Excreción (BC18 - PDV 2013)

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  • 1. BIOLOGIA COMÚN BC-18 EXCRECIÓN Arteriola aferente Arteriola eferente Capilares glomerulares Cápsula de Bowman Capilares peritubulares 1. Filtración 2. Reabsorción 3. Secreción Vena renal Excreción urinaria
  • 2. INTRODUCCIÓN Mediante la formación de orina los riñones excretan desechos, sustancias que no tienen una función útil en el organismo. Algunos de los desechos excretados con la orina son el producto de reacciones metabólicas en el organismo, como el amoníaco y la urea de la desaminación de los aminoácidos; la bilirrubina del catabolismo de la hemoglobina; la creatinina de la degradación de fosfocreatina en las fibras musculares, y el ácido úrico del catabolismo de los ácidos nucleicos. Otros residuos que se excretan con la orina son sustancias que no pertenecen a la dieta, como fármacos y toxinas ambientales. Muchos animales han desarrollado eficientes estructuras que se encargan de estos procesos y también liberan al cuerpo del exceso de agua que se ingiere con los alimentos, del exceso de iones y de sustancias nocivas. El órgano excretor más importante es el riñón. La función excretora del riñón es compartida con otros órganos y sistemas que colaboran en este fin. A) Sistema respiratorio: colabora eliminando agua, dióxido de carbono y sustancias volátiles por los pulmones. Aminoácidos B) La piel: a través de sus glándulas sudoríparas, además de participar en la termorregulación, eliminan desechos metabólicos por transpiración y además participa en la termorregulación. C) Sistema digestivo: a través del hígado elimina colesterol y pigmentos biliares derivados del metabolismo de la hemoglobina, en la bilis. Además de la excreción de ciertos minerales y sustancias inactivas a nivel del colon. Los órganos excretores, como los riñones, extraen y excretan la mayor parte del agua y de los residuos nitrogenados, potencialmente tóxicos como el amoníaco, ácido úrico y urea, provenientes del catabolismo de proteínas y ácidos nucleicos. En los vertebrados algunos aminoácidos pasan al hígado, donde pierden su grupo amino en procesos de desaminación y transaminación. El grupo amino se puede transformar en urea, ácido úrico o amoníaco, que son eliminados por el riñón. Ácidos nucleicos Proteínas Bases nitrogenadas —NH2 Grupos amino La mayor parte de los animales acuáticos, entre ellos, la mayoría de los peces óseos. Amoníaco Mamíferos, la mayoría de los anfibios, tiburones. Urea Muchos reptiles, las aves, los insectos y caracoles terrestres. Ácido úrico Figura 1. Excreción de desechos nitrogenados de izquierda a derecha va en aumento el gasto de energía (por el tipo y número de reacciones), también de izquierda a derecha aumenta el ahorro de agua. 2
  • 3. ANATOMÍA Y FISIOLOGIA RENAL El sistema renal consta de dos riñones; encargados de la producción de orina,principal desecho metabólico; la sangre que lleva desechos celulares disueltos entra a cada riñon por la arteria renal; después de que ha sido filtrada sale por la vena renal. La orina es sacada de cada riñon por un tubo muscular llamado uréter. Por medio de contracciones peristálticas los uréteres transportan la orina a la vejiga. Esta cámara muscular vacía, recoge y almacena la orina.Las paredes de la vejiga, de músculo liso, son capaces de distenderse. La orina es retenida en la vejiga mediante la acción de dos esfínteres musculares localizados en su base, encima de la unión con la uretra. Cuando la vejiga se ha distendido, los receptores en la pared mandan una señal que desencadena contracciones reflejas. El esfínter interno se abre durante este reflejo. Sin embargo, el esfínter más bajo o externo está bajo control voluntario, de tal manera que el reflejo puede suprimirse por acción del cerebro. La orina completa su viaje al exterior a través de la uretra (Figura 2). Figura 2. Organización anatómica del sistema renal en la especie humana. 3
  • 4. La unidad anatómica y funcional del riñón es el NEFRÓN (Figura 3). El nefrón se compone de las siguientes partes: un corpúsculo renal que comprende un glomérulo y una cápsula de Bowman. Se continúa en los tubulos renales (proximal ,Asa de Henle y distal). El glomérulo es una red de capilares enrollados en forma de ovillo y que nacen de una arteriola aferente y concluyen en otra arteriola, eferente, que tiene un diámetro menor que la primera (sistema portal). El endotelio de estos capilares tiene perforaciones, dejadas por superposición de células, lo que hace que estos pequeños vasos sanguíneos posean la mayor permeabilidad de todos los capilares de la red vascular humana. La cápsula de Bowman es una estructura que contiene los capilares del glomérulo y está formada por una capa externa fibrosa que se continúa en los túbulos, y un epitelio interno, que se continúa en el epitelio de estas estructuras. Los túbulos renales corresponden al túbulo proximal (descendente), un Asa de Henle en forma de U y culmina en el túbulo distal (ascendente) que se vacia en un túbulo colector nombre común de túbulos renales dada la continuidad del lumen de estas estructuras, iniciadas en la cápsula de Bowman. Arteriola aferente Arteriola eferente Glomérulo Túbulo contorneado proximal Túbulo contorneado distal Cápsula de Bowman Capilares peritubulares Túbulo colector Asa de Henle Figura 3. Anatomía del Nefrón. 4
  • 5. 2. FORMACIÓN DE LA ORINA La sangre es llevada al riñón por la arteria renal. Pequeñas ramas de esta arteria dan origen a las arteriolas aferentes. Estas conducen la sangre hacia los capilares que constituyen cada glomérulo.Cuando la sangre fluye por el glomérulo, parte de su plasma es filtrado hacia el interior de la cápsula de Bowman.Luego, la sangre pasa de los capilares glomerulares a una arteriola eferente, ésta lleva la sangre a una segunda red de capilares - los capilares peritubulares-, que rodean al túbulo renal y túbulo colector. La sangre es filtrada cuando recorre los capilares del glomérulo. Los capilares peritubulares reciben sustancias devueltas a la sangre por el túbulo renal. La sangre procedente de los capilares peritubulares entra en pequeñas venas que conducen a la vena renal. La orina se produce por tres procesos: Filtración, Reabsorción y Secreción tubular. Filtración Glomerular La formación de la orina comienza con la filtración flomerular en la que se filtran grandes cantidades de líquido a través de los capilares glomerulares, los cuales se encuentran rodeados por la cápsula de Bowman, parte del nefrón por el que pasa el filtrado flomerular, es decir, el resultado de la filtración. La tasa de filtración glomerular es de 180 L / 24 horas. Para entender el mecanismo de filtración se hace necesario conocer las adaptaciones de las estructuras que participan en la filtración glomerular: Diferencias en el diámetro de las arteriolas aferentes y eferentes. La sangre ingresa al glomérulo a través de una arteriola aferente y lo abandona por una arteriola eferente que presenta menor diámetro que laprimera, lo cual ejerce una resistencia a la salida de la sangre desde el glomérulo, aumentando la presión sanguínea en el glomérulo, lo que favorece el proceso de filtración. Membrana de los capilares glomerulares. Estos capilares son más permeables que el resto de los capilares del organismo; para esto posee tres capas: 1. El endotelio capilar. 2. Una membrana basal. 3. Una capa de células epiteliales llamadas podocitos. 5
  • 6. Capa parietal de la cápsula glomerular (de Bowman) Arteriola aferente Célula mesangial Célula yuxtaglomerular Espacio capsular Mácula densa Rama ascendente del asa de Henle Túbulo contorneado proximal Arteriola eferente Podocito de la capa visceral de la cápsula glomerular (de Bowman) Endotelio del glomérulo Pedicelo Figura 4. Estructura del glomérulo. El endotelio capilar es mucho más permeable que el de otros capilares debido a la presencia de millares de agujeros llamados fenestraciones. Esta adaptación aumenta la permeabilidad y no constituye ninguna barrera para determinadas sustancias que no deben pasar a ser parte del filtrado glomerular. La constitución del filtrado glomerular es similar a la de la sangre, por lo tanto es isotónico con respecto a la sangre, como se puede observar en la Tabla 1, a excepción de no encontrar en el filtrado glomerular hematíes, proteínas plasmáticas, varios ácidos grasos, glóbulos blancos, plaquetas y aproximadamente el 50% del calcio. Tabla 1. Comparación entre el plasma y el filtrado glomerular. Componente Urea Ácido úrico Aminoácidos Glucosa Sales inorgánicas Creatinina Proteínas y otros Plasma 0,03 0,004 0,05 0,1 0,72 0,001 8,00 6 Filtrado flomerular 0,03 0,004 0,005 0,1 0,72 0,001 0
  • 7. Reabsorción de sustancias El mayor porcentaje de sustancias reabsorbidas se lleva a cabo en el túbulo contorneado proximal. La reabsorción Na+ y otros solutos promueven la reabsorción de agua por osmosis debido a que establecen un fuerte gradiente de concentración. Por otro lado, el túbulo contorneado proximal y el asa de Henle descendente poseen una mayor permeabilidad al agua debido a la presencia de canales proteicos para el paso del agua llamados acuaporina-1. El 80% aproximadamente de agua es reabsorbida en estas zonas del túbulo; a esta reabsorción se le denomina reabsorción obligatoria de agua, debido a que es obligada a seguir a los solutos cuando se reabsorben, y no es regulada hormonalmente. El asa de Henle ascendente es impermeable al agua, siendo una zona hipotónica con respecto a la sangre. Aproximadamente, el 10% restante del agua que se reabsorbe recibe el nombre de reabsorción facultativa del agua, la cual se lleva a cabo por la última porción del túbulo contorneado distal y el colector; es importante destacar que esta reabsorción facultativa responde a las necesidades del organismo atendiendo a señales hormonales. Normalmente, la glucosa, los aminoácidos, las vitaminas hidrosolubles y otros nutrientes no se pierden en la orina, siendo el 100% reabsorbidos a nivel del túbulo contorneado proximal. Cuando la concentración de glucosa en la sangre es superior a 200 mg/mL, como en el caso de la diabetes mellitus, se encontrarán concentraciones de glucosa en la orina; a esta presencia de glucosa en la orina se le denomina glucosuria. Los aminoácidos son reabsorbidos de la misma manera. Otro mecanismo se encarga de reabsorber el 80% a 90% de los iones bicarbonato, el cual constituye un importante amortiguador del pH del cuerpo. Además esta reabsorción permite la secreción de H+, que también tiene un efecto importante en la regulación del pH de los líquidos extracelulares. Lumen tubular Células del túbulo Renal HCO3- + Na+ (filtrado) HCO3- + H Plasma peritubular Na- + H Na+ HCO3- K+ HCO3- H2CO3 Anhidrasa carbónica H2O + CO2 H2O + CO2 CO2 Figura 5. La figura indica el proceso que se lleva a cabo en las células tubulares, que permiten recuperar (reabsorber) bicarbonato y Na+ (a partir de la orina) y secretar ion hidrógeno. 7
  • 8. Secreción Tubular A través de este proceso se vierten a la luz tubular sustancias que no fueron filtradas, pero que deben ser excretadas; tales sustancias son especialmente iones de potasio en intercambio con el sodio reabsorbido, hidrógeno por intercambio de la reabsorción de ion bicarbonato como se observa en la imagen anterior, urea que es un producto de desaminación de aminoácidos, creatinina. Determinados fármacos, como la penicilina o drogas, son extraídos de la sangre por secreción. La secreción ocurre principalmente en el túbulo contorneado distal y en el túbulo colector. Esquema resumen de los procesos de formación de la orina Filtración: El túbulo excretor reúne Túbulo excretor un filtrado proveniente de la sangre. El agua y los solutos son forzados por acción de la presión de la sangre a través de las membranas selectivamente permeables de un grupo de capilares hacia el interior . del túbulo excretor Filtrado Capilar Reabsorción: El epitelio de transporte reabsorbe sustancias valiosas del filtrado y las devuelve a los líquidos corporales. Secreción: Otras sustancias, como las toxinas y el exceso de iones, son extraídas desde los líquidos corporales y añadidas al contenido del túbulo excretor. Orina Excreción: El filtrado abandona el sistema y el organismo. 8
  • 9. COMPONENTE Urea Ácido úrico Creatinina Aminoácidos Glucosa Sales inorgánicas Proteínas y otros 3. PLASMA 0,03 0,004 0,001 0,05 0,1 FILTRADO GLOMERULAR 0,03 0,004 0,001 0,005 0,1 ORINA 2.0 0,05 0,1 0 0 0,72 0,72 1,5 8,00 0 0 CARACTERÍSTICAS DE LA ORINA NORMAL Color Aspecto Volumen pH Densidad : amarillo pálido. : transparente. : 1.000 a 1.500 ml/día. : Carnívoros: ácida. Herbívoros: alcalina. : la densidad específica de la orina tiene relación inversa con el volumen reducido, es decir, a mayor volumen menor densidad y viceversa. Constituyentes normales de la orina:  Urea : es el principal producto nitrogenado del catabolismo de las proteínas.  Creatinina : derivado de la creatina (reservorio energético en el músculo que repone el ATP).  Ácido úrico : derivado del catabolismo de las bases nitrogenadas púricas. Principal producto nitrogenado de aves y ciertos reptiles.  Cl- y Na+ : junto con la urea, son las sustancias más abundantes en la orina.  Sulfatos : derivados de las proteínas del alimento o de la actividad celular.  Fosfatos : derivados principalmente de los alimentos y, en menor proporción, del metabolismo celular.  Agua : es el compuesto más abundante, y actúa como solvente de las sustancias descritas.  Otros : alantoína (derivado el ácido úrico), pigmentos, electrolitos (K +, Ca+2, etc.) 9
  • 10. EL RIÑON CUMPLE LAS SIGUIENTES FUNCIONES EN EL ORGANISMO . Activación de la vitamina D. Secreción de hormonas como eritropoyetina. Eliminación de los productos de desecho celular. Regulación del contenido de agua en la sangre. Mantenimiento de un pH adecuado de la sangre. Regulación de las concentraciones sanguíneas de iones, Na +, K+, Cl-, Ca+2. Retención de nutrientes como glucosa y aminoácidos en la sangre. Síntesis y liberación de glucosa a la sangre, a partir de fuentes que no son carbohidratos, pero solo en circunstancias inusuales, como el ayuno prolongado. 10
  • 11. ACTIVIDAD 1. ¿Cuáles son los componentes del nefrón? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2. ¿Cuáles son los tres procesos que participan en la producción de la orina? a) …………………………………….. 3. b) …………………………………….. c) …………………………………….. ¿Cuál es la composición del filtrado glomerular? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 4. A nivel de túbulo proximal a) ¿Qué se reabsorbe? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… b) ¿Por qué una persona puede presentar glucosuria? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 5. Sobre la secreción tubular: a) ¿en qué consiste este proceso? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… b) ¿dónde ocurre? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… c) ¿qué se secreta? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 6. ¿Cuál es el recorrido de la orina una vez que sale del riñón? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 11
  • 12. Preguntas de selección múltiple 1. A nivel renal, el mayor volumen de agua es reabsorbido por A) B) C) D) E) 2. el el la el el asa de Henle. túbulo colector. cápsula de Bowman. túbulo contorneado distal. túbulo contorneado proximal. Si un animal vive en el desierto, ¿qué modificaciones del nefrón serían las más adecuadas para mantener constante el agua corporal? I) II) III) A) B) C) D) E) 3. Solo I. Solo II. Solo III. Solo I y III. I, II y III. En el asa de Henle, la concentración de sales (especialmente Na +) aumenta notoriamente. Los procesos que provocan este efecto son I) II) III) A) B) C) D) E) 4. Alargar los túbulos renales. Aumentar el tamaño del glomérulo. Aumentar el número de túbulos colectores. la gran permeabilidad para solutos en el asa ascendente. la mayor permeabilidad para el H2O en el asa descendente. el mecanismo de contracorriente entre las asas descendiente y ascendente. Solo I. Solo II. Solo III. Solo I y III. I, II y III. ¿Cuáles de las siguientes sustancias aparece en la orina primitiva y en la orina definitiva simultáneamente? I) II) III) A) B) C) D) E) Na+. Urea. Glucosa. Solo I. Solo II. Solo III. Solo I y II. I, II y III. 12
  • 13. 5. Un componente abundante y frecuente de la orina humana corresponde a A) B) C) D) E) 6. Glucosa. Albúmina. Creatinina. Hormonas. Aminoácidos. La aparición de células sanguíneas en la orina, probablemente reflejen una alteración de la I) II) III) A) B) C) D) E) 7. I. II. III. I y II. II y III. ¿Cuál de las siguientes alternativas muestra el sitio donde se lleva a cabo el mayor porcentaje de reabsorción tubular? A) B) C) D) E) 8. Solo Solo Solo Solo Solo filtración renal. reabsorción tubular. secreción tubular. Glomérulo. Asa de Henle. Túbulo colector. Túbulo contorneado distal. Túbulo contorneado proximal. ¿Cuál(es) de los siguientes órganos contribuye(n) directamente a mantener constante la composición cualitativa del plasma sanguíneo? I) II) III) A) B) C) D) E) Riñón. Hígado. Pulmón. Solo I. Solo II. Solo III. Solo II y III. I, II y III. 13
  • 14. 9. En relación con el tipo de desecho nitrogenado que excretan los organismos, es correcto afirmar que I) II) III) las aves al eliminar ácido úrico, gastan mucha energía pero ahorran agua. los peces al eliminar amoniaco gastan mucha energía y mucha agua. el hombre al eliminar urea, ahorra mucha energía y gasta mucha agua. Es (son) correcta(s) A) B) C) D) E) solo solo solo solo solo I. II. III. I y II. II y III. 10. La sangre que pasa por la arteriola aferente y la que sale del glomérulo por la arteriola eferente posee la misma concentración de I) II) III) eritrocitos. proteínas. glucosa. Es (son) correcta (s) A) B) C) D) E) solo solo solo solo I, II I. II. III. I y II. y III. 14
  • 15. RESPUESTAS Preguntas Claves 1 E 2 A 3 E 4 D 5 C 6 A 7 E 8 E 9 A 10 D DMTR-BC18 Puedes complementar los contenidos de esta guía visitando nuestra Web http://www.pedrodevaldivia.cl/ 15