Filtracja, Resorpcja i Dehydratacja w Organizmie Człowieka
- Szczegóły
Układ wydalniczy to jeden z najważniejszych systemów w organizmie człowieka, który pomaga w usuwaniu produktów przemiany materii i utrzymaniu wewnętrznej równowagi. Układ moczowy, inaczej określany jako układ wydalniczy lub układ moczowo-wydalniczy, to zespół narządów odpowiedzialnych za utrzymanie homeostazy i usuwanie zbędnych produktów przemiany materii.
Budowa i Funkcje Układu Moczowego
W skład układu moczowego wchodzą nerki, moczowody, pęcherz moczowy oraz cewka moczowa. Nerki są narządem parzystym o charakterystycznym, fasolowatym kształcie, umiejscowione po obu stronach kręgosłupa, w tylnej ścianie jamy brzusznej. Każda nerka dorosłego człowieka ma około 11 cm długości, 5 cm szerokości i waży średnio 150 gramów.
Każda nerka zbudowana jest z około miliona nefronów, które są jednostkami funkcjonalnymi. Nerki pełnią również rolę w regulowaniu równowagi wodno-elektrolitowej, eliminując nadmiar wody oraz sole mineralne, jak również kontrolując poziom pH krwi. Co ważne, w nerkach znajdują się również brodawki nerkowe, które odgrywają rolę w zbieraniu moczu i kierowaniu go do miedniczek nerkowych.
Moczowody to dwa wąskie przewody o długości około 30 cm, którymi mocz spływa z miedniczek nerkowych do pęcherza moczowego. Ich budowa pozwala na aktywny transport moczu, dzięki obecności mięśni gładkich, które wykonują skurcze perystaltyczne. Te skurcze powodują, że mocz przesuwa się w jedną stronę - od nerek w kierunku pęcherza.
Pęcherz moczowy to elastyczny narząd, który pełni funkcję magazynującą mocz przed jego wydaleniem. Znajduje się w dolnej części brzucha, tuż nad spojeniem łonowym. Jego główną funkcją jest zbieranie moczu produkowanego przez nerki oraz kontrolowanie procesu oddawania moczu.
Przeczytaj także: Kluczowe Definicje Nerkowe
Cewka moczowa to przewód, który pełni funkcję wyprowadzającą dla moczu. Jej budowa różni się u mężczyzn i kobiet. U dołu pęcherza moczowego znajduje się ujście wewnętrzne cewki moczowej, zabezpieczone dwoma systemami mięśni w kształcie pierścienia (zwieracze). Współpraca zwieraczy zapewnia świadome oddawanie moczu. U kobiet cewka moczowa ma zaledwie 3-5 cm długości, natomiast u mężczyzn od 15 do 20 cm.
Nefrony - Podstawowe Jednostki Funkcjonalne Nerek
Nefrony są podstawowym elementem strukturalno-funkcjonalnym nerek, czyli najważniejszego narządu układu moczowego. Tak jak neuron jest podstawową jednostką układu nerwowego, tak nefron jest nią w układzie moczowym. W jednej nerce znajduje się około miliona nefronów mikroskopijnej wielkości. To one odpowiadają za filtrację, zagęszczanie moczu i resorpcję zwrotną wody, jonów i związków organicznych.
Nefrony zlokalizowane są w większości (80%) w korze nerki (w jej środkowej i zewnętrznej części). Ich cechą charakterystyczną są krótkie pętle Henlego (odpowiadające m.in. za zagęszczanie moczu).
Funkcje Nefronów
- Filtracja krwi i wytwarzanie moczu.
- Odzyskiwanie i zwracanie do krwiobiegu części odfiltrowanej wody wraz z jonami (sód, potas, wapń, magnez, chlor) i związkami organicznymi (glukoza, aminokwasy i kwasy organiczne).
W efekcie ze 110-220 litrów przepływającego w ciągu doby przez nefron moczu pierwotnego wydalone zostaje zaledwie 1-1,5 litra moczu ostatecznego. Odzyskiwanie wody zwiększa się przy odwodnieniu organizmu (np. w czasie upałów).
Proces Tworzenia Moczu
Zasadniczo produkcję moczu można podzielić na dwa główne etapy. W ciałku nerkowym powstaje mocz pierwotny. To nic innego jak odfiltrowana krew, pozbawiona białek i elementów morfotycznych, czyli erytrocytów (czerwonych krwinek), leukocytów (białych krwinek) i trombocytów (płytek krwi). Mocz pierwotny poddawany jest w kanaliku nerkowym procesom resorpcji zwrotnej, zagęszczania i sekrecji.
Przeczytaj także: Proces Filtracji w Nefronie
Filtracja
Etap filtracji (przesączania) jest nieselektywnym procesem, który zachodzi między naczynkami włosowatymi kłębuszka nerkowego a ścianką torebki Bowmana. Dzięki dużemu ciśnieniu krwi płynącej przez naczynia włosowate kłębuszka nerkowego do wnętrza torebki Bowmana wtłaczane jest około 10% osocza krwi. Nerki filtrują więc bardzo dużo osocza krwi. O stopniu jego wydajności decydują różne czynniki. Filtracja może sprawnie przebiegać dzięki różnicy ciśnień w naczyniach włosowatych kłębuszka nerkowego a innych kapilarach. Naczynia włosowate kłębuszka nerkowego mają wyższe ciśnienie hydrostatyczne.
Dzieje się tak, ponieważ dużemu oporowi przepływowemu, jaki mają doprowadzające tętniczki. Mają one mniejszą średnicę niż tętniczki odprowadzające. Innym czynnikiem wpływającym na przebieg filtracji jest to, że naczynia włosowate w kłębuszkach nerkowych są gęsto uplecione i tworzą dużą powierzchnię dla filtracji. Poza tym naczynia włosowate w kłębuszkach nerkowych mają dużą przepuszczalność, co ułatwia filtrację.
Barierą filtracyjną są ściany naczyń włosowatych oraz błona, która okrywa szczeliny między podocytami. Bariera ta nie pozwala na przejście krwinek i płytek krwi. Ogranicza też znacznie przejścia białek z osocza. Barierę filtracyjną mogą pokonać jedynie cząsteczki osocza krwi o bardzo małych rozmiarach. Przechodzą przez nią cząsteczki glukozy, mocznik, aminokwasy, jony sodu, potasu oraz chlorkowe i tworzą filtrat.
W czasie minuty przez nerki przepływa mniej więcej 1200 ml krwi, czyli około 25% objętości krwi wyrzucanej w czasie minuty przez serce. Średnio 20% objętości osocza przepływającego przez kłębuszek nerkowy zostaje przesączona do przesączu kłębuszkowego. Reszta osocza wydostaje się z kłębuszka za pomocą tętniczek odprowadzających.
Aby mocz mógł się wytwarzać konieczne jest odpowiednie ciśnienie krwi, jaka dopływa do kłębuszków naczyniowych. Ciśnienie krwi w ciałkach nerkowych to mniej więcej 50 mm Hg. Jest ono tak wysokie dzięki kilku mechanizmom. Po pierwsze węższe światło tętniczki odprowadzającej w kłębuszku nerkowych a szersze tętniczki doprowadzającej zwiększa ciśnienie krwi - powstaje nadciśnienie hydrostatyczne. Naczynia kłębuszka są cieniutkie i przepuszczają płynne składniki osocza.
Przeczytaj także: Definicja i pomiar filtracji kłębuszkowej
Z litra krwi, która przepływa w ciągu minuty przez nerkę, około 15% objętości przesącza się do kanalików nerkowych w postaci przesączu - moczu pierwotnego, nazywanego też ultrafiltratem. Jest on izotoniczny w stosunku do krwi. Gdyby utrata wody wraz z moczem nie była ograniczana, w ciągu godziny moglibyśmy stracić całą pulę wody, jaka jest w organizmie. Jeżeli dochodzi do spadku ciśnienia krwi (do niższego niż 40mmHg), to ustaje filtracja w kłębuszka. Następuje wówczas tak zwana anuria = bezmocz. Anuria jest groźnym zaburzeniem.
Resorpcja i Sekrecja
Mocz pierwotny, powstały dzięki wstępnemu przesączeniu krwi w kłębuszkach nerkowych, przepływa do układu kanalików nerkowych, w których dzięki resorpcji zwrotnej i sekrecji zostaje przekształcony w mocz ostateczny. Resorpcja zwrotna zabezpiecza organizm przed wydaleniem za dużej ilości wody i innych substancji. Resorpcja pozwala na zachowanie w organizmie równowagę płynów ustrojowych. W czasie tworzenia się moczu ostatecznego do krwi są oddawane aminokwasy i glukoza. W ciągu dnia kanaliki resorbują ponad 1200 gram soli i 250 gram glukozy.
Wchłanianie ułatwia odpowiednia struktura jednowarstwowego nabłonka, który wyściela kanaliki nerkowe. Jest on zaopatrzony w liczne mikrokosmki, dzięki czemu znacznie zwiększa się powierzchnia resorpcyjna. Kanaliki kręte 1 rzędu odpowiadają za resorpcję zwrotną około 65% moczu pierwotnego. W kanalikach krętych wchłonięciu zwrotnemu ulegają między innymi jony sodu, potasu i chlorków, witaminy i cząsteczki glukozy. Są one transportowane zwrotnie albo przez dyfuzję prostą albo za pomocą transportu aktywnego. Dalsza resorpcja odbywa się już w obrębie pętli Henlego oraz w kanalikach krętych 2 rzędu.
Kanaliki nerkowe wchłaniają zwrotnie do organizmu z moczu te wszystkie substancje, które są jeszcze organizmowi potrzebne, przede wszystkim wodę, białka i glukozę. Najwyższe tempo resorpcji nazywane jest maksimum kanalikowym. Dla glukozy u dorosłego człowieka maksimum kanalikowe przyjmuje wartość 320 mg/min. W normalnej sytuacji, bez żadnych zaburzeń w funkcjonowaniu organizmu, przez kanaliki nerkowe przepływa maksymalnie 125 mg/l. Glukoza jest więc w całości resorbowana zwrotnie z moczu do organizmu. Jednak przy zaburzeniach metabolicznych albo zaburzeniach w pracy nerek w moczu ostatecznym może znaleźć się glukoza. Każda substancja oprócz maksimum kanalikowego ma wyznaczany tak zwany próg nerkowy.
W kanalikach zachodzi resorpcja zwrotna, dzięki czemu z przesączu kłębkowego, po zagęszczeniu powstaje mocz ostateczny. Oprócz mechanizmu filtracji zachodzącej w kłębuszkach nerkowych jest inny mechanizm wydalania przez nerki substancji zbędnych organizmowi. Normalnie z moczu pierwotnego resorbowana jest cała glukoza. Dochodzi jednak do glikozurii, czyli do wydalania glukozy w moczu, jeżeli we krwi stężenie glukozy przekroczy wartość progową. Wartość progowa dla glukozy wynosi około 1,8 g/l. Jeżeli zostanie ona przekroczona kanaliki nerkowe nie potrafią zresorbować całej zawartości glukozy w moczu pierwotnym. Podobnie jak w przypadku resorpcji glukozy rzecz się ma przy resorpcji aminokwasów.
Skład Moczu Ostatecznego
Jak widać w przedstawionym wyżej opisie powstawania moczu skład moczu ostatecznego jest na wiele sposobów regulowany tak, aby nie zostało z organizmu wydalone nic, co jest mu do prawidłowego funkcjonowania potrzebne. Mocz ostateczny w 96% jest wodą, w której rozpuszczone są pozostałe jego składniki. 2,5% to azotany powstałe przy metabolizmie prowadzonym w organizmie (przede wszystkim mocznik). 1,5% moczu stanowią inne substancje, głównie sole mineralne i barwniki żółciowe. OD ilości barwników żółciowych zależy barwa i zapach moczu.
Jeżeli człowiek jest zdrowy, jego mocz jest całkowicie pozbawiony drobnoustrojów. Właściwość tą wykorzystywano nawet przemywając rany moczem. Mocz ulega bardzo szybkiemu rozkładowi. Bakterie rozkładają go na amoniak i inne związki pochodne. Amoniak jest substancją drażniącą skórę. Mocz u osoby zdrowej jest klarowny, pozbawiony wszelkiej mętności. Mocz powinien być płynem bezzapachowym, o lekko żółtawym zabarwieniu od jasnosłomkowego kolory poczynając ( intensywność barwy zależy od ilości barwników). Ciśnienie osmotyczne ostatecznego moczu jest wyższe od ciśnienia osmotycznego krwi. Jego ciężar właściwy waha się najczęściej pomiędzy 1015 a 1020 = 1,015 - 1,020. Największa skala wahań ciężaru właściwego moczu mieści się pomiędzy 1002 a 1040 =1,002 a 1,040. PH moczu jest zazwyczaj lekko kwaśne.
Mocz zawiera w sobie końcowe produkty przemiany materii w postaci substancji azotowych, które powstały przy metabolizmie białek. Mocz ludzki zawiera największe ilości mocznika (2%) i znacznie mniejsze ilości amoniaku czy kwasu moczowego. Wśród składników nieorganicznych zawartych w moczu najwięcej jest kationów sodu. Są też, choć w mniejszej ilości, jony magnezu, potasu oraz wapnia. Jeżeli chodzi o aniony, to najwięcej w moczu jest anionów chlorkowych. W moczu są niewielkie ilości innych substancji, na przykład hormonów czy czasami glukoza.
Zwrotne wchłanianie z moczu zaczyna się w pierwszorzędowych kanalikach nerkowych a kończy się w cewce moczowej. Bilans resorpcji wygląda często tak, że z 1500 litrów moczu pierwotnego powstaje ostatecznie niecałe dwa litry moczu ostatecznego. Wymaga to bardzo sprawnego mechanizmu resorpcji zwrotnej wody i substancji potrzebnych organizmowi z przesączu, jaki powstaje pierwotnie w nerkach.
Tabela Porównawcza Składu Moczu Pierwotnego i Ostatecznego
| Składniki | Mocz pierwotny | Mocz ostateczny |
|---|---|---|
| Woda | 150-180 litrów | 1,5-2,0 litra |
| Aminokwasy | 65 gramów | brak |
| Glukoza | 200 gramów | brak |
| Mocznik | 60 gramów | 35 gramów |
| Jony chlorkowe | 690 gramów | 5 gramów |
| Sód | 600 gramów | 4 gramy |
| Wapń | 9 gramów | 0,2 grama |
| Potas | 35 gramów | 3 gramy |
Zaburzenia Funkcji Nefronów
Jeśli więc nefrony nie działają w pełni sprawnie, proces filtracji zostaje zakłócony i tym samym wytwarzanie moczu pierwotnego i ostatecznego nie przebiega prawidłowo. Niewydolność nefronów może wynikać z wad genetycznych. Wraz z postępującą niewydolnością nerek kolejne nefrony przestają działać, a inne zostają nadmiernie obciążone, co doprowadza finalnie także do ich wyłączenia. Jedną z przyczyn niewydolności nefronów jest cukrzycowa choroba nerek.
Nefrony zostają uszkodzone w wyniku kłębuszkowego zapalenia nerek. Jest to schorzenie o złożonej etiologii. Przyczyną uszkodzeń nefronów jest utrzymujące się nadciśnienie tętnicze. Mowa jest wówczas o nefropatii nadciśnieniowej. Dochodzi wówczas do stwardnienia naczyniowego nerek w przestrzeni przedkłębuszkowej oraz do zmian w samych kłębuszkach nerkowych (a więc bezpośrednio w nefronie) na skutek niedokrwienia i nadciśnienia w ich wnętrzu. Wreszcie do uszkodzenia nefronów może doprowadzić miażdżyca. Choroba skutkuje niekiedy zwężeniem światła tętnic nerkowych. To doprowadza w dalszej kolejności do wystąpienia zmian niedokrwiennych w drobnych naczyniach krwionośnych nerek i rozwoju tzw.
Niewydolność nefronów jest patologią podstępną. Nie daje bowiem objawów w początkowym stadium nieprawidłowości. Nie występuje ból nerek, pogorszenie samopoczucia czy obrzęki. Przydatne diagnostycznie jest badanie GFR - określenie wskaźnika filtracji kłębuszkowej (ang. glomerular filtration rate), które pozwala określić wielkość przesączania kłębuszkowego.
tags: #dehydratacja #resorpcja #filtracja #w #organizmie #człowieka
