potasio entre otros) y pequeñas cantidades de otras sustancias como pigmentos biliares que le confieren color y olor característicos. En condiciones normales, la orina es estéril y no posee glucosa, proteínas, lípidos, bilirrubina, glóbulos rojos ni restos de sangre. El ph normal de la orina (medida de la acidez o alcalinidad) se ubica entre 5 y 7, dependiendo del tipo de alimentación. Reflejo de micción Es el mecanismo por el cual se vacía la vejiga. Teniendo en cuenta la permanente filtración glomerular, por lo general se forma alrededor de 1-3 mililitros de orina por minuto, con lo cual cada 3 horas la vejiga contiene unos mililitros. A partir de ese volumen comienzan a activarse los centros nerviosos y la necesidad de realizar la micción. Debido a las propiedades elásticas de la vejiga y a mecanismos nerviosos que evitan la contracción del músculo detrusor, la presión dentro de la vejiga se mantiene constante mientras se está llenando. Pero cuando la tensión de sus paredes sobrepasa el umbral normal aumenta la presión intravesical y se desencadena un reflejo nervioso que ocasiona deseos de orinar. Ese aumento de presión es recibido en el cuello de la vejiga y en el esfínter vesical. La orina es desalojada del organismo por la relajación (apertura) del esfínter uretral externo con participación del músculo detrusor de la vejiga, que se contrae. Control de la función renal: volumen de orina producido La cantidad de orina producida en el organismo depende de las necesidades del mismo de retener o eliminar agua. Lo mismo acontece con las sales, su retención o eliminación depende de las necesidades orgánicas. Varias hormonas diferentes actúan sobre el riñón (nefrones) para regular la concentración de sales en sangre y para regular el volumen y la composición química de la orina producida. Una de estas hormonas es la hormona antidiurética (ADH). La ADH se produce en el hipotálamo, un importante centro regulador del encéfalo y se almacena en la glándula hipófisis (neurohipófisis) desde donde se libera. La permeabilidad de los túbulos renales está controlada por esta hormona. Cuando el organismo necesita conservar agua, se libera ADH que actúa sobre los túbulos renales y conductos colectores haciéndolos más permeables al agua, de manera que por difusión el agua pasará de los túbulos y conductos a los capilares evitando la pérdida de ésta. Como consecuencia se produce un pequeño volumen de orina pero concentrado. Cuando la ingestión de agua es escasa, el organismo comienza a deshidratarse, disminuyendo el volumen sanguíneo y aumentando, por consiguiente la concentración de sales de la misma (aumenta la presión osmótica). Los receptores del hipotálamo detectan esta variación y estimula a la neurohipófisis para que libere ADH. Paralelamente un centro de la sed reacciona también ante estos cambios y estimula el aumento del consumo de agua. Cuando una persona bebe mucho líquido la sangre se diluye y baja la presión osmótica haciendo que la liberación de ADH por la neurohipófisis disminuya, por lo que también disminuye el agua absorbida por los túbulos y, por lo tanto, hay un aumento en el volumen de orina producida (diluida). El estrés por el frío y la ingesta de alcohol inhiben la producción y liberación d ADH, lo que provoca un aumento en el flujo de orina.

9 La hormona aldosterona, producida por la corteza suprarrenal, estimula la reabsorción de iones sodio en los túbulos distales renales y en el conducto colector y la secreción en ello de iones potasio. Esta situación provoca un aumento de la concentración de sales (osmolaridad, o presión osmótica) de la sangre y de los líquidos corporales que rodean a los túbulos y el conducto lo que favorece la reabsorción de agua por difusión desde los túbulos hacia los capilares. La producción y la liberación de aldosterona está controlada por un sistema o circuito de retroalimentación conocido como sistema renina-angiotensina-aldosterona, el nombre responde al conjunto de mensajeros químicos involucrados. La activación del sistema se produce cuando disminuye el aporte de sangre al riñón (caída de volumen sanguíneo por deshidratación, por ej.). Este factor provoca la liberación de una enzima, la renina, por parte de una estructura denominada aparato yuxtaglomerular (se encuentra en el túbulo contorneado distal asociado al glomérulo). La renina actúa sobre una proteína plasmática de origen hepático (hígado), el angiotensinógeno, transformándolo en otra sustancia, la angiotensina I, que finalmente se convertirá en la forma activa la hormona angiotensina II. La angiotensina II es un poderoso vaso constrictor periférico, estimula la liberación de aldosterona y de ADH y participa en la inducción de la sensación de sed. Otras hormonas también intervienen en la regulación de la función renal, en particular en respuesta a los incrementos en el volumen sanguíneo o la presión sanguínea. Una de ellas es la hormona o factor natriurético. Es producido por las aurículas cardíacas, su función es inhibir la reabsorción de sodio al nivel de los túbulos renales ya que actúa directamente inhibiendo la producción de aldosterona y la producción de renina El factor natriurético funciona antagónicamente a lo que lo hace el sistema renina-angiotensina. Esquema explicativo de sistema renina-angiotensina-aldosterona: la disminución en el aporte de sangre al riñón y la caída consecuente de la presión a nivel del glomérulo es el principal factor que activa al sistema. La activación provoca la liberación de renina por parte del riñón. La renina circulante actúa sobre el angiotensinógeno y produce la angiotensina I (AI). La AI es convertida, a su vez, a la forma activa que es la angiotensina II (AII), esto se produce en los riñones y en los pulmones. La AII estimula la liberación de aldosterona y estimula la sed.