20. Sistemul urinar

20.1. Introducere

Principala funcție a sistemului urinar este de a regla compoziția și concentrația lichidelor extracelulare, denumite lichide interstițiale, cum sunt plasma și fluidele tisulare. Îndeplinirea funcției sistemului urinar se face prin procesul de formare a urinei din plasma sanguină. Acesta se desfășoară la nivelul rinichilor și al altor organe asociate.

În cursul procesului de formare a urinei, rinichii au următoarele roluri:

• de a regla volumul plasmei sanguine, contribuind totodată la reglarea presiunii sanguine;
• de a controla în ce concentrație se găsesc produșii de degradare din sânge;
• de a regla concentrația electroliților plasmatici (inclusiv a ionilor de sodiu, potasiu, carbonați, bicarbonați);
• contribuie la menținerea echilibrului acido-bazic din plasmă (pH-ul).

20.2. Rinichii

Rinichii – caracteristici:

• sunt organe pereche;
• sunt dispuși pe peretele abdominal posterior, retroperitoneal (în exteriorul peritoneului);
• sunt în laterala coloanei vertebrale, de o parte și de alta a ei;
• susținerea în poziție revine țesutului adipos și conjunctiv;
• rinichiul drept este situat puțin mai jos față de cel stâng;
• la adult: 1 rinichi = 175 g (în medie); mărimea aproximativă unui pumn.
  

Rinichiul este protejat la exterior de o capsulă alcătuită din țesut fibros de culoare albicioasă. Pe partea medială a rinichiului, la exteriorul său se remarcă o depresiune concavă, denumită hil (locul de intrare al arterei renale si de ieșire pentru vena renală și pentru ureter). După procesul de formare a urinei în fiecare rinichi, aceasta este eliberată în pelvisul renal (organ cavitar). Mai departe, urina trece printr-un tub lung, denumit ureter, după care se varsă în vezica urinară.

La nivelul rinichiul, prin secțiune frontală, se remarcă două zone diferite:

• cortex (corticala renală) – zonă externă;
• medulara  – zonă profundă; în această zonă se află numeroase piramide renale (formațiuni triunghiulare), între care se află prelungiri ale corticalei renale, denumite coloane renale. Fiecare piramidă renală prezintă un vârf a cărui deschidere se face într-o cavitate mică, denumită calicele mici. Unele dintre acestea se unesc și alcătuiesc calicele mari care converg către pelvisul renal (structură cu o formă de pâlnie).     

Vascularizația rinichiului este asigurată de artera renală (intră în rinichi) și vena renală (iese din rinichi) la nivelul hilului.

Nefronul

Unitatea funcțională și structura rinichiului la nivelul căreia se desfășoară formarea urinei se numește nefron. Fiecare rinichi conține peste un milion de nefroni. În alcătuirea unui nerfon intră:

• vase mici – care transportă sânge;
• un set de tubi  – care transportă un fluid – filtratul; acesta derivă din plasmă și se obține în urma procesului de filtrare glomerulară; după pătrunderea sa în tubi, filtratul trece prin procese de reabsorbție a substanțelor necesare organismului și de excreție a celor inutile. La finalul modificărilor suferite, filtratul rezultat constituie urina, care va fi preluată ulterior de tubul colector. Acesta colectează urina de la mai mulți nefroni din zonă.    

Sistemul de tubi coboară în medulara renală după care se întoarce în cortexul renal. La acest nivel, sistemul de tubi se unește cu tubii colectori care se deschid ulterior în calicele mici prin intermediul papilelor renale. 

Vascularizația rinichiului este asigurată de către artera renală care se divide ulterior în artere de dimensiuni mai mici care se vor distribui medularei renalei și apoi cortexului renal. Arterele mici care pătrund în cortex se divid în numeroase arteriole aferente care pot fi observate doar la microscop.

Structura nefronului

Terminația arteriolelor aferente microscopice este reprezentată de o rețea de capilare, denumită glomerul, prezent la nivelul fiecărui nefron. Plasma sanguină din glomerul va traversa pereții permeabili ai capsulei glomerulare (Bowman) în care se află glomerulul și pe calea arteriolei eferente, sângele va ieși din glomerulul renal. Ulterior, arteriola eferentă formează o rețea de capilare denumită rețeaua capilarelor peritubulare care se distribuie în jurul tubilor nefronului. Aceste capilare peritubulare se varsă în vene mici, din a căror unire rezultă vene mai mari care vor forma ulterior vena renală, care drenează sângele din rinichi.

Structurile din alcătuirea unui nefron, sunt:

• capsula glomerulară/ capsula Bowman – înconjoară glomerulul; poate fi asociată cu un balon, care pare împins cu un pumn spre interior la un capăt astfel încât balonul înconjoară pumnul; balonul reprezintă de fapt, capsula Bowman; pumnul reprezintă glomerulul; glomerulul și capsula glomerulară intervin în filtrarea plasmei sanguine;
• tub contort proximal – la acest nivel se reabsorb activ ioni de sodiu și alți ioni, glucoză, aminoacizi; prin difuziune facilitată se reabsorb ionii de clor, iar prin osmoză, apa;
• ramura descendentă a ansei Henle – la acest nivel, prin difuziune facilitată pătrund (intră în sânge) ioni de sodiu;
• ansa Henle;
• ramura ascendentă a ansei Henle – la acest nivel, prin transport activ se reabsoarbe clorura de sodiu (Completare: Sodiul nu este urmat de clor, ci se reabsorb împreună);
• tub contort distal – la acest nivel, ionii se reabsorb selectiv prin mecanisme de transport activ; sub influența ADH-ului are loc procesul de reabsorbție a apei prin osmoză; totodată se secretă amoniac, unii ioni, medicamente, hormoni și alte substanțe. 

La nivelul nefronului se desfășoară 3 procese care duc la formarea urinei: filtrare, reabsorbție, secreție.

Figura 20.3 Funcțiile nefronului - simplificate.

Filtrarea

Filtratul derivat din plasma sanguină traversează fante submicroscopice și pătrunde în capsula Bowman. Procesul care facilitează trecerea substanțelor dizolvate alcătuite din molecule mici și a apei, din capilarele glomerulare în capsula glomerulară Bowman, se numește filtrare. Cauzele care permit realizarea filtrării, sunt:

• permeabilitatea capilarelor glomerulare o depășește pe cea a altor capilare din corp;
• presiunea sanguină înregistrată în glomerul o depășește pe cea din alte capilare din corp (diametrul arteriolei eferente este mult mai mic decât al arteriolei aferente, ceea ce favorizează creșterea presiunii sanguine).

În filtrat ajung ioni și molecule mici (de exemplu, glucoza), iar în sânge rămân celulele sanguine și moleculele mari (de exemplu, proteine).

Procesul de filtrare se desfășoară în glomerul și capsula glomerulară.

Capacitatea de filtrare a glomerulilor este de circa 7,5 L plasmă sanguină/ oră. Filtratul care ajunge în interiorul capsulei glomerulare, se numește filtrat glomerular. Rata de filtrare glomerulară diferă în funcție de sexe:

• la bărbați: circa 125 mL/minut;
• la femei: circa 105 mL/ minut.

Reabsorbția

Din capsula glomerulară, filtratul ajunge în lumenul (interiorul) tubului contort proximal. Pereții tubului prezintă milioane de microvilozități care îi măresc considerabil suprafața de contact. Procesul de reabsorbție se desfășoară la nivelul tubului contort proximal, în cursul căruia, cantități variabile de apă, săruri și alte molecule din lumen, traversează celulele epiteliale tubulare și ajung în capilarele peritubulare. De la acest nivel, sângele este drenat mai departe într-o venă.

În general transportul moleculelor este specific justificat de transportorii membranari specifici implicați în realizarea lui. Substanțele sunt transportate în exteriorul celulelor tubulare (și ulterior în sângele din capilarele peritubulare) prin intermediul proteinelor transportoare specifice de la nivelul membranelor celulare. Prin transport activ, deci cu consum de ATP ca sursă de energie, se reabsorb glucoza și aminoacizii.

Reabsorbția sărurilor și a apei

În tubul contort proximal se reabsorb sărurile și apa, însă printr-un mecanism diferit. Astfel, etapele ar fi:

1. transportul activ al ionilor de sodiu din fluidul tubului contort proximal, în capilarele peritubulare;

2. încărcarea electrică pozitivă a acestora determină o diferență de sarcină electrică (gradient electric) de ambele părți ale peretelui tubului, pe măsură ce ionii se acumulează în capilarele peritubulare;

3. gradientul electric creat reprezintă un stimul pentru ionii de clor să se deplaseze pe cale facilitată (adică pasiv) din filtratul glomerular către concentrația mai mare de ioni de sodiu din capilarele peritubulare;

4. practic, ionii de clor urmează ionii de sodiu, plecând din filtratul glomerular;

5. odată ajunși în capilarele peritubulare, ionii de clor creează un gradient osmotic care favorizează deplasarea apei spre zona în care concentrația de clorură de sodiu este mai mare și în felul acesta egalizează concentrația de clorură de sodiu între tubul proximal și capilarele peritubulare; sau mai simplu spus, clorura de sodiu atrage moleculele de apă;

În urma reabsorbției pasive și selective din tubul contort proximal, cea mai mare parte a apei, nutrienților, sărurilor și ionilor, de care are nevoie organismul, ajung din nou în sânge. Ceea ce rămâne în filtrat constituie în mare parte deșeurile azotate produse de corp, alături de o parte din apă, ioni, săruri.

Din tubul contort proximal, filtratul glomerular își continuă traseul prin ramura descendentă a ansei Henle, care coboară și pătrunde profund în medulară, la nivelul căreia se află ansa Henle propriu-zisă. De aici, fluidul își continuă traseul prin ramura ascendentă a ansei Henle, care din medulară, urcă spre cortex.

Pe parcursul ramurii ascendente a ansei Henle, ionii de sodiu și de clor sunt reabsorbiți (ies din tubi) și se acumulează în spațiul interstițial al medularei, adică în țesuturile dispuse în jurul tubilor. În acest fel interstițiul devine hiperton și se creează un gradient osmotic, care favorizează trecerea apei din filtrat în interstițiu, în porțiunea descendentă a ansei Henle. Astfel, capilarele din apropiere și vasele limfatice readuc apa în circulația sanguină.

Creșterea concentrației de clorură de sodiu (ioni de sodiu și clor) spre profunzimea medularei este un factor favorizant al continuării reabsorbției moleculelor de apă din ramura descendentă (din porțiunea proximală către cea distală) și totodată din vârful ansei Henle și din tubul colector.

Cantități foarte mici de apă (sau chiar deloc) se reabsorb din ramura ascendentă a ansei Henle și din tubul distal, deoarece sunt permeabili pentru sodiu și clor (îi reabsorb) și impermeabili pentru apă – mecanism contracurent. (Completare: Mecanismul descris anterior prin care acumularea de ioni de sodiu și de clor din medulara renală, favorizează ieșirea apei din ansa Henle (ramura descendentă și ansa propriu-zisă) se numește mecanism contracurent (al circulației apei). 

Unii compuși reziduali azotați, în mod special ureea, înainte de a fi eliminați din organism, sunt reabsorbiți în zona profundă a tubului colector, care se află în medulară. Acest lucru crește concentrația de molecule organice din medulară care va determina reîntoarcere ureei în ansa Henle și ulterior ajunge în tubul colector. Desfășurarea acestor procese din ansa Henle au ca scop reintrarea apei de la nivelul tubilor în circulația sanguină, prin intermediul capilarelor peritubulare. În acest fel, prin pierderea de apă, fluidul rămas în nefron va fi concentrat și va deveni urină.

Din ansa Henle, filtratul glomerular își continuă traseul prin tubul contort distal la nivelul căruia sunt continuate anumite procese inițiate în tubul contort proximal, prin care apa și sărurile sunt reabsorbite în sânge. Mecanismele sunt similare, ionii de sodiu părăsesc fluidul din tubi prin proces activ, urmați de ionii de clor și apoi apa prin proces pasiv.

Procesul de reabsorbție selectivă se întâlnește la nivelul tubului contort proximal, distal și ansei Henle, cu rolul de a recupera nutrienți, săruri, apă. Procesul de reabsorbție selectivă de la nivel renal transportă substanțe în capilarele peritubulare pentru a le întoarce în curentul sanguin.

Secreția tubulară

În tubul contort distal se desfășoară un proces activ prin care compuși chimici prezenți în capilarele sanguine peritubulare sunt transportați (excretați) în interiorul tubului contort distal, intrând în alcătuirea filtratului glomerular. Acest proces poartă numele de secreție tubulară.

Molecule secretate tubular sunt:

• acid uric;
• creatinina;
• ionii de hidrogen (secretat activ în tubul contort distal - se vede pe figura 20.5);
• amoniac (secretat activ în tubul contort distal - se vede pe figura 20.5);
• antibiotice: penicilina.

Secreția tubulară se desfășoară în tubul contort distal și tubul colector, iar pe lângă procesul de excreție a variaților compuși, aceasta schimbă totodată concentrația ionilor cu scopul de a menține homeostazia sângelui.

Urmarea proceselor desfășurate în tubul contort distal constau în transformarea filtratului glomerular în urină, care va intra ulterior în tubul colector (Completare: Deci pot numi "filtrat glomerular" lichidul care ajunge în tubul contort distal). Pentru a ajunge la pelvisul renal, tubul colector coboară din cortex în medulară și aici străbate mediul salin de la nivelul interstițiului medular. Caracterul hiperton al acestuia atrage apa (prin osmoză) din tubii colectori în capilarele sanguine și în vasele limfatice, care o vor distribui ulterior în circulația sanguină. Prin acest proces se finalizează întoarcerea apei în sânge.

La nivelul rinichilor are loc și procesul de excreție care constă în eliminarea urinei din tubul colector în pelvisul renal, transportul acesteia la uretere, vezica urinară, uretră și în final eliminarea ei din organism. Astfel, sunt implicați: tubul colector, pelvisul renal și organele accesorii ale excreției: uretere, vezica urinară și uretră.

Activitatea hormonală

În determinarea ratei absorbției apei de la nivelul tubului contort distal și a tubului colector intervine permeabilitatea membranei celulelor care alcătuiesc peretele tubului colector. Controlul asupra acesteia este exercitat de ADH – hormon antidiuretic, sintetizat de hipotalamus și eliberat de către hipofiză, partea de lob posterior. Caracterul complex al mecanismului chimic ce determină deschiderea porilor membranei celulare sub influența ADH-ului, favorizează trecerea apei în sânge.

În sânge, când concentrația de sodiu (sau a altor ioni) variază, se transmit stimuli către chemoreceptorii din hipotalamus să stimuleze secreția de ADH. În situația în care organismul este deshidratat, se înregistrează o creștere a concentrației de ioni care reprezintă un stimul pentru hipotalamus să sintetizeze ADH. Sub influența acestuia, permeabilitatea membranei celulelor din peretele tubului colector crește, favorizând absorbția unei cantități de apă mai mari din filtratul glomerular. În cazul în care în organism ar fi un exces de apă, se înregistrează o scădere a concentrației de ioni în sânge, detectată de receptorii din hipotalamus care vor inhiba secreția de ADH. Astfel, procesul de reabsorbție a apei în tubi se diminuează, aceasta rămânând să dilueze urina. În acest proces se implică și renina, prin sistemul renină-angiotensină.

Aldosteronul, hormon secretat de zona corticală a glandelor suprarenale, intervine și el în reglarea funcției renale, manifestându-și acțiunile în mod special asupra tubului contort distal prin:

• stimularea reabsorbției ionilor de sodiu la nivelul tubului contort distal;
• stimularea reabsorbției apei (apa urmează, prin osmoză, ionii de sodiu);
• stimularea secreției ionilor de potasiu din sânge în fluidul din tubul contort distal (această cale constituie principala modalitate de eliminare a potasiului din organism).

În absența aldosteronului, întreaga cantitate de potasiu s-ar reabsorbi, determinând insuficiență cardiacă.

Aldosteronul insuficient secretat are ca rezultat instalarea bolii Addison.

Urina

Urina este produsă la nivelul nefronilor.

Compoziția urinei:

• circa 95% apă;
• 5% substanțe solide: deșeuri organice (de exemplu, ureea – compus toxic pentru celulele organismului), ioni, săruri.

La nivelul ficatului, în urma transformării aminoacizilor în compuși cu valoare energetică, rezultă un reziduu organic, și anume ureea. Aceasta se obține din gruparea amino îndepărtată de pe un aminoacid care interacționează cu o altă grupare amino și cu un atom de carbon și oxigen. Întregul proces are loc în cadrul ciclului ornitinei.

În urină se mai găsesc și:

• amoniac;
• acid uric – obținut din degradarea acizilor nucleici;
• creatinina – obținută din utilizarea fosfocreatinei la nivelul celulelor musculare;
• cationi (ioni cu sarcină pozitivă): sodiu, potasiu, magneziu, calciu;
• anioni (ioni cu sarcină negativă): clor, sulfați, fosfați;
• corpi cetonici – rezultatul degradării lipidelor (grăsimilor); sunt crescuți la diabetici, deoarece sursa principală de energie a organismului sunt lipidele, nu glucoza.
• alte substanțe, influențate de dietă, care ar putea fi: pigmenți, hormoni, medicamente.

Urina umană – caracteristici:

• în general, prezintă o culoare galben pai sau chihlimbarie, seamănă cu a chihlimbarului – dată de pigmenți derivați din alimente sau din bilirubina rezultată din catabolismul hemoglobinei din eritrocite; culoare variază și în funcție de volumul de urină și dietă;
• în general are un aspect clar, transparent; capătă un aspect tulbure în cazul în care este stătută;
• prezintă un miros caracteristic de urină, însă dacă stă o perioadă de timp într-un recipient, preia un miros intens de amoniac;
• densitate: 1015-1020; mai crescută dimineața;
  
• pH: 4,6-8,0; media fiind de 6,0, dar depinde de alimentație; în general este acid, însă în cazul unei diete vegetale, poate deveni alcalin; în cazul unei diete proteice, pH-ul devine acid (crește aciditatea); urina stătută manifestă o reacție alcalină dată de descompunerea ureei în compuși amoniacali;
  
• producția este de 1-2 L urină/ zi (aproximativ 1500 mL în 24 de ore), dar depinde de cantitatea de fluide consumate, transpirație și alți factori.
  

În compoziția urinei se întâlnește urobilinogenul, pigment rezultat în urma acțiunii bacteriilor din intestin asupra bilirubinei. Pe calea sistemului port hepatic, urobilinogenul ajunge la ficat, de aici intră în circulația sanguină, prin intermediul căreia va ajunge la rinichi.

Dacă urina capătă o culoare roșie, atunci se asociază cu prezența eritrocitelor în urină. Cea mai frecventă cauză o reprezintă sângerarea în sistemul urinar care permite eritrocitelor să traverseze pereții glomerulului renal, situație întâlnită în anumite boli renale.

20.3. Structuri anexe

Structurile anexe ale sistemului urinar sunt:

• uretere;
• vezica urinară;
• uretra.

Ureterele – caracteristici:

• ureterele continuă pelvisul renal (formațiune bombată), dispus în zona de ieșire din rinichi;
• sunt organe tubare care fac legătura între rinichi și vezica urinară;
• au rolul de a transporta urina către vezica urinară;
• măsoară aprox. 25-30 cm lungime;
• pereții acestora prezintă mușchi care generează unde peristaltice responsabile de înaintarea urinei către vezica urinară;
  
• intrarea urinei în vezica urinară se face în jeturi în cantitate de 5 mL/ minut.

Vezica urinară – caracteristici:

• se află în spatele (posterior) simfizei pubiene;
• reprezintă un sac care se poate destinde: în alcătuirea pereților intră țesut muscular neted, iar la interior este căptușit de o mucoasă;
• este capabilă de o extensie considerabilă și dispune de 3 orificii: două care permit deschiderea ureterelor și unul către uretră;
• poate acumula un volum de până la 600 mL de urină (ulterior, îl elimină prin uretră);

Urina este eliminată prin procesul de micțiune (urinare). În cazul în care realizarea ei se face involuntar, atunci poartă numele de incontinență.

Uretra – caracteristici:

• tub care transportă urina de la baza vezicii urinare, în exterior;
• la momentul oportun (potrivit), uretra permite golirea vezicii urinare prin procesul de micțiune;
• la femei: are o poziție ventrală (anterioară) raportat la vagin; circa 5 cm lungime;
• la bărbați: aceasta traversează penisul; circa 15 cm lungime în perioada de relaxare a penisului; totodată, uretra mai are funcția de pasaj pentru spermă; în jurul uretrei la bărbați se află glanda prostatică prin a cărei creștere în volum poate afecta curgerea normală a urinei;
• se deschide în exterior prin orificiul uretral extern.

20.4. Alte organe excretorii

Alte organe excretorii sunt:

• ficatul – în urma degradării hemoglobinei din eritrocite, ficatul metabolizează compușii rezultați pe care îi excretă sub formă de pigmenți biliari; unii dintre aceștia dau culoarea urinei;
• plămânii – au rolul de a excreta dioxid de carbon și de a degaja o cantitate mică de apă;
• intestinul – acesta pierde prin celulele sale epiteliale unele săruri de fier și calciu; totodată elimină și apă;

Defecația nu se consideră a fi proces de excreție. Compușii excretați rezultă din procese metabolice. Însă, prin defecație se elimină din corp compuși nedigerați.

• pielea – organ excretor minor, deoarece elimină transpirația (sudoarea). În alcătuirea acesteia intră: apă, săruri în cantitate mică, unele cantități de amoniac, uree, acid uric. În esență, procesul de transpirație este o cale prin care organismul elimină căldura, și astfel îi scade temperatura (se răcește).

Figura 20.9 Alte organe excretorii care vin în completarea funcțiilor sistemului urinar.