Trabajo de Laboratorio de Fisiología: Sistema Renal • Introducción A través de este trabajo esperamos conocer las estructuras del sistema renal y los distintos procesos que se llevan a cabo en la eliminación de desechos de nuestro organismo. También pretendemos conocer los efectos de la sal y la glucosa cuando se encuentran en exceso en nuestro organismo 1.1 Anatomía del Riñón Los riñones son los órganos fundamentales del aparato excretor, aquí se forma la orina, aparte de esta función de eliminación de productos de desecho tienen una importante función en el control de la tensión arterial. Están ubicados a ambos lados y por delante de la columna lumbar. Son de color pardo rojizo y de un tamaño aproximado de 11* 5 * 3 cm y su peso oscila entre 110 y 180 gramos. El riñón izquierdo se haya más alto que el derecho, pueden movilizarse en los cambios de postura y con los movimientos respiratorios. El borde externo renal es convexo, mientras que el interno es cóncavo, donde se aloja una cámara en forma de embudo llamada pelvis cosa que le hace adoptar su propia forma. El riñón consiste en haces de túbulos microscópicos dispuesto en una porción interna llamada medula y en otra externa llamada corteza. Por su cara anterior el riñón derecho está en relación con: • Intestino grueso • Duodeno • Hígado Mientras que el izquierdo lo está con: • La cola del páncreas • El ángulo esplénico del colon • El bazo • El estómago Por su cara posterior están en contacto con la musculatura posterior de la pared abdominal: • Músculo cuadrado lumbar • Músculo transverso del abdomen • Músculo psoas iliaco Todo el riñón está tapizado por un cápsula fibrosa y brillante y el conjunto se haya en el interior de una zona adiposa llamada grasa perirrenal. Si procedemos a la sección del riñón observamos: • La parte más externa del parénquima, llamada corteza renal, de aspecto uniforme. • La parte más interna, llamada médula, formada por la presencia de varios conos con un vértice mirando hacia el seno renal. Cada cono es la llamada pirámide medular o de Malpighi. Cada vértice de estas pirámides es un papila renal. • Un sistema colector de tubos que, partiendo de las papilas renales, se van reuniendo en los cálices mayores 1

hasta formar la pelvis renal, la cual se continuará con el uréter. En cada cáliz menor desembocan entre una a tres papilas. La unidad funcional del riñón de mamíferos es el túbulo renal o nefrona, que consiste en un saco de células de doble pared, la cápsula de Bowman, que rodea un penacho esférico de capilares, un glomérulo y los túbulos espiralados que reabsorben algunas sustancias pero otras no. Cada riñón contiene 10 elevado a 6 nefronas, cada una de ellas una unidad independiente para excretar desechos y regular la composición de la sangre. Cada una filtra la sangre y luego reabsorbe algunas sustancias, y no otras, cuando el filtrado pasa por el túbulo. 1.2 Fisiología del Nefrón Cada una de ellas es como un riñón en miniatura. La Nefrona empieza en el llamado Corpúsculo Renal, que es una estructura redondeada de 0,2 mm de diámetro, formada por: • Un apelotonamiento de capilares, el llamado glomérulo. • Una envoltura que recubre el glomérulo, la cápsula de Bowman. Por un lado del corpúsculo entran y salen los vasos sanguíneos arterias aferentes y eferentes. Por el otro extremo, la cápsula de Bowman termina transformándose en un tubo (túbulo proximal). En el interior de la cápsula, la arteriola aferente se divide en múltiples capilares que se juntan en forma de ovillo, para luego reunirse y desembocar todos en la arteriola eferente, la cual sale del glomérulo para seguir luego un trayecto intrarrenal. El túbulo proximal (túbulo contorneado proximal) o continuación de la cápsula de Bowman, recorre un largo trayecto de forma muy tortuosa. Este túbulo es el que recoge el líquido que se filtra en el glomérulo (filtrado glomerular) y que más adelante se convertirá en orina. Una vez efectuado su recorrido, el túbulo proximal adopta forma recta y se dirige hacia el centro del riñón para girar posteriormente 180° y dirigirse de nuevo hacia la corteza; es el tubo conocido con el nombre de Asa de Henle. Llegado a la corteza, se ensancha de calibre y vuelve a hacerse tortuoso, llamándose a esta altura túbulo contorneado distal. Al disminuir la tensión arterial se produce de un modo automático la disminución del filtrado glomerular, con la misión de no seguir disminuyendo la pérdida de líquido por el riñón. Aparte de esto, hay mecanismos que regulan la cantidad de orina formada. 1.3 Funcionamiento del Nefrón • Mantención de la homeostasis • Regulación del volumen y composición de liquido extracelular El riñón regula el balance entre la ingesta, producción, excreción y consumo de muchos componentes orgánicos e inorgánicos por medio de la conservación y excreción de agua y solutos. A continuación revisaremos la ingesta de agua y electrolitos además de la excreción de agua y solutos.

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• Ingesta de agua y electrolitos Ingesta: el sistema gastrointestinal es la fuente primaria de la normal ingesta de agua y electrolitos. • Productos metabólicos La oxidación de los alimentos provee de una secundaria, pero importante fuente de agua. La dieta ordinaria provee de aproximadamente 300 ml de agua por día como producto del metabolismo, principalmente de la oxidación de las grasas. Del metabolismo también se produce urea, un producto poco toxico del metabolismo de las proteínas, ácido úrico, producto final del metabolismo de las purinas y la Creatinina, un producto endógeno de la Creatina muscular. • Excreción de agua y solutos • Nefrón y la formación de la orina Por su función, el riñón esta provisto de riego sanguíneo abundante, ya que las arterias renales derecha e izquierda transportan ¼ parte del gasto cardiaco a los riñones, lo que significa que circulan 1.200 ml en cada minuto por estos órganos. Cada arteriola aferente se distribuye en una cápsula glomerular, la que se divide en una red de capilares que constituyen el glomérulo. Posteriormente la red de capilares se une nuevamente formando la arteriola eferente, que sale de la cápsula con un menor calibre (diámetro). Esto contribuye con el aumento de la presión glomerular. Cada arteriola eferente forma una red de capilares peritubulares alrededor de los túbulos renales y por último estos se unen para formar las diferentes venas. La sangre llega al glomérulo por la arteria renal y sus ramificaciones, donde se filtra a través de la pared capilar hacia la cápsula de Bowman, esta es una membrana semipermeable y sirve de filtro, ya que pasan las moléculas mas pequeñas que los poros que presenta. En el espacio interior de las Cápsula de Bowman se produce la orina primitiva, por su ultrafiltración, desde el ovillo de los capilares del glomérulo, que por reabsorción y secreción, en el sistema tubular de la nefrona y en los túbulos colectores se transforma en la orina definitiva. • Formación de la orina A continuación se verán los tres procesos que participan en la formación de la orina lo que permite al organismo eliminar desechos metabólicos sin perder componentes útiles a la sangre. Tales proceso son: • filtración glomerular • reabsorción • secreción tubular. • Filtración glomerular El plasma es filtrado a través de los capilares glomerulares hacia los túbulos renales. Este líquido que filtra a través de la membrana glomerular hacia la Cápsula de Bowman se denomina filtrado glomerular. La membrana de los capilares glomerulares recibe el nombre de membrana glomerular, es análoga a la de los 3

demás capilares aunque 25 veces mas porosa y en consecuencia, permite un mayor filtrado de agua y solutos. El filtrado glomerular tiene una composición idéntica a la del plasma de la sangre, sin las proteínas a las cuales son impermeables a las membranas, es decir contiene especies útiles como glucosa, sales minerales, aminoácidos, etc. Por otra parte, la ultrafiltración (formación de la orina primitiva), depende de tres factores: • del valor de la presión sanguínea en los capilares glomerulares, que da lugar a la salida del líquido (presión sanguínea: 55 mm Hg). • del valor de la presión coloidosmótica en la sangre, la cual se opone a la presión capilar y se origina por la acción atractora de agua de las proteínas (presión oncótica de las proteínas del plasma 25 mm Hg) • el tercer factor es el que presenta la propia membrana llamado presión hidrostática, que corresponde a las propiedades del filtro del tejido, compuesto por las capas que separan los dos compartimientos, la Cápsula con la monocelular y el glomérulo con su capa de endotelio (monocelular también). Dicha presión es aproximadamente de 10 mm Hg. En síntesis, la presión que favorece el filtrado glomerular es de 55 mm Hg, la presión que se opone al paso del filtrado es de 35 mm Hg. Entonces una gradiente de presión que favorece la filtración glomerular recibe el nombre de presión útil de filtración. Según lo anterior, modificaciones de la presión sanguínea y/o de la concentración de proteínas circulantes afectan la magnitud de la filtración glomerular. Ambos riñones producen unos 125 ml de orina primitiva por minuto, lo cual equivale a 180 litros diarios. Sin embargo, mas del 99% de este filtrado es reincorporado a la sangre en los túbulos, por reabsorción tuibular. El resto (menos del 1%) constituye la orina final. • Reabsorción tubular Se ha dicho que existe una reabsorción del 99% del volumen del filtrado glomerular. En efecto la mayor parte del agua, así como muchas de las sustancias disueltas de importancia para el organismo son reincorporadas a la sangre. El 87% del líquido es reabsorbido en los túbulos contorneados proximales y el 13% restante a nivel de los tubulos distales. • Reabsorción activa La reabsorción activa se realiza hasta alcanzar un nivel máximo (saturación del sistema), de manera que el exceso de oferta es limitado por la orina (sustancias umbrales). Es el es el caso de la diabetes mellitus, en la que se elimina el exceso de glucosa que no se alcanza a reabsorber. También son reabsorbidos por transporte activo las sales minerales y los aminoácidos. • Reabsorción pasiva Son reincorporadas pasivamente al medio interno las sustancias no umbrales, que casi no se reabsorben y se eliminan concentradas por la orina. Ejemplos: urea, acido urico, creatinina, drogas, etc. En el túbulo proximal predomina la reabsorción activa de glucosa, electrolitos (como el sodio, potasio y cloro), y se mantiene la electroneutralidad del filtrado. Al salir estos componentes de la orina, disminuye la 4

tonicidad del filtrado y ocurre reabsorción pasiva de agua. • Secreción tubular Los túbulos contorneados también son capaces de secretar sustancias por transporte activo (distintas a las que absorbe), este flujo es a partir del plasma, directamente a través de las células tubulares hacia el lumen del túbulo. Son secretadas especies tales como potasio, iones hidrógenos, y bicarbonato, así como también sustancias extrañas (drogas, antibióticos, etc). Para completar la reabsorción de sustancias se postula el mecanismo de flujo en contra − corriente, en el cual el filtrado se concentra progresivamente a su paso por la porción descendente del Asa de Henle y luego se diluye poco a poco al circular por la porción ascendente del Asa de Henle. Las membranas del tubo descendente presentan una gran permeabilidad al agua, no así a los solutos y lo contrario ocurre con las membranas del asa ascendente en la cual se transportan activamente cloro al liquido peritubular, con lo que se diluye la orina. • Homeostasis ácido−base (regulación del pH) Los riñones regulan la concentración de iones hidrógenos de los líquidos intra y extraxcelulares, excretando constituyentes ácidos o básicos cuando estos se desvían de los valores normales, restaurando la así homeostasis. El riñón tiene un mecanismo adicional, (síntesis tubular), pues frente a un exceso de ácidos puede sustituir las bases por amoniaco, este se combina con los iones hidrógenos formando ión amonio, conservando iones sodio y excretando el a ión clorulo en combinación con los iones amonio. • Regulación de iones y de agua El aparato yuxtaglomerular, es un conjunto de células especializadas que tapizan las arteriolas del riñón frente al glomérulo, adosadas al túbulo distal. Es el encargado de controlar los niveles de sodio plasmático. Además participa en la regulación de la presión arterial y secreta la eritropoyetina, que es una glicoproteína que estimula la maduración de los eritrocitos a nivel de la medula ósea roja. • Función endocrina y otros factores producidos por el riñón A la ya mencionada función hematopoyética del riñón se le agregan otras como: • Renina: la formación y liberación de la Renina, la cual es el principal componente del sistema renina − angeotensina − aldosterona (formación de aldosterona el mas potente vasoconstrictor del cuerpo humano), permite al riñón regular la presión sanguínea por el control de la volemia. Otros factores liberados por el riñón son la calicreina, las prostaglandinas, y un factor importante en la activación de la vitamina D. Todos estos factores influyen directamente en la composición y concentración de la orina. Las prostaglandinas, PGA−PGE, aumentan la excreción de sodio, por lo tanto la diuresis. La Calicreina es una enzima que produce un efecto contrario a la angiotensina, es decir ayuda a la eliminación de orina. 2. Descripción del experimento

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Nuestro curso realizó un experimento que permitió reforzar los conocimientos teóricos que manejábamos, respecto al sistema urinario, su función y, principalmente, sus procesos más importantes. Se trabajó con 6 ratas, las cuales fueron separadas en 3 grupos de 2 ratas cada uno, cada grupo estaba en una jaula que medía aproximadamente 30 centímetros cúbicos, las 3 jaulas, además, estaban muy próximas, distantes entre sí por un máximo de 5 centímetros. Las jaulas eran de rejilla de metal y tenían una puerta de 10 centímetros cuadrados, aproximadamente, mediante la cual, al abrirla, fueron alimentadas las ratitas con pellet al término del experimento. El experimento consistió en evaluar las diferencias, en la orina, de desechos metabólicos entre los 3 grupos, los cuales se mantuvieron por 24 horas sin alimento, en ayunas y sólo recibieron 280 mililitros de agua y algún tipo de soluto: un grupo de ratas bebió agua con glucosa, el segundo grupo recibió agua con cloruro de sodio y el grupo control, que nosotros evaluamos, ingirió sólo agua. El proceso de trabajo fue: • Medir, mediante probeta, la cantidad de agua encontrada en la botella que suministraba el agua a las ratas, y obtuvimos 260 mililitros. • Calcular el agua ingerida, restando del total de agua que recibieron las ratitas (280 mililitros) el agua medida en la probeta (260 mililitros) y, así, la cantidad de agua ingerida por el grupo control fue de 20 mililitros. • Calcular el porcentaje que representa el agua ingerida en el total de agua entregada a consumo, y, en el grupo control este alcanzó a un 7,14%. • Medir, con matraz de Erlenmeyer, la orina que precipitó en un matraz de Aforo, que estaba ubicado bajo la jaula de las ratas del grupo control, se encontró 35 mililitros de orina de un amarillo intenso y de un olor bien fuerte. • Calcular el porcentaje que representa el agua excretada (orina, 35 mililitros) respecto al agua ingerida (20 mililitros) y ese valor fue 175%. • Depositamos la orina en un vaso milimetrado. • Medir el ph de la orina, a través de papel ph, el ph de la orina del grupo control fue 8, estimado con las tablas de colores de la caja del papel ph. • Evaluar la presencia de glucosa en la orina, a través de un papel que medía azúcares y proteínas, y el papel se puso de un color amarillento, que insinuaba un muy bajo nivel de glucosa en las tablas de referencia, la presencia de glucosa se determinaba por un café muy oscuro. 3. Formulación de la hipótesis • Primera hipótesis Acerca de la cantidad de orina de la rata. Hipótesis 1 : En una ingesta normal de agua, se espera una cantidad de orina excretada menor que el agua ingerida y una concentración normal. • Segunda hipótesis Acerca del nivel de PH en la orina de la rata. Hipótesis 2 :

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La rata al ser un animal hervíboro, presenta un PH básico, alcalino de 8. • Tercera hipótesis Acerca del nivel de glucosa en la orina de la rata. Hipótesis 3 : El nivel de glucosa en la orina excretada es mínimo o inexistente porque vuelve al organismo en el proceso de reabsorción.

4. Tabla de Datos Agua Total (ml)

Agua Agua Encontrada Ingerida % Agua Orina (ml) (ml) Ingerida (ml)

% Agua Excretada Ph

Glucosa

5. Conclusiones • Primera conclusión Acerca de la cantidad de orina excretada respecto a la cantidad de agua ingerida. Los resultados del experimento fueron contrarios a la hipótesis planteada. En una situación normal un organismo excreta una cantidad de orina menor a la cantidad de agua ingerida, debido a que parte de ella se ocupa en procesos metabólicos y homeostáticos; como por ejemplo, la absorción de calor del cuerpo en su cambio de estado líquido a estado gaseoso, lo cual permite al cuerpo eliminar un exceso de calor evaporando agua. Pero los resultados del experimento mostraron algo diferente: las dos ratas que se encontraban en la jaula bebieron 20ml de agua y la cantidad de orina excretada fue de 35ml, o sea, excretaron más orina que la cantidad de agua que tomaron. La explicación que consideramos más apropiada para este resultado, que está fuera de lo esperado, fue la siguiente: dadas las características del experimento (las ratas se encontraban en ayuna, alejadas de su ambiente natural y del grupo con el cual vivían, etc.)los animales vivieron una situación de estrés y a consecuencia de ello se produjo una poliuria debido a una hiposecreción de la hormona vasopresina, que es la encargada de retener agua a nivel del riñón, producto de una reacción del organismo frente al estrés. • Segunda conclusión Acerca del PH en la orina de la rata. El experimento confirmó la hipótesis, la orina excretada presentó un PH básico alcalino de 8. Los animales que consumen carnes y grasas, tienen una gran cantidad de cuerpos cetónicos ácidos produciéndose acidosis, donde aumenta la concentración de hidrogeniones, o sea se presenta un PH bajo (ácido), en cambio los animales herbívoros no presentan acidosis y mantienen un PH alcalino. • Tercera conclusión 7

Acerca de la concentración de glucosa en la orina de la rata. El experimento confirmó la hipótesis porque la orina de la rata arrojó un nivel mínimo de glucosa; esto se debe a que ella es devuelta al organismo en el proceso de reabsorción, ya que es necesaria para realizar la respiración celular y así generar ATP. Bibliografía • Nuestro Cuerpo Dr. Eric Gil de Bernabé Ortega Editorial EDISA • Biología Claude A. Villee Editorial McGraw − Hill • El Cuerpo Humano • Invitación a la Biología Curtis, Helena • Fisiología Médica Ganong, W •

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