16. Excreția

16.1. Rinichi. Nefron

Sistemul excretor este alcătuit din rinichi și căile urinare care includ:

• tubi colectori;
• calice mici;
• calice mari;
• bazinet;
• uretere;
• vezica urinară;
• uretră.

Rinichii se află în cavitatea abdominală, așezați de o parte și de alta a coloanei vertebrale, în zona lombală.

Cele două funcții majore ale rinichilor sunt:

• excretă majoritatea (cea mai mare parte a) produșilor finali de metabolism ai organismului;
• controlează concentrațiile celei mai mari părți a (majorității) constituenților organismului. În acest fel contribuie la menținerea homeostaziei și a echilibrului acido-bazic al organismului.

Pe lângă acestea, rinichii mai intervin în:

• formarea și secreția enzimei: renină și a hormonului: eritropoietină;
• activarea vitaminei D₃;
• gluconeogeneză.

Unitatea anatomică și funcțională a rinichiului este nefronul. Acesta este alcătuit din două părți: corpusculul renal și un sistem tubular. Cei 2 rinichi numără împreună aproximativ 2 milioane de nefroni. Fiecare dintre aceștia este apt (capabil) să producă urina. Nefronii pot fi:

• corticali (85% dintre ei) – glomerulul este dispus în zona corticală renală. Prezintă ansa Henle scurtă, care ajunge doar în stratul extern al zonei medulare renale.
• juxtamedulari – dispunerea glomerulului este la joncțiunea dintre corticală și medulară. Spre deosebire de nefronii corticali, aceștia prezintă ansa Henle mai lungă, care pătrunde (coboară) mai adânc în zona medulară. Uneori poate ajunge la nivelul papilelor renale. Nefronii juxtamedulari sunt extrem de importanți în mecanismul contracurent de producție renală de urină concentrată.

Sistemul tubular renal este îmbrăcat în totalitate de o bogată rețea de capilare denumită – rețea capilară peritubulară. Cea mai mare parte din ea este în cortexul renal, de-a lungul tubilor proximali, distali și colectori corticali. Pe calea arteriolelor eferente, sângele care a trecut deja prin glomerul, este adus în această rețea.

Debitul sangvin renal: circa 1200 mL/minut, deci 420 mL/100g țesut/minut. În condiții bazale, debitul sangvin renal reprezintă 20% din debitul cardiac de repaus.

16.2. Filtrarea glomerulară și filtratul glomerular

Filtrarea reprezintă principala modalitate prin care plasma se curăță de cataboliții azotați neutilizabili. Lichidul care filtrează din capilarele glomerulare în capsula glomerulară Bowman, se numește filtrat glomerular sau urină primară. Acesta prezintă o compoziție aproape identică cu a lichidului care filtrează în interstiții la capătul arterial al capilarelor. Filtratul glomerular se mai asociază cu o plasmă cu un conținut scăzut în proteine (sau care nu conține proteine în cantități semnificative). Mai mult de 99% din filtratul glomerular se reabsoarbe în mod normal în tubii uriniferi. Restul este eliberat în urină.

Debitul filtrării glomerulare reprezintă cantitatea de filtrat glomerular formată în cursul unui minut prin toți nefronii din ambii rinichi. În mod normal, acesta are o valoare de 125 mL/minut, iar pe zi este de 180 L.

Dinamica filtrării prin membrana glomerulară - Filtrarea la nivelul glomerulului în capsula Bowman este realizată prin contribuția următoarelor forțele:

• presiunea din capilarele glomerulare care favorizează (determină) filtrarea (are o valoare medie de 60 mmHg); (Completare: este presiunea hidrostatică)
• presiunea din capsula Bowman, exterioară capilarelor, care se opune filtrării (aprox. 18 mmHg); (Completare: este presiune hidrostatică)
• presiunea coloid-osmotică a proteinelor plasmatice din capilare, care se opune filtrării (valoarea medie de 32 mmHg);
• presiunea coloid-osmotică a proteinelor din capsula Bowman (se consideră a fi 0) (Completare: această presiune favorizează filtrarea).

16.3. Reabsorbția și secreția tubulară

Filtratul glomerular rezultat, străbate variatele zone ale tubilor uriniferi pe parcursul cărora substanțele sunt absorbite sau secretate selectiv de epiteliul tubular. Iar, lichidul rezultat în urma acestor procese intră în pelvisul renal (bazinet) sub formă de urină finală.

Reabsorbția tubulară

Cea mai mare parte a (majoritatea) compușilor din urina primară (filtratul glomerular) sunt substanțe utile care sunt recuperate de organism prin procesul de reabsorbție. Acest proces este posibil prin adaptarea morfologică și biochimică a celulelor tubilor uriniferi (nefrocite). Astfel, din punct de vedere morfologic, polul apical al nefrocitelor este prevăzut cu numeroși microvili ce măresc considerabil suprafața activă, iar polul bazal este echipat cu numeroase mitocondrii care prin producția de ATP susțin necesarul energetic al procesului de absorbție. Din punct de vedere biochimic, celulele tubulare prezintă la nivelul membranelor, pompe metabolice implicate în transportul activ.

Transportul pasiv se realizează cu respectarea unor legi fizice ale difuziunii (în gradient chimic, electric sau electrochimic) și osmozei, precum și pe baza diferențelor de presiuni hidrostatice. Niciuna dintre variante nu implică consum energetic și nu impune o limită a capacității maxime de transport a nefronului.

Astfel, prin transport pasiv se reabsorb:

• ureea – difuziune în gradient chimic (Completare: adică diferență de concentrație);
• o parte din sodiu (Na) și clor (Cl) – difuziune în gradient electric (Completare: adică diferență de sarcină electrică) și electrochimic;
• apa – în gradient osmotic. Aceasta poate fi reabsorbită în toate segmentele nefronului, dar în proporții diferite. Cea mai importantă reabsorbție are loc în tubul contort proximal (80% din apa filtrată). Este un proces de reabsorbție obligatoriu, apa este atrasă osmotic din tub în interstițiu, secundar (ca urmare a) reabsorbției sărurilor, glucozei și a altor substanțe utile. Reabsorbția de apă din tubii contorți distali și mai ales din tubii colectori (aproximativ 15% din apa filtrată) este o reabsorbție facultativă. În absența ADH-ului, aceasta nu are loc și astfel se elimină urină diluată într-un volum de 20-25 L în 24 de ore. În prezența ADH-ului, reabsorbția facultativă are loc, iar volumul de urină concentrată eliminat în 24 de ore este de 1,8 L. Prin procesul de reabsorbție facultativă se adaptează volumul diurezei la starea de hidratare a organismului. În acest segment al nefronului sunt implicate și mecanismele de reglare a diurezei și a eliminării de sodiu (Na) și potasiu (K). 4% din apă se reabsoarbe în restul nefronului, iar în urina definitivă se elimină doar 1% din apa filtrată.

Completare: Diureza reprezintă volumul de urină eliminat în cursul a 24 de ore.

Transportul activ este un proces selectiv, cu consum energetic (consumă oxigen, ATP) și se realizează împotriva gradientelor de concentrație sau electrice. Transportul activ se datorează travaliului metabolic al nefrocitului. Forța pompelor metabolice este limitată de capacitatea lor maximă de a transporta o substanță pe unitatea de timp (Tmax). Energia este consumată de celule doar pentru a recupera compușii utili, restul de produși de catabolism (cataboliți) rămânând în urină.

Astfel, prin transport activ se reabsorb:

• glucoza;
• aminoacizi;
• unele vitamine;
• polipeptide;
• majoritatea sărurilor minerale (Na⁺, K⁺, Cl^-, HCO₃^-, fosfați, sulfați, urați, etc.).

Secreția tubulară

16.4. Transportul urinei prin uretere

Ureterele sunt mici tuburi musculare netede care încep în pelvisul renal din fiecare rinichi și coboară până la vezica urinară. Odată cu colectarea urinii în pelvis, presiunea de la acest nivel crește și astfel inițiază o contracție peristaltică. Aceasta se distribuie în lungul ureterului până la vezica urinară. Prin stimulare parasimpatică, frecvența undelor peristaltice poate crește, iar prin stimulare simpatică aceasta poate scădea cu afectarea, totodată, a intensității contracției.

În porțiunea inferioară, ureterul pătrunde oblic în vezica urinară, trecând câțiva centrimetri sub epiteliul vezical. În acest fel se previne refluxul de urină spre ureter în timpul micțiunii deoarece atunci presiunea intravezicală (din vezica urinară) crește foarte mult, comprimând ureterul.

Vezica urinară este o cavitate ai cărei pereți sunt alcătuiți din musculatură neted și formată din două părți:

• corp – locul de acumulare al urinii, constituie partea cea mai mare a vezicii urinare;
• col (trigon)  – prelungire a corpului de forma unei pâlnii, care se continuă în jos cu uretra.  Mușchiul colului vezical este neted și mai poartă numele de sfincter intern (în întregime neted). Sub controlul tonusului său natural, în mod normal, oprește pătrunderea urinii la nivelul colului vezical și al uretrei. În acest fel împiedică golirea vezicii înainte de atingerea pragului critic al presiunii care să declanșeze micțiunea.

Vezica urinară mai prezintă un sfincter extern alcătuit din mușchi striat și aflat sub control voluntar. Sfincterul extern este controlat de sistemul nervos și astfel micțiunea poate fi prevenită chiar și în momente în care controlul involuntar tinde să o inițieze.

16.5. Micțiunea

Odată declanșat (inițiat), reflexul de micțiune se autoamplifică. Imediat ce contracția vezicii urinare a fost inițiată aceasta va crește descărcarea de impulsuri de la receptorii vezicali, ceea ce va accentua astfel, contracția reflexă. Acest ciclu se repetă  până când se înregistrează o contracție puternică a mușchiului vezicii urinare. Dacă totuși reflexul de micțiune declanșat nu reușește golirea vezicii urinare, elementele nervoase ale acestui reflex rămân inhibate timp de câteva minute sau uneori o oră sau mai mult chiar, înainte ca un alt reflex să fie inițiat și să declanșeze micțiunea. În caz contrar, atât timp cât volumul de urină cumulat în vezică nu este suficient cât să declanșeze un reflex mai puternic, atunci micțiunea nu se va realiza.

16.6. Compoziția chimică a urinei

Urina este alcătuită din:

• apă (95%);
• restul de 5% se împarte în: substanțe minerale (săruri de Na, K, Ca, Mg); compuși organici (uree, acid uric, creatinină, enzime, hormoni, vitamine); eritrocite și leucocite (mai puține de < 5000/mL).

Valori medii normale ale constituenților în urina finală

16.7. Noțiuni elementare de igienă și patologie

Cistita – fenomene inflamatorii manifestate la nivelul peretelui vezicii urinare care apar ca urmare a prezenței bacteriilor, deși tractul urinar este steril și rezistent în fața colonizării bacteriene. Tabloul clinic diferă în funcție de sex. Prin hidratare se diminuează instalarea cistitei.

Nefrita și glomerulonefrita – În mod obișnuit, tabloul clinic al sindromului nefrotic poate cuprinde: hipertensiune, hematurie, insuficiență renală și edeme, însă nu este obligatoriu să fie toate prezente la același pacient. Acest sindrom poate avea un caracter acut sau pasager (de exemplu, glomerulonefrita infecțioasă), fulminant, cu instalarea rapida a insuficienței renale sau insidios. Manifestările clinice înregistrează variații în cursul evoluției patologiei.

Insuficiența renală – acută sau cronică, în general constituie rezultatul final în evoluția unei patologii renale sau cu implicație renală. În insuficiența renală acută se înregistrează o blocare completă sau aproape completă a rinichilor, pentru care există posibilitatea unei recuperări parțiale a funcției renale. În insuficiența renală cronică însă, funcția renale se pierde progresiv și ireversibil.

Ca metodă de tratament: dializa (prin rinichi artificial) care are la bază următorul principiu de funcționare – pomparea sângelui într-un circuit exterior organismului. În cursul acestui traseu se înregistrează înlăturarea produșilor de metabolism de care trebuie să se debaraseze organismul din sânge și reintră în circulație „curat”.

16.8. Lucrări practice – Compoziția chimică a urinei

Materiale necesare: urina recoltată dimineața, pe nemâncate (à jeun), peste care se adaugă timol pentru conservare, eprubete, stativ, baghete de sticlă, pahare Berzelius, hârtie de turnesol, reactivi.

Punerea în evidență a clorului

Se aduc 5 mL de urină într-o eprubetă, se adaugă câteva picături de HNO3 5%, până ce soluția devine acidă. Apoi se picură 0,5-2 mL de soluție AgNO3 2% și va precipita AgCl, care poate fi dizolvat prin adăugare de NH3.

Punerea în evidență a amoniacului

25 de mL de urină se aduc întru-un pahar Berzelius peste care se pun lapte de var, se agită cu o baghetă de sticlă și se acoperă imediat cu un geam de care a fost atârnată o hârtie roșie de turnesol. Aceasta va căpăta o culoare albastră ca urmare a degajării de NH3.

Punerea în evidență a creatininei

Într-o eprubetă ce conține 5 mL de urină, se aduc câteva picături de soluție de acid picric și puțin NaOH sau KOH 10%. Astfel, soluția se va colora în roșu specific creatininei.

Punerea în evidența a glucozei

Se prepară două soluții separate de concentrație 10% de NaOH și CuSO4. Într-o eprubetă cu 5 mL de urină se aduce NaOH astfel încât reacția să devină alcalină și apoi se adaugă soluția de CuSO4 picătură cu picătură, cu agitare continuă, până când amestecul se colorează în albastru intens. În cazul în care glucoza este prezentă în urină, va rezulta un precipitat roșcat (chiar și la rece). Dacă nu apare nici când este adus la temperatura de fierbere, atunci glucoza este absentă.

Punerea în evidență a substanțelor proteice

Pe un 10 mL de urină într-o eprubetă și se controlează reacția cu hârtie de turnesol. Dacă este alcalină, atunci se acidulează cu HNO3. Se încălzește la fierbere și apoi se adaugă câteva picături de acid acetic 10%. În prezența albuminei, urina se va tulbura.

Albumina este prezentă în urină doar în stări patologice. Pentru a putea realiza acest experiment, peste urina normală se aduc 2-3 mL dintr-o soluție de albumină la 100 mL de urină. Soluția se obține dintr-un albuș de ou bătut cu 50 mL de apă.