Apuntes Bio 07

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Biología - Plan común

Procesos y Funciones Vitales IV: Excreción Al término de esta lección podrás: Entender distintos mecanismos que utilizan los seres vivos para eliminar sus desechos metabólicos. Entender la organización del riñón, y su funcionamiento. Describir la formación de orina, y las estructuras relacionadas. Comprender el mecanismo de regulación del aparato excretor, y su relación con la presión sanguínea.

El aparato excretor comprende a un grupo de órganos especializados en la eliminación de los desechos generados en el metabolismo celular normal. Adicionalmente, el aparato excretor mantiene el balance hídrico del cuerpo, es decir, el balance entre la entrada y salida de agua. Tanto las estructuras como los procesos en los cuales está involucrado el aparato excretor serán revisados a continuación.

1. Balance Hídrico. El agua es una molécula fundamental para los procesos fisiológicos de todos los seres vivos, tanto los más simples como los complejos. Es por esto que todos los animales, en general, tienen la necesidad fisiológica de mantener sus niveles de hidratación constantes, regulando tanto la entrada como la salida de agua al sistema. Como debes saber, el agua puede moverse por osmosis, desde una zona donde el agua es más abundante (mayor potencial osmótico) a una zona donde el agua es más escasa (menor potencial osmótico). Este hecho aparentemente simple, es un problema para los organismos que viven en agua salada. El agua en los tejidos de estos organismos permanentemente tiende a salir de los tejidos, por osmosis. Pensemos: en el interior de los tejidos, el agua es más abundante si la comparamos con el exterior (el agua de mar), ya que en esta última, hay una gran cantidad de sales además de agua. Esto es equivalente a decir que en los tejidos el potencial osmótico es mucho más alto que en el agua de mar. En esta situación, el agua de los tejidos tiende a salir, es decir, los tejidos tienden a deshidratarse. Los peces marinos beben agua de mar permanentemente, y excretan sal por acción de glándulas especializadas en las branquias, de esta forma compensan la pérdida constante de agua por osmosis. El caso inverso se da en peces que viven en agua dulce. A la inversa de los organismos de agua salada, el agua dulce presenta un mayor potencial osmótico que el agua en los tejidos de los organismos dulceacuícolas. Es por esto que el agua tiende a entrar en los tejidos permanentemente. ¿Cómo deshacerse del exceso de agua? Por una parte las escamas y las secreciones mucosas de la piel de los peces permiten retardar la entrada del agua. Por otra parte, los riñones de estos peces están adaptados para secretar grandes cantidades de orina diluida, manteniendo el equilibrio hídrico. Lección 7

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En el caso de organismos terrestres, el agua perdida a nivel de transpiración, sudor, orina, heces o aire húmedo exhalado, se repone mediante la ingesta de agua.

2. Balance Químico. En mamíferos, recordemos, el plasma corresponde a la fracción acuosa de la sangre, sin elementos figurados. La composición química del plasma, debe mantenerse constante, ya que es el medio de reacción de muchas reacciones metabólicas. Esto implica excretar los productos de desecho (tóxicos), mantener estables los niveles de iones y otros solutos, y por último, mantener los niveles de agua. A nivel celular, los principales productos de desecho son el dióxido de carbono y compuestos nitrogenados. El dióxido de carbono se origina de los procesos metabólicos destinados a la obtención de energía, como ya hemos aprendido en lecciones anteriores. Los compuestos nitrogenados se obtienen de la degradación de aminoácidos, los componentes básicos de las proteínas. Entre estos desechos, el principal es el amoníaco (NH3). En el caso de organismos acuáticos simples, el amoniaco se elimina por simple difusión, sin embargo, en organismos terrestres, esto no es posible. La estrategia en este caso, es transformar el amoníaco en un compuesto menos tóxico, es cual puede ser eliminado posteriormente. Las aves, reptiles e insectos transforman el amoníaco en ácido úrico, el cual necesita poco agua para ser excretado. En el caso de los mamíferos, el amoníaco se transforma en urea, un compuesto nitrogenado que difunde desde las células hacia el torrente sanguíneo. Desde aquí, puede ser transportada por la sangre hasta los riñones, los cuales completan el proceso.

3. Los Riñones. Los riñones se sitúan debajo del diafragma. Son órganos de un color rojo oscuro, de forma ovoidal, del tamaño aproximado de un puño. La porción más externa del riñón se denomina corteza renal, mientras que la porción más interna se denomina médula renal. La médula renal contiene entre cinco y 18 estructuras triangulares denominadas pirámides renales o pirámides de Malpighi. El vértice de cada pirámide se denomina papila renal. Cada papila tiene varios poros, que son las aberturas de los conductos colectores. Conforme la orina se produce en el riñón, fluye por las aberturas de los conductos colectores hacia la pelvis renal, una cámara interna en forma de embudo. Desde aquí, la orina fluye hacia uno de los dos uréteres, conductos que conectan el riñón con la vejiga urinaria. En la vejiga urinaria se recibe la orina producida en los dos riñones, pudiendo almacenar temporalmente hasta 800 mL de orina. Cuando la orina sale de la vejiga, fluye por un conducto denominado uretra. En el varón la uretra es más larga, ya que corre a lo largo del pene. La uretra transporta semen y orina en el caso del género masculino, mientras que en el femenino, sólo transporta orina.

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4. El nefrón. El nefrón es la unidad funcional del riñón. Cada riñón posee aproximadamente 1 millón de nefrones. Cada nefrón se compone de un glomérulo, que es un cúmulo de capilares, que se forman desde la arteriola aferente, la cual actúa como entrada, y son drenados por la arteriola eferente, la cual actúa como salida. Cada glomérulo está rodeado por una estructura denominada cápsula de Bowman, la cual nace de la porción terminal del túbulo renal. Tres regiones principales del túbulo renal son el túbulo contorneado proximal, que conduce el filtrado desde la cápsula de Bowman, el asa de Henle, un segmento alargado con forma de horquilla, y el túbulo contorneado distal, el cual lleva el filtrado hacia el conducto colector.

Aparato Excretor:

http://www.youtube.com/watch?v=-t6jJk0V4y8 Video

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Los riñones y la orina:

http://www.youtube.com/watch?v=kXERVFvTioM

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5. Formación de la orina. La orina se produce por una combinación de tres procesos: la filtración, reabsorción y secreción tubular.

5.1 Filtración glomerular La filtración es un proceso no selectivo que ocurre en la unión de los capilares glomerulares y la pared de la cápsula de Bowman. La sangre fluye por los capilares glomerulares a alta presión. Esta presión fuerza la entrada de plasma desde los capilares hacia la cápsula de Bowman. La alta presión local se debe a múltiples factores, por ejemplo, la arteriola aferente (entra) tiene un diámetro mayor a la arteriola eferente (sale). Otros factores que ayudan a este filtrado es la gran área superficial para este proceso, ya que los capilares están altamente enrollados, y la gran permeabilidad de los capilares glomerulares. Como resultado, el plasma es filtrado a través de la membrana de la cápsula de Bowman a una velocidad de aproximadamente 130 mL/min, lo cual es la tasa de filtración glomerular. En una persona sana, se filtran diariamente unos 180 litros, sin embargo, se excreta diariamente alrededor de 1.5 litros, menos del 1%. El restante 99% se reabsorbe.

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5.2 Reabsorción Como dijimos anteriormente, la cantidad de filtrado glomerular es mucho mayor que la cantidad excretada realmente. Si se excretara la cantidad de líquido que se filtra, pronto el cuerpo sufriría un shock por deshidratación y significaría la muerte del organismo. Sin embargo, esto no ocurre realmente porque cerca de un 99% del filtrado es reabsorbido a través de los túbulos renales. El proceso de reabsorción permite además regular la composición del líquido excretado, permitiendo recuperar la gran cantidad de sustancias útiles que quedan formando parte del filtrado glomerular, que como dijimos, no es selectivo. Alrededor del 65% del filtrado glomerular es reabsorbido a nivel del túbulo contorneado distal. Además se reabsorben glucosa, aminoácidos, vitaminas y otras sustancias nutritivas, junto con iones como cloruro, sodio, bicarbonato y potasio. Algunos iones se transportan activamente, mientras que otros se mueven sólo por difusión. La reabsorción continúa conforme el filtrado pasa por el asa de Henle y el túbulo contorneado distal. El filtrado se concentra aún más al pasar por el conducto colector que lo lleva hacia la pelvis renal. Observa en la figura como varía la concentración de solutos en el filtrado, lo que se muestra en números negros.

En el caso que la ingestión de líquido es abundante, se excreta un gran volumen de orina diluída. Si la ingestión de líquido es deficiente, se excreta un pequeño volumen de orina concentrada. Es decir, los riñones de alguna forma son capaces de “sensar” la demanda interna de agua. Esta capacidad depende de la alta concentración de sal en el líquido intersticial de la médula renal. Esta concentración permite la reabsorción de sal en diversas regiones del túbulo renal, en un mecanismo a contracorriente. Las paredes de la porción descendente del asa de Henle son relativamente impermeables al agua, pero impermeables a sal y urea. Cuando el filtrado desciende por el asa, hacia la médula renal, el agua sale por osmosis, dejando un filtrado más concentrado en el asa. En el fondo del asa, hay una alta concentración de cloruro, sodio y urea, por lo tanto, el agua continúa saliendo por difusión en esta zona. En la curva del asa de Henle, las paredes del túbulo se hacen más permeables a la sal, y menos permeables al agua, entonces cuando el concentrado empieza a subir por la porción ascendente, la sal difunde hacia el exterior (hacia el líquido intersticial). Como resultado, la sal se concentra en el líquido intersticial de la médula renal. En la porción ascendente del asa, el sodio es transportado de manera activa a través de las células de la pared tubular. Lección 7

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Los conductos colectores son permeables a la urea. Esto permite que la urea concentrada salga por difusión hacia el líquido intersticial. Producto de la diferencia de concentración de urea, el agua sale del conducto en la parte descendente del asa. Al salir agua de la parte descendente, en la parte inferior del asa, la concentración de sal en el filtrado es alta, sin embargo en la parte ascendente se extrae sal (pero no agua), entonces para cuando el filtrado fluye por el túbulo contorneado distal, ya es isotónico o incluso hipotónico respecto a la sangre. Si el filtrado desciende por el conducto colector, el agua continúa pasando por osmosis al líquido intersticial, donde es colectado por vasos sanguíneos. Hay por lo tanto un contraflujo de líquido por los dos brazos del asa de Henle; el filtrado que baja por la parte descendente fluye en sentido opuesto al que sube por la parte ascendente; se concentra al bajar y se diluye al subir. Este es el mecanismo a contracorriente, que ayuda a mantener una elevada concentración de sal en la médula renal, lo que permite extraer agua del filtrado glomerular.

5.3 Secreción Algunas sustancias son secretadas desde la sangre hacia el filtrado. Entre ellas tenemos iones potasio, hidrógeno y amonio (NH4+). Algunos fármacos, como la penicilina, son extraídos de la sangre por secreción. Este proceso ocurre principalmente en la zona del túbulo contorneado distal.

5.4 Control Hormonal de los procesos renales La función de los riñones está regulada por el sistema endocrino. Principalmente la ADH (hormona antidiurética) producida en el hipotálamo, y liberada desde la glándula hipófisis. Actúan también sobre el riñón la aldosterona, secretada por la corteza suprearrenal y el factor natriurético atrial, liberado desde las aurículas del corazón. La ADH aumenta el retorno de agua a la sangre, disminuyendo la pérdida de agua. Por otra parte la aldosterona incrementa la reabsorción de sodio, y la secreción de potasio. La producción de aldosterona es controlada por un circuito de regulación negativa, conocido como el sistema reninaangiotensina - aldosterona.

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Cuando la presión sanguínea a nivel glomerular disminuye, como consecuencia de cambios en el volumen de sangre, por ejemplo, por deshidratación, o cuando disminuye la concentración plasmática de sodio, o a nivel del túbulo contorneado distal, se activa el sistema reninaangiotensina-aldosterona. El aparato yuxtaglomerular (ver figura) libera renina. La renina actúa sobre el angiotensinógeno (inactivo, de origen hepático) para producir su forma intermediaria, la angiotensina I. Este péptido intermediario es convertido en angiotensina II, la forma activa, en los riñones y pulmones. La angiotensina II es un poderoso vasoconstrictor periférico (es decir, que contrae los vasos capilares de la periferia) y estimula la secreción de aldosterona desde la corteza de la glándula suprarrenal. La aldosterona también secreta también en respuesta al aumento de la concentración plasmática de potasio, la cual es sensada en las glándulas suprarrenales. El factor natriurético atrial se secreta en el corazón, cuando aumenta el volumen sanguíneo circulante, lo cual es sensado en las aurículas del corazón. Inhibe la reabsorción de iones sodio y agua, por lo tanto, tiene un efecto inverso a la angiotensina II. El sistema reninaangiotensina-aldosterona aumenta la presión sanguínea, mientras que el factor natriurético atrial la disminuye. ¿Podrías explicar por qué?

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