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 mają 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). Do 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. osmoregulacja i wydalanie substancja osmotycznie Ryc. 94. W wyniku osmozy woda wędruje z roztworu mniej stężonego do roztworu bardziej stężonego. Źródła wody (przeciętnie) 1200 cm 3 - napoje 1000 cm 3 - woda z pokarmu 300 cm 3 - woda będąca produktem metabolizmu Straty wody (przeciętnie) 1500 cm 3 - z moczem 900 cm 3 - na skutek parowania przez skórę i z dróg oddechowych 100 cm 3 - 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 Uktad wydalniczy: : nerki drogi wyprowadzające mocz Miąższ nerki: kora rdzeń Układ wydalniczy człowieka składa się z nerek oraz dróg wyprowadzających 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. nadnercza moczowody pęcherz moczowy cewka moczowa Nerki przystosowane są do filtrowania dużych ilości krwi. Nerki przypominają kształtem 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 oraz żyła nerkowa. Z każdej nerki prowadzi też pojedynczy moczowód. Do górnej powierzchni nerek przylegają gruczoły nadnerczowe (por. rozdz. 10.2). Ryc. 95. Model uktadu wydalniczego na tle elementów szkieletu - widok ogólny rdzeń nerki nerkowe ujście przewodów wyprowadzających mocz tętnica nerkowa żyta nerkowa miedniczka nerkowa kielichy nerkowe moczowód 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. W wierzchołku każdej piramidy! znajdują się ujścia przewodów wyprowadzających mocz przez kielichy nerkowe do lejkowatej miedniczki nerkowej. Z miedniczki mocz przepływa do moczowodu i dalej do pęcherza moczowego. Pęcherz moczowy jest nieparzystym narządem - zbiornikiem moczu o bardzo rozciągliwych ścianach. Z pęcherza moczowego mocz usuwany jest na zewnątrz przez cewkę moczową. Ryc. 96. Przekrój podłużny nerki prawej 104
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). 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. Nefron: i torebka nefronu kanalik nerkowy ciatko nerkowe kanalik nerkowy ciatko nerkowe kanalik nerkowy ktębuszek naczyniowy naczynia krwionośne torebka nefronu 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 S sprawność filtracji 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. W ciągu minuty przez nerki przepływa około 1 dm 3 krwi (20% rzutu minutowego serca). Z tego 15% objętości ulega przefiltrowaniu do światła nefronów. Oznacza to, że przeciętnie w ciągu doby w nerkach powstaje ponad 200 dm 3 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 99% - dzięki temu przeciętnie w ciągu doby powstaje zaledwie 1,5-2 dm 3 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 mocz pierwotn FILTRACJA odcinki kanalika nerkowego RES0RPCJA ~1 przewody zbiorcze z krwiobiegu (krew zasobna w mocznik) tętnica nerkowa i.drobna tętniczka doprowadzająca. glukoza A mocznik j I ^ naczynia włosowate kłębuszka naczyniowego do krwiobiegu (krew pozbawiona mocznika) do pęcherza moczowego i dalej na zewnątrz do miedniczki nerkowej Ryc. 98. Schemat ilustrujący oczyszczanie krwi w nerkach 106
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/dm 3 (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). Badanie moczu może wykazać choroby, ale także na przykład ciążę. W aptekach można kupić testy ciążowe wykrywające hormony specyficzne dla ciąży. cukromocz i białkomocz Barwa - słomkowa lub jasnosłomkowa Odczyn - kwaśny lub obojętny (ph 4,5-7,5) Cukier - brak (maks. 0,84 mmol/dm 3 ) Białko - brak Bilirubina - brak Urobilinogen - w normie Ciała ketonowe - brak (maks. 0,5 mmol/dm 3 ) Osad moczu: nabłonki - pojedyncze krwinki czerwone - do kilku w polu widzenia krwinki białe - kilka w polu widzenia 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 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. 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 choroby nerek i pęcherza moczowego 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