Выделительная система обеспечивает выведение из организма ненужных веществ, которые поступают извне или образуются при метаболизме сложных соединений. При расщеплении белков, жиров и углеводов образуются углекислый газ и вода. Также при окислении белков образуется мочевина, которая токсична даже в малых концентрациях.
Через легкие наужу выводится углекислый газ, кожные железы с потом выводят воду, соли, мочевину, аммиак (вклад потовых желез в выделение около 1%). В просвет кишечника секретируются пигменты желчи, соли тяжелых металлов. Таким образом, все эти органы формально можно отнести к выделительной системе. Однако центральным звеном выделительной системы являются почки.
Строение и функции почек
Почки – парный орган бобовидной формы, они расположены у задней стенки брюшной полости на уровне перехода грудного отдела позвоночника в поясничный. Правая почка расположена под печенью, поэтому она обычно ниже левой на 1-1,5 см.
К каждой почке подходит купная почечная артерия, отходит почечная вена и мочеточник. По мочеточнику образовавшаяся моча оттекает к мочевому пузырю, где накапливается. От мочевого пузыря ведет мочеиспускательный канал. У верхнего полюса почки находится надпочечник – железа внутренней секреции.
Часть крови большого круга кровообращения непрерывно фильтруется в почках, после чего возвращается назад.
На срезе видно, что снаружи в почке находится более светлое корковое вещество, его толщина около 4 мм. В корковом веществе лежат тельца нефронов. Внутри расположено более темное мозговое вещество, которое образует пирамидки. Вершины пирамидок обращены внутрь и называются почечными сосочками. Обычно каждая почка содержит 12-16 пирамидок.
Почечные сосочки направлены в лоханку, куда открываются протоки пирамидок. Моча стекается в лоханку и оттуда идет в мочеточник.
Строение почек
Структурно-функциональной единицей строения почки является нефрон. Именно нефрон фильтрует кровь и производит мочу. Всего в каждой почке около миллиона нефронов, при этом почка может в полной мере выполнять свои функции, если работают всего 30% от всех нефронов.
Нефрон состоит из капсулы Боумена-Шумлянского, извитых канальцев и петли Генли. От почечной артерии к каждому нефрону отходят приносящие артериолы, которые разветвляются, образуя клубок капилляров. Капсула Боумена-Шумлянского имеет двойные стенки и полость между ними, она окружает капиллярный клубок. Внутренний слой капсулы густо оплетен капиллярами.
Система фильтрации крови чрез нефрон
Кровь из почечного клубочка оттекает по уносящим артериолам, причем их диаметр меньше, чем диаметр приносящих. За счет этого образуется повышенное давление в капиллярах клубочков и кровь фильтруется в полость капсулы, появляется первичная моча. Форменные элементы и крупные молекулы не проходят через стенку капсулы. В первичной моче много воды, соли крови, могут быть глюкоза и небольшие молекулы.
В сутки образуется около 100-150 л первичной мочи. Если бы первичная моча сразу выводилась наружу, человек терял бы много воды и питательных веществ. Задача нефрона – удалить из первичной мочи полезные вещества и сконцентрировать ее, чтобы вернуть в кровяное русло воду.
В проксимальном извитом канальце (участок нефрона между капсулой и петлей Генле) происходит обратное всасывание в кровь некоторых питательных веществ, реабсорбция. Все канальцы почек оплетены капиллярами, кровь по ним движется в обратном току мочи направлении. За счет разности концентраций солей в моче и крови, в петле Генле происходит концентрирование мочи, мочевина и избыток минеральных веществ выводятся из крови, образуется вторичная моча. Такая система называется противоточно-множительной.
Другим механизмом реабсорбции является активный транспорт молекул и ионов, который осуществляется специфическими переносчиками с затратой энергии.
Вторичная моча по дистальным извитым канальцам идет к собирательным трубкам и собирается в почечной лоханке. За сутки всего выделяется 0,8-1,5 л вторичной мочи.
Суммарная концентрация всех растворенных в жидкости частиц называется осмолярностью. Сильнее всего на осмолярность в организме влияют соли. Осмолярность крови равняется 300 осмоль/л, вторичной мочи – около 100 осмоль/л, то есть кровь в норме более соленая, чем моча.
Если в организм поступает много жидкости, почки должны выводить больше воды, моча становится менее концентрированной. Если же в организм поступает слишком мало жидкости, моча концентрируется.
Большая часть клубочков в почке человека находится в корковом веществе и только около 15% на границе коркового и мозгового. Мозговое вещество образовано канальцами петель нефронов. Закономерно, что у животных, которые вынуждены экономить воду, доля мозгового вещества больше, чем у водных животных.
Мочевой пузырь
Мочевой пузырь находится в брюшной полости, он необходим для накопления мочи. У некоторых животных мочевого пузыря нет и мочевыводящие пути открываются прямо в клоаку. Не все животные с мочевым пузырем могут контролировать акт мочеиспускания (как это делает человек), у многих он происходит непроизвольно при достаточном наполнении пузыря.
Мочевой пузырь человека вмещает около 500-700 мл жидкости. Он представляет собой полый мышечный орган с толстыми стенками, которые способны быстро и сильно сокращаться, выталкивая мочу.
Акт мочеиспускания запускается рецепторами натяжения в стенке мочевого пузыря. Поэтому, например, при беременности мочеиспускание учащается, так как плод постоянно давит на пузырь.
Гемодиализ
Почки способны сохранять свои фильтрующие свойства даже если работает всего 30% нефронов, люди могут полноценно жить с одной почкой. Но при резком поражении почек человек может умереть за несколько дней от интоксикации.
Определить нарушение в работе почек можно по анализу мочи: она не должна содержать клеток крови, белки и глюкозу. Так как почки работают по принципу фильтра, их можно заменить аппаратами. В настоящее время людям с почечной недостаточностью регулярно проводят гемодиализ. Кровь из организма поступает в наружный фильтр, где проходит через полупроницаемую мембрану. При этом крупные молекулы и форменные элементы остаются в крови и возвращаются обратно в кровоток. Вместе с кровью пациенту вводят солевой раствор, чтобы поддерживать электролитный состав. Отфильтрованный диализат с продуктами обмена остается снаружи.
Процедура гемодиализа длится около от 2 до 5 часов, проводят ее 3-4 раза в неделю. Необходимо постоянно контролировать электролитный состав крови, чтобы вовремя выявить отклонения.