GinaMed
Cursuri - Biologie Corint - 16. Excreția

16. Excreția

Cuprins:

16.1. Rinichi. Nefron
16.2. Filtrarea glomerulară și filtratul glomerular
16.3. Reabsorbția și secreția tubulară
16.4. Transportul urinei prin uretere
16.5. Micțiunea
16.6. Compoziția chimică a urinei
16.7. Noțiuni elementare de igienă și patologie
16.8. Lucrări practice – Compoziția chimică a urinei

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.

Rolurile majore ale rinichilor sunt:

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

Pe lângă acestea, rinichii mai intervin în:

  • formarea și secreția enzimei: renină și a hormonului: eritropoietină;
  • activarea vitaminei D3;
  • gluconeogeneză.
Structură rinichi.
Figura 16.1 Structură rinichi.
Nefron.
Figura 16.2 Nefron.

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 sunt capabili să producă urina. Nefronii pot fi:

  • corticali (85% dintre ei) – denumire dată de dispunerea glomerulului 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 mai adânc în zona medulară. Uneori poate ajunge la nivelul papilelor renale. Nefronii juxtamedulari au o importanță majoră în producția renală de urină concentrată (mecanismul contracurent).

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 deja filtrat 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 principalul mod prin care plasma se curăță de cataboliții azotați neutilizabili. Lichidul rezultat ca urmare a procesului de filtrare din capilarele glomerulare în capsula glomerulară Bowman, se numește filtrat glomerular sau urină primară. Acesta prezintă o compoziție aproape identică cu a lichidului filtrat în interstiții la capătul arterial al capilarelor. Filtratul glomerular se mai asociază cu o plasmă cu un conținut scăzut în proteine. 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.

Filtrarea la nivelul glomerulului în capsula Bowman este realizată prin contribuția următoarelor forțele:

  • presiunea din capilarele glomerulare care favorizează filtrarea (are o valoare medie de 60 mmHg);
  • presiunea din capsula Bowman, exterioară capilarelor, care se opune filtrării (aprox. 18 mmHg);
  • 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).

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. Lichidul rezultat intră în pelvisul renal (bazinet) sub formă de urină finală.

Reabsorbția tubulară

Cea mai mare parte a 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 de la nivelul tubilor uriniferi (nefrocite). Astfel, din punct de vedere morfologic, polul apical al nefrocitelor este prevăzut cu multipli microvili ce măresc suprafața activă, iar polul bazal este echipat cu numeroase mitocondrii care prin producția de ATP susțin energetic absorbția. 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; osmozei, precum și pe baza diferenței de presiune hidrostatică. Niciuna dintre variante nu implică consum energetic și nu impune o capacitate limită de transport la nivelul nefronului.

Astfel, prin transport pasiv se reabsorb:

  • ureea – difuziune în gradient chimic (adică diferență de concentrație);
  • o parte din ionii de sodiu si clor – difuziune în gradient electric (adică diferență de sarcină electrică) și electrochimic;
  • apa  – prin osmoză. Aceasta poate fi reabsorbită în toate segmentele nefronului. Cea mai importantă reabsorbție are loc în tubul contort proximal (80% din apa filtrată). Este un proces de reabsorbție obligatoriu, prin osmoză, apa este atrasă în interstițiu, secundar reabsorbției de săruri, glucoză 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, 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 ionilor de sodiu și potasiu. 4% din apă se reabsoarbe în restul nefronului, iar în urina definitivă se elimină aproximativ 1% din apa filtrată.

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. Capacitatea maximă de transport a pompelor metabolice se reduce la o substanță pe unitatea de timp (Tmax), ceea ce limitează forța acestora. Energia este consumată de celule cu scopul de a recupera compușii utili, restul de produși de catabolism rămânând în urină.

Astfel, prin transport activ se reabsorb:

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

Secreția tubulară

Secreția tubulară vine în completarea funcției de eliminare a unor compuși acizi, toxici sau în exces și a unor medicamente. Totodată, procesul de secreție renală reglează concentrația plasmatică a unor constituenți obișnuiți (acid uric, creatinina, K+). Mecanismele de secreție sunt și ele de tip activ și pasiv, însă sensul transportului este opus: dinspre interstițiul peritubular spre interiorul tubului. Procesele de secreție se pot manifesta de-a lungul întregului nefron.
Secreția de ioni de hidrogen se face print-un mecanism activ care se desfășoară în principal la nivelul tubului contort proximal, dar poate avea loc și în restul nefronului. De exemplu, mecanisme de transport prin schimb ionic de la nivelul tubului contort distal, reabsorb ioni de sodiu și secretă potasiu sau hidrogen, dependent de pH-ul mediului intern. Activarea acestui mecanism se face în prezența aldosteronului. Astfel, prin secreția de H+, rinichii intervin în reglarea echilibrului acido-bazic.
Secreția de ioni de potasiu se face prin mecanisme active de schimb ionic și pasive care se manifestă în special la nivelul tubului contort distal. Rinichii asigură valori normale ale potasemiei prin secreția de K+.
Secreția de amoniac (NH3) are un efect antitoxic și totodată constituie o cale suplimentară de eliminare de protoni fără o scădere a pH-ului urinar. Astfel, excesul de protoni eliminați se fixează de molecula de NH3 și formează ionul de amoniu. Acesta este eliminat împreună cu clorul cu care formează clorura de amoniu.

16.4. Transportul urinei prin uretere

Ureterele sunt mici tuburi musculare netede care fac legătura între rinichi (din pelvisul renal) și vezica urinară. Odată cu creșterea cantității de urină în pelvis, presiunea de la acest nivel crește și astfel declanșează 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 cm sub epiteliul vezical. În acest fel se previne refluxul de urină spre ureter în timpul micțiunii deoarece presiunea intravezicală crește, comprimând ureterul.

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

  • corp – locul de acumulare al urinii, constituie partea cea mai mare a vezicii;
  • 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. Sub controlul tonusului său natural, urina nu pătrunde în col și în uretră. În acest fel împiedică golirea vezicii înainte de atingerea valorii prag a presiunii care să declanșeze micțiunea.

Vezica urinară mai prezintă un sfincter extern alcătuit din mușchi striat și aflat sub control voluntar. În acest fel, micțiunea poate fi prevenită chiar și în momente în care controlul involuntar tinde să o declanșeze.

16.5. Micțiunea

Micțiunea reprezintă procesul de golire a vezicii urinare la momentul umplerii acesteia. Umplerea vezicii urinare se face progresiv până la valoarea prag a tensiunii intraparietale. Acesta este factorul declanșator al reflexului nervos „de micțiune” care determină micțiunea sau dacă nu este posibil, marchează dorința de a urina. Pentru un volum de 30-50 mL de urină acumulat în vezică, presiunea marchează o creștere la 5-10 cm H2O. Un volum de 200-300 mL de urină duce la o creștere ușoară, de doar câțiva cm H2O a presiunii intravezicale care se menține constantă sub influența tonusului intrinsec al peretelui vezical. Însă, în cazul unul volum mai mare de 300-400 mL de urină, valoarea presiunii înregistrează o creștere rapidă și mare. Reflexul de micțiune se află în totalitate sub controlul măduvei spinării, însă pot interveni și centrii nervoși superiori din trunchiul cerebral și din cortexul cerebral, prin stimularea sau inhibarea sa.

Odată declanșat, reflexul de micțiune se autoamplifică. Imediat ce contracția vezicii urinare a fost inițiată aceasta va stimula descărcarea impulsurilor de la receptorii vezicali care vor accentua astfel, contracția reflexă. Repetarea acestui ciclu are ca rezultat final contracția puternică a mușchiului vezicii urinare. Dacă totuși reflexul de micțiune nu se finalizează cu golirea vezicii, se produce inhibarea nervoasă a acestui reflex timp de minute, o oră sau mai mult, până la inițierea unui nou reflex declanșator al micțiunii. 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 (<5000/mL).

Valori medii normale ale constituenților în urina finală

Componentul Cantitatea de urină eliminată în 24 de ore
Na+ 3,3 g
K+ 2 - 3,9 g
Ca+ 0,2 g
Mg2+ 150 mg
HCO3- 0,3 g
Cl- 5,3 g
Fosfor 1 - 1,5 g
Uree 25 g
Acid uric 0,6 - 0,8 g
Creatinină 1 - 2 g
Apă 1,3 - 1,8 L

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.

Bibliografie:

  • Biologie - manual pentru clasa a XI-a; Autori: Cristescu D., Sălăvăstru C., Voiculescu B., Niculescu C., Cârmaciu R. Editura Corint Educațional, București, 2014
  • Structură rinichi
  • Nefron
Rezolvă Grile din Curs
Acasă Acasă Cursuri Cursuri Grile Grile Simulări Simulări Meditații Meditații