7. Uktad wydalniczy - utrzymywanie równowagi wodno

7. Uktad wydalniczy - utrzymywanie
równowagi wodno-mineralnej
i wydalanie
Warunkiem normalnego funkcjonowania naszego organizmu jest
utrzymywanie homeostazy.
Na poprawne funkcjonowanie organizmu wpływa wiele elementów.
To między innymi takie zmienne czynniki, jak bilans wodno-mineralny
oraz gospodarka zbędnymi i szkodliwymi produktami przemiany materii. Zarówno organizm człowieka, jak i organizmy innych kręgowców
m a j ą bowiem zdolność aktywnego regulowania składu
wodno-mineralnego oraz usuwania z ciała zbędnych produktów przemiany materii*.
W pierwszym wypadku podstawowym problemem jest
osmoza, czyli swobodna dyfuzja wody przez półprzepuszczalne błony komórkowe (ryc. 94). Kierunek ruchu wody zależy
tylko od różnicy stężeń substancji osmotycznie czynnych
(rozpuszczalnych soli mineralnych, glukozy, wolnych aminokwasów). W zmieniającym się środowisku nasz organizm może być więc narażony na nadmierne uwodnienie lub odwodnienie (tab. 5). D o tego dochodzą problemy z możliwością
wzrostu stężenia szkodliwych azotowych produktów rozpadu
białek (aminokwasów) oraz kwasów nukleinowych (zasad
azotowych). Dla człowieka najważniejszymi narządami
osmoregulacji (precyzyjnie regulującymi bilans wody i soli
mineralnych) oraz wydalania są nerki. Praca nerek wspomagana jest czynnościami skóry, płuc i przewodu pokarmowego.
Źródła wody (przeciętnie)
1200 cm3 - napoje
1000 cm3 - woda z pokarmu
300 cm3 - woda będąca produktem
metabolizmu
osmoregulacja
i wydalanie
substancja
osmotycznie
Ryc. 94. W wyniku osmozy woda wędruje z roztworu mniej
stężonego do roztworu bardziej stężonego.
Straty wody (przeciętnie)
1500 cm3 - z moczem
900 cm3 - na skutek parowania
przez skórę i z dróg oddechowych
100 cm3 - z katem
Tab. 5. Dobowy bilans wody człowieka musi być zrównoważony.
Czy wiesz, że...
Liczne zwierzęta wodne wydalają nieprzetworzony amoniak (jest to
związek toksyczny, ale doskonale rozpuszczalny w wodzie). W wątrobie ptaków
oraz większości gadów amoniak przetwarzany jest w kwas moczowy. Jest to związek chemiczny mato toksyczny i - co najważniejsze - słabo rozpuszczalny w wodzie. Ułatwia to oszczędną gospodarkę wodną. W organizmie człowieka
kwas moczowy powstaje jedynie w niewielkich ilościach (jako produkt
rozpadu zasad azotowych z kwasów nukleinowych).
* Nie jest to jednak usuwanie niestrawionych resztek pokarmowych.
103
7.1. Budowa i czynności układu wydalniczego
Układ wydalniczy człowieka składa się z nerek oraz dróg wyprowadzających mocz.
Uktad wydalniczy:
: nerki
drogi wyprowadzające mocz
Poza parą nerek w skład układu wydalniczego człowieka wchodzą
drogi wyprowadzające mocz: moczowody, pęcherz moczowy i cewka
moczowa (ryc. 95). Układ wydalniczy powiązany jest rozwojowo i anatomicznie z układem rozrodczym, dlatego niekiedy analizowane są wspólnie jako układ moczowo-płciowy.
Nerki przypominają kształtem
nadnercza
znacznie powiększone ziarna fasoli. Znajdują się po obu stronach
kręgosłupa, za żołądkiem i wątrobą (lewa nerka usytuowana jest
nieco wyżej niż prawa). Z każdą
nerką związane są dwa duże naczynia krwionośne: tętnica nerkowa
moczowody
oraz żyła nerkowa. Z każdej nerki
prowadzi też pojedynczy moczowód. Do górnej powierzchni nerek
przylegają gruczoły nadnerczowe
pęcherz
moczowy
(por. rozdz. 10.2).
cewka
moczowa
Ryc. 95. Model uktadu wydalniczego na
tle elementów szkieletu - widok ogólny
Nerki przystosowane są do filtrowania dużych ilości krwi.
Miąższ nerki:
kora
rdzeń
104
Na przekroju nerki widać bardzo silnie ukrwiony miąższ, zróżnicowany
na jaśniejszą korę nerki oraz ciemniejszy rdzeń nerki (ryc. 96). Rdzeń nerki współtworzą piramidy nerkowe,
kora nerki
podstawami zwrócone do kory, natomiast wierzchołkami do wewnątrz.
rdzeń nerki
W wierzchołku każdej piramidy
!
znajdują się ujścia przewodów wypronerkowe
wadzających mocz przez kielichy nerujście przewodów
kowe do lejkowatej miedniczki nerkowyprowadzających
mocz
wej. Z miedniczki mocz przepływa do
moczowodu i dalej do pęcherza motętnica nerkowa
czowego. Pęcherz moczowy jest niepażyta nerkowa
rzystym narządem - zbiornikiem momiedniczka
czu o bardzo rozciągliwych ścianach.
nerkowa
Z pęcherza moczowego mocz usuwany
kielichy
jest na zewnątrz przez cewkę moczową.
nerkowe
moczowód
Ryc. 96. Przekrój podłużny nerki prawej
7. Uktad wydalniczy - utrzymywanie równowagi wodno-mineralnej i wydalanie
4?
Podstawową jednostką czynnościowo-strukturalną nerki jest nefron
(ryc. 97). Zbudowany jest z torebki nefronu (torebki Bowmana) oraz długiego kanalika nerkowego. Ściany torebki nefronu zbudowane są z bardzo
cienkiego nabłonka jednowarstwowego płaskiego o dużej przepuszczalności dla wody, jonów i innych substancji drobnocząsteczkowych. Każda torebka nefronu otacza niewielkie skupienie naczyń włosowatych - kłębuszek naczyniowy. Razem tworzą one ciałko nerkowe (ciałko Malpighiego).
Nefron:
i torebka nefronu
kanalik nerkowy
ciatko nerkowe
Kanalik nerkowy tworzony jest przez nabłonek jednowarstwowy sześcienny, którego komórki mają bardziej rozwiniętą zdolność do aktywnego transportowania jonów i są słabo przepuszczalne dla mocznika.
W kanaliku nerkowym zwracają uwagę proste odcinki kanalika, tworzące tak zwaną pętlę nefronu. Składa się ona z dwóch ramion biegnących
w różnych kierunkach. Wszystkie odcinki kanalika nerkowego oplecione są drobnymi naczyniami krwionośnymi. Kanaliki nefronów uchodzą
do przewodów zbiorczych.
kanalik
nerkowy
ciatko
nerkowe
kanalik nerkowy
ktębuszek
naczyniowy
torebka
nefronu
naczynia
krwionośne
przewód
zbiorczy
tętniczka
doprowadzająca
tętniczka
odprowadzająca
Ryc. 97. W każdej nerce jest okoto miliona nefronów: A - schemat budowy nefronu i oplatających go naczyń krwionośnych, B - model budowy ciałka nerkowego.
Powstawanie moczu jest procesem trzyetapowym.
Krew dopływająca do kłębuszków naczyniowych, zanieczyszczona
zbędnymi produktami przemiany materii, poddawana jest filtracji. Płyn,
który wówczas powstaje - mocz pierwotny - ulega następnie obróbce polegającej na resorpcji (zwrotnemu wchłanianiu) oraz sekrecji (wydzielaniu) określonych substancji. Końcowym produktem jest mocz ostateczny
usuwany drogami moczowymi na zewnątrz.
Powstawanie moczu:
filtracja
resorpcja
sekrecja
105
Organizm człowieka jako zintegrowana catość
mechanizm
powstawania
moczu
W procesie filtracji wykorzystywany jest prosty mechanizm (ryc. 98).
Otóż tętniczka doprowadzająca krew do kłębka naczyniowego jest nieco
szersza niż tętniczka odprowadzająca. Można powiedzieć, że dopływająca
krew „nie ma gdzie się wylać" i napiera na ściany naczyń włosowatych.
Ściślej, w kłębuszku naczyniowym powstaje nadciśnienie hydrostatyczne, powodujące przesączanie płynnych składników krwi do światła torebki nefronu (w naczyniach włosowatych pozostają natomiast wszystkie
białka oraz krwinki). Powstający w torebce nefronu mocz pierwotny ma
skład chemiczny podobny do osocza krwi. Z przepływającego przez kanalik nerkowy moczu pierwotnego resorbowana jest woda, niektóre jony
(np. sodu, potasu), aminokwasy oraz glukoza. Szczególną rolę odgrywa
tu długa pętla nefronu pozwalająca znacznie zwiększać stężenie moczu.
Dodatkowo do światła kanalika nerkowego wydzielane są między innymi jony wodorowe, barwniki oraz niektóre leki przyjmowane w czasie
choroby. Ponieważ sam mocznik nie ulega resorpcji, jego stężenie w moczu ostatecznym bardzo wyraźnie wzrasta.
S sprawność filtracji
W ciągu minuty przez nerki przepływa około 1 dm3 krwi ( 2 0 % rzutu
minutowego serca). Z tego 1 5 % objętości ulega przefiltrowaniu do światła nefronów. Oznacza to, że przeciętnie w ciągu doby w nerkach powstaj e ponad 200 dm3 moczu pierwotnego (150 cm 3 x 60 x 24). Pozwala to na
kilkunastokrotne przefiltrowanie całej wody i soli mineralnych zawartych
w naszym organizmie. Z kolei wydajność resorpcji przekracza 9 9 % - dzięki temu przeciętnie w ciągu doby powstaje zaledwie 1,5-2 dm3 silnie stężonego moczu ostatecznego. Mocz powstaje w nerkach przez całą dobę.
Proces ten podlega kontroli układu nerwowego, a przede wszystkim dokrewnego (rozdz. 10.2).
torebka
nefronu
odcinki kanalika nerkowego
RES0RPCJA
mocz
pierwotn
FILTRACJA
~1
przewody
zbiorcze
.
glukoza
§ A mocznik j
z krwiobiegu
(krew zasobna
w mocznik)
tętnica
nerkowa
i
.drobna
tętniczka
doprowadzająca
I ^
naczynia
włosowate
kłębuszka
naczyniowego
do krwiobiegu
(krew pozbawiona mocznika)
Ryc. 98. Schemat ilustrujący oczyszczanie krwi w nerkach
106
do
miedniczki
nerkowej
do pęcherza
moczowego
i dalej
na zewnątrz
7. Uktad wydalniczy - utrzymywanie równowagi wodno-mineralnej i wydalanie
7.2. Zakłócenia w funkcjonowaniu układu wydalniczego
W moczu zdrowego człowieka nie pojawia się glukoza, gdyż jest całkowicie resorbowana z kanalików nerkowych (ryc. 99). Wydajność tego mechanizmu ma jednak pewne granice. Średnie stężenie glukozy we krwi
nie może się podnieść powyżej poziomu 8,5-10 milimoli/dm3 (160-180
mg%). Wartość tę nazywamy progiem nerkowym dla glukozy. Przekroczenie tego progu prowadzi do cukromoczu, co może być objawem cukrzycy (por. rozdz. 10.3). Niektóre choroby, na przykład zapalenie ciałek
nerkowych oraz cięższe zatrucia, mogą powodować, że w moczu pojawi
się białko (białkomocz). Badając mocz, można wykryć zaburzenia pracy
wątroby wskazujące na przykład na żółtaczkę (zapalenie wątroby).
cukromocz
i białkomocz
Badanie moczu może wykazać choroby, ale także na przykład ciążę.
W aptekach można kupić testy ciążowe wykrywające hormony specyficzne dla ciąży.
Barwa - słomkowa
lub jasnosłomkowa
Odczyn - kwaśny lub obojętny (pH 4,5-7,5)
Cukier - brak (maks. 0,84 mmol/dm3)
Białko - brak
Bilirubina - brak
Urobilinogen - w normie
Ciała ketonowe - brak (maks. 0,5 mmol/dm3)
brązowa barwa może sugerować
problemy z pęcherzykiem żółciowym, a nawet żółtaczkę,
• mętnoczerwony może oznaczać
krwiomocz,
pomarańczowy może być skutkiem zażywania leków
bilirubina i urobilinogen są różnymi
produktami przemian hemoglobiny
Osad moczu:
nabłonki - pojedyncze
krwinki czerwone - do kilku w polu widzenia
krwinki białe - kilka w polu widzenia
Ryc. 99. Prawidłowe wyniki badania moczu powinny być zbliżone do przedstawionych (niektóre parametry
pominięto).
Infekcje wirusowe i bakteryjne są przyczynami stanów zapalnych nie
tylko nerek, ale także pęcherza moczowego. Mogą one przejawiać się
wzmożoną potrzebą fizjologiczną oddawania moczu, której nie należy
opanowywać na siłę.
choroby nerek
i pęcherza
moczowego
Osoby często chorujące na zapalenie nerek i pęcherza moczowego powinny pamiętać, aby podczas choroby pić dużo niesłodzonych płynów
(wody mineralnej, naturalnych soków owocowych). Wszyscy zaś powinni
bezwzględnie stosować zasady higieny okolic genitalnych i odbytu.
Niekiedy w nerkach lub rzadziej w pęcherzu moczowym powstają tak
zwane kamienie nerkowe. Są to grudki zawierające między innymi szczawiany wapnia oraz fosforan wapnia (nierozpuszczalne w wodzie). Rosnące kamienie moczowe mogą przemieszczać się do pęcherza moczowego, wywołując niezwykle bolesne ataki kamicy nerkowej. Kamienie
107
Organizm człowieka jako zintegrowana catość
nerkowe mogą w nim niekiedy osiągać rozmiary piłeczki tenisowej
i wręcz blokować wypływ moczu z pęcherza moczowego. Kamienie można usuwać (rozkruszać) operacyjnie: mechanicznie za pomocą wprowadzonego przez cewkę moczową cystoskopu albo stosując wysokoenergetyczne ultradźwięki.
—
Moczówka prosta jest chorobą objawiającą się nadmiernym wydalaniem
moczu. Powstaje ona przy niedoborze
jednego z hormonów (por. rozdz. 10.3).
Stany ostrej niewydolności nerek wymagają interwencji medycznej - konieczny może być przeszczep, na który
niestety trzeba bardzo długo czekać.
Często stosowana jest też sztuczna dializa pozaustrojowa, czyli oczyszczanie
krwi w urządzeniu, zwanym sztuczną
Ryc. 100. Zabieg dializy w szpitalu
nerką (ryc. 100).
Podsumowanie
1. Dla homeostazy człowieka szczególne znaczenie ma osmoregulacja (utrzymanie bilansu wodno-mineralnego) oraz sprawne wydalanie zbędnych i szkodliwych produktów
przemiany materii - głównie mocznika. Funkcje te spełniają przede wszystkim nerki.
2. Powstawanie moczu jest złożonym procesem zachodzącym w nefronach oplecionych
naczyniami krwionośnymi (filtracja, resorpcja i sekrecja).
3. Mocz ostateczny jest silnie stężonym wodnym roztworem mocznika, barwników i niektórych soli mineralnych.
4. Zakłócenia pracy układu wydalniczego mogą być niebezpieczne dla zdrowia, a nawet
życia. Dlatego ważne są okresowe badania moczu.
Ćwiczenia
1. Obserwacja budowy anatomicznej nerki zwierzęcej:
I. Materiały: nerka zwierzęca (można ją kupić w sklepie mięsnym), tacka styropianowa,
skalpel (ostry nóż), pęseta.
II. Wykonanie:
a) Przetnij nerkę zwierzęcą na pół wzdłuż jej dłuższej osi.
b) Korzystając z podręcznika (ryc. 96, s. 104) lub atlasu anatomicznego, zidentyfikuj
następujące struktury: korę nerki, rdzeń nerki, piramidy nerkowe, miedniczkę
nerkową, tętnicę nerkową, żyłę nerkową, moczowód.
c) Udokumentuj przeprowadzoną obserwację rysunkiem w zeszycie i opisz go.
Polecenia kontrolne
1. Twój kolega pomylił definicje wydalania i defekacji. Wytłumacz mu, na czym polegają oba
procesy.
108