HomeostasiaSemana 10, Capítulo 41

41.1 Mantenimiento del fluido extracelular

Las células de todos los organismos tienen condiciones químicas muy estables en el citoplasma. Esta constancia se mantiene gracias a la estabilidad del líquido que las rodea (fluido intersticial) y de la sangre y la linfa que circulan por el cuerpo (fluido extracelular). La estabilidad del ambiente interno del cuerpo se conoce como homeostasia.

El mantenimiento de la temperatura en los animales homeotérmicos (los que mantienen una temperatura constante) es también parte de la homeostasia.

Distribución de fluidos en el cuerpo humano

Mantenimiento del fluido extracelular

Todos los animales adquieren de su medio ambiente agua y alimento. También pierden agua y producen desperdicios metabólicos. Los órganos del sistema excretor mantienen el volumen y la constancia química del fluído extracelular.

Aunque las heces fecales se conocen como excreta, no son productos de excreción. Cuando hablamos de excreción nos referimos a la eliminación de productos del metabolismo. La excreta se compone mayormente de materiales indigeribles que nunca formaron parte del organismo.

Interacciones con otros sistemas

Los sistemas del cuerpo se interconectan. Este diagrama presenta la relación de sistema excretor con otros sistemas.

41.2 Cómo mantienen los invertebrados el equilibrio de líquidos- las esponjas

Las esponjas son los animales multicelulares más simples. No tienen tejidos ni órganos, por lo que cada célula elimina sus desperdicios independientemente. El exceso de agua que entra por ósmosis a las células de las esponjas de agua dulce es excretado por vacuolas contráctiles similares a las de los protistas que viven en agua dulce.

Vacuola antes y después de expulsar agua

Los gusanos planos

Los gusanos planos de agua dulce tienen un sistema de células flamígeras que conducen agua y desperdicios metabólicos desde los tejidos hasta poros en la superficie del cuerpo.

Las lombrices de tierra

Las lombrices de tierra tienen en cada segmento dos nefridios que filtran fluido celómico del segmento anterior y sangre de las redes de capilares que rodean los nefridios.

Los insectos

Los insectos tienen tubos de Malpighi que transportan desperdicios de la sangre al interior del tubo y de allí al recto, donde se absorbe casi toda el agua antes de expulsar los desperdicios mezclados con las heces fecales.

41.3 Regulación de líquidos en los vertebrados Los vertebrados tienen un

sistema excretor que filtra agua, desperdicios metabólicos y toxinas presentes en la sangre. También reabsorbe agua, sales y otros solutos necesarios. Los órganos principales de excreción son los riñones.

El metabolismo de los aminoácidos produce nitrógeno cuando se les remueve el grupo amino. Este nitrógeno se elimina como amoniaco, urea o ácido úrico.

Grupo amino

Amoniaco Amoniaco (NH3) es el

desperdicio nitrogenado de la mayoría de los animales acuáticos. Es muy tóxico pero es fácil de excretar cuando hay mucha agua disponible. Según se produce, sale por difusión de las células y se excreta a través de la superficie del cuerpo o de las branquias.

Urea Urea es el desperdicio

nitrogenado de los anfibios y los mamíferos. Es menos tóxico que el amoniaco pero hay que eliminarlo disuelto en bastante agua.

Ácido úrico Ácido úrico es el desperdicio

nitrogenado de los insectos, los reptiles y las aves. Es menos tóxico que la urea y para ahorrar agua puede excretarse casi sólido. Producirlo consume bastante energía pero ahorra mucha agua.

Balance de líquidos en los peces marinos Los tejidos de los peces marinos contienen sales pero la

concentración osmótica del agua de mar es mayor. Por lo tanto sus tejidos pierden agua. Aunque viven en un ambiente marino, estos peces tienden a deshidratarse.

Los peces marinos viven en un medio hipertónico porque la concentración osmótica de sus tejidos es menor que la del agua.

Balance de líquidos en los peces de agua dulce Los tejidos de los peces de agua dulce contienen más

sales que el agua donde viven. Por lo tanto sus tejidos ganan agua y sus células tienden a hincharse.

Los peces de agua dulce viven en un medio hipotónico porque la concentración osmótica de sus tejidos es mayor que la del agua.

Balance de líquidos en anfibios y reptiles

Cuando están en el agua los anfibios orinan en abundancia y bombean iones desde el agua hasta las redes de capilares presentes debajo de la piel. Cuando están en tierra pueden conservar agua excretando parte del nitrógeno como ácido úrico.

Los reptiles, las aves y los mamíferos tienen una piel impermeable y unos riñones bien desarrollados y eficientes. Los reptiles y las aves excretan ácido úrico.

La pasta blanca es ácido úrico, las particulas oscuras son excreta.

Balance de líquidos en los mamíferos Nuestra orina contiene

mucha agua porque tenemos que eliminar la urea bastante diluida. Tenemos que beber para sustituir el agua.

Las ratas del desierto tienen riñones muy eficientes. La mayor parte del agua que necesitan la obtienen del agua metabólica.

Los mamíferos marinos tienen riñones muy grandes que producen una orina más salada que al agua de mar.

41.4 Nuestro sistema urinario

Nuestro sistema urinario se compone de dos riñones que filtran la sangre, dos uréteres que llevan la orina a la vejiga y una uretra que descarga la orina al exterior del cuerpo. Los riñones filtran toda nuestra sangre diariamente unas 40 veces.

Estructura del riñón

El riñón está cubierto por una cápsula fibrosa llamada cápsula renal. Internamente se divide en tres regiones: corteza, médula y pelvis. La sangre llega a cada riñón por una arteria renal y sale por una vena renal. El uréter lleva la sangre a la vejiga.

Nefrones: unidades funcionales del riñón

La unidad funcional del riñón es el nefrón o nefrona. Sus partes aparecen a la derecha.

La pared de los tubos del nefrón sólo tiene una célula de espesor.

Nota que parte del nefrón queda en la corteza renal y parte queda en la médula renal.

Vasos que rodean los nefrones

La arteria renal se ramifica hasta formar una red de capilares dentro de la cápsula de Bowman (el glomérulo).

Del glomérulo sale una arteriola eferente que forma una segunda red de capilares alrededor de los tubos del nefrón. La sangre se recoge en vénulas que convergen en la vena renal.

41.5 Cómo se forma la orina La orina se forma mediante tres procesos: filtración

glomerular, reabsorción tubular y secreción tubular. La filtración sucede en los capilares de la cápsula de

Bowman. Debido a la presión hidrostática generada por el corazón, parte del plasma (llamada filtrado glomerular) sale del glomérulo y entra al tubo del nefrón.

Reabsorción tubular Este proceso sucede a lo largo de los tubos del nefrón.

Casi toda el agua y los solutos del filtrado glomerular pasan del interior del tubo a los capilares peritubulares, quedando en el interior como la mitad de la urea y otros desperdicios.

Las células de la pared del túbulo usan energía para mover solutos del interior del túbulo a los capilares. El agua sigue detrás del soluto por ósmosis.

Este proceso también sucede a lo largo de los tubos del nefrón. En esta ocasión se transportan activamente urea e iones de los capilares al interior de los túbulos.

Las células de la pared del túbulo usan energía para mover urea e iones del interior de los capilares al tubo del nefrón.

Secreción tubular

Concentración de la orina

La concentración de orina en el asa de Henle crea un gradiente de concentración de soluto en el fluido intersticial de la médula renal. Este gradiente hace que la orina se concentre aún más según fluye por el tubo colector hacia la pelvis renal.

La permeabilidad del tubo ascendente y del tubo colector determinan cuán concentrada es la orina que orinamos.

Resumen de la formación de orina

41.6 Control del consumo de agua y laformación de orina

Nuestro cuerpo pierde agua a través de la respiración, el sudor y la orina. Cuando perdemos más agua de la que ingerimos se produce menos saliva. La boca seca estimula el centro de la sed en el hipotálamo. Este centro envía impulsos al cerebro, que sumados a otros recibidos de osmorreceptores en el mismo cerebro, hacen que empieces a buscar agua.

Efecto de la hormona antidiurética Además de buscar agua, el cuerpo

toma medidas para reducir la pérdida. Concentrar más la orina envuelve a la hormona antidiurética (ADH).

La ADH se produce en la pituitaria cuando aumenta la concentración de sodio en la sangre. Su blanco es las células del túbulo distal y del tubo colector del nefrón. Allí se insertan en la membrana proteínas de transporte llamadas acuaporinas que aceleran el transporte de moléculas de agua del interior de estos tubos hacia las redes de capilares, concentrándose la orina. Canal de acuasporina

Control de la secreción de ADH Cuando tomamos agua y/o producimos una orina más

concentrada, receptores en el hipotálamo informan a la pituitaria para que reduzca la secreción de ADH.

Efecto de la aldosterona Cuando baja el volumen del

fuido intersticial, las arteriolas de los nefrones secretan renina. Esta hormona convierte angiotensinógeno a angiotensina I y angiotensina II, lo que a su vez estimula la producción de aldosterona en la corteza adrenal. Esta hormona aumenta la reabsorción de sal en el tubo colector del nefrón, lo que causa la salida de agua y se produce una orina más concentrada.

Efecto del péptido natriurético atrial Cuando el volumen de sangre aumenta y las paredes de

los atrios del corazón se estiran más de lo normal, fibras musculares de los atrios secretan el péptido natriurético atrial (ANP). Este péptido inhibe la secreción de aldosterona y de renina. El efecto es un aumento en la tasa de filtración y una orina más diluida.

Desórdenes hormonales y balance de fluídos: diabetes insípidus El nombre de este desorden

data del tiempo cuando el análisis de la orina incluía su sabor. Insípidus significa sin sabor porque en este tipo de diabetes no hay glucosa en la sangre.

En este caso la pituitaria produce muy poca ADH, sus receptores no responden o no funcionan las acuasporinas. El resultado es la producción de mucha orina diluída y una sed difícil de saciar.

41.7 Equilibrio ácido–base

El pH de la sangre y del fluído intersticial se mantiene entre 7.35 y 7.45. Los riñones, amortiguadores de pH y el sistema respiratorio mantienen la concentración de protones (H+) dentro de este límite.

Los riñones son el único órgano que puede selectivamente eliminar iones de hidrógeno.

El ión bicarbonato actúa como amortiguador para capturar el exceso de iones de hidrógeno.

H+ + HCO3- ↔ H2CO3 ↔ CO2 + H2O

Cuando el pH de la sangre baja, la respiración se torna más rápida y profunda. De esta forma eliminamos más CO2 y reducimos la producción de ácido carbónico e iones de hidrógeno.

Alcalosis

La alcalosis se produce cuando el pH de la sangre excede de 7.35. El tipo más común sucede cuando se hipervetilan los pulmones inhalando y exhalando rápidamente en sucesión. Esto reduce la concentración de bióxido de carbono en la sangre, lo que reduce la concentración de ácido carbónico y aumenta el pH. A continuación se contraen arteriolas del cerebro, se reduce la cantidad de oxígeno que llega a las células y se produce el mareo típico de la hiperventilación.

Respirar dentro de una bolsa evita la pérdida excesiva de bióxido de carbono y alivía los síntomas de la hiperventilación, que es una de las causas de los ataques de pánico.

Acidosis

La acidosis se produce cuando el pH de la sangre baja de 7.35. Varios factores pueden causarla, incluyendo la ventilación lenta de los pulmones, la producción excesiva de varios ácidos y la producción de poco bicarbonato.

41.8 Cuando fallan los riñones La mayoría de los

problemas renales se deben a complicaciones de la diabetes y de la alta presión que afectan las redes de capilares asociadas con los nefrones.

Ciertas infecciones, toxinas, medicamentos y las dietas de alto consumo de proteínas también pueden causar daño a los riñones.

Las piedras en los riñones son depósitos de ácido úrico, calcio y otros desperdicios que se precipitan en la pelvis del riñón. Pueden asumir diversas formas y causan mucho dolor cuando pasan por el uréter y la uretra.

Diálisis

Diálisis es un tratamiento para personas cuyos riñones han dejado de funcionar. El tipo más común es la hemodiálisis, donde la sangre se circula por tubos dentro de un dializador. Durante el proceso, que dura varias horas y se repite tres veces por semana, se restablece la composición química normal de la sangre.

Trasplantes

La única cura permanente para un fallo renal es el trasplante de riñón. En los EUA más de 40,000 personas permanecen en listas de espera debido a la escasés de riñones. Estos se obtienen de cadáveres, de personas con muerte cerebral o de personas vivas que donan (o en algunos lugares venden) un riñón.

Las reacciones del metabolismo liberan calor. Nuestra temperatura es el producto del calor metabólico más el calor que obtenemos del medio ambiente menos el calor que perdemos al medio ambiente. Cuando estamos en descanso nuestro cuerpo produce aproximadamente el mismo calor que una bombilla de 100 vatios.

41.9 Ganancias y pérdidas de calor

Cómo perdemos calor Radiación- calor que radía

de la superficie al ambiente. Como el calor que radía una bombilla.

Conducción- calor que se transfiere a otro cuerpo. Como cuando tocamos una superficie fría.

Convección- calor que se lleva el aire o el agua cuando fluyen alrededor del cuerpo.

Evaporación- calor que se pierde cuando agua se convierte en vapor.

Animales ectotermos

Los animales ectotermos tienen una temperatura similar a la del medio ambiente. Por lo general poseen un metabolismo bajo y la piel no tiene pelo ni plumas que evitan la pérdida de calor. Se mueven a lugares calientes o fríos cuando la temperatura es muy baja o alta.

Animales endotermos Los animales

endotermos mantienen una temperatura constante aunque fluctúe la del medio ambiente. Por lo general poseen un metabolismo alto y la piel está cubierta de pelo o plumas que evitan la pérdida de calor. Pueden vivir en ambientes fríos que los ectotermos evitan.

Los mamíferos marinos sustituyen el pelaje por una gruesa capa de grasa debajo de la piel.

Animales heterotermos

Los animales heterotermos mantienen una temperatura alta constante cuando están activos y la reducen cuando están inactivos.

Los zumbadores mantienen una temperatura alta cuando están activos pero de noche baja considerablemente.

Los osos bajan la temperatura del cuerpo cuando invernan. De esta forma conservan sus reservas de energía.

41.10 Regulación de la temperatura en los mamíferos El termostato de los mamíferos está en el hipotálamo.

Termorreceptores en la piel y profundo dentro del cuerpo notifican al hipotálamo sobre cambios de temperatura y se generan ajustes para tratar de mantenerla constante.

receptores de calor

Respuestas al calor Los mamíferos responden a

temperaturas altas con ajustes metabólicos y de comportamiento.

Cuando la temperatura sube, aumenta el flujo de sangre a la piel para que el calor se radíe, se suda para perder calor por evaporación de agua, se jadea, se reduce el nivel de actividad y se busca la sombra.

Si las medidas no son exitosas se puede producir una peligrosa hipertermia.

Fiebre

La fiebre es un aumento de temperatura dirigido a combatir una infección, subiendo la temperatura a un punto perjudicial para el patógeno pero que a la vez beneficia al sistema inmune. Una fiebre sostenida de 40 grados centígrados o más es peligrosa porque ciertas enzimas no funcionan a temperaturas tan altas.

Respuestas al frío

Los mamíferos también responden a temperaturas bajas con ajustes metabólicos y de comportamiento.

Cuando la temperatura baja, se reduce el flujo de sangre a la piel para conservar calor, se para el pelaje, aumenta la contracción muscular para generar más calor y el animal se encorva para retener calor.

Hipotermia La hipotermia sucede cuando el cuerpo no puede

mantener la temperatura normal y ésta baja a niveles peligrosos.

El cerebro es particularmente sensible a cambios de temperatura y no puede funcionar correctamente a las temperaturas que causan hipotermia.

Resumen de respuestas al calor y al frío

Biodiversidad- Trachemys stejnegeri

La jicotea vive en La Española y Puerto Rico. Es nuestra única tortuga nativa de agua dulce. Habita en charcas, lagunas y quebradas. Se alimenta de materia vegetal y animal. El macho tiene las garras delanteras mucho más grandes que las de la hembra. Las jicoteas se capturaban antes para alimento.