Ejercicio 1Sección 7. Biología de los animales
AUTOEVALUACIÓN - Capítulo 43. Homeostasis I: excreción y balance de agua
Cuestionario:
- Distinga entre los siguientes términos: arteriola aferente/arteriola eferente; cápsula de Bowman/glomérulo; fluido extracelular/fluido intracelular; ADH/aldosterona/péptido cardíaco.
- Explique los siguientes vocablos en relación con la función renal: filtración, secreción, reabsorción y excreción.
- Dibuje las vías de la glucosa y de la urea a través del riñón humano.
- Reexamine las microfotografías de las figuras 43- 8 y 43-11 del libro. Defina la función de cada estructura visible en términos de la función general del nefrón.
- ¿Por qué una dieta rica en proteínas requiere una absorción mayor de agua? (Usted debería ser capaz de pensar en dos razones distintas). ¿Por qué una persona pierde cierta cantidad de peso después de pasar a una dieta baja en sal, aun sin reducir la incorporación calórica? Dado el hecho de que los aminoácidos que superan los requerimientos corporales son degradados en el hígado, y no almacenados, ¿cuál es la ventaja de una dieta rica en proteínas? ¿Cuál sería una desventaja?
- Los iones sodio y cloruro son bombeados activamente desde el túbulo renal hacia el túbulo contorneado proximal y la porción superior de la rama ascendente del asa de Henle. ¿De qué manera el mecanismo de transporte activo en el túbulo contorneado proximal difiere del mecanismo en la rama ascendente del asa de Henle?
- El texto afirma que el factor primario que limita la concentración de la orina es la concentración de solutos que rodean el conducto colector. ¿Por qué ocurre esto?
- En la figura 43-10 del libro, los rótulos que se encuentran dentro del túbulo indican la concentración de solutos en el filtrado en relación con su concentración en el plasma sanguíneo. A partir de la información dada acerca del movimiento de los iones y del agua, determine para cada localización marcada la concentración del filtrado en relación con la concentración del fluido intersticial que lo rodea.
- Visto en su conjunto, el riñón elimina selectivamente sustancias del torrente sanguíneo. Sin embargo, un examen más detenido revela que lo hace filtrando pequeñas moléculas a través del glomérulo y luego reabsorbiendo aquellas que son necesarias cuando el filtrado pasa a lo largo del túbulo renal. Así, el sistema no necesita identificar los desechos como tales; debe identificar solamente las sustancias útiles. ¿Por qué este dispositivo habría sido beneficioso para los mamíferos primitivos? ¿Por qué es especialmente beneficioso para los animales modernos, incluyéndonos?
- ¿Podría un ser humano sobrevivir bebiendo agua de mar? ¿Y capturando y comiendo peces óseos marinos? Explique su respuesta.
Respuestas:
1.Distinga entre los siguientes términos: arteriola aferente/arteriola eferente; cápsula de Bowman/glomérulo; fluido extracelular/fluido intracelular; ADH/aldosterona/péptido cardíaco.
La arteriola aferente es la arteriola que conduce al glomérulo, y la arteriola eferente es la arteriola que conduce afuera del glomérulo. La constricción de estas arteriolas mantiene una alta presión sanguínea dentro del glomérulo.
La cápsula de Bowman es un bulbo al comienzo del túbulo renal. Rodea al grupo de capilares conocido como el glomérulo. El fluido es forzado afuera de la sangre en los capilares de los glomérulos, y pasa a la cápsula de Bowman. De allí va al túbulo renal.
El fluido extracelular consiste en plasma (alrededor de un 7% del agua del cuerpo) y fluido intersticial (alrededor del 28% del agua del cuerpo). El fluido intersticial rodea, baña, y nutre a las células. El fluido intracelular (alrededor del 65% del agua del cuerpo) es el fluido en el interior de las células.
La ADH (hormona antidiurética) se origina en el hipotálamo, y se almacena y libera en la hipófisis posterior. Actúa sobre las membranas de los conductos colectores en los nefrones, e incrementa su permeabilidad al agua, de tal manera que más agua se mueve (por difusión) de vuelta al torrente sanguíneo desde el nefrón; esto reduce la cantidad de agua en la orina. La aldosterona, una hormona producida por la corteza suprarrenal, estimula la reabsorción de sodio y de agua desde el túbulo distal del nefrón, y estimula la secreción de potasio dentro del mismo. El péptido cardíaco, también conocido como factor natriurético atrial, es secretado por las aurículas del corazón. Inhibe la reabsorción de sodio desde el túbulo distal e incrementa la excreción tanto de sodio como de agua. Actúa directamente en los nefrones e, indirectamente, por inhibición de la liberación de aldosterona desde la corteza suprarrenal.
2.Explique los siguientes vocablos en relación con la función renal: filtración, secreción, reabsorción y excreción.
La filtración es el movimiento de fluidos que contienen moléculas pequeñas desde los capilares glomerulares a la cápsula de Bowman como resultado de la alta presión sanguínea en los glomérulos.
La secreción es el transporte activo de sustancias desde los capilares peritubulares el túbulo renal.
La reabsorción es el movimiento de sustancias desde el túbulo renal de vuelta hacia el torrente sanguíneo por medio de transporte activo y difusión dentro de los capilares peritubulares.
La excreción es la eliminación de sustancias desde el cuerpo como orina.
3. Dibuje las vías de la glucosa y de la urea a través del riñón humano.
La glucosa es filtrada desde la sangre de los glomérulos a la cápsula de Bowman. A medida que el filtrado pasa a través del túbulo del nefrón, la glucosa es reabsorbida en la sangre, y abandona el riñón por la vena renal. La glucosa no se excreta a menos que esté presente en altas concentraciones, como en la diabetes.
La urea es filtrada en la sangre de los glomérulos en la cápsula de Bowman. La urea viaja con el filtrado a través del nefrón. En la porción más baja del conducto colector, aproximadamente la mitad de la urea difunde desde el conducto colector al fluido intersticial que lo rodea, desde el cual pasa a los capilares peritubulares y de esta manera vuelve al torrente sanguíneo. La urea remanente (ahora parte de la orina) pasa al conducto colector, luego a la pelvis renal, y al uréter. Se almacena temporalmente en la vejiga, y luego es excretada desde el cuerpo a través de la uretra.
4.Reexamine las microfotografías de las figuras 43- 8 y 43-11 del libro. Defina la función de cada estructura visible en términos de la función general del nefrón.
La figura 43- 8 del libro muestra un corte transversal de un glomérulo (centro de la microfotografía), rodeado por la cápsula de Bowman (arriba y a los lados del glomérulo). El fluido desde el plasma sanguíneo es forzado a través de las paredes de los capilares glomerulares y dentro de la cápsula de Bowman. Este fluido, el filtrado, entra al túbulo proximal, visible como una extensión de la cápsula de Bowman en la esquina superior derecha de la microfotografía.
Las células en la figura 43-11 del libro, son del túbulo contorneado proximal del nefrón. El exterior del túbulo está a la izquierda de la microfotografía, adyacente a los capilares peritubulares. El lumen (cavidad) del túbulo está en la porción superior derecha de la microfotografía. Las células del túbulo absorben solutos desde el filtrado en el lumen y los transportan a los capilares. Las extensiones finas como cabellos que constituyen el borde en cepillo del lumen incrementan dramáticamente la capacidad absorbente de la célula. Las numerosas mitocondrias visibles proveen la energía para el transporte activo dentro de los capilares. Los núcleos controlan la actividad de las células en el túbulo. La sangre roja visible en los capilares provee oxígeno a las células del túbulo. Estas células también absorben algunas sustancias, tales como la penicilina, desde los capilares y las secretan en el fluido en el lumen.
5.¿Por qué una dieta rica en proteínas requiere una absorción mayor de agua? (Usted debería ser capaz de pensar en dos razones distintas). ¿Por qué una persona pierde cierta cantidad de peso después de pasar a una dieta baja en sal, aun sin reducir la incorporación calórica? Dado el hecho de que los aminoácidos que superan los requerimientos corporales son degradados en el hígado, y no almacenados, ¿cuál es la ventaja de una dieta rica en proteínas? ¿Cuál sería una desventaja?
La oxidación de las proteínas produce menos agua que la oxidación de los carbohidratos y las grasas. También, la ruptura metabólica de los aminoácidos libera desechos nitrogenados que son excretados (en los mamíferos) como urea. La urea debe ser disuelta en agua para ser excretada. Las dietas altas en proteínas incrementan la cantidad de urea producida y, por lo tanto, aumenta la cantidad de agua requerida para su excreción.
En una dieta baja en sal se pierde peso porque menos agua es retenida en los fluidos extracelulares. La pérdida de peso, sin embargo, se debe a la disminución en la retención de agua y no al metabolismo de las grasas en exceso.
Dado que los aminoácidos no usados inmediatamente después de una comida son rotos por el hígado, un individuo en una dieta alta en proteínas no tiene reservas de una determinada comida para proveer energía a lo largo de casi todo el período hasta la siguiente comida. Como resultado, las grasas almacenadas deben ser rotas para proveer energía durante este período. Por lo tanto, la ventaja de una dieta alta en proteínas es que lleva a metabolizar las grasas almacenadas. Las posibles desventajas son que una dieta alta en proteínas requiere tomar mucha agua, impone trabajo extra a los riñones, y posiblemente la falla para obtener todas las vitaminas y los minerales que vienen en una dieta balanceada.
6.Los iones sodio y cloruro son bombeados activamente desde el túbulo renal hacia el túbulo contorneado proximal y la porción superior de la rama ascendente del asa de Henle. ¿De qué manera el mecanismo de transporte activo en el túbulo contorneado proximal difiere del mecanismo en la rama ascendente del asa de Henle?
En el túbulo contorneado proximal, el transporte de proteínas en las membranas de las células del túbulo activamente bombean iones sodio desde el túbulo. Los iones cloruro siguen pasivamente por difusión y, dado que el túbulo es libremente permeable al agua, el agua también sigue pasivamente por ósmosis. En la porción superior de la rama ascendente del asa de Henle, las proteínas de transporte bombean activamente tanto iones sodio como cloruro desde el túbulo, aparentemente por un mecanismo de cotransporte. Dado que las paredes de la rama ascendente del asa de Henle son impermeables al agua, el agua no sigue a los iones sodio y cloruro afuera del túbulo.
7.El texto afirma que el factor primario que limita la concentración de la orina es la concentración de solutos que rodean el conducto colector. ¿Por qué ocurre esto?
La orina se concentra a medida que, en presencia de la hormona antidiurética (ADH), el agua se mueve por ósmosis desde el conducto colector del nefrón a la solución circundante. El agua se moverá hacia afuera del conducto solamente al punto de equilibrio osmótico. Es decir, el punto al cual las concentraciones de solutos afuera y adentro del túbulo son iguales. La orina en el conducto puede llegar a concentrarse tanto como la solución circundante al conducto y, por lo tanto, este es el primer factor limitante.
8.En la figura 43-10 del libro, los rótulos que se encuentran dentro del túbulo indican la concentración de solutos en el filtrado en relación con su concentración en el plasma sanguíneo. A partir de la información dada acerca del movimiento de los iones y del agua, determine para cada localización marcada la concentración del filtrado en relación con la concentración del fluido intersticial que lo rodea.
El filtrado en el túbulo contorneado proximal es isotónico con relación al fluido intersticial. Permanece isotónico mientras los iones sodio son bombeados desde el túbulo y los iones cloruro y el agua siguen pasivamente por difusión y ósmosis. A medida que el filtrado se mueve abajo por la rama descendente del asa de Henle, pasa a través de una zona en la cual el fluido intersticial se torna progresivamente más concentrado. El filtrado es hipotónico con relación al fluido intersticial, y el agua difunde afuera del túbulo hacia el fluido intersticial. En la curva en el asa de Henle el filtrado es isotónico con relación al fluido intersticial.
A medida que el filtrado se mueve hacia arriba por la rama ascendente del asa de Henle, las sales (pero no el agua) se mueven desde el filtrado hacia el fluido intersticial, y el filtrado una vez más se vuelve hipotónico con relación al fluido intersticial. El filtrado permanece hipotónico a medida que pasa a través del túbulo contorneado distal, y algo de agua se mueve por ósmosis desde el túbulo hacia el fluido intersticial. A medida que el filtrado se mueve hacia abajo del conducto colector, permanece hipotónico con relación al fluido intersticial, pero si ADH está presente, el agua se mueve por ósmosis desde el ducto colector al fluido intersticial, y hacia el final del ducto colector la orina dentro del ducto es isotónica con relación al fluido intersticial circundante.
9.Visto en su conjunto, el riñón elimina selectivamente sustancias del torrente sanguíneo. Sin embargo, un examen más detenido revela que lo hace filtrando pequeñas moléculas a través del glomérulo y luego reabsorbiendo aquellas que son necesarias cuando el filtrado pasa a lo largo del túbulo renal. Así, el sistema no necesita identificar los desechos como tales; debe identificar solamente las sustancias útiles. ¿Por qué este dispositivo habría sido beneficioso para los mamíferos primitivos? ¿Por qué es especialmente beneficioso para los animales modernos, incluyéndonos?
Este arreglo fue beneficioso para los mamíferos primitivos a causa de su eficiencia y por su función protectora. El sistema tenía que identificar solamente unas pocas sustancias en lugar de muchas, y todas las que no eran identificadas como útiles eran automáticamente excretadas. A medida que los mamíferos primitivos probaron nuevas fuentes de alimento, las cuales tal vez llevaron a la formación de nuevos productos de desecho, los desechos sin utilidad (y quizás probablemente perjudiciales) eran excretados sin ningún gasto extra de energía por parte del animal. Estos productos no tenían la oportunidad de acumularse adentro del animal y dañarlo. Si el sistema hubiera identificado desechos en lugar de sustancias útiles, un tremendo grado de variabilidad y/o adaptación habría sido necesario, requiriendo una gran inversión de energía.
Los mamíferos modernos, incluyéndonos a nosotros mismos, viven en un ambiente en el cual compuestos nuevos y sintéticos están presentes en cantidades crecientes y en variedad. Tal arreglo es una gran protección contra la acumulación de materiales potencialmente tóxicos dentro del cuerpo.
10.¿Podría un ser humano sobrevivir bebiendo agua de mar? ¿Y capturando y comiendo peces óseos marinos? Explique su respuesta.
No. Una persona no podría sobrevivir tomando agua del mar. El agua del mar es hipertónica a los fluidos del cuerpo y extraería agua de los tejidos del cuerpo. Mientras más agua de mar tome una persona, más deshidratada estará. Si la persona capturara y comiera peces óseos marinos (cuyos fluidos tienen una concentración de aproximadamente 1/3 del agua de mar), él o ella tampoco sobreviviría. En una dieta alta en proteínas, una gran cantidad de desechos nitrogenados (urea) sería producida, y tendría que ser disuelta en agua para su excreción. La oxidación de las proteínas no produce el agua suficiente, y la persona moriría de deshidratación.
Si, sin embargo, la persona resistiera la tentación de comer la carne del pescado y, en vez de ellos, tomara al pescado y lo retorciera hasta poder beber los fluidos de sus tejidos, él o ella podría evitar la deshidratación. La mejor apuesta, sin embargo, sería construir un destilador solar, lo cual podría hacer con una vasija, una taza, un pedazo de plástico transparente, una balanza, y algunas cuerdas o sogas.
