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13: El aparato urinario - Biología

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13: El sistema urinario

13: El aparato urinario - Biología

16. El sistema urinario

En el Capítulo 15a aprendimos que el agua es quizás el nutriente más importante. De hecho, si bien podemos sobrevivir durante varias semanas sin alimentos y los nutrientes que los componen (como grasas, proteínas y carbohidratos), la mayoría de las personas sobreviven solo unos pocos días sin agua. En este capítulo nos enfocamos en el sistema urinario y el mantenimiento del equilibrio de líquidos en el cuerpo. Específicamente, consideramos las funciones críticas que desempeñan los riñones en el mantenimiento de la homeostasis al eliminar los desechos del cuerpo y regular el volumen, la concentración de solutos y el pH de la sangre.

La excreción es la eliminación de desechos y sustancias en exceso del cuerpo. Los desechos metabólicos incluyen dióxido de carbono, agua, calor, sales y moléculas que contienen nitrógeno, como amoníaco, urea, ácido úrico y creatinina. Los riñones y otros órganos que eliminan los desechos metabólicos ayudan a mantener la homeostasis.

Los órganos que eliminan los desechos y el exceso de iones esenciales, como el hidrógeno (H +), el sodio (Na +), el potasio (K +) y el cloruro (Cl -), se muestran en la figura 16.1. Los pulmones y la piel eliminan el calor, el agua y el dióxido de carbono (ya que el gas CO2 de los pulmones y como iones de bicarbonato, HCO3 -, de la piel). La piel también excreta sales y pequeñas cantidades de urea y ácido úrico.

FIGURA 16.1. Los órganos de varios sistemas eliminan los desechos de diferentes tipos del cuerpo. Los riñones, órganos del sistema urinario, juegan un papel importante en la excreción de desechos que contienen nitrógeno, agua, sales y exceso de iones.

También se eliminan de la piel y los pulmones cantidades menores de otras sustancias, como el alcohol. (La excreción de alcohol por los pulmones forma la base de la prueba del alcoholímetro). Los órganos de nuestro tracto gastrointestinal eliminan los desechos sólidos y algunos desechos metabólicos. La defecación es la eliminación de heces del tracto digestivo. Las heces contienen alimentos no digeridos, bacterias, agua, pigmentos biliares y células epiteliales desprendidas (cap. 15).

· El equilibrio de líquidos adecuado es fundamental para la homeostasis. Desafiamos el equilibrio de líquidos en nuestro cuerpo a través de la dieta y el ejercicio. Ante tales desafíos, nuestros riñones ayudan a lograr el equilibrio correcto filtrando la sangre y regulando su volumen y concentración de solutos.

Nuestro enfoque en este capítulo son los riñones, que son los órganos del sistema urinario que forman la orina. La orina, un líquido amarillento, es una mezcla de agua y solutos. A través de la orina, el cuerpo excreta agua, sales, exceso de iones, urea, ácido úrico y creatinina. El amoníaco se forma en el hígado durante la descomposición de los aminoácidos. Debido a que el amoníaco es tóxico, el hígado lo convierte en urea, un desecho menos dañino. El ácido úrico se forma durante el reciclaje de bases de nucleótidos que contienen nitrógeno (ver Capítulo 2). En exceso, el ácido úrico puede formar cristales en el líquido sinovial de las articulaciones (particularmente en el dedo gordo del pie), causando una condición dolorosa llamada gota. La creatinina se genera en el músculo esquelético a partir de la descomposición del fosfato de creatina, un compuesto que sirve como fuente de energía alternativa para la contracción muscular.

Componentes del sistema urinario

El sistema urinario consta de dos riñones, dos uréteres, una vejiga urinaria y una uretra (Figura 16.2). La función principal de este sistema es regular el volumen, la presión y la composición de la sangre. Los riñones son los órganos del sistema urinario que realizan esta tarea regulando la cantidad de agua y sustancias disueltas que se eliminan y devuelven a la sangre. Las sustancias que no regresan a la sangre forman la orina.

FIGURA 16.2. Órganos del sistema urinario (etiquetados en el lado izquierdo) y su relación con los vasos sanguíneos principales (identificados en el lado derecho)

La orina de los riñones viaja por unos conductos musculares llamados uréteres hasta la vejiga urinaria. Cada uréter mide de 25 a 30 cm de largo. Las contracciones peristálticas (en forma de ondas) comienzan donde los uréteres salen de los riñones y viajan por los uréteres, empujando la orina hacia la vejiga urinaria. Dependiendo de la tasa de formación de orina, ocurren hasta cinco ondas peristálticas por minuto. Cada uréter ingresa a la vejiga urinaria a través de una abertura en forma de hendidura. La vejiga urinaria es un órgano muscular expansible que almacena temporalmente la orina hasta que se excreta del cuerpo. La orina sale del cuerpo a través de la uretra, un tubo que transporta la orina desde la vejiga urinaria al exterior del cuerpo a través de una abertura externa. La uretra femenina transporta solo orina. La uretra masculina, sin embargo, transporta orina y fluidos reproductivos (pero no simultáneamente). La función reproductora de la uretra masculina se analiza en el capítulo 17.

En los Estados Unidos, el cáncer de vejiga es el quinto cáncer más común y uno de los 10 más mortales. Debido a que tiende a repetirse, la monitorización a largo plazo de los pacientes es fundamental. Esto hace que el cáncer de vejiga sea costoso, de hecho, ocupa el quinto lugar entre todos los cánceres en costos totales. A pesar de estas estadísticas, el cáncer de vejiga recibe relativamente poca atención nacional. También recibe comparativamente pocos recursos. En comparación con el cáncer de mama, colorrectal, de próstata y de pulmón, el cáncer de vejiga ocupó el último lugar en la financiación de la investigación por caso en 2007. Si se le diera la responsabilidad de decidir cómo asignar los fondos para la investigación de diferentes enfermedades, ¿en qué basaría su decisión? ? ¿Consideraría la incidencia, el riesgo de muerte o el costo? ¿Qué pasa con el potencial de mejoras en la prevención, el diagnóstico y el tratamiento?

Riñones y homeostasis

Nuestros riñones son de color marrón rojizo y tienen forma de frijoles. Cada uno tiene aproximadamente el tamaño de un puño. Están ubicados justo por encima de la cintura, intercalados entre el peritoneo parietal (la membrana que recubre la cavidad abdominal) y los músculos de la pared dorsal del cuerpo. El borde ligeramente dentado o cóncavo de cada riñón mira hacia la línea media del cuerpo. Encaramado en la parte superior de cada riñón hay una glándula suprarrenal.

Los riñones están cubiertos y sostenidos por varias capas de tejido conectivo (Figura 16.3). La capa más externa es una capa dura y fibrosa que ancla cada riñón y su glándula suprarrenal a la pared abdominal y los tejidos circundantes. Debajo de esta capa hay un cojín protector de grasa (la capa media de tejido conectivo, también llamada cápsula adiposa). La capa más interna que cubre los riñones es una capa de fibras de colágeno que protege a los riñones de traumatismos.

FIGURA 16.3. Estructura del riñón

Estructura de los riñones

Un uréter sale de cada riñón en una muesca en el borde cóncavo, como se muestra en la Figura 16.3. Esta muesca también es el área donde los vasos sanguíneos entran y salen del riñón. Las arterias renales se ramifican desde la aorta y llevan sangre a los riñones. Las venas renales transportan la sangre filtrada desde los riñones hasta la vena cava inferior, que transporta la sangre al corazón.

Cada riñón tiene tres regiones: una región externa, la región de la corteza renal encerrada por la corteza, la médula renal y una cámara interna, la pelvis renal (ver Figura 16.3). La corteza renal comienza en el borde exterior del riñón, y porciones de él, llamadas columnas renales, se extienden hacia adentro entre las subdivisiones en forma de pirámide (pirámides renales) de la médula renal. El extremo estrecho de cada pirámide renal se une a una extensión en forma de copa de la pelvis renal. Como veremos pronto, la orina producida por los riñones finalmente drena hacia la pelvis renal y sale por el uréter hasta la vejiga urinaria.

Las nefronas son las unidades funcionales microscópicas de los riñones y son responsables de la formación de orina. Cada riñón contiene de 1 millón a 2 millones de nefronas.

Estructura de las nefronas . Una nefrona tiene dos partes básicas: el corpúsculo renal y el túbulo renal, como se muestra en la figura 16.4. El corpúsculo renal es la parte de la nefrona donde se filtra el líquido de la sangre. Consiste en un mechón de capilares, el glomérulo y una estructura en forma de copa circundante, la cápsula glomerular (a veces llamada cápsula de Bowman). Dentro de la cápsula glomerular hay un espacio que se continúa con la luz del túbulo renal. La sangre entra en un glomérulo por una arteriola aferente (entrante). Dentro de los capilares glomerulares, el agua y los pequeños solutos se mueven desde la sangre hacia el espacio dentro de la cápsula glomerular y luego hacia el túbulo renal, donde se consideran filtrado (un líquido similar al plasma sanguíneo pero que generalmente carece de proteínas). Luego, la sangre sale del glomérulo por una arteriola eferente (saliente). El túbulo renal es el sitio donde se extraen las sustancias y se agregan al filtrado. Este túbulo tiene tres secciones: el túbulo contorneado proximal, el asa de la nefrona (a veces llamado asa de Henle) y el túbulo contorneado distal. El túbulo contorneado proximal, cuyo nombre refleja su ubicación más cercana a la cápsula glomerular, tiene células con muchas proyecciones diminutas llamadas microvellosidades. Las microvellosidades permiten la eliminación eficiente (reabsorción) de sustancias útiles del filtrado, que eventualmente regresan a la sangre (ver más adelante en esta discusión). El asa de la nefrona se asemeja a un giro en horquilla, con una rama descendente y una rama ascendente. Luego viene el túbulo contorneado distal, cuyo nombre refleja la ubicación más distante de esta sección de la cápsula glomerular. El asa de la nefrona y el túbulo contorneado distal tienen células con pocas o ninguna microvellosidad. Los túbulos contorneados distales de muchas nefronas se vacían en un solo conducto colector, muchos conductos colectores eventualmente drenan hacia la pelvis renal. La pelvis renal está conectada al uréter. La orina sale del riñón a través del uréter y pasa a la vejiga urinaria.

FIGURA 16.4. Estructura de la nefrona

Aproximadamente el 80% de las nefronas en nuestros riñones están confinadas casi por completo a la corteza renal y tienen asas cortas que se sumergen solo una corta distancia en la médula renal. El 20% restante tiene asas largas que se extienden desde la corteza hasta la médula renal. Una vez en la médula, las asas de estas nefronas giran bruscamente hacia arriba, de regreso a la corteza, donde conducen a los túbulos contorneados distales. Como veremos, las nefronas cuyos bucles se extienden profundamente en la médula juegan un papel importante en la conservación del agua.

Funciones de las nefronas . Los riñones son fundamentales para mantener la homeostasis. Por un lado, filtran los desechos y el exceso de material de la sangre. De hecho, en el transcurso de un día, ¡dos riñones sanos filtran toda la sangre del cuerpo 30 veces! También ayudan al sistema respiratorio a regular el pH sanguíneo. Por último, los riñones mantienen el equilibrio de líquidos regulando el volumen y la composición de la sangre y la orina.

Para comprender lo que ocurre en los riñones, debemos examinar el trabajo de las nefronas. Las nefronas realizan tres funciones: (1) filtración glomerular, (2) reabsorción tubular y (3) secreción tubular.

Podemos comparar estas funciones con los pasos que podría seguir durante una limpieza selectiva de artículos pequeños del armario de su dormitorio. Primero, puede eliminar casi todos los elementos pequeños, tanto los valiosos como los no deseados. Esta actividad es análoga a la filtración glomerular, que elimina de la sangre todos los materiales lo suficientemente pequeños como para pasar a través de los poros del filtro del riñón (que se analiza a continuación). El siguiente paso para limpiar su armario podría ser revisar los diversos elementos que ha quitado y volver a guardar "las cosas buenas", los elementos que vale la pena guardar. Devolver materiales valiosos al armario es análogo a la reabsorción tubular, que devuelve materiales útiles a la sangre. El último paso para limpiar el armario podría ser escanear una vez más lo que tiene en su armario y eliminar selectivamente los elementos, como los que sobran. Este último paso es análogo a la secreción tubular, en la que los desechos y el exceso de materiales se eliminan de la sangre y se agregan al filtrado que eventualmente abandonará el cuerpo como orina. La secreción también elimina de la sangre sustancias que no se encuentran naturalmente en el cuerpo, como pesticidas y ciertos medicamentos. Estos son los tres pasos con más detalle.

1. La filtración glomerular ocurre cuando la presión arterial fuerza el agua y pequeños solutos de la sangre en el glomérulo al espacio dentro de la cápsula glomerular (Figura 16.5). Alcanzar el espacio dentro de la cápsula glomerular requiere pasar secuencialmente a través de las siguientes tres capas: (1) la capa única de células endoteliales que forma las paredes de los capilares, (2) la membrana basal justo fuera de las paredes capilares y (3) la revestimiento epitelial de la cápsula glomerular.

FIGURA 16.5. El corpúsculo renal es el sitio de filtración glomerular.

El agua y los pequeños solutos en la sangre se mueven primero a través de las paredes de los capilares glomerulares. Las paredes capilares consisten en una sola capa de células endoteliales, las paredes de estos capilares están fenestradas, lo que significa que tienen muchos poros. Los poros permiten que algunas sustancias salgan de los capilares, pero evitan que los glóbulos rojos lo hagan. A continuación, las sustancias filtradas atraviesan la membrana basal, una capa de fibras proteicas en una matriz de glicoproteínas. Esta capa restringe el paso de proteínas grandes. Finalmente, las sustancias filtradas pasan a través de hendiduras en el revestimiento interno de la cápsula glomerular. Estas hendiduras ocurren entre las extensiones de las células epiteliales de la cápsula (consulte, nuevamente, la Figura 16.5). Estas sustancias se conocen colectivamente como filtrado glomerular. Las concentraciones de las moléculas disueltas en el filtrado glomerular son aproximadamente las mismas que en el plasma sanguíneo.

Varias cosas pueden cambiar la tasa de filtración del glomérulo. Un aumento en el diámetro de las arteriolas aferentes (entrantes) lleva más sangre al glomérulo y produce una mayor presión en los capilares glomerulares. Una presión más alta da como resultado tasas de filtración más altas (más filtrado producido por los riñones cada minuto). Una reducción en el diámetro de las arteriolas eferentes (salientes) también produce una mayor presión en los capilares glomerulares y mayores tasas de filtración. Los aumentos generales (sistémicos) de la presión arterial también pueden producir tasas de filtración más altas.

2. La reabsorción tubular es el proceso que elimina los materiales útiles del filtrado y los devuelve a la sangre. Este proceso ocurre en el túbulo renal, principalmente en el túbulo contorneado proximal. Las características de las células que recubren el túbulo contorneado proximal lo convierten en un lugar ideal para la reabsorción (Figura 16.6). Como se mencionó, estas células epiteliales tienen numerosas microvellosidades (proyecciones de la membrana plasmática) que llegan al lumen del túbulo. Similar en función a las microvellosidades en el intestino delgado, estas microvellosidades aumentan drásticamente el área de superficie para la reabsorción de materiales. La reabsorción devuelve agua, iones esenciales y nutrientes a la sangre (consulte la tabla 16.1). Sorprendentemente, a medida que el filtrado glomerular pasa a través del túbulo renal, alrededor del 99% vuelve a la sangre en los capilares circundantes. Por tanto, sólo alrededor del 1% del filtrado glomerular se excreta finalmente en forma de orina. Dicho de otra manera, de los aproximadamente 180 litros (48 gal) de filtrado que ingresan a la cápsula glomerular cada día, entre 178 y 179 litros (47 gal) se devuelven a la sangre por reabsorción. Los 1 a 2 litros restantes (aproximadamente 0,5 a 1 gal) se excretan en forma de orina. ¡Imagínese cuánta agua y comida tendríamos que consumir si no tuviéramos reabsorción para compensar las pérdidas por filtración glomerular! Algunos desechos no se reabsorben en absoluto y eventualmente se excretarán, otros, como la urea, se reabsorben parcialmente. Veremos que la hormona antidiurética (ADH), fabricada por el hipotálamo y liberada por la glándula pituitaria posterior, regula la cantidad de agua reabsorbida en partes del túbulo renal.

FIGURA 16.6. El túbulo contorneado proximal es el sitio de reabsorción tubular.

TABLA 16.1. Reabsorción por nefronas de algunas sustancias

Cantidad filtrada por día (en litros o gramos)

% Reabsorbido (eliminado del filtrado y devuelto a la sangre)

3. La secreción tubular elimina los desechos adicionales y el exceso de iones de la sangre. Por ejemplo, iones de hidrógeno (H +), iones de potasio (K +) e iones de amonio (NH4 +) en la sangre se transportan activamente al túbulo renal, donde pasan a formar parte del filtrado que se excreta. La secreción tubular también elimina sustancias extrañas de la sangre, incluidos pesticidas y drogas como penicilina, cocaína y marihuana. Estas sustancias se agregan al líquido filtrado que se convertirá en orina. La secreción tubular se produce a lo largo de los túbulos contorneados proximales y distales y el conducto colector.

Las regiones de la nefrona y sus funciones en la filtración, reabsorción y secreción se muestran en la figura 16.7 y se revisan en la tabla 16.2. Al revisar estos, tenga en cuenta las direcciones en que se mueven las sustancias en cada uno de los tres procesos: (1) durante la filtración glomerular, las sustancias se mueven desde la sangre hacia la nefrona para formar un filtrado (2) durante la reabsorción tubular, las sustancias útiles se mueven desde el filtrado dentro de la nefrona de vuelta a la sangre (3) durante la secreción tubular, los fármacos y sustancias en exceso pasan de la sangre al filtrado.

TABLA 16.2. Revisión de las regiones de nefrona y sus funciones

Corpúsculo renal (cápsula glomerular y glomérulo)

Filtra la sangre, eliminando agua, glucosa, aminoácidos, iones, desechos que contienen nitrógeno y otras moléculas pequeñas.

Túbulo contorneado proximal

Reabsorbe agua, glucosa, aminoácidos, algo de urea, Na +, Cl - y HCO3 -

Reabsorbe agua, Na +, Cl y K +

Reabsorbe agua, Na +, Cl - y HCO3 -

Secreta fármacos, H +, K + y NH4 +

* Aquí se enumeran las principales sustancias reabsorbidas o secretadas.

Al final de la filtración glomerular, la reabsorción tubular y la secreción tubular, la sangre que sale de los riñones contiene la mayor parte del agua, los nutrientes y los iones esenciales que contenía al entrar en los riñones. Se han eliminado los desechos y el exceso de materiales, dejando la sangre limpia. Esta sangre purificada ahora se mueve desde los capilares que rodean la nefrona hacia pequeñas venas que finalmente se unen a la vena renal.

El filtrado final, ahora llamado orina, contiene todos los materiales que se filtraron de la sangre y no se reabsorbieron, además de las sustancias que se secretaron de la sangre. La orina se vacía de los túbulos contorneados distales hacia los conductos colectores. Allí, se puede reabsorber más agua y también se produce una eliminación adicional del exceso de sustancias, como los iones de hidrógeno y potasio. Desde los conductos colectores, la orina pasa a la pelvis renal y sale de cada riñón a través de un uréter. Luego viaja por los uréteres hasta la vejiga urinaria, que almacena la orina hasta que se elimina del cuerpo a través de la uretra. La composición precisa de la orina se puede examinar en un laboratorio médico. Consulte el ensayo sobre problemas de salud, Análisis de orina.

Además de eliminar los desechos y regular el volumen y la concentración de solutos del plasma sanguíneo, los riñones ayudan a regular el pH de la sangre. Recuerde de los Capítulos 2 y 14 que el pH de la sangre debe regularse con precisión para que el cuerpo funcione correctamente. Esta regulación precisa se logra a través de las acciones de los riñones, a través de sistemas de amortiguación en la sangre y a través de la respiración. Los sistemas tampón regulan el pH recogiendo iones de hidrógeno (H +) cuando sus concentraciones son altas y liberando iones de hidrógeno cuando sus concentraciones son bajas. El capítulo 2 describió la importancia del ácido carbónico como tampón en la sangre. El papel de los riñones en el mantenimiento del pH es doble. Primero, al secretar iones de hidrógeno en la orina, los riñones eliminan el exceso de iones de hidrógeno de la sangre, aumentando así el pH de la sangre. En segundo lugar, los riñones ayudan a mantener el sistema tampón de ácido carbónico al devolver el bicarbonato a la sangre. Debido a su papel en la regulación del pH sanguíneo, los riñones finalmente influyen en la frecuencia respiratoria. Recuerde del capítulo 14 que los quimiorreceptores de la médula del cerebro responden a los cambios en el pH de la sangre (y del líquido cefalorraquídeo) ajustando la frecuencia respiratoria.

Nuestros riñones nos permiten conservar agua mediante la producción de orina concentrada. Debido a su papel en la conservación del agua, los riñones participan en el mantenimiento del gasto cardíaco y la presión arterial. La producción de orina concentrada la realiza el 20% de nuestras nefronas con asas largas que se sumergen profundamente en la médula renal. La capacidad especial de estas nefronas para concentrar la orina se deriva de una concentración creciente de solutos en el líquido intersticial (el líquido que llena los espacios entre las células) desde la corteza hasta la médula de los riñones. Los más importantes de estos solutos son el cloruro de sodio (NaCl) y la urea. Exploremos este mecanismo para la concentración de orina trazando el camino del filtrado a medida que fluye a través de estos largos bucles (Figura 16.8).

FIGURA 16.7. Descripción general de la filtración glomerular, la reabsorción tubular y la secreción tubular a lo largo de la nefrona

¿Cómo ayuda la estructura de los capilares glomerulares a la filtración?

Las paredes de los capilares glomerulares tienen poros que permiten que muchas sustancias (pero no los glóbulos rojos) salgan de los capilares.

Los riñones son el sistema de filtrado de nuestro cuerpo, por lo que la orina que producen contiene sustancias que se originan en casi todos nuestros órganos. Un análisis detallado de nuestra orina, por lo tanto, nos dice no solo cómo están funcionando los órganos de nuestro tracto urinario, sino también sobre la salud general de nuestros otros órganos. En otras palabras, un análisis de orina típico, que evalúa las propiedades físicas y químicas de la orina y evalúa la presencia de microorganismos, proporciona una descripción general de la salud básica de una persona.

La orina sana que sale del cuerpo normalmente no contiene microorganismos. La presencia de bacterias en una muestra de orina recolectada adecuadamente generalmente indica una infección del sistema urinario. Las bacterias que se encuentran en una muestra pueden cultivarse para determinar su identidad, lo que puede ayudar a diagnosticar la infección. La orina también se puede analizar para detectar hongos o protozoos que causan inflamación dentro del tracto urinario.

A veces, una muestra de orina está contaminada debido a una recolección incorrecta. Por ejemplo, si no se ha limpiado el área perineal y se permite que la taza de recolección o la orina entren en contacto con esa área, se pueden introducir bacterias. (En los hombres, esta es el área entre el ano y el escroto en las mujeres, está entre el ano y la vulva). Por lo tanto, es importante tener cuidado al recolectar una muestra de orina.

Las siguientes características físicas se verifican de forma rutinaria en los análisis de orina: turbidez del color (turbidez) pH y gravedad específica, o densidad, de la orina (la relación entre su peso y el peso de un volumen igual de agua destilada). El color de la orina proviene del urocromo, un pigmento amarillo producido como producto de desecho por el hígado durante la descomposición de la hemoglobina en los glóbulos rojos. El urocromo viaja en el torrente sanguíneo desde el hígado hasta los riñones, donde se filtra de la sangre y se excreta con la orina. El color de la orina varía un poco según la dieta. La remolacha, por ejemplo, le da a la orina un color rojo y los espárragos le dan un tinte verde. El color de la orina también varía con la concentración. La orina más concentrada, como la que se recoge a primera hora de la mañana, es más oscura que la orina más diluida. Un color anormal de la orina, particularmente rojo, cuando va seguido de una confirmación microscópica de la presencia de glóbulos rojos, puede indicar un traumatismo en los órganos urinarios.

La orina recién evacuada suele ser transparente. La orina turbia o turbia puede indicar una infección del tracto urinario, especialmente si se detectan glóbulos blancos. La orina sana tiene un pH de aproximadamente 6, aunque pueden producirse variaciones considerables en respuesta a la dieta. Las dietas ricas en proteínas producen orina ácida y las dietas vegetarianas producen orina alcalina. Un pH alcalino también se asocia con algunas infecciones bacterianas. La gravedad específica es una medida de la concentración de solutos en la orina y, por lo tanto, de la capacidad de concentración de las nefronas dentro de nuestros riñones. Cuando la orina se vuelve muy concentrada durante períodos prolongados, sustancias como el calcio y el ácido úrico pueden precipitarse y formar cálculos renales.

Se realizan pruebas químicas cuantitativas para evaluar los niveles de componentes químicos específicos de la orina. El componente principal es el agua, que representa aproximadamente el 95% del volumen total. El 5% restante consiste en solutos de las actividades metabólicas de nuestras células o de fuentes externas (como los medicamentos). Las pruebas realizadas en muestras de orina buscan ciertos componentes anormales de la orina (como glucosa, glóbulos rojos o glóbulos blancos) y componentes normales presentes en cantidades anormales (como cantidades de proteína más altas de lo normal).

Preguntas a considerar

• ¿Por qué sería importante que una mujer le informara a su médico que está menstruando en el momento de la recolección de orina?

• A menudo, se prefiere el análisis de orina a los análisis de sangre en los programas de análisis de drogas en el lugar de trabajo. ¿Qué podría explicar esta preferencia?

La concentración de soluto del filtrado que pasa de la cápsula glomerular al túbulo proximal es aproximadamente la misma que la de la sangre. A medida que el filtrado se mueve a través del túbulo contorneado proximal, se reabsorben grandes cantidades de agua y sal (recuerde de nuestra discusión anterior sobre la reabsorción que los nutrientes también se reabsorben en este momento). Esta reabsorción produce reducciones drásticas en el volumen de filtrado, pero pocos cambios en su concentración de soluto (porque se reabsorben tanto el agua como la sal). Sin embargo, cuando el filtrado entra en la rama descendente del asa de la nefrona, comienzan cambios importantes en la concentración de soluto (Figura 16.8). Este camino lo lleva desde la corteza hasta la médula.

A lo largo de la rama descendente, el agua sale del filtrado por ósmosis (un tipo especial de difusión que se describe en el capítulo 3). La salida de agua crea un aumento en la concentración de solutos, incluido el cloruro de sodio, dentro del filtrado. La concentración de sal en el filtrado alcanza su punto máximo en la curva del bucle, lo que prepara el escenario para el siguiente paso en el proceso de concentración de orina. Ahora el filtrado asciende por la rama ascendente del bucle. Al hacerlo, se transportan activamente grandes cantidades de cloruro de sodio fuera del filtrado al líquido intersticial de la médula. Sin embargo, el agua permanece en el filtrado porque la rama ascendente no es permeable al agua. Cuando el filtrado alcanza el túbulo contorneado distal en la corteza, está bastante diluido. De hecho, el filtrado es hipotónico para los fluidos corporales. (Recuerde del Capítulo 3 que hipotónico significa tener una concentración de soluto más baja que otro líquido. Hipertónico significa tener una concentración de soluto mayor que otro líquido. Isotónico significa tener la misma concentración de soluto que otro líquido). El filtrado luego se mueve hacia un conducto colector y comienza para descender una vez más hacia la médula. Esta vía es una de concentración creciente de sal en el líquido intersticial debido a toda la sal que fue transportada fuera del filtrado a medida que ascendía por el circuito. Los conductos colectores son permeables al agua pero no a la sal (la hormona antidiurética aumenta la permeabilidad del conducto colector al agua, ver Figura 16.8). Por lo tanto, a medida que el filtrado encuentra concentraciones crecientes de sal en el líquido de la médula interna, el agua abandona el filtrado por ósmosis. Con esta salida de grandes cantidades de agua, la urea ahora se concentra en el filtrado. En las regiones inferiores del conducto colector, parte de la urea se mueve hacia el líquido intersticial de la médula. Esta fuga de urea contribuye a la alta concentración de solutos de la médula interna y, por lo tanto, ayuda a concentrar el filtrado. La urea restante se excreta.

FIGURA 16.8. Algunas nefronas tienen asas que se extienden profundamente en la médula. Estas nefronas son responsables de la conservación del agua. Aquí se muestran los pasos por los cuales estas nefronas concentran la orina y conservan el agua. El punteado indica la concentración de soluto del filtrado dentro de la nefrona y el conducto colector. El gradiente de color detrás de la nefrona y el conducto colector indica la concentración de solutos en el líquido intersticial de diferentes regiones del riñón (la corteza renal y la médula renal externa e interna más oscura están más concentradas).

En su forma más concentrada, la orina es hipertónica a la sangre y al líquido intersticial de cualquier otra parte del cuerpo, excepto la médula interna, donde es isotónica. Juntos, el asa de la nefrona y el conducto colector mantienen concentraciones de solutos extraordinariamente altas en el líquido intersticial de los riñones, lo que hace posible la concentración de orina y la conservación de agua por parte de los riñones.

Hormonas y función renal

Nuestra salud depende de que mantengamos los niveles de sal y agua en nuestro cuerpo cerca de ciertos valores óptimos. Este, como hemos visto, es un trabajo importante de los riñones. También es un trabajo desafiante, porque nuestras actividades producen fluctuaciones constantes en esos niveles. Por ejemplo, en un día caluroso o después de hacer ejercicio, podemos perder agua corporal y sales a través de la transpiración. Por el contrario, comer palomitas de maíz saladas en el cine puede aumentar nuestra ingesta de sal. Los riñones deben hacer frente a estos desafíos y ajustar la concentración de solutos en la orina y en la sangre para mantener los niveles de agua y sal en nuestro cuerpo relativamente constantes.

Tres hormonas (ADH, aldosterona y péptido natriurético auricular) ajustan la función renal para satisfacer las necesidades del organismo (tabla 16.3). La hormona antidiurética (ADH) es fabricada por el hipotálamo y luego viaja a la hipófisis posterior para su almacenamiento y liberación. Esta hormona regula la cantidad de agua reabsorbida por los conductos colectores. El hipotálamo responde a los cambios en la concentración de agua en la sangre aumentando o disminuyendo la secreción de ADH. Las disminuciones en la concentración de agua en la sangre estimulan una mayor secreción de ADH, como se muestra en la Figura 16.9. Los niveles más altos de ADH en el torrente sanguíneo aumentan la permeabilidad al agua de los conductos colectores de las nefronas, lo que provoca que se reabsorba más agua del filtrado. El movimiento de una mayor cantidad de agua desde el filtrado de regreso a la sangre da como resultado un aumento del volumen sanguíneo y la presión y la producción de pequeñas cantidades de orina concentrada.


13: El aparato urinario - Biología

El sistema urinario mantiene la homeostasis de la sangre al filtrar el exceso de líquido y otras sustancias del torrente sanguíneo y secretar desechos.

Objetivos de aprendizaje

Revisar el sistema urinario

Conclusiones clave

Puntos clave

  • El sistema renal elimina los desechos del cuerpo, controla los niveles de electrolitos y metabolitos, controla la osmorregulación del volumen y la presión sanguínea y regula el pH sanguíneo.
  • Los órganos del sistema renal incluyen los riñones, el uréter, la vejiga y la uretra. Las nefronas son el principal componente funcional de los riñones.
  • Los sistemas respiratorio y cardiovascular tienen ciertas funciones que se superponen con las funciones del sistema renal.
  • Los desechos metabólicos y el exceso de iones se filtran de la sangre, se combinan con agua y abandonan el cuerpo en forma de orina.
  • Una compleja red de hormonas controla el sistema renal para mantener la homeostasis.

Términos clave

  • uréter: Son dos conductos largos y estrechos que transportan la orina desde los riñones hasta la vejiga urinaria.
  • osmorregulación: La función más importante del sistema renal, en la que el volumen sanguíneo, la presión arterial y la osmolaridad sanguínea (concentración de iones) se mantienen en la homeostasis.

The Renal System

The renal system, which is also called the urinary system, is a group of organs in the body that filters out excess fluid and other substances from the bloodstream. The purpose of the renal system is to eliminate wastes from the body, regulate blood volume and pressure, control levels of electrolytes and metabolites, and regulate blood pH.

The renal system organs include the kidneys, ureters, bladder, and urethra. Metabolic wastes and excess ions are filtered out of the blood, along with water, and leave the body in the form of urine.

Components of the renal system: Here are the major organs of the renal system.

Renal System Functions

The renal system has many functions. Many of these functions are interrelated with the physiological mechanisms in the cardiovascular and respiratory systems.

  1. Removal of metabolic waste products from the body (mainly urea and uric acid).
  2. Regulation of electrolyte balance (e.g., sodium, potassium, and calcium).
  3. Osmoregulation controls the blood volume and body water contents.
  4. Blood pressure homeostasis: The renal system alters water retention and thirst to slowly change blood volume and keep blood pressure in a normal range.
  5. Regulation of acid-base homeostasis and blood pH, a function shared with the respiratory system.

Many of these functions are related to one another as well. For example, water follows ions via an osmotic gradient, so mechanisms that alter sodium levels or sodium retention in the renal system will alter water retention levels as well.

Organs of the Renal System

Kidneys and Nephrons

Kidneys are the most complex and critical part of the urinary system. The primary function of the kidneys is to maintain a stable internal environment (homeostasis) for optimal cell and tissue metabolism. The kidneys have an extensive blood supply from the renal arteries that leave the kidneys via the renal vein.

Nephrons are the main functional component inside the parenchyma of the kidneys, which filter blood to remove urea, a waste product formed by the oxidation of proteins, as well as ions like potassium and sodium. The nephrons are made up of a capsule capillaries (the glomerulus) and a small renal tube.

The renal tube of the nephron consists of a network of tubules and loops that are selectively permeable to water and ions. Many hormones involved in homeostasis will alter the permeability of these tubules to change the amount of water that is retained by the body.

Ureter

Urine passes from the renal tube through tubes called ureters and into the bladder.

Bladder

The bladder is flexible and is used as storage until the urine is allowed to pass through the urethra and out of the body.

Urethra

The female and male renal system are very similar, differing only in the length of the urethra.

Human Osmoregulation

The kidneys play a very large role in human osmoregulation by regulating the amount of water reabsorbed from the glomerular filtrate in kidney tubules, which is controlled by hormones such as antidiuretic hormone (ADH), renin, aldosterone, and angiotensin I and II.

A basic example is that a decrease in water concentration of blood is detected by osmoreceptors in the hypothalamus, which stimulates ADH release from the pituitary gland to increase the permeability of the wall of the collecting ducts and tubules in the nephrons. Therefore, a large proportion of water is reabsorbed from fluid to prevent a fair proportion of water from being excreted.

The extent of blood volume and blood pressure regulation facilitated by the kidneys is a complex process. Besides ADH secretion, the renin-angiotensin feedback system is critically important to maintain blood volume and blood pressure homeostasis.


Kidney Failure Treatment

Kidney Dialysis es when blood is taken out of a vein, and then it is pumped through a machine which cleans the blood.

During the cleaning process, the machine gets rid of waste materials such as urea. The patient will then have cleaner blood without the toxic materials.

However this is an expensive and time consuming treatment, and the patient has to return to the hospital quite regularly to get this done.

A__ __kidney transplant can be used in order to help someone with a kidney failure. A donor kidney can be used to replace the original kidney that has failed.

There is a relatively high success rate of around 80%, and it is vital that the tissue types that are involved with this procedure have to be the same between the donor and the patient. This is why it can take quite a long time to find the correct and appropriate donor for the patient.

Patients who have kidney transplants will also require antibiotics and anti-rejection drugs for their whole life to ensure that their body does not reject the new organ, and that it can cope with the new organ.

What do kidney transplant patients require after the surgery? Your answer should include: antibiotics / anti-rejection
Explicación: Antibiotics and anti-rejection drugs for their whole life to ensure that their body does not reject the new organ, and that it can cope with the new organ. What does ADH stand for? antidiuretic hormone What are kidneys needed for? Your answer should include: Remove / Urea / Blood / Control / Ions / Water
Explicación: To remove urea from the blood, control the amount of ions in the blood, and control the water content of blood.


Contenido

The urinary system refers to the structures that produce and transport urine to the point of excretion. In the human urinary system there are two kidneys that are located between the dorsal body wall and parietal peritoneum on both the left and right sides.

The formation of urine begins within the functional unit of the kidney, the nephrons. Urine then flows through the nephrons, through a system of converging tubules called collecting ducts. These collecting ducts then join together to form the minor calyces, followed by the major calyces that ultimately join the renal pelvis. From here, urine continues its flow from the renal pelvis into the ureter, transporting urine into the urinary bladder. The anatomy of the human urinary system differs between males and females at the level of the urinary bladder. In males, the urethra begins at the internal urethral orifice in the trigone of the bladder, continues through the external urethral orifice, and then becomes the prostatic, membranous, bulbar, and penile urethra. Urine exits through the external urethral meatus. The female urethra is much shorter, beginning at the bladder neck and terminating in the vaginal vestibule.

Development Edit

Microanatomy Edit

Under microscopy, the urinary system is covered in a unique lining called urothelium, a type of transitional epithelium. Unlike the epithelial lining of most organs, transitional epithelium can flatten and distend. Urothelium covers most of the urinary system, including the renal pelvis, ureters, and bladder.

The main functions of the urinary system and its components are to:

  • Regulate blood volume and composition (e.g. sodium, potassium and calcium)
  • Regulate blood pressure.
  • Regulate pHhomeostasis of the blood.
  • Contributes to the production of red blood cells by the kidney.
  • Helps synthesize calcitriol (the active form of Vitamin D).
  • Stores waste product (mainly urea and uric acid) before it and other products are removed from the body.

Urine formation Edit

Average urine production in adult humans is about 1–2 litres (L) per day, depending on state of hydration, activity level, environmental factors, weight, and the individual's health. Producing too much or too little urine requires medical attention. Polyuria is a condition of excessive urine production (> 2.5 L/day). Oliguria when < 400 mL (millilitres) are produced, and anuria one of < 100 mL per day.

The first step in urine formation is the filtration of blood in the kidneys. In a healthy human the kidney receives between 12 and 30% of cardiac output, but it averages about 20% or about 1.25 L/min.

The basic structural and functional unit of the kidney is the nephron. Its chief function is to regulate the concentration of water and soluble substances like sodium by filtering the blood, reabsorbing what is needed and excreting the rest as urine.

In the first part of the nephron, Bowman's capsule filters blood from the circulatory system into the tubules. Hydrostatic and osmotic pressure gradients facilitate filtration across a semipermeable membrane. The filtrate includes water, small molecules, and ions that easily pass through the filtration membrane. However larger molecules such as proteins and blood cells are prevented from passing through the filtration membrane. The amount of filtrate produced every minute is called the glomerular filtration rate or GFR and amounts to 180 litres per day. About 99% of this filtrate is reabsorbed as it passes through the nephron and the remaining 1% becomes urine.

Regulation of concentration and volume Edit

The urinary system is under influence of the circulatory system, nervous system, and endocrine system.

Aldosterone plays a central role in regulating blood pressure through its effects on the kidney. It acts on the distal tubules and collecting ducts of the nephron and increases reabsorption of sodium from the glomerular filtrate. Reabsorption of sodium results in retention of water, which increases blood pressure and blood volume. Antidiuretic hormone (ADH), is a neurohypophysial hormone found in most mammals. Its two primary functions are to retain water in the body and vasoconstriction. Vasopressin regulates the body's retention of water by increasing water reabsorption in the collecting ducts of the kidney nephron. [4] Vasopressin increases water permeability of the kidney's collecting duct and distal convoluted tubule by inducing translocation of aquaporin-CD water channels in the kidney nephron collecting duct plasma membrane. [5]

Urination Edit

Urination, also sometimes referred to as micturition, is the ejection of urine from the urinary bladder through the urethra to the outside of the body. In healthy humans (and many other animals), the process of urination is under voluntary control. In infants, some elderly individuals, and those with neurological injury, urination may occur as an involuntary reflex. Physiologically, micturition involves coordination between the central, autonomic, and somatic nervous systems. Brain centers that regulate urination include the pontine micturition center, periaqueductal gray, and the cerebral cortex. In placental mammals the male ejects urine through the penis, and the female through the vulva.

Urologic disease can involve congenital or acquired dysfunction of the urinary system. As an example, urinary tract obstruction is a urologic disease that can cause urinary retention.

Diseases of the kidney tissue are normally treated by nephrologists, while diseases of the urinary tract are treated by urologists. Gynecologists may also treat female urinary incontinence.

Diseases of other bodily systems also have a direct effect on urogenital function. For instance, it has been shown that protein released by the kidneys in diabetes mellitus sensitizes the kidney to the damaging effects of hypertension. [6]

Diabetes also can have a direct effect in urination due to peripheral neuropathies, which occur in some individuals with poorly controlled blood sugar levels. [7]

Urinary incontinence can result from a weakening of the pelvic floor muscles caused by factors such as pregnancy, childbirth, aging, and being overweight. Pelvic floor exercises known as Kegel exercises can help in this condition by strengthening the pelvic floor. There can also be underlying medical reasons for urinary incontinence which are often treatable. In children, the condition is called enuresis.

Some cancers also target the urinary system, including bladder cancer, kidney cancer, ureteral cancer, and urethral cancer. Due to the role and location of these organs, treatment is often complicated. [ citation needed ]

Kidney stones have been identified and recorded about as long as written historical records exist. [8] The urinary tract including the ureters, as well as their function to drain urine from the kidneys, has been described by Galen in the second century AD. [9]

The first to examine the ureter through an internal approach, called ureteroscopy, rather than surgery was Hampton Young in 1929. [8] This was improved on by VF Marshall who is the first published use of a flexible endoscope based on fiber optics, which occurred in 1964. [8] The insertion of a drainage tube into the renal pelvis, bypassing the uterers and urinary tract, called nephrostomy, was first described in 1941. Such an approach differed greatly from the open surgical approaches within the urinary system employed during the preceding two millennia. [8]


The Urinary System

The urinary system has roles you may be well aware of: cleansing the blood and ridding the body of wastes probably come to mind. However, there are additional, equally important functions played by the system. Take for example, regulation of pH, a function shared with the lungs and the buffers in the blood. Additionally, the regulation of blood pressure is a role shared with the heart and blood vessels. What about regulating the concentration of solutes in the blood? Did you know that the kidney is important in determining the concentration of red blood cells? Eighty-five percent of the erythropoietin (EPO) produced to stimulate red blood cell production is produced in the kidneys. The kidneys also perform the final synthesis step of vitamin D production, converting calcidiol to calcitriol, the active form of vitamin D.

If the kidneys fail, these functions are compromised or lost altogether, with devastating effects on homeostasis. The affected individual might experience weakness, lethargy, shortness of breath, anemia, widespread edema (swelling), metabolic acidosis, rising potassium levels, heart arrhythmias, and more. Each of these functions is vital to your well-being and survival. The urinary system, controlled by the nervous system, also stores urine until a convenient time for disposal and then provides the anatomical structures to transport this waste liquid to the outside of the body. Failure of nervous control or the anatomical structures leading to a loss of control of urination results in a condition called incontinence.

Characteristics of the urine change, depending on influences such as water intake, exercise, environmental temperature, nutrient intake, and other factors . Some of the characteristics such as color and odor are rough descriptors of your state of hydration. For example, if you exercise or work outside, and sweat a great deal, your urine will turn darker and produce a slight odor, even if you drink plenty of water. Athletes are often advised to consume water until their urine is clear. This is good advice however, it takes time for the kidneys to process body fluids and store it in the bladder. Another way of looking at this is that the quality of the urine produced is an average over the time it takes to make that urine. Producing clear urine may take only a few minutes if you are drinking a lot of water or several hours if you are working outside and not drinking much.

“Urine Color” by OpenStax College / CC BY 3.0

Urine volume varies considerably. The normal range is one to two liters per day. The kidneys must produce a minimum urine volume of about 500 mL/day to rid the body of wastes. Output below this level may be caused by severe dehydration or renal disease and is termed oliguria. The virtual absence of urine production is termed anuria. Excessive urine production is polyuria, which may occur in diabetes mellitus when blood glucose levels exceed the filtration capacity of the kidneys and glucose appears in the urine. The osmotic nature of glucose attracts water, leading to increased water loss in the urine.

Urine is a fluid of variable composition that requires specialized structures to remove it from the body safely and efficiently. Blood is filtered, and the filtrate is transformed into urine at a relatively constant rate throughout the day. This processed liquid is stored until a convenient time for excretion. All structures involved in the transport and storage of the urine are large enough to be visible to the naked eye. This transport and storage system not only stores the waste, but it protects the tissues from damage due to the wide range of pH and osmolarity of the urine, prevents infection by foreign organisms, and for the male, provides reproductive functions. The urinary bladder collects urine from both ureters (Figure 2.21 “Urinary System Location”).

Figure 2.21 Urinary System Location

“Illu Urinary System” by Thstehle / Public Domain

“The Bladder” by OpenStax College / CC BY 3.0

The kidneys lie on either side of the spine in the retroperitoneal space behind the main body cavity that contains the intestines. The kidneys are well protected by muscle, fat, and the lower ribs. Son aproximadamente del tamaño de su puño y el riñón masculino suele ser un poco más grande que el riñón femenino. Los riñones están bien vascularizados y reciben alrededor del 25 por ciento del gasto cardíaco en reposo.

“Kidney Position in Abdomen” by OpenStax College / CC BY 3.0

The kidneys (as viewed from the back of the body) are slightly protected by the ribs and are surrounded by fat for protection (not shown).

The effects of failure of parts of the urinary system may range from inconvenient (incontinence) to fatal (loss of filtration and many other functions). The kidneys catalyze the final reaction in the synthesis of active vitamin D that in turn helps regulate Ca++. The kidney hormone EPO stimulates erythrocyte development and promotes adequate O2 transport. The kidneys help regulate blood pressure through Na+ and water retention and loss. The kidneys work with the adrenal cortex, lungs, and liver in the renin–angiotensin–aldosterone system to regulate blood pressure. They regulate osmolarity of the blood by regulating both solutes and water. Three electrolytes are more closely regulated than others: Na+, Ca++, and K+. The kidneys share pH regulation with the lungs and plasma buffers, so that proteins can preserve their three-dimensional conformation and thus their function.


Sex differences in lower urinary tract biology and physiology

Females and males differ significantly in gross anatomy and physiology of the lower urinary tract, and these differences are commonly discussed in the medical and scientific literature. However, less attention is dedicated to investigating the varied development, function, and biology between females and males on a cellular level. Recognizing that cell biology is not uniform, especially in the lower urinary tract of females and males, is crucial for providing context and relevance for diverse fields of biomedical investigation. This review serves to characterize the current understanding of biological sex differences between female and male lower urinary tracts, while identifying areas for future research. First, the differences in overall cell populations are discussed in the detrusor smooth muscle, urothelium, and trigone. Second, the urethra is discussed, including anatomic discussions of the female and male urethra followed by discussions of cellular differences in the urothelial and muscular layers. The pelvic floor is then reviewed, followed by an examination of the sex differences in hormonal regulation, the urinary tract microbiome, and the reticuloendothelial system. Understanding the complex and dynamic development, anatomy, and physiology of the lower urinary tract should be contextualized by the sex differences described in this review.

Palabras clave: Cell biology Lower urinary tract Sex differences Urology.

Declaracion de conflicto de interes

Ethics approval and consent to participate
Consent for publication
Conflicto de intereses

Dr. Wolfe has received research funding from Astellas Scientific Medical Affairs and Kimberly Clark Corporation. All other authors declare that they have no competing interests.

Publisher’s Note

Springer Nature remains neutral with regard to jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations.


16.5 Summary

  • Ureters are tube-like structures that connect the kidneys with the urinary bladder . Each ureter arises at the renal pelvis of a kidney and travels down through the abdomen to the urinary bladder. The walls of the ureter contain smooth muscle that can contract to push urine through the ureter by peristalsis . The walls are lined with transitional epithelium that can expand and stretch.
  • The urinary bladder is a hollow, muscular organ that rests on the pelvic floor. It is also lined with transitional epithelium. The function of the bladder is to collect and store urine from the kidneys before the urine is eliminated through urination. Filling of the bladder triggers the sensation of needing to urinate. When a conscious decision to urinate is made, the detrusor muscle in the bladder wall contracts and forces urine out of the bladder and into the urethra.
  • The urethra is a tube that connects the urinary bladder to the external urethral orifice. Somatic nerves control the sphincter at the distal end of the urethra. This allows the opening of the sphincter for urination to be under voluntary control.

NORMAL URINE TRANSPORT AND MICTURITION

Urine production is a function of both renal-glomerular filtration and tubular reabsorption and is tightly regulated by systemic hydration state and electrolyte balance. Urinary filtrate is passed through the nephron as it winds through the cortex and medulla and is concentrated via a counter-current mechanism. Urine exits the kidney at the renal papillae and is transported through the upper collecting system. The smooth muscle surrounding the calyces, renal pelvis, and ureters is of the syncytial type without discrete neuromuscular junctions. Instead, smooth-muscle excitation is spread from one muscle cell to the next. In humans, atypical smooth-muscle cells, located near the pelvicalyceal border, are thought to act as the pacemakers of urinary-tract peristalsis (49, 50). These cells initiate unidirectional peristaltic contractions which, in turn, promote the forward flow of urine. Recently, Hurato et al. demonstrated that disruption of the pelvicalyceal region from the more distal urinary-tract segments prevented downstream peristalsis. Furthermore, hyperpolarization-activated cation-3 (HCN3), an isoform of a channel family known for initiating electrical activity in the brain and heart, was isolated in the same spatial distribution as the atypical smooth-muscle cells of the pelvicalyceal junction. Inhibition of this channel protein caused a loss of electrical activity in the pelvicalyceal junction and led to randomized electrical activity and loss of coordinated peristalsis (51). Whether HCN3-positive cells are the same as the atypical smooth muscle remains to be seen. Normal ureteral contractions occur two to six times per minute and it is the advancing contraction wave that forces the urine bolus down the length of the ureters and then into the bladder (52). Some uropathogenic bacteria appear to have evolved a way to overcome the normally protective forward flow of urine that results from the peristaltic ureteral contractions. Recent studies demonstrated that most UPEC have the ability to impair ureteric contractility via a calcium-dependent mechanism and that mechanism is dependent upon FimH-urothelial interaction (53, 54).

The micturition cycle is best thought of as two distinct phases: urine storage/bladder filling and voiding/bladder emptying (55). The viscoelastic properties of the bladder allow for increases in bladder volume with little change in detrusor or intravesical pressures. Additionally, during bladder filling, spinal sympathetic reflexes (T12–L2) are activated that, through modulation of parasympathetic-ganglionic transmission, inhibit bladder contractions and increase bladder-outlet resistance via smooth-muscle activation (56). Bladder-outlet resistance also increases during filling secondary to increased external urethral-sphincter activity via a spinalsomatic reflex (guarding reflex) (57). As the bladder reaches its capacity, afferent activity from tension, volume, and nociceptive receptors are conveyed via Aδ and C fibers through the pelvic and pudenal nerves to the sacral spinal cord (56). Afferent signals ascend in the spinal cord to the pontine micturition center in the rostral brainstem. Here signals are processed under the strong influence of the cerebral cortex and other areas of the brain. If voiding is deemed appropriate, the voiding/bladder-emptying reflex is initiated. The pattern of efferent activity that follows is completely reversed, producing sacral parasympathetic outflow and inhibition of sympathetic and somatic pathways. First the external urethral-sphincter relaxes and shortly thereafter a coordinated contraction of the bladder causes the expulsion of urine (56, 58) ( Fig. 4 ).

Mechanism of storage and voiding. A. Storage of urine. Low-level bladder afferent firing, secondary to bladder distension, increases sympathetic outflow to the bladder outlet and external urethral sphincter (‘guarding reflex’). Sympathetic signaling also acts to inhibit detrusor-muscle contractions. B. Voiding. At bladder capacity, high-level bladder afferent activity activates the pontine-micturition center. This, in turn, inhibits the guarding reflex. The activated pontine-micturition center, under appropriate conditions, will lead to parasympathetic outflow to the bladder and internal-sphincter smooth muscle. Urinary sphincter relaxation is soon followed by a large, coordinated detrusor contraction leading to expulsion of urine from the bladder. (Reprinted and adapted from reference 58 with permission of the publisher.) doi:10.1128/microbiolspec.UTI-0016-2012.f4

The forward flow of urine is imperative to the maintenance of a healthy urinary tract. Any structural or functional process that impedes the flow of urine has the potential to promote urine stasis, hence UTI pathogenesis. In the next few sections, we will elaborate upon those anatomic and physiologic abnormalities that can affect either storage or emptying of urine and, in turn, promote UTI pathogenesis.


Sistema urinario

Urinary System Regulates Body Fluids  Excretion: processes that remove waste and excess materials from the body  Digestive System: excretes food residues and waste produced by the liver  Respiratory System (lungs): excretes carbon dioxide  Integumentary System (skin): excretes water and salt  Urinary System (kidneys): excretes nitrogenous wastes, excess solutes and water

The Kidneys Regulate Water Levels:  To maintain homeostasis, Water input = water output  Kidneys adjust water output as necessary -water input: food, drink, metabolism -water output: lungs, skin, feces, kidneys -kidneys modify output based on intake and loss -output varies from ½ liter/day to 1 liter/hour

The Kidneys Regulate Nitrogenous Wastes and Other Solutes:  Protein metabolism produces nitrogenous wastes  Initially, NH 3 (ammonia) is produced during breakdown of amino acids  Liver detoxifies NH 3 , producing urea  Urea is transported from liver to kidneys for disposal  Other solutes regulated by kidneys -Sodium, chloride, potassium, calcium, hydrogen ions, creatinine

Organs and Urinary System:

 Kidneys - Principal organ of urinary system - Cortex: outer portion of the kidney - Medulla: inner region of the kidney - Renal pelvis: hollow space in center of kidney where urine collects  Ureters - Muscular tubes that transport urine from kidneys to bladder  Urinary bladder - Three layers of smooth muscle, lined with epithelial cells - Stores urine (600–1,000 ml)  Urethra - Carries urine from bladder to outside of body - Two sphincters control urination

The Internal Structure of the Kidney:  Nephron: functional unit of the kidney

  • Two functional parts:
  • Tubule
  • Associated blood supply  1 million nephrons per kidney  Each nephron consists of a long thin hollow tube (tubule) plus associated blood supply  Role of nephrons: remove approximately 180 liters of fluid from the blood daily, and return most of it, minus the wastes that are excreted  Nephron structure
  • Glomerular capsule: cuplike end of nephron tubule surrounding glomerulus (network of capillaries)—this is where filtration occurs
  • Four distinct regions of tubule
  • Proximal tubule: extends from glomerular capsule to renal medulla

 Large volume filtration, yet highly selective - Impermeable to large proteins and cells  Filtration is driven by high blood pressure in glomerular capillaries  Rate of filtration is regulated in two ways - Resting rate under local control that adjusts diameter of afferent arterioles - Stress causes sympathetic nervous system to reduce blood flow to kidneys

Tubular Reabsorption Returns Filtered Water and Solutes to Blood:  One hundred percent of filtered glucose, amino acids, and bicarbonate and 50% of urea are reabsorbed  Most tubular reabsorption occurs in proximal tubule  Water reabsorption

  • Sixty-five to seventy percent occurs in proximal tubule
  • Twenty-five percent occurs in loop of Henle
  • Less than 10% occurs in distal tubule and collecting duct—but this is where water excretion is regulated  Brush border of microvilli on proximal tubule cells facilitate reabsorption  Reabsorption process starts in proximal tubule
  1. Sodium moved by active transport out of tubule cell into interstitial fluid (on capillary side)
  2. Sodium diffuses from interstitial fluid into capillary
  3. This establishes a concentration gradient favoring facilitated diffusion of sodium from lumen of tubule into proximal tubule cell
  4. Chloride passively accompanies sodium (balanced charge)
  5. Water diffuses through aquaporins from lumen to proximal tubule cell to interstitial fluid to capillary
  6. Movement of sodium provides energy to cotransport glucose and amino acids from tubule into surrounding cells
  1. Glucose, amino acids then diffuse to the interstitial fluid and capillaries Tubular Secretion Removes Other Substances from Blood: Involves the movement of materials from the peritubular capillaries or vasa recta to the tubule  Purpose: Substances secreted:

-Penicillin, cocaine, marijuana, pesticides, preservatives, hydrogen ions, ammonium, potassium

Producing a Dilute Urine: Excreting Excess Water:

 Kidneys respond to excess water by excreting it  Mechanism: -distal tubile is impermeable to water, so water is not reabsorbed here -NaCl is reabsorbed without the concurrent reabsorption of water -high-volume dilute urine is produced

Producing Concentrated Urine: Conserving Water  Too little water can lead to lower blood volume, declining blood pressure, risk of dehydration of body cells  Kidneys respond by conserving water and producing a more concentrated urine  Mechanism: -mediated by ADH (antidiuretic hormone) from the posterior pituitary gland -ADH increases permeability of the collecting ducts to water and increases conservation of water

Urination Depends on a Reflex  Micturition reflex: neural reflex that enables emptying of the bladder

  • Responds to stretch receptors in bladder wall
  • Increase in water reabsorbed by kidney
  • Decrease in urine production
  • Increase in thirst  If blood solute concentration is too low (water concentration too high), ADH secretion is reduced
  • Decrease in permeability of collecting duct to water
  • Decrease in water reabsorbed by kidney
  • Increase in urine production Decrease in thirst  Diuresis: high urine flow rate  Diuretic: any substance that increases the formation and excretion of urine
  • Lasix (furosemide): medication that reduces blood volume and blood pressure
  • Used in treatment of congestive heart failure and hypertension
  • Caffeine: inhibits sodium reabsorption
  • Alcohol: inhibits ADH release

Aldosterone Regulates Salt Balance  Blood volume control is dependent on salt balance  Aldosterone: adrenal hormone that regulates sodium excretion

  • Mechanism: increases Na+ reabsorption from distal tubule and collecting duct  Aldosterone secretion is controlled by the renin-angiotensin system

The Renin-Angiotensin System Controls Blood Volume and Blood Pressure  Aldosterone release is stimulated indirectly by decreased blood volume or blood pressure  Decreased blood volume/blood pressure causes release of renin (enzyme) from juxtaglomerular apparatus (region where afferent and efferent arterioles are in close contact with distal tubule)

 Renin cleaves inactive angiotensinogen (produced by liver), releasing angiotensin I  Angiotensin converting enzyme (ACE) in lungs converts antiotensin I (inactive peptide) to angiotensin II (biologically active peptide)

 Effects of angiotensin II: - Constricts arterioles, which raises blood pressure - Stimulates release of aldosterone from adrenal glands - Aldosterone: increases sodium reabsorption by distal tubules and collection ducts  ACE inhibitors: medication for blood pressure control  Inhibit angiotensin converting enzyme (ACE) in the lungs - Block normal production of angiotensin II - Aldosterone concentration falls - Sodium and water excretion increase - Blood volume reduced slightly - Blood vessels dilate, lowering blood pressure

Atrial Natriuretic Hormone Protects Against Blood Volume Excess  Another controller of renal sodium excretion  High blood volume stretches atria of heart  Atria secrete ANH (atrial natriuretic hormone) in response to stretching  ANH inhibits Na+ reabsorption in distal tubules and collecting ducts  Na+ excretion increases  Water follows the Na+  Effect of ANH is opposite to that of aldosterone

Kidneys Help Maintain Acid-Base Balance and Blood pH  Blood pH must stay between 7.35 and 7.  pH regulated by kidneys, buffers, lungs

 Chronic renal failure - Also known as end stage renal disease (ESRD) - ESRD: long-term, irreversible damage leading to &ampgt60% reduction in functioning nephrons - Patients may have &amplt10% normal filtering capacity - Results when  Renal tubular cells do not receive the nutrients they need  Glomerular filtration is blocked for too long - Diabetes may lead to diabetic nephropathy, which often progresses to ESRD Dialysis Cleanses Blood Artificially  Dialysis: attempts to duplicate function of healthy kidneys  CAPD: continuous ambulatory peritoneal dialysis - Can be done at home - Uses peritoneal cavity for waste and ion removal - Risk of infection  Hemodialysis - Requires several visits/week to a dialysis center - Blood is circulated through a kidney machine

Dialysis Cleanses Blood Artificially  Problems with dialysis

  • Dialysis cannot achieve complete homeostasis of ions and wastes
  • Dialysis does not replace renal hormones Kidney Transplants Are a Permanent Solution to Renal Failure  Best hope for many chronic renal failure patients  Improvements in transplant protocols/processes have improved outcomes
  • Better tissue-matching techniques
  • Improved anti-rejection medications
  • National data banks  Shortage of donated kidneys

Urinary Incontinence Is a Loss of Bladder Control  Develops with age due to aging bladder muscles  More common in women


Ver el vídeo: Funcionamiento Sistema Urinario (Agosto 2022).