Конечные продукты обмена веществ в организме через какие органы они удаляются
Образовавшиеся при распаде пищи конечные продукты метаболизма либо выводятся через покровы тела и стенки трахей (CO2), либо абсорбируются в задней кишке (H2O), либо удаляются с остатками непереваренной пищи — экскрементами (мочевина, мочевая кислота, аммиак и др.).
При гидролизе нуклеиновых кислот образуются углеводы, фосфорная кислота и обогащённые азотом пуриновые (аденин, гуанин) или пиримидиновые (цитозин, тимин) основания. В свою очередь, пуриновые основания, подвергаясь окислению и дезаминированию, дают начало мочевой кислоте и её производным: аллантоину, аллантоиновой кислоте, мочевине и аммиаку, которые выводятся из организма. Пиримидиновые основания, хотя и способны преобразовываться в мочевину и аммиак, обычно вновь вовлекаются в метаболические процессы.
При гидролизе белков образуются аминокислоты и некоторые из них — чаще всего богатые азотом аргинин и гистидин — входят в состав экскрементов (в весьма малых количествах). Обычно они используются в синтезе пуриновых оснований, образуя наряду с ними мочевину. Таким образом, конечные продукты метаболизма азотсодержащих соединений формируются при окислении пуринов или синтезируются из аминокислот (рис. 100).
Рисунок 100. Конечные продукты обмена азотсодержащих соединений и их превращения у насекомых (по Gillot, 1980)
Большинство наземных насекомых выделяют азот в виде слаборастворимых и нетоксичных для организма мочевой кислоты, аллантоина и аллантоиновой кислоты. Они удаляются вместе с обезвоженными экскрементами; при этом возможные потери влаги сводятся к минимуму. Водорастворимые и токсичные даже в малых концентрациях мочевина и аммиак требуют для выведения очень больших количеств воды. Не случайно, что именно эти соединения являются конечными продуктами метаболизма у водных форм. Прежде чем поступить в заднюю кишку, в формирующиеся здесь экскременты, все эти метаболиты накапливаются в гемолимфе и извлекаются из неё специализированными органами выделения — мальпигиевыми сосудами.
Мальпигиевы сосуды представляют собой длинные и тонкие трубочки, впадающие в кишечник на уровне пилорического отдела (см. рис. 81). Вместе с задней кишкой они обеспечивают экскрецию азотсодержащих метаболитов и постоянство ионного баланса гемолимфы. Лишь у ногохвосток, некоторых двухвосток и тлей они не развиты.
Рисунок 81. Схема кишечного тракта насекомых (по Шванвичу, 1949):
1 — слюнные железы; 2 — глотка; 3 — пищевод; 4 — зоб; 5 — провентрикулус; 6 — кардиальный клапан; 7 — перитрофическая мембрана; 8 — мальпигиев сосуд; 9, 10 — соответственно пилорический и ректальный клапаны; 11 — анус
Стенки сосудов образованы однослойным эпителием и мышечными волокнами. Оплетённые трахеями, но лишённые нервов, они способны только к миогенным червеобразным движениям. У щетино-хвосток, уховёрток и трипсов мальпигиевы сосуды не имеют мышц и пассивно колеблются в токах гемолимфы.
В простейшем случае, например у прямокрылых, мальпигиевы сосуды однообразны по всей длине и лишь насасывают плазму с содержащимися в ней экскретами (рис. 101). Далее эта «первичная моча» проникает в полость задней кишки и подвергается здесь реабсорбции. Все метаболически ценные вещества (H2O, Cl-, Na+, K+ и др.) возвращаются в гемолимфу, а экскреты выводятся из организма. Сравнительно малая эффективность работы таких сосудов компенсируется их громадным числом (до 250 и более).
Рисунок 101. Строение и принципы работы мальпигиевых сосудов палочника (по Тыщенко, 1976):
1 — мальпигиевы сосуды; 2 — ампула; 3 — средняя кишка; 4 — задняя кишка
Сходным образом функционируют малочисленные (4–8) мальпигиевы сосуды некоторых жуков, однако их свободные концы врастают в стенку задней кишки. Высасывая из её полости воду, они энергично проводят первичную мочу, но не способны к её реабсорбции. У многих клопов происходит дифференциация отделов и эпителия сосудов и соответственно распределение функций по их длине. В дистальном отделе эпителиальные клетки несут плотный рабдориум и содействуют образованию первичной мочи. Переходя в проксимальный отдел, клетки которого снабжены рыхлым рабдориумом, она подвергается реабсорбции, и, таким образом, этот отдел принимает на себя функции задней кишки прямокрылых (рис. 102).
Рисунок 102. Строение и принципы работы мальпигиевых сосудов клопа Rhodnius prolixus St. (по Тыщенко, 1976):
1 — задняя кишка; 2 — средняя кишка; 3 — мальпигиевы сосуды
Ещё большей сложностью строения отличаются мальпигиевы сосуды двукрылых. Наряду с дистальным и проксимальным отделами в них выделяются промежуточный и медиальный отделы. В дистальном происходит насасывание мочевой кислоты и её солей, а также ионов Ca2+, тогда как в промежуточном и медиальном — воды. В проксимальком отделе реабсорбируются метаболически ценные продукты. У гусениц многих бабочек свойства сосудов, отмеченные у клопов и двукрылых, сочетаются с криптонефрией (рис. 103).
Рисунок 103. Строение и принципы работы мальпигиевых сосудов гусеницы бабочки Corcyra cephalonica (по Тыщенко, 1976):
1 — средняя кишка; 2 — тонкая кишка; 3 — ампула мальпигиева сосуда; 4 — прямая кишка
Заполняющая мальпигиевы сосуды жидкость изотонична гемолимфе, но отличается от неё по набору ионов. В частности, у палочника Carausius morosus Вr. ионы K+ преобладают внутри сосуда, а ионы Na+ — снаружи. Нарушение ионного баланса проявляется в разности потенциалов и возникновении электрохимического градиента.
Ионы K+ активно транспортируются внутрь и, по-видимому, переносят молекулы воды вопреки градиенту диффузии. Несколько по-иному работают мальпигиевы сосуды кровососущего клопа Rhodnius prolixus St. В них активно проникают ионы K+ и Na+, транспортирующие воду. Экскреты, поступающие в ихдистальные отделы в виде мочекислых солей натрия и калия, оказываются в слабощелочной среде (рН 7,2), но, продвигаясь проксимально, встречают слабокислую реакцию (рН 6,6) жидкости. В этих условиях Na+ и K+ освобождаются, а мочевая кислота кристаллизуется и выпадает в осадок (см. рис. 102).
Активность экскреции у Rhodnius prolixus St. существенно повышается (в 1 000 раз) под влиянием диуретического гормона, секретируемого в грудных ганглиях. Однако его выведение в гемолимфу происходит только при возбуждении рецепторов растяжения брюшка, что наблюдается всякий раз при насасывании крови. У саранчи Schistocerca gregaria Forsk. диуретический гормон стимулирует абсорбцию в мальпигиевых сосудах и тормозит реабсорбцию в ректальных железах задней кишки. У таракана Periplaneta americana L. наряду с диуретическим выделяется антидиуретический гормон.
Кроме мальпигиевых сосудов функции экскреции конечных продуктов метаболизма азота выполняют лабиальные железы Collembola, Thysanura и некоторых крылатых насекомых. У шелкопряда Hyalophora cecropia L. лабиальные шёлкоотделительные железы гусениц преобразуются в имагинальные органы, регулирующие водообмен и выделение экскретов. Продуцируемая придаточными половыми железами самцов некоторых тараканов мочевая кислота используется для покрытия сперматофоров и таким образом выводится из организма. Вместе с тем азотсодержащие метаболиты часто вообще не выводятся наружу, а, накапливаясь в уратных клетках жирового тела, в нефроцитах и в кутикуле, исключаются из процессов обмена веществ.
Согласованность и совершенство рассмотренных процессов метаболизма обеспечивают экономное расходование воды и энергетических субстратов, не допуская потерь сколько-нибудь ценных метаболитов. В этом отношении насекомые не уступают млекопитающим животным, несмотря на то что малые размеры тела определяют для них ряд ограничений. Однако ключевые пути метаболизма у тех и других принципиально сходны.
Источник
Выделение — часть обмена веществ, осуществляемая путем выведения из организма конечных и промежуточных продуктов метаболизма, чужеродных и излишних веществ для обеспечения оптимального состава внутренней среды и нормальной жизнедеятельности.
органы выделительной системы
| орган | выделяемое вещество |
| почки | избыток воды неорганические и органические вещества конечные продукты обмена токсины |
| легкие | углекислый газ пары воды некоторые летучие вещества (например, пары эфира и хлороформа при наркозе, пары алкоголя при опьянении) |
| слюнные железы | тяжелые металлы лекарственные вещества (например, морфий и хинин) чужеродные органические соединения |
| печень | продукты азотистого обмена (мочевина) гормоны (например, тироксин) продукты распада гемоглобина токсины лекарственные препараты |
| поджелудочная железа | тяжелые металлы лекарственные вещества |
| кишечные железы | тяжелые металлы лекарственные вещества |
| кожа | вода соли молочная кислота мочевина мочевая кислота токсины |
Продукты выделения
В процессе жизнедеятельности в организме образуются конечные продукты метаболзма. Большинство из них нетоксичны для организма (например, углекслый газ и вода).
Однако при окислении белков и других азотсодержащих продуктов образуется аммиак — один из конечных продуктов азотистого обмена. Он токсичен для организма, поэтому быстро выводится из организма. Растворяясь в воде, аммиак превращается в низкотоксичное соединение — мочевину.
Мочевина образуется, главным образом, в печени. Количество мочевины, выводимой с мочой в сутки, составляет примерно 50 — 60 г. Таким образом, продукты азотистого обмена практически выводятся с мочой в виде мочевины.
Часть азота выводится из организма в виде мочевой кислоты, креатина и креатинина. Эти вещества — главные азотосодержащие компоненты мочи.
мочевыделительная система
Мочевыделительная система человека — система органов, формирующих, накапливающих и выделяющих мочу.
СТРОЕНИЕ МОЧЕВЫДЕЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ:
- две почки
- два мочеточника
- мочевой пузырь
- мочеиспускательный канал
Рис. Органы мочевыделительной системы
функции почек
Роль почек в организме не ограничивается только выделением конечных продуктов азотистого обмена и избытка воды. Почки активно участвуют в поддержании гомеостаза организма.
- осморегуляция — поддержание осмотического давления в крови и других жидкостях организма;
- ионная регуляция — регуляция ионного состава внутренней среды организма;
- поддержание кислотно-щелочного баланса плазмы крови (рН = 7,4);
- регуляция артериального давления;
- эндокринная функция: синтез и выделение в кровь биологически активных веществ:
– ренина, регулирующего артериальное давление;
– эритропоэтина, регулирующего скорость образования эритроцитов; - участие в обмене веществ;
- экскреторная функция: выделение из организма конечных продуктов азотистого обмена, чужеродных веществ, избытка органических веществ (глюкоза, аминокислоты и др.).
Строение почек
Почки — паренхиматозные органы бобовидной формы, расположенные на спинной стороне по бокам поясничного отдела позвоночника.
Рис. Расположение почек
Размер каждой почки примерно 4 х 6 х 12 см и вес примерно 150 г.
Почка окружена тремя оболочками (капсулами):
- фиброзной капсулой — внутренней тонкой и плотной оболочкой;
во внутренней части этой капсулы присутствуют гладкомышечные клетки, за счет незначительного сокращения которых в почке поддерживается необходимое для процессов фильтрации давление. - жировой капсулой — средней оболочкой;
жировая клетчатка более развита с задней стороны почки. Функция: упругая фиксация почки в поясничной области; терморегуляция; механическая защита (амортизация). При похудании и уменьшении объема жировой клетчатки может возникнуть подвижность или опущение почек. - почечной фасцией — наружной оболочкой, охватывающей почку с жировой капсулой и надпочечниками. Фасция удерживает почку в определенном положении.От фасции к фиброзной капсуле через жировую клетчатку проходят соединительнотканные волокна.
Паренхима почки включает:
- корковый слой (наружный слой) толщиной 5 — 7 мм;
- мозговой слой (внутренний слой);
- почечную лоханку.
Рис. Анатомия почки
Корковое вещество расположено на периферии почки и в виде столбов (колонки Бертини) глубоко проникает в мозговое вещество. Мозговое вещество почечными столбами делится на 15 — 20 почечных пирамид, обращенных вершинами внутрь почки, а основаниями — наружу. Пирамида мозгового вещества вместе с прилегающим к ней корковым веществом образуют долю почки.
Рис. Строение почки и нефрона
Почечная лоханка — центральная полая часть почки, в которую сливается вторичная моча из всех нефронов. Стенка лоханки состоит из слизистой, гладкомышечной и соединительнотканной оболочек.
Из почечной лоханки берет начало мочеточник, несущий образующуюся мочу к мочевому пузырю.
Мочеточники
Мочеточники — полые трубки, соединяющие почки с мочевым пузырем.
Их стенка состоит из эпителиального, гладкомышечного и соединительнотканного слоя.
Благодаря сокращению гладких мышц происходит отток мочи от почек в мочевой пузырь.
мочевой пузырь
Мочевой пузырь — полый орган, способный к сильному растяжению.
Рис. Мочевой пузырь
Функция мочевого пузыря:
- накопление мочи;
- контроль количества мочи в пузыре;
- выведение мочи.
Как все полые органы мочевой пузырь имеет трехслойную стенку:
- внутренний слой из переходного эпителия;
- средний толстый гладкомышечный слой;
- наружный соедниительнотканный слой.
мочеиспускательный канал
Мочеиспускательный канал — трубка, соедняющая мочевой пузырь с внешней средой.
Стенка канала состоит из 3-х оболочек: эпителиальной, мышечной и соеднительнотканной.
Выходное отверстие мочеиспускательного канала назвается уретрой.
Два сфинктера перекрывают просвет канала в районе соединения с мочевым пузырем и в уретре.
У женщин мочеиспускательный канал короткий (около 4 см), и инфекции проще проникнуть в женскую мочеполовую систему.
У мужчин мочеиспускательный канал служит для выделения не только мочи, но и спермы.
строение нефрона
Структурно-функциональной единицей почек является нефрон.
В каждой почке человека находятся около 1 млн. нефронов.
В нефроне происходят основные процессы, определяющие разнообразные функции почек.
Структурные части нефрона:
- почечное (мальпигиево) тельце:
– капиллярный (почечный) клубочек (+ приносящая и выносящая артерии)
– капсула Боумена-Шумлянского (= капсула нефрона): образована двумя слоями эпителиальных клеток; просвет капсулы переходит в извитой каналец;
- извитой каналец первого порядка (проксимальный): его стенки имеют щеточную каемку –большое количество микроворсинок, обращенных в просвет канальца.
- петля Генле: опускается в мозговое вещество, а потом поворачивает на 180 градусов и возвращается в корковый слой;
- извитой каналец второго порядка (дистальный): стенки петли Генле и дистального извитого канальца без ворсинок, но имеют сильную складчатость;
- собирательная трубка.
В разных отделах нефрона протекают разные процессы, определяющие функции почек. С этим связано и расположение частей нефрона:
- клубочек, капсула и извитые канальцы расположены в корковом слое;
- петля Генле и собирательные трубки распложены в мозговом слое.
Рис. Сосуды нефрона
Начинаясь в корковом веществе почки, собирательные трубки проходят через мозговое вещество и открываются в полость почечной лоханки.
Кровеносная система почек
Кровь к почкам подходит по почечным артериям (ветви брюшной аорты). Артерии сильно ветвятся и образуют сосудистую сеть. В каждую почечную капсулу заходит приносящая артериола, там она образует капиллярную сеть — почечный клубочек — и выходит из капсулы в виде более тонкой выносящей артериолы. Таким образом создается высокое кровяное давление в капиллярах клубочка для фильтрации жидкой части крови и образования первичной мочи. Давление в капиллярах клубочка достаточно стабильно, его значение остается постоянным даже при повышении общего уровня давления. Следовательно, скорость фильтрации при этом также практически не изменяется.
После отхождения от клубочка выносящая артериола вновь распадается на капилляры, образуя густую сеть вокруг извитых канальцев. Таким образом, большая часть крови в почке дважды проходит через капилляры — вначале в клубочке, затем у канальцев.
Выносится кровь из почек по почечным венам, впадающим в нижнюю полую вену.
ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ В ПОЧКАХ
- ультрафильтрация жидкости в почечных клубочках;
- реабсорбция (обратное всасывание);
- экскреция мочи.
УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИЯ ЖИДКОСТИ В ПОЧЕЧНЫХ КЛУБОЧКАХ
В клубочках происходит начальный этап мочеобразования — ультрафильтрация из плазмы крови в капсулу почечного клубочка всех низкомолекулярных компонентов плазмы крови.
Кроме того, в процессе канальцевой секреции клетки эпителия нефрона захватывают некоторые вещества из крови и межклеточной жидкости и переносят их в просвет канальца.
Такм образом в сутки образуется примерно 170 л первичной мочи.
Состав первичной мочи подобен составу плазмы крови, лишенному белка:
- вода
- минеральные соли
- низкомолекулярные соединения (в т. ч. токсины, аминокислоты, глюкоза, витамины)
- НЕТ БЕЛКОВ (следовые количества)
- НЕТ ФОРМЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КРОВИ
РЕАБСОРБЦИЯ (ОБРАТНОЕ ВСАСЫВАНИЕ)
Второй этап связан с реабсорбцией в кровеносные капилляры всех ценных для организма веществ: воды, ионов (Na+Na+, Cl−Cl−, HCO−3HCO3−), аминокислот, глюкозы, витаминов, белков, микроэлементов. Реабсорбция натрия и хлора представляет собой наиболее значительный по объему и энергозатратам процесс.
Обратное всасывание происходит во время прохождения первичной мочи через систему извитых канальцев. Для этой цели выносящая артериола вторично распадается на сеть капилляров, опутывающих канальца: через их тонкие стенки и просходит обратное всасывание нужных организму веществ.
Небольшое количество профильтровавшегося в клубочках белка реабсорбируется клетками проксимальных канальцев. Выделение белков с мочой в норме составляет не более 20 — 75 мг в сутки, а при заболеваниях почек оно может возрастать до 50 г в сутки. Увеличение выделения белков с мочой (протеинурия) может быть обусловлено нарушением их реабсорбции либо увеличением фильтрации.
В результате фильтрации, реабсорбции и секреции от 180 л первичной мочи остается только 1,5 л концентрированного раствора “ненужных” веществ — вторичная моча.
Состав вторичной мочи:
- вода
- соли
- токсины
- продукты метаболизма (в т.ч. остатки лекарственных препаратов)
ЭКСКРЕЦИЯ ВЕЩЕСТВ
Вторичная моча через собирательные трубки поступает в почечные лоханки.
В среднем человек производит приблизительно 1,5 литра мочи в сутки.
Из почек моча по мочеточникам поступает в мочевой пузырь.
Вместимость мочевого пузыря в среднем 600 мл.
Обычно содержимое мочевого пузыря стерильно.
Стенка мочевого пузыря имеет мышечный слой, который, сокращаясь, обуславливает мочеиспускание.
Мочеиспускание — произвольный (контролируемый сознанием) рефлекторный акт, запускаемый рецепторами натяжения в стенке мочевого пузыря, посылающими в головной мозг сигнал о наполнении мочевого пузыря.
Поток мочи при её выделении из мочевого пузыря регулируется круговыми мышцами-сфинктерами. При начале опорожнения мочевого пузыря его сфинктер расслабляется, а мышцы стенки сокращаются, создавая поток мочи.
В процессе метаболизма белков и нуклеиновых кислот образуются различные продукты азотистого обмена: мочевина, мочевая кислота, креатинин и др.
При нарушении выведения мочевой кислоты развивается подагра.
Эндокринная функция почек
В почках образуется:
- аммиак: выделяется в мочу;
- ренин, простагландины, глюкоза, синтезируемая в почке: поступают в кровь.
Аммиак поступает преимущественно в мочу. Некоторое его количество проникает в кровь, и в почечной вене аммиака оказывается больше, чем в почечной артерии.
регуляция работы почек
- Вазопрессин (= антидиуретический гормон (АДГ) — гормон гипоталамуса, который накапливается в нейрогипофизе):
увеличивает реабсорбцию воды почкой, таким образом повышая концентрацию мочи и уменьшая её объём - Альдостерон (гормон коркового вещества надпочечников):
усиление реабсорбции Na+Na+усилениесекрецииусилениесекрецииK^+$
- Натрийуретический гормон (гормон предсердия):
усиление секреции Na+Na+
уменьшение выделение калия.
Тематические задания
А1. Сходные по составу продукты распада удаляются через
1) кожу и легкие
2) легкие и почки
3) почки и кожу
4) пищеварительный тракт и почки
А2. Органы выделительной системы находятся
1) в грудной полости
3) вне полостей тела
2) в брюшной полости
4) в полости малого таза
А3. Целостной структурной единицей почки является
1) нейрон
2) нефрон
3) капсула
4) извитой каналец
А4. При нарушениях процесса выделения продуктов распада в организме накапливается:
1) соли серной кислоты
3) гликоген
2) избыток белков
4) мочевина или аммиак
А5. Функция капиллярного (мальпигиевого) клубочка:
1) фильтрация крови
3) всасывание воды
2) фильтрация мочи
4) фильтрация лимфы
А6. Сознательная задержка мочеиспускания связана с деятельностью:
1) продолговатого мозга
3) спинного мозга
2) среднего мозга
4) коры мозга
А7. Вторичная моча отличается от первичной тем, что во вторичной моче нет:
1) глюкозы
2) мочевины
3) солей
4) ионов К+ и Са2+
А8. Первичная моча образуется из:
1) лимфы
2) крови
3) плазмы крови
4) тканевой жидкости
А9. Симптомом заболевания почек может служить присутствие в моче
1) сахара
2) солей калия
3) солей натрия
4) мочевины
А10. Гуморальная регуляция деятельности почек осуществляется с помощью
1) ферментов
2) витаминов
3) аминокислот
4) гормонов
В1. Выберите симптомы, по которым можно заподозрить заболевание почек
1) наличие в моче белков
2) присутствие в моче мочевой кислоты
3) повышенное содержание глюкозы во вторичной моче
4) пониженное содержание лейкоцитов
5) повышенное содержание лейкоцитов
6) повышенное суточное количество выделенной мочи
В2. Что из перечисленного относится к нефрону?
1) почечная лоханка
2) мочеточник
3) капиллярный клубочек
4) капсула
5) мочевой пузырь
6) извитой каналец
Источник