§ 32. Виділення кінцевих продуктів метаболізму – важливий етап обміну речовин. Будова сечовидільної системи людини
Ви вже знаєте, що у процесі обміну речовин утворюються кінцеві продукти, які далі вже не можуть бути використані організмом і мають бути видалені з нього. Серед них, зокрема, амоніак, сечова кислота, сечовина, вуглекислий газ. Ці речовини безперервно утворюються в клітинах, з них вони потрапляють у міжклітинну рідину, лімфу і далі – у кров.
Вода – це особливий кінцевий продукт обміну речовин, бо її організм може використовувати для власних потреб. Але для підтримання сталості внутрішнього середовища її надлишки повинні постійно виводитися з організму, як і надлишки мінеральних солей. З організму виводяться також будь-які чужорідні та отруйні речовини, що надійшли ззовні.
Фізіологічні процеси звільнення організму від кінцевих продуктів обміну, чужорідних та отруйних речовин, спрямовані на підтримання сталості його внутрішнього середовища, називають виділенням. В організмі людини процеси виділення забезпечують нирки, печінка, легені, кишківник і шкіра (мал. 124).
Через легені виділяються вуглекислий газ, вода у вигляді пари (пригадайте, як добре це видно морозного ранку, коли ви поспішаєте до школи) та деякі леткі речовини. Частково видільну функцію виконують залози травної системи. Так, з організму видаляються не лише неперетравлені рештки їжі, а й кінцеві продукти обміну речовин (згадайте функції печінки), деякі отрути та шкідливі солі важких металів. Через потові залози виводяться переважно вода і розчинені в ній мінеральні солі.
Мал. 124. Органи, що беруть участь у видільних процесах організму
Провідна роль у процесах виділення належить сечовидільній системі, за участі якої з організму видаляється більша частина розчинних продуктів розпаду органічних речовин, зокрема сечовина та сечова кислота.
Цікаво знати
Сечовина та сечова кислота – органічні сполуки з невеликими розмірами молекул, які містять Нітроген і є кінцевими продуктами розкладу білків та деяких інших органічних речовин.
До складу сечовидільної системи входять нирки, сечоводи, сечовий міхур та сечовивідний канал, або сечівник (мал. 125).
Яка будова органів сечовидільної системи? Нирки – парні органи, розміщені в черевній порожнині на рівні попереку з обох боків хребта. За своєю формою вони нагадують насінину квасолі. У дорослої людини кожна нирка важить близько 160 г. Нирка ззовні оточена жировою капсулою, а сама тканина нирки вкрита щільною сполучнотканинною оболонкою. На внутрішній увігнутій поверхні нирки розташована глибока виїмка. Це так звані ворота нирки. Через них до нирки входять ниркові артерії та нерви, а виходять ниркові вени, лімфатичні судини і сечовід. Він починається від сплощеного лійкоподібного утворення – ниркової миски (мал. 126).
Мал. 125. Будова сечовидільної системи: 1 – нижня порожниста вена; 2 – черевна аорта; 3 – нирки; 4 – сечоводи; 5 – сечовий міхур; 6 – сечівник; 7 – ниркова вена; 8 – ниркова артерія
Мал. 126. Будова нирки: 1 – ниркова артерія; 2 – ниркова вена; 3 – ниркова миска; 4 – мозковий шар; 5 – ниркова піраміда; 6 – кірковий шар; 7 – сечовід
На поздовжньому розрізі нирки добре помітні два шари ниркової речовини, які відрізняються один від одного за своїм забарвленням та будовою. Зовнішній шар має назву кірковий, він темно-червоного кольору. Таке забарвлення йому надають численні кровоносні судини. Внутрішній шар називають мозковим. Він включає в себе 8-15 конусоподібних утворів – ниркових пірамід, розділених прошарками кіркової речовини. На верхівці кожної піраміди відкривається 10-20 проток, якими до ниркової миски надходить сеча.
Сечовід – орган у вигляді трубки, що з’єднує ниркову миску і сечовий міхур (мал. 125, 4). Стінка сечовода побудована з трьох шарів: зовнішнього – сполучнотканинного, середнього – м’язового та внутрішнього – епітеліального, у якому є слизові клітини. Наявність слизу запобігає подразненню стінок сечовода сечею.
Перистальтичні (хвилеподібні) скорочення непосмугованих м’язів стінок сечоводів забезпечують рух сечі від нирок до сечового міхура. (Пригадайте, що подібно просувається їжа травним каналом.)
Сечовий міхур – це порожнистий орган, який слугує для накопичення та виведення сечі (мал. 125, 5). Внутрішня поверхня міхура вистелена багатошаровим епітелієм. Він захищає стінки міхура від подразнення сечею. М’язова оболонка міхура побудована з трьох шарів непосмугованих м’язів. Коловий шар м’язів біля виходу сечового міхура утворює потовщення – сфінктер, що слугує для відкривання або закривання виходу до сечівника. Зовні сечовий міхур укритий сполучнотканинною оболонкою.
Як утворюється сеча? Головну масу нирок складають особливі мікроскопічні структури – нефрони (мал. 127). Саме вони здійснюють основні процеси сечоутворення. Тому їх вважають структурно-функціональними одиницями нирки. У кожній нирці міститься понад 1 млн нефронів.
Кожний нефрон складається з двостінної капсули, у якій розміщений клубочок капілярів, та сечового канальця (мал. 127). Капсула нефрону має вигляд порожнистої кулі, стінки якої утворені двома шарами епітеліальних клітин. Простір капсули переходить у сечовий каналець. У мозковому шарі цей каналець утворює петлю, після чого повертається в кірковий шар. Тут він разом із сечовими канальцями інших нефронів зростається в більший так званий збирний каналець. Такі збирні канальці сполучаються у протоку – збирну трубочку, яка відкривається на верхівці ниркової піраміди. У кожній нирці загальна довжина всіх канальців становить близько 70-100 км, а їхня поверхня сягає 25 м 2 . Це зумовлено величезним обсягом роботи, яку виконують нирки, очищуючи кров від кінцевих продуктів обміну та утворюючи сечу.
Речовини, які мають видалятися з організму людини, надходять до нирки нирковими артеріями (мал. 126, 1). Судина, яка дає початок клубочку капілярів, має назву приносна, а та, яка виходить з клубочка, – виносна. Унікальною особливістю виносної судини є те, що вона не переходить у венули, а ще раз розгалужується на капіляри, які обплітають стінки сечового канальця. Лише після цього капіляри переходять у венозні судини, по яких кров виходить з нирки.
Мал. 127. Будова нефрону. Завдання. Простежте етапи утворення сечі в нефроні
Приносна судина, по якій кров надходить до клубочка капілярів, має більший діаметр, ніж виносна. Ця різниця в діаметрі приносної та виносної судин зумовлює те, що кров’яний тиск у капілярах клубочка досягає 60-70 мм рт. ст., тоді як у всіх інших капілярах тіла людини цей тиск не перевищує 22 мм рт. ст. За рахунок високого тиску через стінки капілярів клубочка з плазми крові в порожнину капсули витискається частина води та розчинені в ній складові білків – амінокислоти, а також глюкоза, сечовина, неорганічні сполуки тощо. Утворена таким чином рідина має назву первинна сеча. За своїм хімічним складом вона цілком нагадує плазму крові, але, на відміну від плазми, не містить білків. Це зумовлено тим, що через пори (дрібні отвори) у стінках капілярів клубочків великі молекули білків і клітини крові не проходять. Процес утворення первинної сечі у нефронах називають фільтрацією.
За добу через нирки протікає 1500-1800 л крові і відповідно утворюється 150-180 л первинної сечі. З капсули нефрону первинна сеча потрапляє в сечовий каналець, обплетений сіткою капілярів (пригадайте, це саме ті капіляри, які повторно утворює виносна судина) (мал. 127). Тут відбувається зворотне всмоктування з рідини канальця в плазму крові більшої частини води, амінокислот, глюкози, вітамінів, неорганічних сполук тощо, тобто потрібних організму речовин. Цей процес має назву реабсорбція.
У результаті реабсорбції 99,2 % об’єму первинної сечі знову повертається у кров. Та частина сечі, яка залишається, пройшовши нирковий канадець, потрапляє до збирної трубочки. У нормі вона містить лише сечовину, сечову кислоту, амоніак, неорганічні солі та пігменти, які надають їй певного кольору. Її називають вторинною сечею. За добу в людини утворюється приблизно 1,5 л вторинної сечі. У ній менша, ніж у крові, концентрація натрій хлориду, тоді як концентрація сечовини більша в 60-70 разів.
За нормальної роботи нирок у вторинній сечі не повинно бути білків і глюкози. Якщо вони з’являються, це свідчить про порушення роботи нирок та обміну речовин в організмі. Поява глюкози у вторинній сечі може бути пов’язана з тим, що людина з’їла багато солодощів. При цьому вміст глюкози в крові підвищується понад норму, і організм завдяки роботі нирок намагається вивести з нього надлишок глюкози.
Як здійснюється сечовипускання? Сеча, яка утворюється в нирках, по сечоводах, завдяки перистальтичним скороченням м’язів їхньої стінки, поступово надходить до сечового міхура (мал. 125). Коли сечовий міхур наповнюється сечею, його стінки розтягуються (об’єм наповненого сечового міхура в дорослої людини може сягати 0,75 л). Це спричинює подразнення рецепторів, розташованих у його стінках. Нервові імпульси, які виникають унаслідок цього, по чутливих нервах надходять до крижового відділу спинного мозку. Там розташований центр сечовипускання. Він посилає нервові імпульси, які зумовлюють розслаблення сфінктера та скорочення м’язів стінок міхура і сечівника. За рахунок цього сеча виводиться назовні. Так відбувається мимовільне (поза свідомістю людини), або безумовно-рефлекторне, сечовипускання.
З 1,5-2 років у дітей встановлюється довільне сечовипускання (тобто залежне від свідомості), бо його починають регулювати певні центри кори великих півкуль головного мозку. Під впливом сигналів, які надходять до цих центрів, людина відчуває позиви до сечовипускання. У свою чергу, сигнали, які виникають у корі півкуль, можуть гальмувати або, навпаки, збуджувати центр сечовиділення в спинному мозку. Саме тому, починаючи з певного віку, людина здатна свідомо регулювати процеси виведення сечі з організму.
Які функції виконує нирка, крім сечоутворення? Нирки, крім виділення кінцевих продуктів обміну речовин, беруть участь у підтриманні сталості об’єму та складу плазми крові, лімфи і тканинної рідини. Тобто нирки є одними з тих органів, які забезпечують гомеостаз нашого організму. Крім того, нирки здатні знешкоджувати деякі токсичні продукти обміну. Також у нирках синтезується вітамін D3, деякі гормони і речовини, що стимулюють утворення еритроцитів.
Процеси сечоутворення регулює нервова система, звужуючи чи розширюючи кровоносні судини нирок.
Ключові терміни і поняття: нирка, нефрон, сечовід, сечовий міхур, сечівник, первинна сеча, вторинна сеча.
ПЕРЕВІРТЕ ТА ЗАСТОСУЙТЕ ЗДОБУТІ ЗНАННЯ
Дайте відповідь на запитання
1. Яке значення має виділення кінцевих продуктів обміну речовин з організму? 2. Яка будова нирок? 3. Яка будова нефрону? 4. Як утворюється первинна сеча? 5. Завдяки чому утворюється вторинна сеча? 6. Чим розрізняються за хімічним складом первинна та вторинна сеча? 7. Як сеча виводиться з організму людини?
Виберіть одну правильну відповідь
1. Укажіть ряд органів, які беруть участь у виділенні з організму продуктів обміну: а) нирки, легені, шкіра, кишківник; б) серце, легені, шкіра, печінка; в) підшлункова залоза, шкіра, кишківник, печінка; г) шлунок, спинний мозок, печінка, шкіра, нирки.
2. Укажіть, де розташовані ниркові піраміди: а) у кірковому шарі нирок; б) у мозковому шарі нирок; в) у нирковій мисці; г) у сечовому міхурі.
3. Укажіть структурну і функціональну одиницю нирок: а) альвеола; б) нейрон; в) нефрон; г) канальцевий апарат.
4. Укажіть кількість вторинної сечі, що утворюється в людини за добу: а) 1500 л; б) 150 л; в) 1,5 л; г) 0,15 л.
Обговоріть у групах. Установіть чітку послідовність процесів утворення первинної та вторинної сечі та обґрунтуйте їхнє значення.
Поміркуйте. 1. Лікарі-урологи називають нирки «біологічними фільтрами» організму людини. Чому вони дістали таку назву? 2. Який зв’язок існує між роботою видільних органів і діяльністю інших систем органів в організмі людини?
ВИДІЛЕННЯ, ЙОГО ЗНАЧЕННЯ ДЛЯ ОРГАНІЗМУ. ОРГАНИ ВИДІЛЕННЯ ТВАРИН
Виділення — виведення з організму кінцевих продуктів обміну речовин, надлишку води, солей, а також біологічно активних речовин, сторонніх і токсичних сполук, що утворилися в організмі або надійшли з кормом.
Значення виділення для організму:
• виведення з організму амоніаку, сечовини, сечової кислоти. У процесі життєдіяльності організму відбувається утворення і розпад білків — одних із найголовніших складових організму тварин. У результаті їх розпаду утворюються амоніак, сечовина, сечова кислота. Це отруйні для організму речовини, які підлягають виведенню. Виводяться вони переважно через видільну систему;
• підтримання сталості хімічного складу рідин тіла: порожнинної рідини і крові.
Основний принцип роботи органів виділення: виведення з організму непотрібних (бідних енергією) і шкідливих речовин та збереження потрібних.
Будова органів виділення подібна у представників різних груп тварин:
а) відкрита або закрита порожнина, стінки якої вистелені епітеліальними клітинами;
б) протоки для виведення продуктів виділення.
Процес виділення непотрібних речовин складається з трьох етапів:
I — рідина тіла фільтрується всередину порожнини органу виділення;
II — потрібні організму речовини (вода, глюкоза тощо) всмоктуються назад у кров;
III — рідина, що залишилась, виводиться назовні. Вона називається сечовиною.
У деяких безхребетних, наприклад у комах, продукти, що підлягають виділенню, не рідкі, а тверді. Це кристали сечової кислоти, які й виводяться з організму.
Органи виділення у безхребетних тварин
У кільчастих червів органи виділення — нефридії (грец. нефрос — нирка).
Органи виділення черв’яка дощового
Нефридії — це тоненькі трубочки, що відкриваються лійкоподібним розширенням у порожнину тіла в одних сегментах, а інший їх кінець виходить назовні у других сегментах. Лійка вистелена війками, які створюють течію рідини в порожнині тіла та фільтрують її. Число пар нефридіїв часто відповідає числу сегментів.
Органи виділення у ракоподібних — зелені залози, що розміщені біля основи довгих вусиків. Під ними міститься сечовий міхур, що відкривається видільною порою.
Голова рака річкового
Органи Виділення комах і павуків — мальпігієві судини (названі на честь італійського анатома XVII ст. Мальпігі, який їх відкрив). Це тонкі звивисті трубочки, один кінець яких вільно розміщений всередині тіла, а другий відкривається в кишечник на межі середньої і задньої кишки.
Органи виділення комах
Мальпігієвих судин може бути від 1-2 до 200 пар. Переваги їх у тому, що продукти обміну (сечова кислота тощо) виводяться із сечею у задню кишку. Тут відбувається всмоктування організмом води, а зневоднені продукти (кристали сечової кислоти) виводяться назовні через анальний отвір.
Крім мальпігієвих судин до видільної системи комах і павуків належить жирове тіло. Воно займає значну частину порожнини тіла. Продукти виділення, що накопичуються в спеціальних клітинах жирового тіла, нікуди не виводяться.
Органи виділення молюсків — нирки. Вони влаштовані практично так само, як і в кільчастих червів. Нирки молюсків починаються лійкою, що переходить у витягнутий канал і відкривається у мантійну порожнину. Отже, нирки у молюсків — це видозмінені нефридії.
Органи виділення у хребетних тварин
Органи виділення хребетних тварин називаються нирками. Вони побудовані по типу нефридіїв.
Нирки — парний орган виділення у хребетних.
У виділенні з організму кінцевих продуктів обміну речовин беруть участь і інші органи. Наприклад, у риб через зябра виводяться вода, солі, амоніак і сечовина. У ссавців продукти обміну речовин виводяться з потом, видихуваним повітрям, через кишечник.
ЗАПАМ’ЯТАЙТЕ!
• Завдяки виведенню з організму кінцевих продуктів обміну, надлишку води, солей, сторонніх і токсичних речовин та збереження потрібних підтримується сталість внутрішнього середовища організму.
• Процес виведення з організму непотрібних речовин має таку послідовність: спочатку рідина тіла фільтрується всередину порожнини органа виділення (нефридії, нирки тощо), потім потрібні речовини всмоктуються назад у рідину тіла, а решта рідини виводиться назовні. Вона називається сечею або сечовою кислотою.
• Найпримітивніші органи виділення — нефридії. Вони характерні для кільчастих червів. Видозміненими нефридіями є зелені залози ракоподібних і нирки молюсків.
• У павуків і комах органи виділення — мальпігієві судини. Вони розміщені на межі середньої і задньої кишок і пов’язані з травною системою. Додатковий орган виділення у павуків і комах — жирове тіло.
• Головний орган виділення всіх хребетних тварин — парні нирки: тулубні або тазові.
• Еволюція видільної системи відбувалася у напрямі вдосконалення нефридіїв та переходу від них до спеціалізованих органів — нирок. Загальний принцип роботи нирок такий самий, як і нефридіїв.
ЗАПИТАННЯ ДО ТЕМИ
1. Який загальний принцип роботи органів виділення?
2. Яка головна відмінність мальпігієвих судин від нефридіїв?
3. Порівняйте роботу органів виділення раків і кільчастих червів, раків і комах. Укажіть спільні та відмінні риси.
4. Порівняйте роботу органів виділення кісткових і хрящових риб; кісткових риб і амфібій; амфібій і птахів; рептилій і ссавців. Укажіть спільні та відмінні риси.