La excreción y el aparato urinario

El proceso de excreción es aquel por el cual los organismos son capaces de eliminar los productos de desecho que se originan en los distintos procesos metabólicos. Las sustancias que se eliminan son las potencialmente peligrosas para las diferentes actividades vitales. De ese modo, se mantiene el equilibrio interno y el funcionamiento celular es el adecuado. Es un proceso imprescindible para el ser humano.

El concepto de excreción se puede definir como la separación y posterior eliminación por parte de las células y de los tejidos orgánicos de los diferentes materiales de desecho o de sustancias tóxicas. Existen términos similares, como egestión y eliminación. Por egestión se entiende el proceso mediante el cual se expulsan sustancias que no sirven o que el aparato digestivo no puede digerir. La eliminación consiste en un conjunto de mecanismos, de distinta complejidad, gracias al cual las células eliminan sus desechos. En muchas ocasiones este último término se utiliza como sinónimo de excreción.

En el proceso excretorio participan una serie de sistemas y aparatos coordinados, mediante los cuales el organismo se deshace de productos que no le sirven, de sustancias tóxicas o de estructuras muertas. En dicho proceso participan: el aparato respiratorio (los pulmones se encargan de la eliminación de los gases tóxicos, principalmente el dióxido de carbono); el aparato digestivo (las distintas partes del intestino grueso tienen como función la formación y evacuación de las heces); la piel, a través de la cual se elimina calor, y el sistema urinario. Este último incluye una serie de estructuras completamente especializadas en el proceso de eliminación cuya función consiste en la formación de la orina. Entre ellas se incluye un sistema de filtrado y reciclaje de sustancias (los riñones) y otro de conducción de los residuos hasta el exterior, formado por los uréteres, la vejiga de la orina y la uretra.

El proceso de excreción

El ser humano y, en general, todos los animales, ingieren alimentos a partir de los cuales obtienen la energía y los componentes estructurales (principalmente proteínas) que necesitan para llevar a cabo sus distintas funciones. Una vez realizados los procesos necesarios, los materiales que no se pueden utilizar y también los productos tóxicos formados durante la obtención de energía son eliminados del organismo.

Tan necesaria para la vida es una correcta alimentación como la adecuada eliminación de los residuos y de los productos tóxicos derivados de la digestión y de los procesos metabólicos.

Tan necesaria para la vida es una correcta alimentación como la adecuada eliminación de los residuos y de los productos tóxicos derivados de la digestión y de los procesos metabólicos.

A modo ilustrativo podría decirse que el proceso es similar al de un vehículo que necesita combustible para funcionar. Éste se introduce en el motor donde es quemado y parte de la energía generada se utiliza para que el coche se mueva. Al mismo tiempo, se producen gases tóxicos y otros productos derivados de la combustión que deben eliminarse correctamente. Del mismo modo, los productos de desecho derivados de la digestión y utilización de los alimentos como fuentes energéticas deben ser correctamente eliminados, ya que, en caso contrario, pueden terminar alterando funciones vitales, igual que los gases de la combustión pueden reducir el rendimiento del motor del vehículo e incluso bloquearlo completamente. Además, algunos de los productos originados durante el metabolismo pueden ser tóxicos por sí mismos y deben eliminarse al mismo ritmo que se producen. Todo esto implica que la excreción de los productos de desecho procedentes de las células vivas debe tener lugar de modo continuo para asegurar el avance correcto de todos los procesos químicos.

Otro buen ejemplo para entender el proceso de excreción consiste en comparar el organismo individual con los habitantes de una ciudad y considerar a cada una de las células como un núcleo familiar. Es bien sabido que para mantener el estado de salud adecuado de una población es fundamental la recogida y eliminación de los residuos generados por los individuos que la forman; de igual manera, el organismo debe eliminar los desechos producidos por cada una de las células, ya que si se acumulan mucho, la actividad puede alterarse significativamente, como ocurriría con la salubridad de una ciudad en la que se acumularan basuras por encima de un nivel tolerable.

Tipos de productos de desecho

Los productos de desecho se pueden clasificar en: metabólicos, cuando proceden de procesos químicos celulares, y no metabólicos, cuando simplemente llegan a través del aparato digestivo y no participan en ningún proceso vital.

Este último grupo lo constituyen principalmente las sustancias que, debido a su estructura química, no pueden ser digeridas por el organismo. También se incluye dentro de los desechos no metabólicos cualquier sustancia que, aún siendo útil, excede las necesidades y la capacidad de almacenaje del organismo. Cualquiera de estos desechos debe ser excretado casi inmediatamente. Algunos ejemplos son determinadas fibras vegetales que el organismo no puede utilizar ni degradar y elimina a través de las heces o el calcio ingerido en exceso, que no puede almacenarse más y se elimina a través de la orina.

Los residuos metabólicos pueden clasificarse a su vez en: sustancias gaseosas, líquidas, sólidas y calor. El calor, aunque con frecuencia no se considera un producto de desecho, sí debe entenderse como tal ya que se origina durante los distintos procesos metabólicos y debe eliminarse correctamente para evitar un aumento indebido de la temperatura corporal (en el hombre, ésta debe mantenerse en torno a los 36,5 °C).

Residuos gaseosos. Durante su actividad normal, la célula utiliza el oxígeno que, junto a los nutrientes de los alimentos, le permite obtener la energía necesaria para sus procesos vitales. Después de las distintas funciones metabólicas el principal gas que se produce como residuo es el dióxido de carbono, que debe ser eliminado para mantener unas concentraciones orgánicas lo suficientemente bajas como para carecer de toxicidad.

En el proceso de eliminación de este gas participan el sistema circulatorio (la hemoglobina de la sangre transporta esta sustancia desde su lugar de formación en la célula hasta el lugar de eliminación) y el sistema respiratorio (en las estructuras pulmonares denominadas alveolos se produce la excreción del dióxido de carbono al aire espirado).

Residuos líquidos. El único desecho líquido que se produce en el organismo es el agua, la cual se elimina principalmente a través de la orina. Los órganos encargados de regular su excreción son los riñones.

Residuos sólidos. Existen distintos tipos de sustancias que pueden considerarse desechos sólidos. El principal grupo lo constituyen los derivados nitrogenados, productos que aparecen durante el metabolismo de las proteínas y de los aminoácidos.

Las proteínas de la dieta y, una vez digeridas éstas, los aminoácidos, son utilizados por el organismo para la construcción y el mantenimiento de los tejidos. Pero en gran medida, también se emplean para la obtención de la energía necesaria para otras funciones vitales. Es en este proceso cuando se forman compuestos nitrogenados, principalmente amoniaco. Esta sustancia es bastante tóxica para el organismo y debe ser eliminada de un modo adecuado. Para ello, será procesada hasta convertirse en urea y se evacuará principalmente en forma de orina. Otros residuos sólidos se excretan a través de las heces.

Mecanismos de eliminación de residuos

Los productos de desecho de los vertebrados (entre ellos el hombre) se diferencian poco de los de los invertebrados; sin embargo, los animales superiores, debido al aumento de la complejidad y el tamaño de sus organismos y también a la necesidad de efectuar importantes adaptaciones ambientales, necesitan mecanismos específicos de eliminación de desechos para conseguir el mantenimiento constante de las funciones internas (v. tabla 1).

Tabla 1. Tipos de residuos y órgano que lo elimina.

La eliminación de los desechos, sean o no de origen metabólico, incluye procesos pasivos y activos. Los procesos pasivos son aquellos en los cuales no existe gasto de energía por parte del organismo; el mejor ejemplo es la eliminación de dióxido de carbono a través de los pulmones. En los procesos activos sí se produce un gasto energético y, antes de que tenga lugar la excreción es preciso que los productos de desecho y las sustancias necesarias se hayan separado.

Los mecanismos de eliminación también se clasifican en específicos y no específicos. Los primeros implican al aparato urinario, al digestivo, y al sistema respiratorio. Estos mecanismos especializados permiten que los desechos sean transportados rápidamente hacia el exterior del cuerpo. Los segundos hacen referencia al procesado y eliminación de restos de células muertas y de sustancias ajenas al organismo (principalmente restos de bacterias o virus procedentes de un proceso infeccioso), así como al control de la temperatura corporal mediante la eliminación del calor.

A través de la orina se eliminan del organismo numerosas sustancias, entre ellas los restos de muchos medicamentos cuya acumulación sería nociva para la salud.

El proceso de eliminación en el aparato urinario o excretor. El aparato urinario se encarga de elaborar la orina. Gracias a ella se eliminan productos de desecho procedentes del metabolismo del nitrógeno, principalmente urea y, en mucha menor medida, ácido úrico y creatinina; también se elimina el exceso de sales minerales y de agua del organismo y otras sustancias procedentes de reacciones vitales. Asimismo, muchos fármacos son excretados a través de la orina.

El aparato urinario está formado por los riñones, los uréteres, la vejiga y la uretra. En ocasiones se denomina genitourinario, ya que comparte algunos órganos con el genital y ambos se desarrollan a partir de estructuras comunes en el feto.

Los riñones son dos órganos (derecho e izquierdo) que se localizan en la zona media del abdomen y cuya función es imprescindible para el organismo. Tienen forma de judía y miden alrededor de 10 cm de longitud en una persona adulta. Se encargan de formar la orina a través de la cual se eliminan sustancias tóxicas y se regula la cantidad de agua necesaria para mantener correctamente las funciones vitales del organismo. Por ejemplo, en situaciones de altas temperaturas donde una persona pueda estar perdiendo líquidos a través del sudor o después de periodos relativamente largos en los cuales un individuo no haya bebido agua, el riñón retendrá más líquido para compensar la posible deficiencia.

La sangre llega a través de las arterias renales, y una vez realizado el proceso de filtrado vuelve a la circulación general por las venas renales. Cada uno de los riñones está formado por aproximadamente un millón de unidades funcionales, que reciben el nombre de nefronas. Éstas a su vez están constituidas por una estructura de filtración, que se denomina glomérulo, y por unos conductos muy pequeños, que se llaman túbulos. Al glomérulo llega un conjunto de capilares sanguíneos que aportan un flujo continuo de sangre que va filtrándose a la nefrona, donde empieza la eliminación de agua y de sustancias disueltas que continúa a lo largo del túbulo. Comienza a formarse así la orina.

Los túbulos de diferentes nefronas se van uniendo para formar tubos o canales de mayor diámetro. A medida que los canales son más gruesos avanzan hacia el interior del riñón hasta llegar a una zona común para todos que constituye la zona central del órgano y que se denomina pelvis renal. La parte más externa del riñón, donde se encuentran las nefronas, se llama corteza y la zona más central, próxima a la pelvis, se denomina médula.

Esquema de los aparatos urinarios masculino y femenino y detalle de un corte del riñón derecho en el que se aprecian sus estructuras básicas.

El proceso de excreción llevado a cabo por los riñones no puede considerarse pasivo ya que requiere un aporte energético importante. El mecanismo de formación de la orina lo constituyen tres procesos diferentes: filtración, reabsorción y secreción.

Inicialmente la orina se forma mediante la filtración de la sangre. Del total de la orina filtrada en los glomérulos (orina primaria) solamente el uno por ciento alcanza la pelvis renal, aunque sí contiene prácticamente todos los residuos nitrogenados iniciales (como el proceso de filtrado no es selectivo, todas las sustancias por debajo de un tamaño determinado pasan a formar parte de la orina primaria). No todas esas sustancias deben ser eliminadas o al menos no totalmente.

Esta orina primaria sufrirá un segundo proceso que se denomina reabsorción, por el cual la sangre recupera parte de esos compuestos que no deben eliminarse. A este nivel se reabsorbe aproximadamente el 80% del agua filtrada y se recuperan sustancias vitales para el organismo como, por ejemplo, la glucosa o determinados aminoácidos. Por otro lado existen sustancias que no son filtradas inicialmente pero que, si deben eliminarse, lo harán en la tercera fase de formación de la orina. Esta última fase se llama secreción. Tanto el proceso de reabsorción como el de secreción se producen a lo largo del túbulo de la nefrona.

Todos los conductos del riñón se unen y salen de éste por unos canales (al igual que los riñones, uno derecho y otro izquierdo) que se denominan uréteres. Son estructuras de muy pequeño diámetro. La función de los uréteres es permitir la salida de la orina ya formada en los riñones hacia otra estructura que hará las funciones de recipiente, la vejiga.

La vejiga podría compararse con un globo que se encarga de almacenar la orina hasta su eliminación. Se encuentra en la pelvis y está constituida por paredes musculares muy elásticas, lo que le permite albergar una cantidad importante de líquido. La salida de la vejiga está regulada por un esfínter que se controla de modo voluntario. En condiciones normales, este esfínter mantiene cerrada la salida e impide que la orina se escape de manera no deseada. Cuando la vejiga está suficientemente llena, la dilatación de las paredes y la presión sobre el esfínter envían una señal al cerebro que provoca en el individuo la necesidad de orinar. La persona puede voluntariamente abrir ese esfínter mientras las paredes de la vejiga se contraen de forma involuntaria para permitir que la orina pase al siguiente tramo del aparato urinario, la uretra.

La uretra es simplemente un tubo que comunica la vejiga con el exterior. En el hombre es más larga que en la mujer y forma parte del aparato genital o reproductor ya que también es el camino que recorren los espermatozoides desde los testículos hasta el exterior. En la mujer, el extremo final de la uretra también presenta un esfínter que se controla de modo voluntario. El orificio de salida de la uretra se denomina meato urinario.

El proceso de eliminación de la orina al exterior se denomina micción.

El proceso de eliminación en el aparato digestivo. El aparato digestivo es prácticamente la única vía para la eliminación de residuos sólidos no digeribles. Este proceso se denomina egestión. Las sustancias excretadas de este modo nunca llegan a formar parte de los tejidos de la persona pero sí sufren un proceso enzimático y de absorción a lo largo del tracto digestivo. Sin embargo, a través de la bilis también se eliminan residuos metabólicos como tales que desembocan en el intestino y se expulsan con las heces. Los principales desechos de este tipo son los procedentes de la destrucción de las células de los distintos órganos y sistemas, la cual produce la formación de pigmentos biliares (restos de hemoglobina y otros pigmentos) que son eliminados por el aparato digestivo. También se eliminan por esta vía los fármacos (o sus restos) metabolizados en el hígado.

Se trata de un proceso que requiere un mínimo gasto de energía salvo el empleado en el movimiento de los distintos tramos del intestino para hacer transitar los productos hasta el final del aparato digestivo.

Esquema del sistema respiratorio y, en detalle, los alveolos, estructuras de tamaño microscópico y forma arracimada que se encuentran en los pulmones y donde el dióxido de carbono transportado hasta allí por la sangre es expulsado del organismo mediante la espiración.

La zona del tracto digestivo involucrada en el proceso de egestión es el intestino grueso. Éste mide aproximadamente 2 metros de largo y está constituido por el ciego, el colon (que se divide en cuatro partes: ascendente, transverso, descendente y sigmoide) y el recto. En estas zonas se produce una absorción de agua muy importante, principalmente a nivel de colon transverso, lo que provoca que los residuos se solidifiquen y se eliminen en forma de heces. Los restos de alimento una vez que llegan al intestino grueso no pueden volver hacia atrás por la presencia de un esfínter muscular localizado al final del íleon (último segmento del intestino delgado). Una vez retirada el agua, los residuos sólidos se acumulan en el colon descendente y se movilizan hacia el recto, preparándose para su eliminación. Cuando la cantidad de desechos es suficiente se evacua a través del orificio final del tracto digestivo, que se denomina ano. En esta zona existe un esfínter que se controla de modo voluntario y que impide la eliminación de heces de forma no deseada. El proceso de eliminación de las heces se conoce con el nombre de defecación.

El movimiento del intestino grueso es mucho más lento que el de otras partes del tracto digestivo. Los productos de desecho pueden tardar de 10 a 20 horas en atravesarlo.

El proceso de excreción en el aparato respiratorio. El sistema respiratorio es la principal vía para la eliminación de los gases residuales que se producen durante el metabolismo celular (principalmente dióxido de carbono). Una vez producido en las células, el gas sale hacia la circulación sanguínea, donde es recogido por los glóbulos rojos y se une a la hemoglobina. Esta proteína se encarga de su transporte en la sangre. De esta forma, llega a los pulmones y a nivel de los alveolos (estructuras en forma de saco que constituyen la parte final del sistema respiratorio) pasa a las vías respiratorias y es eliminado mediante la espiración.

Muchos procesos infecciosos de origen bacteriano producen sustancias tóxicas en el organismo que son eliminadas gracias a los procesos de excreción.

El paso del dióxido de carbono hacia la sangre y luego de ésta a los alveolos es un proceso sencillo que supone un gasto energético mínimo.

Procesos de eliminación inespecíficos. En el organismo existen componentes de la sangre que se encargan de recoger los residuos originados después de la destrucción de las células muertas o a partir de partículas extrañas que penetran en el organismo. Asimismo, durante los procesos metabólicos normales pueden aparecer sustancias tóxicas. Algunas de ellas se eliminan en su forma química original, como algunos compuestos nitrogenados, mientras que otras sufren procesos bioquímicos que las convierten en productos menos tóxicos. De cualquier modo, los residuos iniciales pueden acumularse en el organismo hasta su eliminación sin que provoquen efectos perjudiciales. También pueden aparecer sustancias tóxicas que se hayan introducido en el cuerpo de modo inadvertido o que hayan sido producidas por la actividad bacteriana (por ejemplo, a causa de una infección). Éstas suelen transformarse en elementos inocuos mediante la acción de distintas enzimas y de los anticuerpos. De este modo pueden evacuarse de modo seguro junto a otros residuos por las vías de excreción habituales.

Cuando el organismo necesita perder calor, el flujo sanguíneo a la piel se incrementa, las glándulas sudoríparas se activan y se produce el sudor con la consiguiente pérdida calorífica, normalmente, por evaporación.

El exceso de calor producido en los distintos procesos metabólicos también debe eliminarse para que el organismo sea capaz de mantener la temperatura corporal dentro de los valores normales. El calor es conducido por el sistema circulatorio hacia la superficie del cuerpo donde se perderá por distintos mecanismos. Cuando la temperatura interna aumenta, las glándulas productoras de sudor (sudoríparas), que se reparten a lo largo de todo el organismo, se encargan de eliminar agua (sudor) que, al evaporarse, permiten la pérdida de calor y el buen control de la temperatura (termorregulación).