El nefrón

Riñón. Filtración. Composición de la orina. Sistema uirinario. Homeostasis

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El Nefrón

Cada riñón contiene mas de un millón de unidades funcionales denominadas nefrones, las cuales regulan la composición de la sangre y excretan los desechos de esta. Un nefron consta de dos partes principales: corpúsculo renal y un tubulo renal. EL corpúsculo renal esta formado por un cáliz hueco, con doble pared de células, llamado cápsula de Bowman, y un ovillo esférico de capilares sanguíneos, el glomerulo, que se proyecta dentro de la cápsula. El túmulo renal consta de tres regiones principales: el tubo contorneado proximal (cercano al glomérulo), el asa de Henle y el tubo contorneado distal (lejano). Cada tubo contorneado distal envía su contenido hacia un conducto colector. Muchos tubulos dístales contorneados desembocan dentro de cada conducto colector.

La pared interna de la cápsula Bowman consta de célula epiteliales especializadas llamadas pocitos. Los podocitos presentan protuberancias superficiales muy largas que recubren las superficies de casi todos los capilares glomerulares. Los espacios que hay entre los dos “dedos” de esas protuberancias reciben el nombre de poros hendidura

Formación de la Orina.

La orina se forma mediante una combinación de tres procesos: filtracion resorción y secreción tubular.

Filtración

La filtración ocurre en el punto de contacto entre los capilares glomerulares y la pared de la cápsula de Bowman.La sangre se envía hacia los riñones por las arterias renales, cuyas ramificaciones dan origen a las arteriolas aferente. ( Una arteriola aferente conduce la sangre hacia una estructura; una arteriola eferente la conduce desde esa estructura hacia otra parte. ) En el riñón, una arteriola aferente lleva la sangre hacia los capilares del glomérulo. Luego, dicha sangre abandona el glomérulo a través de una arteriola eferente , mucho más delgada .La constricción de la arteriola eferente genera una alta presión hidrostática en el interior del glomérulo a través de una arteriola eferente , mucho más delgada . La constricción lo cual se realiza a través de poros en hendidura . Una vez que ingresa en la cápsula de Bowman ,ese liquido adquiere el nombre de filtrado glomerular .

La cantidad de líquido que entra en la cápsula de Bowman depende de la presión eficaz de filtración , una combinación de fuerzas mecánicas y osmóticas que determina la filtración . La principal fuerza promotora de la filtración , es la presión hidrostática de la sangre que hay dentro del glomérulo .Casi toda la resistencia a ese empuje es el resultado de :1) la resistencia de la pared capilar y la pared de la cápsula de bowman al paso de los materiales , 2) la presión hidrostática del liquido que ya se encuentra en la luz de la cápsula de Bowman y 3) la diferencia de presión osmótica entre la sangre y el filtrado .

La filtración determina la composición de la orina en muy escasa medida , ya que , con la salvedad de que evita el paso de las proteínas plásticas , la filtración no es un proceso selectivo. Excepto por una pequeña cantidad de albúmina , las grandes proteínas plasmásticas permanecen en la sangre junto con elementos celulares sanguíneos . No obstante , las sustancias más pequeñas que se encuentran disueltas en el plasma -como glucosa , aminoácidos , sodio , potasio , cloruro , bicarbonato , otras sales y urea - salen del torrente sanguíneo y pasan a forman parte del filtrado .

El volumen total de sangre que pasa a través de los riñones , es de unos 1.200 mil por minuto , lo que equivale aproximadamente a una cuarta parte de la capacidad cardiaca total .El plasma que pasa a través de los glomérulos ,pierde alrededor de 20 % de su volumen al filtrarse ; el sale del glomérulo a través de la arteriola eferente . La velocidad normal de filtración glomerular equivale aproximadamente a unos 180 L cada 24 H . Esa cantidad de líquido es igual a 4.5 veces la cantidad total de líquidos del cuerpo ; por tanto , el sentido común dicta que la secreción de orina no puede realizarse a esa velocidad , pues bastarían unos cuantos minutos para que la vida misma del individuo se viera amenazada por la deshidratación .

Resorción

La amenaza para la homeostasia interna representada por las inmensas cantidades de líquidos

Filtrados por los riñones se evita gracias a la resorción . Alrededor del 99% del filtrado es resorbido por la sangre mientras ese líquido corre a lo largo de túbulos renales , de modo que sólo 1.5 L se convierten en orina . La resorción permite , además , la precisa regulación de las característica químicas de la sangre por los riñones . En esos órganos , las sustancias necesarias - como la glucosa y los aminoácidos - regresan a la sangre , mientras que los desechos y el exceso de sales y otros materiales permanecen en el filtrado y se excretan junto con la orina . cada día, los túbulos resorben más de 178 L de agua , 1.200 g de sal y unos 250 g de glucosa . La mayor parte de esos materiales , por supuesto , se filtran varias veces en ese lapso .

Después de salir glomérulo , la arteriola eferente envía la sangre hacía una segunda red capilar de la nefrona . Esa red capilar rodea el túbulo renal y recibe los materiales que regresan a la sangre desde ésta .Luego , la sangre pproveniente de esos capilares fluye hacia las vénulas , que en última instancia se funcionan para dar origen a la gruesa vena renal que parte de cada riñon .

Las células epitteliales simples que recubren túbulo renal están bien adaptadas para la resorción de materiales .Tienen muchísimas microvellosidades que incrementan el área superficial destinada a la reabsorción (y confieren al recubrimiento interno de la estructura un aspecto de brode de cepillo. Asi mismo, esas celilas contienen gran cantidades de mitocondrias, las cuales son necesarias para generar la energía consumida durante el transporte celular de los materiales reabsorbidos .

Alrededor del 65% del filtrados se resorbe mientras pasa a lo largo del tubo contorneado proximal. En esa region se rasorber tambien glucosa, amionoácidos, vitaminas y otras sustancias de valor nutricional, junto con iones como sódio, clororum, bicarbonato y potacio. Algunos de esos iones se transportan activamente, mientras que otros salen por difución. La resorción continua en tanto que el filtrado pasa a travez de asa de Henle y el tubo distal. Luego, lo resta del filtrado se concentra aún más durante su trajecto a lo largo del conducto colector que va hacia la pelvis renal.

En condiciones normales, la sustancias que son útiles para el cuerpo, como la glucosa y los aminoácidos, se resorver en los tubulos renales. Si la concentración de una sustancia cualquiera es alta, sin embargo, los túbulos pueden ser insuficientes para resorver toda esa sustancia. La maxima velocidad de resorción de una sustancia se conoce como: su transporte tubular o Tm. Pr ejemplo en Tm de la glucosa es 300 mg/min en promedio en el humano adulto.

Una persona con diabetes sacarina la concentración de glucosa en la sangre rebasa el umbral (unos 150 mg de glucosa por 100 ml de sangre) por que la orina presenta glucosa disuelta, su presencia en la orina demuestra este trastorno.

Composición de la orina

En los seres humanos la orina normal suele ser un líquido transparente o amarillento. Se eliminan entre 1.134 y 1.700 g que representan aproximadamente 1,4 litros, de orina al día. La orina normal contiene un 96% de agua y un 4% de sólidos en solución. Cerca de la mitad de los sólidos son urea, el principal producto de degradación del metabolismo de las proteínas. El resto incluye nitrógeno, cloruros, cetosteroides, fósforo, amonio, creatinina y ácido úrico.

Consistencia de la orina

El sistema urinario de los reptiles y aves está diseñado para conservar agua; por esta razón la orina de estos animales es una masa sólida o semisólida. En lugar de obtener urea como producto del metabolismo de las proteínas, producen ácido úrico, que apenas es soluble en agua. En algunos peces se conserva el agua mediante concentraciones muy elevadas de urea, permitiendo de esta forma que su organismo absorba agua por ósmosis.

Homeostasis, proceso por el cual un organismo mantiene las condiciones internas constantes necesarias para la vida. El concepto de homeostasis fue introducido por primera vez por el fisiólogo francés del siglo XIX Claude Bernard, quien subrayó que "la estabilidad del medio interno es una condición de vida libre". Para que un organismo pueda sobrevivir debe ser, en parte, independiente de su medio; esta independencia está proporcionada por la homeostasis. Este término fue acuñado por Walter Cannon en 1926 para referirse a la capacidad del cuerpo para regular la composición y volumen de la sangre, y por lo tanto, de todos los fluidos que bañan las células del organismo, el "líquido extracelular". El término homeostasis deriva de la palabra griega "homeo" que significa igual, y "stasis" que significa posición. En la actualidad, se aplica al conjunto de procesos que previenen fluctuaciones en la fisiología de un organismo, e incluso se ha aplicado a la regulación de variaciones en los diversos ecosistemas o del universo como un todo.

En los organismos vivos la homeostasis implica un consumo de energía necesario para mantener una posición en un equilibrio dinámico. Esto significa que, aunque las condiciones externas puedan estar sujetas continuamente a variaciones, los mecanismos homeostáticos aseguran que los efectos de estos cambios sobre los organismos sean mínimos. Si el equilibrio se altera y los mecanismos homeostáticos son incapaces de recuperarlo, entonces el organismo puede enfermar y con el tiempo morir.

La homeostasis es necesaria porque los organismos metabolizan moléculas de forma continua (véase Metabolismo) y originan productos de desecho potencialmente tóxicos empleando sustancias importantes que es necesario reponer. Además de esto, los organismos también precisan mantener un medio intracelular constante indiferente a los efectos que las variaciones originan en su medio externo.

Mecanismos homeostáticos

La homeostasis requiere que el organismo sea capaz de detectar la presencia de cambios en el medio y de controlarlos. Una pequeña variación respecto al nivel establecido iniciará una respuesta homeostática que restituirá el estado deseado del medio. La cibernética, conocida también como teoría de control, es el estudio de los mecanismos homeostáticos o servomecanismos (término utilizado para describir los mecanismos análogos empleados por máquinas). En la teoría de control, se han diseñado modelos matemáticos e informáticos para describir los sistemas de control fisiológico, aunque con frecuencia estos son algo toscos e insuficientes ya que dentro de un organismo existen muchos sistemas interactivos muy complejos. Algunos de los mecanismos descritos en la teoría de control son útiles para comprender los mecanismos homeostáticos, como por ejemplo los circuitos de retroalimentación. Estos suponen que el producto de un mecanismo actúa de alguna forma para alterar la naturaleza, velocidad, o eficacia del propio mecanismo en sentido positivo o negativo. En biología, la mayoría de los circuitos de retroalimentación son negativos, es decir inhiben los mecanismos o procesos celulares de los que provienen

Un ejemplo simple de retroalimentación negativa es el termostato empleado para controlar el calor generado por un sistema de calefacción central. Si la temperatura del aire en una sala es inferior a la temperatura seleccionada en el termostato entonces la calefacción se encenderá, y una vez que la temperatura alcance el nivel de calor deseado se apagará de nuevo. Por lo tanto, la potencia del sistema de calefacción central está determinada y la temperatura se mantiene tan cerca como sea posible de la temperatura deseada. Sin embargo, existen ligeras variaciones a cada lado del punto establecido, y cuando se enciende el termostato hay un intervalo de tiempo durante el cual el aire de la sala no alcanza la temperatura deseada. Este control de temperatura es imperfecto y tiene limitaciones, por ejemplo en un día caluroso de verano, cuando la temperatura de la sala puede ser más elevada de lo deseado, el termostato evitará que la calefacción central funcione, pero no hará descender su temperatura. Por esta razón, para que un mecanismo homeostático pueda hacer frente a cada eventualidad debe ser más complejo.

Los circuitos de retroalimentación positivos provocan el aumento de una respuesta de modo que no se encuentran en la homeostasis. Un ejemplo de un circuito de este tipo podría ser el desencadenamiento de un impulso nervioso en un nervio: la despolarización de la célula nerviosa aumenta la entrada de sodio incrementando la despolarización, que a su vez aumenta de nuevo la entrada de sodio, y así sucesivamente. Esta retroalimentación positiva se mantiene hasta que se alcanza un umbral y los canales de sodio se cierran.

Homeostasis a nivel celular

Todos los organismos llevan a cabo la homeostasis a nivel celular, ya que para poder vivir es necesario que los componentes de las células se mantengan en unas concentraciones más o menos uniformes. La membrana celular es responsable de controlar qué sustancias pueden entrar y cuáles deben abandonar la célula; debe existir la posibilidad de que los productos de desecho salgan de la célula para evitar que alcancen niveles tóxicos. También deben captarse sustancias esenciales para el metabolismo para ser utilizadas en la respiración. En los organismos unicelulares la homeostasis es más complicada, ya que el medio que los rodea puede cambiar de forma drástica en muchos sentidos. Por el contrario, los organismos multicelulares facilitan la función de cada célula asegurando que el medio extracelular se mantenga gracias a la homeostasis, por lo que cada célula no estará expuesta a dichas grandes variaciones.

Se ha demostrado que los circuitos de retroalimentación negativa juegan un papel importante en la regulación de la tasa a la que los enzimas actúan sobre una célula. Supongamos que un enzima actúa sobre una proteína A, rompiéndola en las moléculas B y C; si la molécula C tiene un efecto inhibidor sobre este enzima, entonces cuando los niveles de B y de C decaigan, aumentará su síntesis a partir de A; pero si los niveles de C son elevados, entonces el enzima será inhibido y no continuará la síntesis de B y C.

Homeostasis en el hombre

La homeostasis se produce en todos los organismos, pero se ha estudiado con más detenimiento en el hombre y en otros mamíferos superiores. En estos animales complejos la homeostasis opera tanto en las células aisladas como en las integradas —fluidos corporales, tejidos y órganos. Puesto que se mantienen condiciones constantes dentro del tejido, cada célula está sometida a variaciones más pequeñas en su propio medio externo. Existe un intercambio constante de moléculas entre la sangre y el líquido extracelular que baña cada célula; es la composición estable de la sangre la que hace posible que se mantenga la invariabilidad del líquido extracelular. La composición constante del líquido extracelular protege a cada célula de los cambios que se producen en el medio externo. Por ejemplo, si una persona se introduce en un baño caliente, la temperatura de las células en el hígado , el corazón, el intestino y en el páncreas no se altera.

El aparato circulatorio (sangre, arterias, venas, etc.) es vital para el mantenimiento de la homeostasis. Es responsable de proporcionar metabolitos a los tejidos y de eliminar los productos de desecho, así como de participar en la regulación de la temperatura y en el sistema inmune. Sin embargo, los niveles de sustancias dentro de la sangre se encuentran bajo el control de otros órganos: el aparato respiratorio (pulmones) y el sistema nervioso regulan el nivel de dióxido de carbono que existe en la sangre y el líquido extracelular; el hígado y el páncreas controlan la producción, el consumo y las reservas de glucosa; los riñones son responsables de la concentración de hidrógeno, sodio, potasio, e iones fosfato del organismo; y las glándulas endocrinas controlan los niveles de hormonas en sangre. El hipotálamo desempeña un papel decisivo en la homeostasis: recibe información del cerebro, del sistema nervioso y del endocrino, y la integración de todas estas señales hace posible que sea capaz de controlar la termorregulación, el balance de energía y la regulación de los fluidos corporales, influyendo sobre la conducta (por ejemplo, el hipotálamo es responsable de la sensación de hambre), y lo exterioriza a través del sistema endocrino y nervioso.

Mantenimiento de los niveles de glucosa en la sangre

Para el estado de salud del hombre es muy importante que los niveles de glucosa en la sangre se mantengan. La glucosa es utilizada por todas las células del organismo como "combustible", y la proporción de glucosa que emplea cada célula varía y depende de su actividad (la mayoría de las células también utilizan derivados grasos, si bien el cerebro sólo metaboliza glucosa). La glucosa penetra en el torrente sanguíneo procedente del intestino, donde se absorbe durante la digestión o a partir de las reservas de glucógeno que se localizan en su mayoría en el hígado. El sistema homeostático más complejo que se conoce es el control de los niveles sanguíneos de glucosa.

Los niveles de glucosa en sangre varían entre 110-120 mg de glucosa por cada 100 ml de sangre después de una comida, y entre 70 a 80 mg por 100 ml después de un ayuno. Cuando los niveles son elevados, la glucosa se transforma en glucógeno y se almacena. Los niveles sanguíneos de glucosa están controlados por seis hormonas: la insulina, la hormona de crecimiento, el glucagón, los glucocorticoides, la adrenalina y la tiroxina.

La glucogenolisis, la obtención de glucosa a partir de las reservas de glucógeno, está estimulada por todas estas hormonas con excepción de la insulina, que la inhibe; la insulina estimula la glucogénesis, la producción de glucógeno en la sangre a partir de glucosa. El páncreas genera insulina cuando los niveles de glucosa son elevados y disminuyen cuando ésta actúa —un ejemplo de retroalimentación negativa. Algunos tejidos sólo pueden captar glucosa de la sangre en presencia de insulina, si sus niveles sanguíneos son bajos y no existe insulina, estos tejidos no pueden disponer de glucosa y tienen que recurrir a la utilización de derivados grasos para obtener energía.

Ejemplos de homeostasis en otros organismos

Para los organismos que no cuentan con una superficie cutánea hermética, uno de los procesos de regulación más importantes es el control de la cantidad de agua que se gana o se pierde por ósmosis o evaporación. Las bacterias se encuentran entre los organismos más pequeños que tienen gran superficie respecto a su volumen, de modo que son propensos a la deshidratación. Tratan de compensar esta predisposición mediante una presión osmótica interna superior a la del medio externo, reduciendo así la pérdida de agua.

Los organismos unicelulares como las amebas, en especial aquellas que viven en agua dulce, obtienen continuamente agua de su medio por ósmosis. Este agua se bombea hacia una vacuola contráctil que se llena de líquido y que periódicamente se une con la membrana celular, liberando su contenido hacia el exterior. Por lo tanto, debido a la ósmosis, la cantidad de agua que se transporta de forma activa fuera de la célula es igual a la que penetra en ella, y no se producen variaciones en la tonicidad de la célula. Este hecho constituye una forma muy simple de homeostasis. Sin la vacuola contráctil la ameba absorbería agua de forma continua hasta que sus contenidos citoplasmáticos se diluyeran de tal forma que se detendría el metabolismo y la ameba moriría.

Los peces poseen mecanismos complejos para controlar el contenido corporal de agua; si son peces de agua dulce, absorben y pierden agua por ósmosis. Tienen que captar sales de forma activa del agua que pasa a través de sus branquias, y producen grandes cantidades de orina diluida (originan cada día el equivalente a un 20% de su peso corporal). Por el contrario, los peces marinos habitan aguas que tienen una presión osmótica más elevada que su líquido extracelular y su sangre, ellos pierden agua y obtienen sales mediante ósmosis. Para mantener la composición sanguínea correcta estos peces captan de forma continua sales del agua del mar y producen cantidades muy pequeñas de orina isotónica (cerca del 4% de su peso corporal por día). Son incapaces de producir orina más concentrada que su sangre. En los peces que emigran desde aguas saladas a aguas dulces, como el salmón, los mecanismos que controlan el volumen de agua que penetra y sale del cuerpo son aún más complejos.