Органы выделения человека
Процесс выделения имеет важное значение для гомеостаза, он обеспечивает освобождение организма от конечных продуктов обмена, которые уже не могут быть использованы, чужеродных и токсических веществ, а также избытка воды, солей и органических соединений, поступивших с пищей или образовавшихся в результате обмена веществ. Основное значение органов выделения состоит в поддержании постоянства состава и объема жидкости внутренней среды организма, прежде всего крови.
Органы выделения:
* почки - удаляют избыток воды, неорганических и органических веществ, конечные продукты обмена;
* легкие -- выводят углекислый газ, воду, некоторые летучие вещества, например пары эфира и хлороформа при наркозе, пары алкоголя при опьянении;
* слюнные и желудочные железы -- выделяют тяжелые металлы, ряд лекарственных препаратов (морфий, хинин) и чужеродных органических соединений;
* поджелудочная железа и кишечные железы - экскретируют тяжелые металлы, лекарственные вещества;
* кожа (потовые железы) - выделяют воду, соли, некоторые органические вещества, в частности мочевину, а при напряженной работе -- молочную кислоту.
Система выделения - это совокупность органов (почки, легкие, кожа, пищеварительный тракт) и механизмов регуляции, функцией которых является экскреция различных веществ и рассеяние избытка тепла из организма в окружающую среду.
Каждый из органов системы выделения играет ведущую роль в удалении тех или иных экскретируемых веществ и рассеянии тепла. Однако эффективность системы выделения достигается за счет их совместной работы, которая обеспечивается сложными регуляторными механизмами. При этом изменение функционального состояния одного из выделительных органов (вследствие его повреждения, заболевания, исчерпания резервов) сопровождается изменением выделительной функции других, входящих в целостную систему выделения организма. Например, при избыточном выведении воды через кожу при усиленном потоотделении в условиях действия высокой внешней температуры (летом или во время работы в горячих цехах на производстве) снижается образование мочи почками и ее выведение -- уменьшается диурез. При уменьшении экскреции азотистых соединений с мочой (при заболеваниях почек) увеличивается их удаление через легкие, кожу, пищеварительный тракт. Это является причиной возникновения «уремического» запаха изо рта у больных тяжелыми формами острой или хронической почечной недостаточности.
Почки играют ведущую роль в экскреции азотсодержащих веществ, воды (в нормальных условиях более половины ее объема от суточного выделения), избытка большинства минеральных веществ (натрия, калия, фосфатов и др.), избытка питательных и чужеродных веществ.
Легкие обеспечивают удаление более 90% углекислого газа, образующегося в организме, паров воды, некоторых летучих веществ, попавших или образующихся в организме (алкоголь, эфир, хлороформ, газы автотранспорта и промышленных предприятий, ацетон, мочевина, продукты деградации сурфактанта). При нарушении функций почек усиливается выделение мочевины с секретом желез дыхательных путей, разложение которой приводит к образованию аммиака, что обусловливает появление специфического запаха из рта.
Железы пищеварительного тракта (включая слюнные железы) играют ведущую роль в выделении избытка кальция, билирубина, желчных кислот, холестерола и его производных. Они могут выделять соли тяжелых металлов, лекарственные вещества (морфин, хинин,
салицилаты), чужеродные органические соединения (например, красители), небольшое количество воды (100-200 мл), мочевины и мочевой кислоты. Их выделительная функция усиливается при нагрузке организма избыточным количеством различных веществ, а также при заболеваниях почек. При этом значительно возрастает выведение продуктов обмена белков с секретами пищеварительных желез.
Кожа имеет ведущее значение в процессах отдачи организмом тепла в окружающую среду. В коже есть специальные органы выделения -- потовые и сальные железы. Потовые железы играют важную роль в выделении воды, особенно в условиях жаркого климата и (или) интенсивной физической работы, в том числе в горячих цехах. Выделение воды с поверхности кожи колеблется от 0,5 л/сут в покое до 10 л/сут в жаркие дни. С потом выделяются также соли натрия, калия, кальция, мочевина (5-10% от общего выводимого из организма ее количества), мочевая кислота, около 2% углекислого газа. Сальные железы секретируют особое жировое вещество -- кожное сало, которое выполняет защитную функцию. Оно состоит на 2/3 из воды и 1/3 из неомыляемых соединений -- холестерола, сквалена, продуктов обмена половых гормонов, кортикостероидов и др.
ПОЧКИ И ИХ ФУНКЦИИ
Почки выполняют ряд гомеостатических функций в организме человека и высших животных.
К функциям почек относятся следующие:
1) участие в регуляции объема крови и внеклеточной жидкости (волюморегуляция);
2) регуляция концентрации осмотически активных веществ в крови и других жидкостях тела (осморегуляция);
3) регуляция ионного состава сыворотки крови и ионного баланса организма {ионная регуляция);
4) участие в регуляции кислотно-основного состояния {стабилизация рН крови)',
5) участие в регуляции артериального давления, эритропоэза, свертывания крови, модуляции действия гормонов благодаря образованию и выделению в кровь биологически активных веществ (инкреторная функция);
6) участие в обмене белков, липидов и углеводов (метаболическая функция);
7) выделение из организма конечных продуктов азотистого обмена и чужеродных веществ, избытка органических веществ (глюкоза, аминокислоты и др.), поступивших с пищей или образовавшихся в процессе метаболизма (экскреторная функция). Таким образом, роль почки в организме не ограничивается только выделением конечных продуктов обмена и избытка неорганических и органических веществ. Почка является гомеостатическим органом, участвующим в поддержании постоянства основных физико-химических констант жидкостей внутренней среды, в циркуляторном гомеостазе, стабилизации показателей обмена различных органических веществ.
При изучении работы почки следует разграничить два понятия -- функции почки и процессы, их обеспечивающие.
К последним относятся:
- ультрафильтрация жидкости в клубочках,
- реабсорбция и секреция веществ в канальцах,
- секреция - синтез новых соединений, в том числе и биологически активных веществ.
В литературе при описании деятельности почки используют термин «секреция», который имеет ряд значений. В одних случаях этот термин означает перенос вещества клетками нефрона из крови в просвет канальца в неизмененном виде, что обусловливает экскрецию этого вещества почкой. В других случаях термин «секреция» означает синтез и секрецию клетками в почке биологически активных веществ (например, ренина, простагландинов) и их поступление в русло крови. Наконец, процесс синтеза в клетках канальцев веществ, которые поступают в просвет канальца и экскретируются с мочой, также обозначают термином «секреция».
ДИУРЕЗ
Объем выделяемой здоровым человеком мочи может колебаться в широких пределах и зависит от состояния водного обмена. При обычном водном режиме за сутки выделяется около 1 --1,5 л мочи. Концентрация осмотически активных веществ в моче также зависит от уровня диуреза и может колебаться от 50 до 1400 мосмоль/л. Это соответствует изменению плотности мочи от 1,001 до 1,033. После потребления значительных количеств воды и при функциональной пробе с водной нагрузкой (испытуемый выпивает воду в объеме 20 мл на 1 кг массы тела) мочеотделение может достигать 15--20 мл/мин. При значительном потоотделении в условиях высокой температуры окружающей среды количество выделяемой мочи уменьшается. Диурез уменьшается ночью во время сна.
Состав мочи
В мочу могут попадать многие вещества, имеющиеся в плазме крови, а также некоторые соединения, синтезируемые в самой почке. С мочой выделяются электролиты, их количество зависит от потребления с пищей, а концентрация в моче -- от уровня мочеотделения.
Почки служат главным путем экскреции конечных продуктов белкового обмена. Суточная экскреция мочевины достигает 25--35 г. С мочой выделяется 0,4--1,2 г азота, входящего в состав аммиака, 0,7 г мочевой кислоты (при потреблении пищи, богатой пуринами, ее выделение возрастает до 2--3 г). Выделение образующегося в мышцах креатинина составляет около 1,5 г в сутки. В небольших количествах в мочу поступают некоторые производные продуктов гниения белков в кишечнике -- индола, скатола, фенола, которые обезвреживаются в печени, где образуются парные соединения с серной кислотой. Это индоксил-серная, скатоксил-серная и другие кислоты.
Глюкоза в обычных условиях в моче не выявляется. При избыточном потреблении сахара, когда концентрация глюкозы в крови превышает 10 ммоль/л, а также при гипергликемии в условиях патологии наблюдается глюкозурия -- выделение глюкозы с мочой.
Цвет мочи зависит от величины диуреза и экскреции пигментов, он изменяется от светло-желтого до оранжевого. Пигменты образуются из билирубина желчи в кишечнике, где билирубин превращается в уробилин и урохром, которые частично всасываются в кишечнике и выделяются почками. Часть пигментов мочи представляет собой окисленные в почке продукты распада гемоглобина.
С мочой выделяются различные биологически активные вещества и продукты их превращения, по которым в известной степени можно судить о функции некоторых желез внутренней секреции. В моче обнаружены производные гормонов коры надпочечников, эстрогены, АДГ, катехоламины и др., различные витамины (аскорбиновая кислота, тиамин), ферменты (амилаза, липаза, трансаминаза). В условиях патологии в моче обнаруживаются вещества, обычно в ней не выявляемые: ацетон, желчные кислоты, белок, глюкоза и многие другие.
Структурная организация почки.
В каждой почке взрослого человека насчитывается не менее 1 млн нефронов, каждый из которых способен вырабатывать мочу. Одновременно функционирует обычно около 1/3 всех нефронов, что достаточно для полноценного выполнения экскреторной и иныхфункций почек. Это свидетельствует о наличии существенных функциональных резервов почек.
При старении отмечается постепенное снижение числа нефронов(на 1% в год после 40 лет) из-за отсутствия у них способности к регенерации. У многих людей в 80-летнем возрасте количество нефронов уменьшается на 40% по сравнению с 40-летними. Однако потеря такого большого числа нефронов не является угрозой для жизни, поскольку оставшаяся их часть может полноценно выполнять выделительную и другие функции почек. В то же время повреждение более 70% нефронов от их общего количества при заболеваниях почек может быть причиной развития хронической почечной недостаточности.
Каждыйнефронсостоит из почечного (мальпигиева) тельца, в котором происходит ультрафильтрация плазмы крови и образование первичной мочи, и системы канальцев и трубочек, в которых первичная моча превращается во вторичную и конечную (выделяющуюся в лоханку и в окружающую среду) мочу.
Состав мочи, при ее движении по лоханке (чашечкам, чашкам), мочеточникам, временном удержании в мочевом пузыре и по мочевыделительному каналу существенно не меняется. Таким образом, у здорового человека состав конечной мочи, выделяемой при мочеиспускании, очень близок к составу мочи, выделяемой в просвет (малых чашечек больших чашек) лоханки.
Почечное тельценаходится в корковом слое почек, является начальной
частью нефрона и образовано капиллярным клубочком(состоящим из
30-50 переплетающихся капиллярных петель) и капсулой
Шумлянского -- Боумена.На разрезе капсула Шумлянского -- Боумена
имеет вид чаши, внутри которой расположен клубочек кровеносных
капилляров. Эпителиальные клетки внутреннего листка капсулы
(подоциты) плотно прилегают к стенке клубочковых капилляров.
Наружный листок капсулы располагается на некотором расстоянии от
внутреннего листка. В результате между ними образуется щелевидное
пространство -- полость капсулы Шумлянского -- Боумена, в которую
фильтруется плазма крови, и ее фильтрат образует первичную мочу.
Из полости капсулы первичная моча переходит в просвет канальцев
нефрона: проксимальный каналец(извитой и прямой сегменты),
петлю Генле(нисходящий и восходящий отделы) и дистальный
каналец(прямой и извитой сегменты). Важным структурно-
функциональным элементом нефрона является юкстагломерулярный
аппарат (комплекс) почки. Он расположен в треугольном пространстве,
образованном стенками приносящей и выносящей артериол и дистальным
канальцем (плотным пятном - macula densa) плотно прилегающим к ним.
Клетки плотного пятна обладают хемо- и меха- ночувствительностью,
регулируя активность юкстагломерулярных клеток артериол,
которые синтезируют ряд биологически активных веществ (ренин,
эритропоэтин и др.). Извитые сегменты проксимального и дистального
канальцев находятся в корковом веществе почки, а петля Генле --
в мозговом.
Из извитого дистального канальца моча поступает в соединительный каналец, из него в собирательную трубочкуи собирательный
Протокк оркового вещества почек; 8-10 собирательных протоков соединяются в один большой проток (собирательный проток коркового вещества),
который, опускаясь в мозговое вещество, становится собирательным протоком мозгового вещества почек.Постепенно сливаясь, эти протоки формируют
проток большого диаметра, который открывается на вершине сосочка пирамиды в малую чашечку большой чашки лоханки.
Каждая почка имеет не менее 250 собирательных протоков большого диаметра, каждый из которых собирает мочу примерно от 4000 нефронов.
Собирательные трубочки и собирательные протоки имеют специальные механизмы поддержания гиперосмолярности мозгового вещества почки,
концентрирования и разбавления мочи и являются важными структурными компонентами образования конечной мочи.
Различные типы нефронов отличаются не только по локализации, но и по величине клубочков, глубине их расположения, а также по
длине отдельных участков нефрона, особенно петли Генле и по участию в осмотической концентрации мочи. В обычных условиях через почки проходит около
1/4 объема крови, выбрасываемого сердцем. В корковом веществе кровоток достигает 4-5 мл/мин на 1 г ткани, следовательно, это самый высокий уровень
органного кровотока. Особенностью почечного кровотока является то, что кровоток почки остается постоянным при изменении в довольно широких пределах системного
АД. Это обеспечивается специальными механизмами саморегуляции кровообращения в почке. Короткие почечные артерии отходят отаорты, в
почке они разветвляются на более мелкие сосуды. В почечный клубочек входит приносящая (афферентная) артериола, которая в нем распадается на капилляры.
Капилляры при слиянии образуют выносящую (эфферентную) артериолу, по которой осуществляется отток крови от клубочка. После отхождения от клубочка выносящая
артериола вновь распадается на капилляры, образуя сеть вокруг проксимальных и дистальных извитых канальцев. Особенностью юкстамедулярного нефрона является
то, что эфферентная артериола не распадается на околоканальцевую капиллярную сеть, а образует прямые сосуды, которые спускаются в мозговое вещество почки.
Типы Нефронов
Тип |
Количество |
Характеристика |
Суперфициальные |
20-30 % |
Располагаются поверхностно в коре, петля Генле короткая, объем фильтрации малый |
Интракортикальные |
60-70 % |
Располагаются в середине коры, основная роль в фильтрации |
Юкстамедуллярные |
10-15% |
Располагаются на границе коры и мозгового вещества, основная роль в концентрировании мочи |
Клубочковая фильтрация
- (пассивный процесс) -- начальный этап образования мочи. В почечном тельце с капиллярного клубочка в полость капсулы фильтруется плазма крови. Через почки взрослого человека проходит около 1300 мл крови в минуту. Общая фильтрационная поверхность клубочков составляет 1,5 м2.
Кровь, двигаясь по сосудам почки, фильтруется в полость клубочка через поры соединительнотканной капсулы -- особого фильтра, который состоит из трех слоев:
• 1й слой -- эндотелий кровеносных капилляров с порами большого размера, через которые проходят все компоненты крови, кроме форменных элементов и высокомолекулярных белков;
• 2й слой -- базальная мембрана, которая построена из коллагеновых нитей (фибрилл), образующих молекулярное «сито» с диаметром пор ≈ 4 нм. Базальная мембрана не пропускает белки с молекулярной массой выше 50 кДа;
• 3й слой -- эпителиальные клетки капсулы, мембраны которых заряжены отрицательно, что не дает возможности отрицательно заряженным белкам плазмы крови проникать в первичную мочу.
Форма трехслойных пор сложная и не соответствует форме белковых молекул плазмы крови, предотвращает проникновение нормальных белков в первичную мочу. Если структура, форма или заряд протеина изменены по сравнению с нормальной белковой молекулой, такой аномальный белок может пройти через фильтр и попасть в мочу. Это один из механизмов очищения плазмы крови от дефектных белков и восстановления ее нормального состава. При некоторых патологических состояниях проницаемость мембраны почечного фильтра повышается, что приводит к изменению состава ультрафильтрата и развития протеинурии, в первую очередь альбуминурии.
При нефропатиях, нефритах поры теряют отрицательный заряд, что приводит к прохождению через них многих белков. Такие вещества, как гепарин, способствуют восстановлению анионных локусов, а антибиотики, наоборот, уменьшают их наличие.
В процессе фильтрации образуется первичная моча, которая практически не содержит белков. В норме концентрация протеинов и пептидов в ней составляет 3-4 г / л. Количество низкомолекулярных небелковых соединений и ионов в первичной моче не отличается от их содержания в плазме крови. За сутки через почки человека проходит 1500 л крови и образуется около 180 литров первичной мочи (125 мл за 1 минуту). В норме скорость фильтрации в среднем составляет 125 мл / мин, это в 100 раз превышает продукцию конечной мочи.
Скорость фильтрации и количество ультрафильтрата образующегося обеспечивает эффективный фильтрационное давление (ЭФД). Величина его зависит от гидростатического давления крови в сосудах клубочков (в норме ≈ 60 мм рт. Ст.), которому противодействует онкотическое давление белков плазмы крови (в норме ≈ 25 мм рт. Ст.), и гидростатическое давление ультрафильтрата в полости капсулы (в норме ≈ 20 мм рт. в.).
В норме ЭФД= 60 -- (25 +20) = 15 (мм рт. ст.).
ЭФД = рК (рО + рКапс),
где рФ -- фильтрационное давление;
рК -- капиллярное давление;
рО -- онкотическое давление;
рКапс -- внутрикапсулярное давление.
Для обеспечения процесса фильтрации гидростатическое давление крови в капиллярах должен превышать сумму онкотического и внутрикапсулярного давления.
Капиллярное давление в почках зависит не только от артериального давления, а также от соотношения просвета «приносящих» и «выносной» артериол клубочка. Диаметр «выносящей» артериолы на 30-50% меньше, чем «приносящех», регуляцию их просвета осуществляет кининовая система. Сужение «выносящей» артериолы увеличивает фильтрацию, а сужение «приносящейх» артериолы снижает фильтрацию.
Снижение артериального давления или увеличение гидростатического давления в полости капсулы приводит к замедлению и даже полного прекращения образования первичной мочи (анурии).
Факторы, влияющие на клубочковую фильтрацию:
• эффективный фильтрационное давление;
• площадь гломерулярной поверхности -- количество нефронов работающих;
• проницаемость мембран клубочков;
• концентрация белков в плазме крови;
• состояние почечных сосудов.
Скорость клубочковой фильтрации (СКФ) повышается под влиянием веществ, усиливают кровообращение в почках, или
увеличивают количество функционирующих клубочков). С возрастом скорость клубочковой фильтрации снижается.
По величине клубочковой фильтрации делают выводы о фильтрационной способности почек.
СКФ определяют с помощью клиренса.
Фильтрационный клиренс (коэффициент очистки) -- объем плазмы крови в миллилитрах, проходящей через почки за 1 минуту и полностью очищается от того или иного вещества.
Для определения СКФ используют вещества, которые полностью фильтруются в клубочках, НЕ метаболизируются, НЕ соединяются с белками, НЕ реабсорбируются, НЕ секретируются канальцами нефронов, легко и точно определяются. Клиренс таких соединений численно равен объемной скорости клубочковой фильтрации. Чаще всего для таких исследований используют вводимые инулин, маннитол или эндогенный креатинин.
Фильтрационный клиренс рассчитывают по формуле
ФК = Сс / Почт ∙ V ∙ 1,73,
где ФК -- фильтрационный клиренс;
Сс -- концентрация креатинина в моче, мг/100 мл;
Скр -- концентрация креатинина в крови, мг/100 мл;
V -- объем мочи, мл / мин;
1,73 м2 -- площадь поверхности тела взрослого человека.
В норме СКФ равна 100-125 мл / мин (по инулину).
Клиренс показывает, какой объем плазмы (в мл) очистился целиком от данного вещества за 1 мин.
Сравнивая клиренсы других веществ с клиренсом инулина, можно определить процессы, участвующие в выделении этих веществ с мочой. Если клиренс вещества равен клиренсу инулина, следовательно это вещество только фильтруется. Если клиренс вещества больше клиренса инулина, значит это вещество выделяется не только за счет фильтрации, но и секреции. Если клиренс вещества меньше клиренса инулина, то вещество после фильтрации реабсорбируется