Sistemul excretor

Sistemul excretor (urinar) elimină din organism produșii de metabolism, reglează echilibrul hidroelectrolitic și acido-bazic și contribuie astfel la homeostazia mediului intern. Organele principale sunt rinichii, care filtrează sângele și formează urina, prin care se elimină substanțele toxice, excesul de apă și de electroliți.

Componentele sistemului excretor

Sistemul excretor (urinar) este format din:

• Doi rinichi: organele care filtrează sângele și formează urina
• Două uretere: conducte care transportă urina de la rinichi la vezica urinară
• Vezica urinară: organ cavitar cu perete muscular, în care urina se acumulează temporar
• Uretra: canalul prin care urina este eliminată din organism

Ureterele, vezica urinară și uretra formează căile urinare. Urina trece din tubii colectori în calice și în bazinet, apoi este împinsă prin uretere spre vezică de contracțiile peristaltice ale peretelui lor. Când în vezică se adună aproximativ 300–400 ml de urină, distensia peretelui declanșează micțiunea, un act reflex cu centrul în măduva sacrală, pe care centrii nervoși superiori îl pot amâna sau declanșa voluntar.

Structura macroscopică a rinichiului

Rinichii sunt două organe în formă de bob de fasole, situați retroperitoneal, de o parte și de alta a coloanei vertebrale, aproximativ între vertebrele T12 și L3. Rinichiul drept este așezat puțin mai jos decât cel stâng, deoarece deasupra lui se află ficatul. Fiecare rinichi cântărește aproximativ 120–150 g și măsoară circa 11 × 6 × 3 cm.

Pe marginea medială a rinichiului se află hilul renal, pe unde intră și ies artera renală, vena renală, vasele limfatice, nervii și ureterul.

Pe o secțiune longitudinală, rinichiul prezintă trei zone distincte:

Cortexul renal (zona corticală)

Cortexul renal este stratul extern, de culoare roșiatică, gros de aproximativ 1 cm. Conține corpusculii renali (glomerulii și capsulele Bowman), tubii contorți proximali și tubii contorți distali ai nefronilor. Cortexul primește cea mai mare parte (aproximativ 90%) a fluxului sanguin renal.

Medula renală (zona medulară)

Medula renală este zona internă, formată din 8–18 piramide renale (piramidele Malpighi). Baza fiecărei piramide este orientată spre cortex, iar vârful ei, papila renală, se deschide într-un calice mic. Piramidele conțin ansele Henle și tubii colectori. Între piramide se găsesc coloanele renale (Bertin), prelungiri ale cortexului.

Bazinetul renal (pelvisul renal)

Bazinetul renal este o cavitate în formă de pâlnie, care primește urina din calicele renale (mici și mari) și o conduce spre ureter.

Structura microscopică: nefronul

Nefronul este unitatea structurală și funcțională a rinichiului. Fiecare rinichi conține aproximativ 1–1,3 milioane de nefroni. Un nefron este format din corpusculul renal și din tubul urinifer, cu segmentele descrise mai jos.

Corpusculul renal (corpusculul Malpighi)

Corpusculul renal este situat în cortexul renal și este format din:

• Glomerul: un ghem de capilare sanguine format prin ramificarea arteriolei aferente; sângele părăsește glomerulul prin arteriola eferentă, mai îngustă decât cea aferentă, ceea ce menține ridicată presiunea din capilare
• Capsula Bowman: o cupă cu perete dublu care înconjoară glomerulul; foița internă (viscerală) este formată din podocite, celule cu prelungiri (pedicele) între care rămân fante de filtrare, iar foița externă (parietală) este un epiteliu simplu pavimentos

Între cele două foițe ale capsulei Bowman se află spațiul capsular (spațiul Bowman), în care se adună filtratul glomerular.

Tubul contort proximal (TCP)

Tubul contort proximal este cel mai lung segment al tubului urinifer și se află în cortex. Celulele sale au la polul dinspre lumen o margine în perie (microvilozități), care mărește suprafața de reabsorbție. Aici are loc cea mai mare parte a reabsorbției: aproximativ două treimi din apa și din sodiul filtrat, precum și toată glucoza și toți aminoacizii.

Ansa Henle

Ansa Henle are forma literei U, coboară din cortex în medulă și se întoarce în cortex:

• Ramura descendentă: subțire, permeabilă pentru apă și foarte puțin permeabilă pentru săruri
• Ramura ascendentă: impermeabilă pentru apă; în porțiunea ei groasă transportă activ NaCl din lumen în țesutul interstițial

Prin acest mecanism în contracurent, ansa Henle creează în medula renală un gradient osmotic, esențial pentru concentrarea urinei.

Tubul contort distal (TCD)

Tubul contort distal se află în cortex și realizează reglarea fină a compoziției urinei. Aici acționează aldosteronul (stimulează reabsorbția de Na⁺ și secreția de K⁺) și parathormonul (stimulează reabsorbția de Ca²⁺).

Tubul colector

Tubul colector primește urina de la mai mulți nefroni, străbate medula renală și se deschide la vârful papilei renale. Permeabilitatea lui pentru apă este reglată de hormonul antidiuretic (ADH):

• În prezența ADH, peretele tubului colector devine permeabil pentru apă, iar urina eliminată este concentrată și în cantitate mică
• În lipsa ADH, peretele rămâne impermeabil pentru apă, iar urina eliminată este diluată și abundentă

Formarea urinei

Formarea urinei cuprinde trei procese:

1. Filtrarea glomerulară

Filtrarea glomerulară este procesul pasiv prin care o parte din plasmă trece din capilarele glomerulare în spațiul capsular, prin membrana de filtrare (endoteliul capilar cu pori, membrana bazală și foița cu podocite a capsulei Bowman).

Filtratul glomerular (urina primară) are o compoziție asemănătoare cu a plasmei, dar nu conține proteine și elemente figurate, care sunt prea mari pentru a trece prin membrana de filtrare.

Caracteristici ale filtrării:

• Debitul filtrării glomerulare: aproximativ 125 ml/minut, adică circa 180 de litri/zi
• Forța care produce filtrarea este presiunea hidrostatică a sângelui din capilarele glomerulare (aproximativ 60 mmHg)
• Filtrării i se opun presiunea coloid-osmotică a proteinelor plasmatice (aproximativ 32 mmHg) și presiunea hidrostatică din capsula Bowman (aproximativ 18 mmHg); diferența, presiunea efectivă de filtrare, este de aproximativ 10 mmHg

2. Reabsorbția tubulară

Reabsorbția tubulară este procesul prin care substanțele utile din filtratul glomerular revin în sângele din capilarele peritubulare. Aproximativ 99% din volumul filtratului este reabsorbit.

În tubul contort proximal (reabsorbție obligatorie):

• Glucoza: reabsorbită complet, prin transport activ (cotransport cu Na⁺); când glicemia depășește pragul renal (aproximativ 180 mg/dl), cum se întâmplă în diabetul zaharat, glucoza apare în urină (glicozurie)
• Aminoacizii: reabsorbiți complet, prin transport activ
• Sodiul (Na⁺): reabsorbit activ (pompa de Na⁺/K⁺)
• Apa: reabsorbită pasiv, prin osmoză, odată cu sodiul
• Bicarbonatul (HCO₃⁻): reabsorbit, ceea ce contribuie la menținerea echilibrului acido-bazic
• Potasiul, calciul, fosfații: reabsorbiți parțial
• Ureea: reabsorbită parțial, pasiv

În ansa Henle:

• Ramura descendentă: reabsorbția apei prin osmoză
• Ramura ascendentă: reabsorbția activă a NaCl, fără apă

În tubul contort distal și în tubul colector (reabsorbție facultativă, reglată hormonal):

• Reabsorbția de Na⁺, sub controlul aldosteronului
• Reabsorbția apei, sub controlul ADH
• Reabsorbția de Ca²⁺, sub controlul parathormonului

3. Secreția tubulară

Secreția tubulară este procesul prin care unele substanțe trec activ din sângele capilarelor peritubulare în lumenul tubilor, pentru a fi eliminate prin urină. Se secretă:

• Ionii de hidrogen (H⁺): secreția lor reglează pH-ul sângelui
• Ionii de potasiu (K⁺): secreția lor menține concentrația normală a potasiului în sânge
• Amoniacul (NH₃): leagă ionii H⁺ în urină
• Unele medicamente (de exemplu penicilina) și unii produși de catabolism (creatinina, acidul uric)
• Ureea nu este secretată activ: ea ajunge în urină prin filtrare, iar o parte din cantitatea filtrată este reabsorbită pasiv

Compoziția urinei finale

Urina finală (urina definitivă) are următoarele caracteristici:

• Volum: aproximativ 1,5 litri/zi (în mod obișnuit 1–2 l), din circa 180 de litri de filtrat glomerular
• pH: între 4,5 și 8 (în medie aproximativ 6), de obicei slab acid
• Densitate: în mod obișnuit 1,015–1,025, cu limite extreme de aproximativ 1,002–1,035
• Compoziție: apă (aproximativ 95%), uree (principalul produs al catabolismului proteic), acid uric, creatinină, săruri minerale (Na⁺, K⁺, Cl⁻) și pigmenți (urocromul, care dă urinei culoarea galbenă, și urobilinogenul); în mod normal nu conține glucoză și proteine

Reglarea funcției renale

• ADH (vasopresina), produs de hipotalamus și eliberat de neurohipofiză: crește reabsorbția apei, iar urina devine concentrată; lipsa lui produce diabetul insipid, cu eliminarea unor volume mari de urină diluată
• Aldosteronul, secretat de corticosuprarenală: crește reabsorbția de Na⁺ și secreția de K⁺, ceea ce reține sodiu și apă în organism
• Sistemul renină-angiotensină-aldosteron: se activează când scade presiunea arterială; renina, produsă de rinichi, duce la formarea angiotensinei II (vasoconstrictoare), care stimulează secreția de aldosteron, iar retenția de Na⁺ și apă crește presiunea arterială
• Peptidul natriuretic atrial, secretat de atrii când crește volumul sângelui: crește eliminarea de Na⁺ și apă și scade presiunea arterială (noțiune de aprofundare, în afara programei)

Relevanța pentru Bacalaureat

Programa de anatomie și fiziologie umană (clasa a XI-a) cere structura rinichiului și a nefronului, cele trei etape ale formării urinei (filtrarea, reabsorbția, secreția), compoziția urinei primare și a urinei finale, eliminarea urinei și reglarea hormonală a funcției renale. Mecanismul de concentrare a urinei și rolul ADH apar des în subiectele de examen.

Afecțiuni ale sistemului excretor din programă

• Cistita: inflamația vezicii urinare, de obicei bacteriană (frecvent cu Escherichia coli), mai frecventă la femei, la care uretra este scurtă; produce urinări frecvente, dureroase, cu senzație de arsură
• Nefrita: inflamația rinichiului, de natură infecțioasă (pielonefrita) sau toxică; produce febră, dureri lombare și modificări ale urinei
• Glomerulonefrita: inflamația glomerulilor, de natură imunologică, apărută adesea după o infecție cu streptococ (de exemplu o amigdalită); produce sânge și proteine în urină, edeme și hipertensiune arterială