Utrzymanie prawidłowego poziomu metabolizmu w organizmie, zwanego homeostazą, odbywa się za pomocą neuro-humoralnej regulacji procesów oddychania, trawienia, krążenia krwi, wydalania i rozmnażania. W tym artykule rozważymy układ narządów wydalniczych ludzi i zwierząt, ich budowę i funkcje, a także ich znaczenie w reakcjach metabolicznych organizmów żywych.
Biologiczne znaczenie narządów wydalniczych
W wyniku metabolizmu zachodzącego w każdej komórce żywego organizmu gromadzi się duża ilość substancji toksycznych: dwutlenku węgla, amoniaku, soli. Aby je usunąć, potrzebny jest system, który usuwa toksyny do środowiska zewnętrznego. Struktura i funkcje narządów układu wydalniczego są badane przez anatomię i fizjologię.
Po raz pierwszy u bezkręgowców z dwustronną symetrią pojawia się oddzielny narząd wydalniczy. Ściany ich ciała składają się z trzech warstw: egzomezo- i endodermy. Dla takich organizmówobejmują płazińce i glisty, a sam system wydalniczy jest reprezentowany przez protonephridia.
Jak działają narządy wydalnicze u płazińców i nicieni
Protonephridia to system rurkowatych formacji rozciągających się od głównego kanału podłużnego. Powstają z zewnętrznej warstwy zarodkowej - egzodermy. Toksyny i nadmiar jonów są usuwane na powierzchnię ciała robaków przez pory.
Wewnętrzny koniec protonephridia jest wyposażony w grupę procesów - rzęski lub wici. Ich falujące ruchy mieszają płyn międzykomórkowy, co wzmaga funkcje filtracyjne przewodów wydalniczych.
Postępujące powikłania narządów wydalniczych u pierścienic
Pierścienie, na przykład dżdżownica, nereis, piaskowiec, usuwają produkty przemiany materii z organizmu za pomocą metanefrydów - organów wydalniczych robaków. Mają postać kanalików, których jeden koniec jest leukoidalnie rozszerzony i wyposażony w rzęski, a drugi przechodzi do skóry zwierzęcia i ma otwór - por. Powikłanie narządów wydalniczych u dżdżownic tłumaczy się pojawieniem się wtórnej jamy ciała - celom.
Cechy budowy i funkcji naczyń Malpighian
U przedstawicieli rodzaju stawonogów narząd wydalniczy ma postać rozgałęzionych kanalików, do których wchłaniane są rozpuszczone produkty przemiany materii i nadmiar wody z hemolimfy - płynu wewnątrzjamowego. Nazywane są naczyniami malpighian i są charakterystyczne dla przedstawicieli klas pajęczaków i owadów. W tym ostatnim, z wyjątkiem wydalaniakanaliki, istnieje inny narząd - ciało tłuszczowe, w którym gromadzą się produkty przemiany materii. Naczynia Malpighiana, do których dostały się substancje toksyczne, wpływają do tylnego jelita. Stamtąd produkty przemiany materii są wydalane przez odbyt.
Organ wydalniczy skorupiaków - raki, homary, kolczaste - jest reprezentowany przez zielone gruczoły, które są zmodyfikowanymi metanefrydiami. Znajdują się one na głowotułowiu zwierzęcia, za podstawą czułków. Pod zielonymi gruczołami u skorupiaków znajduje się pęcherz, który otwiera się porem wydalniczym.
Narząd wydalniczy u ryb
U przedstawicieli klasy ryb kostnych występuje dalsze powikłanie układu wydalniczego. Ma wygląd ciemnoczerwonych, przypominających wstążkę ciał - nerki tułowia zlokalizowane nad pęcherzem pławnym. Z każdego z nich odchodzi moczowód, przez który mocz wpływa do pęcherza, a z niego do otworu moczowo-płciowego. U przedstawicieli klasy ryb chrzęstnych (rekiny, płaszczki) moczowody wpływają do kloaki, a pęcherza nie ma.
Na podstawie struktury układu wydalniczego wszystkie ryby kostne dzieli się na trzy grupy: te żyjące w wodzie słodkiej, w wodzie słonej oraz grupę tzw. anadromicznych żyjących zarówno w wodzie słonej, jak i słodkiej ze względu na cechy tarła.
Ryby słodkowodne (okoń, karaś, karp, leszcz), aby uniknąć nadmiernego poboru wody do organizmu, zmuszone są do usuwania dużej ilości płynu przez kanaliki nerkowe i kłębuszki nerkowe. Tak więc karp uwalnia do 120 ml wody na 1 kgjego masa i sum - do 380-400 ml. Aby organizm nie odczuwał niedoboru soli, skrzela ryb słodkowodnych działają jak pompy, które wypompowują jony sodu i chloru z wody. Życie morskie - dorsz, flądra, makrela - wręcz przeciwnie, cierpi na brak wody w organizmie. Aby uniknąć odwodnienia i utrzymania prawidłowego ciśnienia osmotycznego wewnątrz organizmu, zmuszeni są do picia wody morskiej, która po przefiltrowaniu w nerkach jest oczyszczana z soli. Nadmiar chlorku sodu jest eliminowany przez skrzela i kał.
W przypadku ryb anadromicznych, takich jak węgorz europejski, istnieje „przełącznik” sposobu, w jaki osmoregulacja jest przeprowadzana przez nerki i skrzela, w zależności od tego, w jakiej wodzie się znajdują.
Płazowy system wydalniczy
Będąc zimnokrwistymi mieszkańcami środowiska lądowo-wodnego, płazy, podobnie jak ryby, usuwają szkodliwe produkty przemiany materii przez nagą skórę i nerki tułowia. U żab, traszek i rybiego węża cejlońskiego narząd wydalniczy jest reprezentowany przez sparowane nerki zlokalizowane po obu stronach kręgosłupa, z których wychodzą moczowody, wpływające do kloaki. Częściowo gazowe produkty przemiany materii są z nich usuwane przez segmenty płuc, które wraz ze skórą pełnią funkcję wydalniczą.
Nerki miednicy są głównymi narządami wydalniczymi ptaków i ssaków
W procesie ewolucyjnego rozwoju nerki tułowia są przekształcane w bardziej progresywną formę narządu wydalniczego - nerki miednicy. Znajdują się one głęboko w jamie miednicy, prawie obok kloaki u gadów i ptaków,i w pobliżu gonad (jąder i jajników) - u ssaków. Zmniejsza się masa i objętość ich nerek, ale pojemność filtracyjna komórek nefronu nerkowego znacznie wzrasta, a to prowadzi do tego, że narządy wydalnicze zwierząt należących do klas ptaków i ssaków znacznie skuteczniej oczyszczają krew z produktów rozpadu i chroń organizm przed odwodnieniem.
Ponadto ptaki, w przeciwieństwie do wszystkich innych kręgowców lądowych, nie mają pęcherza moczowego, więc mocz nie gromadzi się w nich, ale z moczowodów natychmiast dostaje się do kloaki, a następnie wychodzi. Jest to urządzenie, które zmniejsza masę ciała ptaków, co jest ważne, biorąc pod uwagę ich zdolność do latania.
Funkcje filtracji i adsorpcji ludzkich nerek
U ludzi narząd wydalniczy – nerki – osiąga najwyższy stopień rozwoju i specjalizacji. Można go uznać za bardzo zwarty (masa obu nerek osoby dorosłej nie przekracza 300 g) filtr biologiczny, który przechodzi przez jego komórki - nefrony, do 1500 litrów krwi dziennie. W fizjologii i medycynie prawidłowe funkcjonowanie tego narządu ma szczególne znaczenie. A w chińskim systemie zdrowia Wu Xing nerki są głównym elementem podtrzymującym życie.
Miąższ nerkowy zawiera około 2 miliony nefronów, składających się z kapsułek Bowmana-Shumlyansky'ego, w których zachodzi proces filtrowania krwi i tworzenia moczu pierwotnego oraz krętych kanalików (pętli Henlego), zapewniających reabsorpcję - selektywną ekstrakcję glukozy, witaminy i białka niskocząsteczkowe zpierwotny mocz i ich powrót do krwiobiegu. W wyniku reabsorpcji powstaje mocz wtórny. Zawiera nadmiar wody, soli, mocznika. Spływa do miedniczek nerkowych, a z nich do moczowodów, a następnie do pęcherza. To około 2 l/dobę. Z niego jest usuwana przez cewkę moczową na zewnątrz.
W ten sposób gromadzenie się płynu w jamie narządów wewnętrznych jest zabronione i zapobiega się zatruciu organizmu.
Dodatkowe narządy wydalające produkty przemiany materii
Oprócz nerek, które odgrywają główną rolę w osmoregulacji i usuwaniu nadmiaru soli i toksyn, płuca, skóra, pot i gruczoły trawienne pełnią w ludzkim organizmie częściową funkcję wydalniczą. Tak więc w wyniku wymiany gazowej przeprowadzanej przez pęcherzyki, które tworzą segmenty płuc, usuwany jest dwutlenek węgla, para wodna oraz substancje toksyczne, takie jak produkty rozkładu etanolu. Poprzez wydalanie gruczołów potowych usuwany jest mocznik, nadmiar soli i woda. Wątroba, oprócz wiodącej roli w procesie trawienia, dezaktywuje zawarte we krwi żylnej toksyczne produkty rozpadu białek, leków, alkoholu, soli kadmu i ołowiu.
Praca wszystkich narządów (nerki, płuca, skóra, gruczoły trawienne i potowe), które pełnią funkcję wydalniczą, zapewnia normalny przebieg wszystkich reakcji metabolicznych i homeostazę.
