Excreția

Excreția este funcția prin care organismele elimină produșii finali ai metabolismului (deșeurile metabolice) și substanțele aflate în exces, contribuind la menținerea homeostaziei, adică a constanței mediului intern. Principalii produși de excreție sunt dioxidul de carbon (CO₂), apa, compușii azotați (amoniac, uree, acid uric) și sărurile minerale în exces.

Excreția nu trebuie confundată cu egestia (eliminarea resturilor alimentare nedigerate), deoarece resturile nedigerate nu sunt produși ai metabolismului celular.

Excreția la plante

Plantele nu au organe excretoare specializate, ca animalele, dar elimină produșii de metabolism și apa în exces prin mai multe procese.

Transpirația

Transpirația este eliminarea apei sub formă de vapori prin organele aeriene ale plantei, mai ales prin frunze. Este principalul proces prin care planta pierde apă și are un rol esențial în viața ei.

Tipuri de transpirație:

1. Transpirația stomatală: reprezintă aproximativ 90% din transpirația totală. Vaporii de apă ies prin stomate, deschideri microscopice aflate mai ales pe fața inferioară a frunzelor. Fiecare stomată este delimitată de două celule stomatice, care reglează deschiderea și închiderea ostiolei.
   • Stomatele se deschid când celulele stomatice absorb apă și devin turgescente (de obicei ziua, la lumină).
   • Stomatele se închid când celulele stomatice pierd apă (noaptea sau pe secetă).
2. Transpirația cuticulară: eliminarea apei prin cuticulă (stratul de cutină și ceruri de pe suprafața frunzelor și a tulpinilor tinere). Reprezintă aproximativ 10% din transpirația totală.
3. Transpirația lenticelară: eliminarea apei prin lenticele, mici deschideri de pe tulpinile și rădăcinile lignificate; are o pondere foarte mică.

Rolurile transpirației:

• Asigură urcarea sevei brute: pierderea apei din frunze creează forța de sucțiune care trage seva brută prin vasele lemnoase
• Răcește planta: evaporarea apei consumă căldură și scade temperatura frunzelor
• Ajută la transportul sărurilor minerale: curentul de apă duce sărurile minerale până în frunze
• Concentrează seva brută în frunze: prin eliminarea apei în exces, în frunze rămân sărurile minerale necesare fotosintezei

Factorii care influențează transpirația:

• Temperatura: la temperaturi mai ridicate, transpirația crește
• Umiditatea aerului: în aer uscat, transpirația crește
• Vântul: îndepărtează vaporii de apă de lângă frunză și intensifică transpirația
• Lumina: determină deschiderea stomatelor
• Apa din sol: când apa lipsește, stomatele se închid și transpirația scade

Gutația

Gutația este eliminarea apei sub formă lichidă, prin hidatode (stomate acvifere) aflate la vârful sau pe marginea frunzelor. Are loc atunci când aerul este foarte umed și răcoros (de obicei noaptea sau dimineața devreme): transpirația este atunci foarte redusă, dar presiunea radiculară continuă să împingă apa în vase.

Picăturile care apar dimineața la vârful frunzelor de graminee sau pe marginea frunzelor de căpșun sunt adesea rezultatul gutației, nu al rouei.

Alte mecanisme excretoare la plante

Plantele elimină sau izolează produșii de metabolism și pe alte căi:

• Eliminarea CO₂: dioxidul de carbon produs prin respirație iese prin stomate și lenticele; ziua, o parte din el este folosit în fotosinteză
• Depozitarea în vacuole: substanțele toxice sau aflate în exces (tanini, alcaloizi, cristale de oxalat de calciu) sunt depozitate în vacuole, unde nu mai stânjenesc metabolismul
• Depozitarea în organe care cad: unele substanțe se acumulează în scoarță sau în frunzele care cad toamna și sunt eliminate odată cu acestea
• Eliminarea prin structuri secretoare: unele plante elimină rășini (coniferele), uleiuri eterice (lavanda, menta) sau latex (arborele de cauciuc)
• Eliminarea sărurilor: plantele halofile, care trăiesc pe soluri sărate, elimină sarea în exces prin glande speciale

Excreția la animale

Animalele au organe excretoare specializate care elimină produșii de metabolism, în special compușii azotați rezultați din degradarea proteinelor și a acizilor nucleici.

Tipuri de deșeuri azotate

După principalul produs azotat pe care îl elimină, animalele sunt:

• Amoniotelice: elimină amoniac (NH₃), foarte toxic, care trebuie diluat cu multă apă; sunt animale acvatice (peștii osoși, larvele amfibienilor, multe nevertebrate acvatice)
• Ureotelice: elimină uree [CO(NH₂)₂], mai puțin toxică, care necesită mai puțină apă; de exemplu, mamiferele, amfibienii adulți, rechinii
• Uricotelice: elimină acid uric (C₅H₄N₄O₃), puțin solubil, eliminat sub formă de pastă, cu foarte puțină apă; de exemplu, păsările, majoritatea reptilelor, insectele

Nefridiile

Nefridiile sunt organele excretoare ale anelidelor (de exemplu, râma) și ale altor nevertebrate.

Structură și funcționare:

• Aproape fiecare segment al corpului râmei are o pereche de nefridii (metanefridii)
• Fiecare nefridie începe cu o pâlnie ciliată, numită nefrostom, deschisă în cavitatea corpului (celomul) segmentului din față
• Nefrostomul preia lichidul din celom, care conține produși de excreție
• Lichidul parcurge un tub lung și răsucit, în care substanțele utile (săruri minerale, apă) sunt reabsorbite
• Urina diluată este eliminată la exterior printr-un orificiu numit nefridiopor

Tuburile Malpighi

Tuburile Malpighi sunt organele excretoare ale insectelor și ale altor artropode terestre (arahnide, miriapode).

Structură și funcționare:

• Sunt tuburi lungi și subțiri, închise la un capăt, care se deschid în tubul digestiv, la limita dintre intestinul mijlociu și cel posterior
• Capetele lor închise se află în hemolimfă
• Celulele tuburilor preiau din hemolimfă acidul uric și unii ioni, iar apa le urmează prin osmoză
• Conținutul tuburilor ajunge în intestinul posterior, unde apa și ionii utili sunt reabsorbiți
• Acidul uric este eliminat sub formă de pastă, împreună cu resturile nedigerate

Acest mecanism economisește foarte mult apa și este o adaptare importantă a insectelor la viața pe uscat.

Rinichii

Rinichii sunt organele excretoare principale ale vertebratelor. La mamifere, rinichii sunt doi, au formă de bob de fasole și sunt așezați în regiunea lombară, de o parte și de alta a coloanei vertebrale.

Structura macroscopică a rinichiului

Pe o secțiune prin rinichi se observă:

• Zona corticală (corticala), la exterior: conține corpusculii renali și tuburile contorte
• Zona medulară (medulara), spre interior: conține ansele Henle și tuburile colectoare, grupate în piramide renale
• Bazinetul (pelvisul renal), în sinusul renal: o cavitate în formă de pâlnie, care colectează urina și se continuă cu ureterul

Nefronul: unitatea funcțională

Nefronul este unitatea structurală și funcțională a rinichiului. Fiecare rinichi uman conține aproximativ 1 milion de nefroni. Un nefron este format din:

1. Corpusculul renal (corpusculul Malpighi):
   • Glomerulul: un ghem de capilare sanguine, la nivelul căruia are loc filtrarea
   • Capsula Bowman: o cupă cu perete dublu, care învelește glomerulul
2. Tubul urinifer, cu trei segmente:
   • Tubul contort proximal: are pereți groși, cu microvili, și se află în zona corticală
   • Ansa Henle: are formă de U, coboară în zona medulară și are un braț descendent și unul ascendent
   • Tubul contort distal: se află în zona corticală și se deschide într-un tub colector

Tuburile colectoare nu fac parte din nefron: fiecare primește urina de la mai mulți nefroni și o conduce spre vârful piramidelor renale, de unde urina trece în calice și apoi în bazinet.

Formarea urinei

Urina se formează prin trei procese:

1. Filtrarea glomerulară: sângele ajunge în glomerul sub presiune mare, iar apa, glucoza, aminoacizii, ureea, sărurile minerale și alte molecule mici trec în capsula Bowman și formează urina primară (filtratul glomerular). Celulele sanguine și proteinele plasmatice rămân în sânge.
2. Reabsorbția tubulară: de-a lungul tubului urinifer, substanțele utile trec din urina primară înapoi în sânge: în mod normal toată glucoza, aminoacizii, aproximativ 99% din apă și sărurile minerale de care organismul are nevoie. Reabsorbția poate fi pasivă (osmoză, difuziune) sau activă (cu consum de ATP).
3. Secreția tubulară: unele substanțe sunt trecute activ din sânge în tubul urinifer: ionii H⁺ și K⁺ în exces, unele medicamente și substanțe toxice. Secreția contribuie la menținerea pH-ului sângelui.

Urina finală conține apă, uree, acid uric, creatinină, săruri minerale în exces și alți produși de metabolism. La om se formează zilnic aproximativ 180 de litri de urină primară, dar se elimină doar circa 1,5 litri de urină finală, restul fiind reabsorbit.

Căile urinare

Urina din bazinete este condusă prin cele două uretere spre vezica urinară, unde se acumulează între două micțiuni, apoi este eliminată la exterior prin uretră.

Bolile sistemului excretor din programă sunt litiaza urinară (formarea de calculi în rinichi sau în căile urinare) și insuficiența renală cronică (pierderea treptată și ireversibilă a funcției rinichilor).

Comparație între organele excretoare

Excreția la plante (transpirația și gutația) și structura și funcția rinichiului la mamifere sunt teme de bază pentru examenul de Bacalaureat.