El Aparato Excretor y la Función de Relación en los Animales

El Aparato Excretor

En el metabolismo celular se forma una serie de sustancias que deben ser expulsadas del organismo, pues algunas de ellas son muy tóxicas, como los desechos nitrogenados. Otras no lo son, pero pueden suponer un problema para el animal, dependiendo de su hábitat, como son las sales minerales para animales acuáticos. Muchos desechos metabólicos se expulsan a través de la piel, incluso en animales muy evolucionados. Sin embargo, aparecen estructuras especializadas en la filtración del medio interno que, además de expulsar sustancias tóxicas, controlan los parámetros de agua, sales minerales y nutrientes en el interior del animal.

La expulsión de nitrógeno puede realizarse mediante distintas formas moleculares, como son el amoniaco, la urea o el ácido úrico.

• La expulsión en forma de amoniaco implica la posibilidad de capturar abundante cantidad de agua de manera constante, puesto que el amoniaco debe ser expulsado inmediatamente y disuelto en agua. Si esto no fuera así, el animal moriría. Por ello, los animales que expulsan amoniaco como producto de desecho nitrogenado son animales que viven en agua, como los peces osteictios. Este tipo de animales reciben el nombre de amoniotélicos.
• Los tiburones y las rayas, anfibios en fase adulta, tortugas y mamíferos expulsan urea como producto nitrogenado de desecho. Estos animales reciben el nombre de ureotélicos. La urea se forma cuando los radicales amina se unen al carbono. Esta sustancia, pese a ser tóxica, puede ser almacenada en el interior del animal siempre que esté disuelta en abundante agua.
• Animales que necesitan restringir la pérdida de agua, como insectos o reptiles, o que no pueden acumular grandes cantidades de agua debido a su modo de vida, como las aves, expulsan ácido úrico como sustancia nitrogenada de desecho. Estos animales reciben el nombre de uricotélicos. Esta sustancia se expulsa en forma sólida y no produce pérdida de agua.

Sistemas Excretores en Invertebrados

Los animales diblásticos eliminan las sustancias nitrogenadas por difusión. Este sistema también es seguido por animales triblásticos simples. Sin embargo, es más habitual la presencia de estructuras específicas que cumplen esa función. Podemos encontrar protonefridios, metanefridios, tubos de Malpighi, glándulas verdes y glándulas coxales.

Protonefridios

Son estructuras sencillas que aparecen en acelomados o pseudocelomados. Hay dos tipos de protonefridios:

• Células flamígeras: son células grandes con cilios. Conectan unas células del interior del cuerpo con el exterior mediante un pequeño conducto. Los productos nitrogenados pasan de una célula a otra, hasta llegar a la célula flamígera que lo expulsa al exterior, gracias a la corriente que crea el movimiento de los cilios.
• Solenocitos: son células grandes, flageladas, con un collarete. Se asocian unas células con otras formando una cámara a la que se expulsan las sustancias nitrogenadas, que salen al exterior, gracias a la acción de los flagelos.

Metanefridios

Aparecen en anélidos, moluscos y algunos artrópodos. Son tubos enrollados, con dos aberturas. Un extremo es el nefrostoma, que está en contacto con la cavidad celómica y extrae de ésta todo tipo de sustancias. En el tubo del metanefridio, llamado nefroducto, se produce la reabsorción de los compuestos útiles para el animal. Las sustancias tóxicas se expulsan al exterior a través del nefroporo.

Tubos de Malpighi (o Malpigio)

Esta estructura aparece en insectos. Son túbulos con un extremo cerrado y otro abierto al tramo final del intestino del animal. Capta sustancias de la cavidad interna y las expulsa al intestino. En esta zona se reabsorben las sustancias útiles y se expulsan al exterior los desechos nitrogenados.

Glándulas verdes (o antenales)

Aparecen en crustáceos. Se encuentran situadas debajo de las antenas. Están formadas por un saco que recoge los compuestos tóxicos, un largo tubo que termina en la vejiga, que es una zona ensanchada donde se acumulan las sustancias nitrogenadas, que se expulsan a través del nefridioporo.

Glándulas coxales

Son estructuras similares a las glándulas verdes de crustáceos, que aparecen en arácnidos. Se encuentran al lado de las coxas, que son los primeros artejos de las patas.

La Excreción en Vertebrados

Muchas estructuras corporales pueden cumplir la función de excreción de sustancias tóxicas. Entre ellas, cabe citar la piel, que mediante las glándulas exocrinas puede verter disueltas sustancias al exterior. También, el aparato respiratorio, además de expulsar CO2, residuo metabólico de la actividad celular, vierte, disperso en la humedad del aire, otras sustancias que el organismo no desea. Sin embargo, los vertebrados poseen órganos específicos para la eliminación de sustancias nitrogenadas. Además, asociada con esta función, igual que en otros animales, el sistema excretor mantiene constantes en el medio interno los niveles de ciertas sustancias esenciales para la vida. Los órganos encargados de llevar a cabo estas funciones son los riñones. Son órganos pares, formados por túbulos renales. Existen tres tipos de estructuras filtradoras:

Pronefros

Son estructuras que aparecen en los embriones de vertebrados. Están constituidos por gran cantidad de nefrostomas que se unen a un tubo mayor, denominado uréter. Los nefrostomas recogen líquido filtrado de un glomérulo, formado por capilares.

Mesonefros

Aparecen en peces y anfibios en la fase adulta y en embriones de reptiles, aves y mamíferos. El riñón está constituido por un gran número de túbulos que, en su zona inicial, en contacto con el sistema circulatorio, poseen un tramo ensanchado denominado cápsula de Bowman. Cerca de esta cápsula aparece un nefrostoma atrofiado. La cápsula de Bowman absorbe el líquido que se filtra de los capilares del glomérulo. Los anfibios, como otros animales, utilizan, además de sus estructuras renales, glándulas de la piel para expulsar sustancias tóxicas.

Metanefros

Aparece en reptiles, aves y mamíferos. El riñón está constituido por unos túbulos denominados nefronas. Las nefronas son tubos que se dividen en las siguientes partes:

• Cápsula de Bowman: es una zona inicial ensanchada, que recoge el líquido que se filtra de los capilares del glomérulo.
• Túbulo contorneado proximal: zona tortuosa donde se produce la reabsorción de sustancias disueltas en el líquido filtrado y que son necesarias para el organismo, por lo que pasan de nuevo a la sangre.
• Asa de Henle: es un tramo estrecho y curvado, donde se concentra el líquido que circula por la nefrona. Está rodeado de vasos sanguíneos.
• Túbulo contorneado distal: es otra zona tortuosa, donde continúa la reabsorción de sustancias y aumenta la concentración del líquido circulante. Desemboca en el túbulo colector.

La Función de Relación

El medio en el que viven los animales está en continuo cambio. Muchos de esos cambios son detectados por los animales mediante los órganos de los sentidos. Los cambios detectados que inducen la elaboración de una respuesta se denominan estímulos. Los estímulos pueden provenir del interior del animal, como la sensación de hambre o dolor, o producirse en el exterior, como los cambios de temperatura o de luz. Pueden ser elaborados por animales de su misma especie, como gritos de peligro o la exhibición de colores vistosos por el sexo contrario, o producidos por animales de distinta especie, como la producción de sustancias olorosas para marcar el territorio o sonidos característicos.

Las respuestas frente a un estímulo pueden ser:

• positivas, si el animal se acerca al estímulo, o negativas, si el animal se aleja del estímulo,
• externas, como defensa o ataque, o internas, como la producción de hormonas.

Para poder detectar estos estímulos, el animal dispone de sentidos que recogen información visual, táctil, auditiva o química, y órganos efectores para realizar respuestas adecuadas. Los sistemas de coordinación integran la información recibida y elaboran la respuesta que deben llevar a cabo los órganos efectores. Estos sistemas de coordinación son el sistema nervioso y el sistema endocrino.

En animales con un sistema nervioso muy evolucionado, aparecen células protectoras de las neuronas que las alimentan. Estas células forman un esqueleto de sostén, o evitan la propagación de impulsos nerviosos por zonas no deseadas. Se denominan glías.

El Impulso Nervioso

La información se transmite mediante cambios de polaridad en las membranas de las células, debido a la presencia de neurotransmisores que alteran la concentración iónica del interior celular. En animales poco evolucionados, la transmisión del impulso nervioso se genera sin presencia de neurotransmisores. Además, en el interior de la neurona existen proteínas e iones con carga negativa. Esta diferencia de concentración de iones produce también una diferencia de potencial entre el exterior de la membrana y el interior celular. El valor que se alcanza es de unos -70 milivoltios (negativo el interior con respecto al valor de cargas positivas del exterior). Esta variación entre el exterior y el interior se alcanza por el funcionamiento de la bomba de sodio/potasio (Na+/K+)

La bomba de Na+/K+ gasta ATP. Expulsa tres iones de sodio que se encontraban en el interior de la neurona e introduce dos iones de potasio que se encontraban en el exterior. Los iones sodio no pueden volver a entrar en la neurona, debido a que la membrana es impermeable al sodio. Por ello, la concentración de iones sodio en el exterior es elevada. Además, se pierden 3 cargas positivas cada vez que funciona la bomba de Na+/K+, aunque entren dos cargas de potasio. Esto hace que en el exterior haya más cargas positivas que en el interior, creando una diferencia de potencial. Se dice que la neurona se encuentra en potencial de reposo, dispuesta a recibir un impulso nervioso.

Cuando el impulso nervioso llega a una neurona en estado de reposo la membrana se despolariza, abriéndose los canales para el sodio. Como la concentración de sodio es muy elevada en el exterior, cuando los canales para el sodio se abren se invierte la polaridad, con lo que el interior de la neurona alcanza un valor electropositivo, respecto del exterior. Si la despolarización provoca un cambio de potencial de 120 milivoltios más de los que tenía el interior se dice que se ha alcanzado el potencial de acción, que supone la transmisión del impulso nervioso a la siguiente neurona, ya que se crean las condiciones necesarias en el interior celular como para poder secretar neurotransmisor a la zona de contacto entre neuronas.

La transmisión del impulso nervioso sigue la Ley del todo o nada. Esto quiere decir que si la despolarización de la membrana no alcanza un potencial mínimo, denominado potencial umbral, no se transmite el impulso nervioso, pero, aunque este potencial sea rebasado en mucho, sólo se envía un impulso nervioso, siempre de la misma intensidad.

Sinapsis

Las neuronas, en la mayor parte de los animales, no se encuentran físicamente unidas. Existe un pequeño espacio entre ellas, llamado hendidura sináptica, al que se vierte el neurotransmisor desde la membrana presináptica, membrana de la neurona que envía el impulso nervioso, a la membrana postsináptica, membrana de la neurona que recibe el impulso nervioso. El neurotransmisor es la molécula responsable de despolarizar la membrana de la neurona que recibe el impulso nervioso, abriendo los canales para el sodio que permanecían cerrados. Una vez que la neurona emite el impulso nervioso debe volver al inicial potencial de reposo. Para ello, la membrana se repolariza, cerrándose los canales para el sodio que estaban abiertos por la presencia del neurotransmisor. El neurotransmisor es destruido por acción enzimática y el potencial de reposo se alcanza al expulsar el sodio la bomba de Na+/K+.

El Sistema Nervioso

El sistema nervioso es un sistema de coordinación. Recoge la información recibida por los sentidos, la procesa y elabora la respuesta adecuada que deben realizar los órganos efectores. El sistema nervioso genera respuestas rápidas que transmite por impulsos nerviosos a los músculos, lisos o estriados, produciendo un movimiento. Este movimiento puede aplicarse sobre los huesos o sobre órganos internos, como el corazón, el intestino o las glándulas.

La Neurona

El sistema nervioso está formado por un conjunto de células que se conectan entre sí mediante sinapsis, transmitiendo información de unas a otras. Estas células reciben el nombre de neuronas. La neurona es la unidad estructural y funcional del sistema nervioso. En su estructura se puede distinguir:

• El cuerpo neuronal, que es la zona más ancha. En este lugar se encuentran casi todos los orgánulos celulares.
• Las dendritas, que son prolongaciones del cuerpo celular. Suelen ser numerosas. Se unen con otras neuronas y son las que reciben el impulso nervioso.
• Los axones, son prolongaciones del cuerpo celular. Generalmente se presenta uno por cada neurona, aunque pueda ramificarse en la zona final. El axón envía el impulso nervioso a otra neurona o al órgano efector.

Según la función que realizan, las neuronas pueden clasificarse en:

• Sensitivas, si reciben información que trasladan al sistema nervioso central,
• De asociación, que unen unas neuronas con otras,
• Motoras, si conectan con un órgano efector,
• Mixtas, si realizan funciones sensitivas y motoras.

Tipos de Sistemas Nerviosos

Los animales presentan distintos tipos de sistemas nerviosos. Encontramos sistemas tan sencillos como los de Cnidarios o tan complejos como los de vertebrados. Las posibilidades radican en la presencia de una red difusa, un sistema nervioso ganglionar ventral, un sistema radial o un sistema formado por un tubo neural dorsal.

Red difusa

Los Cnidarios poseen células nerviosas situadas en la epidermis. El impulso nervioso se expande en todas direcciones. Esto es debido a que la neurona transmite información en las dos direcciones. Animales más evolucionados tienen neuronas polarizadas, con una parte que recoge la información y otra que la envía.

Sistema nervioso ganglionar ventral

En este modelo el sistema nervioso se localiza en la zona ventral del cuerpo, en el mismo plano donde se sitúa la boca. Está formado por ganglios, que son aglomeraciones de neuronas, y cordones nerviosos, que están formados por las prolongaciones de las neuronas.

En Platelmintos observamos dos ganglios en la zona anterior del cuerpo, que son los ganglios cefálicos. Éstos se continúan por cordones nerviosos, llamados conectivos, que enlazan con los demás pares de ganglios, que inervan todo el cuerpo a lo largo de toda la zona ventral del animal. Existen cordones secundarios, llamados comisuras, que inervan la pareja de ganglios de cada zona del cuerpo. El sistema completo da una estructura en forma de escalera de nudos, con los peldaños formados por las comisuras y los conectivos formando los pasamanos. Los nudos son los ganglios nerviosos.

En Moluscos aparece un anillo periesofágico, en torno al tubo digestivo, con tres ganglios cerebroideos. De esta zona sale un par de cordones nerviosos que inervan el pie y otro par la masa visceral. En Cefalópodos el sistema nervioso es más evolucionado y sólo posee dos cordones nerviosos que parten de un cerebro muy avanzado.

En Anélidos existen dos ganglios cerebroideos unidos. Estos ganglios se continúan por una cadena ganglionar ventral formada por fusión de los pares de ganglios en cada metámero, por lo que pierde el aspecto de "escalera de nudos".

En Artrópodos el sistema nervioso aumenta la concentración ganglionar, principalmente en la zona cefálica, debido al desarrollo de los órganos de los sentidos. Aparece un cerebro formado por tres ganglios unidos, llamados

• Protocerebro, que inerva los ojos,
• Deutocerebro, que recibe la información de las antenas y los órganos olfatorios, y
• Tritocerebro, que controla las piezas bucales.

Después de este tercer ganglio continúa una cadena ganglionar ventral muy concentrada, que controla, de forma independiente del cerebro, las partes del cuerpo.

Sistema radial

Lo encontramos en los Equinodermos, animales que presentan simetría radial. Tienen un anillo oral del que parten cinco ramas que reciben la información del sistema ambulacral. Un segundo anillo oral, más profundo, del que salen otras cinco ramificaciones, controla el movimiento de los brazos. Por último, un anillo aboral, del que parten otras cinco ramificaciones nerviosas, inerva la piel, entre las placas dérmicas.

Tubo neural dorsal

El sistema nervioso dorsal en forma de tubo es característico de Cordados, llegando a su máximo desarrollo en Vertebrados. El sistema está formado por un tubo que se ensancha en la zona anterior del animal, en la cabeza, y continúa a lo largo de la zona dorsal, la espalda, del animal. La zona anterior ensanchada es el encéfalo y la continuación del tubo recibe el nombre de médula espinal. De esta estructura central, sistema nervioso central, parten los nervios, que inervan todo el cuerpo y que forman el sistema nervioso periférico. Las capacidades que facilita un sistema nervioso tan perfecto como el que poseen los vertebrados hace que sean animales muy versátiles. Ver y mirar con precisión, olfatear y reconocer los olores, oír e, incluso, entender son tareas que suponen la existencia previa de un sistema nervioso complejo.