परासरण-नियमन और उत्सर्जन

पशु अपने शरीर के तरल पदार्थों में पानी और नमक की मात्रा को विभिन्न वातावरणों के बावजूद कैसे स्थिर रखते हैं, और वे चयापचय अपशिष्टों से कैसे छुटकारा पाते हैं।

Definition

परासरण-नियमन (Osmoregulation) एक जानवर के शरीर के तरल पदार्थों की परासरणी और आयनिक सांद्रता का निर्धारित सीमाओं के भीतर सक्रिय रखरखाव है, और उत्सर्जन (excretion) चयापचय अपशिष्टों, विशेष रूप से प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड के टूटने से उत्पन्न नाइट्रोजनयुक्त उत्पादों का उन्मूलन है, जो अक्सर उन्हीं अंगों द्वारा होता है जो पानी और लवण को नियंत्रित करते हैं।

Scope

यह क्षेत्र जानवरों में पानी और आयन संतुलन के नियमन और अपशिष्टों के उत्सर्जन को शामिल करता है: ताजे पानी, समुद्री पानी और भूमि की परासरणी चुनौतियाँ; नेफ्रिडिया और मैलपीघियन नलिकाओं से लेकर कशेरुकी गुर्दे तक उत्सर्जी अंगों की संरचना और कार्य; नाइट्रोजनयुक्त अपशिष्टों का उत्पादन और अमोनिया, यूरिया और यूरिक एसिड के बीच के व्यापार-बंद; और उपकला (epithelia) के पार आयन और पानी के परिवहन की कोशिकीय मशीनरी। कवरेज नैदानिक ​​के बजाय तुलनात्मक और यांत्रिक है।

Sub-topics

• उत्सर्जन अंग और मूत्र निर्माण
• आयन परिवहन और उपकला शरीर विज्ञान
• नाइट्रोजनी अपशिष्ट और उत्सर्जन
• विभिन्न वातावरणों में जल और लवण संतुलन

Core questions

• एक जानवर को ताजे पानी, समुद्री पानी या भूमि पर किन परासरणी समस्याओं का सामना करना पड़ता है, और वह उन्हें कैसे हल करता है?
• उत्सर्जी अंग सही संरचना का मूत्र बनाने के लिए कैसे निस्यंदन, पुनरावशोषण और स्राव करते हैं?
• जानवर विभिन्न नाइट्रोजनयुक्त अपशिष्टों का उत्सर्जन क्यों करते हैं, और चुनाव क्या निर्धारित करता है?
• उपकलाएं शरीर के तरल पदार्थों को विनियमित करने के लिए प्रवणताओं के विरुद्ध आयनों और पानी को कैसे स्थानांतरित करती हैं?

Key theories

उत्सर्जन का निस्यंदन-पुनरावशोषण-स्राव मॉडल

कई उत्सर्जी अंग पहले एक निस्यंद या प्राथमिक मूत्र उत्पन्न करते हैं और फिर उपयोगी पदार्थों को चुनिंदा रूप से पुनरावशोषित करके और दूसरों को स्रावित करके इसे संशोधित करते हैं, ताकि अंतिम उत्सर्जित द्रव पानी, आयनों और अपशिष्टों को संतुलित करे।

मूत्र सांद्रता में प्रतिधारा गुणन

स्तनधारी गुर्दा हेनले के लूप में एक प्रतिधारा व्यवस्था का उपयोग करके मूत्र को केंद्रित करता है जो एक मामूली आयन प्रवणता को एक तीव्र परासरणी प्रवणता में गुणा करता है, जिससे रक्त की तुलना में अधिक केंद्रित मूत्र का उत्पादन संभव होता है।

Mechanisms

जानवर परासरण-अनुरूपक (osmoconformers) या परासरण-नियामक (osmoregulators) होते हैं। ताजे पानी के जानवरों को पानी के अंतर्वाह और नमक के नुकसान का सामना करना पड़ता है, इसलिए वे पतला मूत्र उत्सर्जित करते हैं और सक्रिय रूप से आयनों को ग्रहण करते हैं; समुद्री जानवर जैसे अस्थि-मछली निर्जलीकरण और नमक के भार का सामना करते हैं, समुद्री पानी पीते हैं और गलफड़ों और आंत के माध्यम से नमक उत्सर्जित करते हैं; स्थलीय जानवर पानी का संरक्षण करते हैं और केंद्रित मूत्र या कम घुलनशील अपशिष्ट उत्पन्न करते हैं। उत्सर्जी अंग सामान्यतः एक प्राथमिक निस्यंद (filtrate) या स्राव बनाते हैं और फिर उसे परिष्कृत करते हैं: कशेरुकी नेफ्रॉन ग्लोमेरुलस में निस्यंदन करता है और अपनी नलिका के साथ पुनरावशोषण और स्राव करता है, जिसमें हेनले का लूप और प्रतिधारा गुणन (countercurrent multiplication) केंद्रित मूत्र को सक्षम बनाता है; कीटों की मैलपीघियन नलिकाएं स्राव करती हैं फिर पुनरावशोषण करती हैं। इन सबके मूल में उपकला परिवहन (epithelial transport) है, जो एटीपी-संचालित पंपों और युग्मित ट्रांसपोर्टरों द्वारा संचालित होता है जो आयनों को स्थानांतरित करते हैं और परासरणी प्रवणता (osmotic gradients) बनाते हैं जिसका पानी अनुसरण करता है। नाइट्रोजनयुक्त अपशिष्ट का रूप — अमोनिया, यूरिया, या यूरिक एसिड — पानी की उपलब्धता और विषहरण की लागत को दर्शाता है।

Clinical relevance

मरुस्थलीय स्तनधारियों, समुद्री सरीसृपों और यूरीहेलाइन मछलियों पर तुलनात्मक कार्य द्रव और इलेक्ट्रोलाइट विनियमन के सिद्धांतों और सीमाओं को प्रकट करता है जो गुर्दे के कार्य और जल संतुलन की समझ को रेखांकित करते हैं। यह प्रविष्टि शैक्षिक है और चिकित्सा मार्गदर्शन प्रदान नहीं करती है।

History

ताजे पानी के जानवरों में सक्रिय आयन ग्रहण पर अगस्त क्रोग के अध्ययन और कशेरुकी गुर्दे पर होमर स्मिथ के तुलनात्मक कार्य ने परासरण-नियमन को एक क्षेत्र के रूप में स्थापित किया, और बीसवीं सदी के मध्य में विकसित मूत्र सांद्रता का प्रतिधारा सिद्धांत (countercurrent theory) ने समझाया कि केंद्रित मूत्र कैसे बनता है। श्मिट-नील्सन के मरुस्थलीय और समुद्री जानवरों के अध्ययनों ने पानी और नमक संतुलन के समाधानों की विविधता को दर्शाया।

Key figures

• Knut Schmidt-Nielsen
• Homer Smith
• Werner Kuhn
• August Krogh

Seminal works

• schmidtnielsen1997
• hill2016
• randall2002

Frequently asked questions

ताजे पानी और समुद्री मछली को विपरीत परासरणी समस्याओं का सामना क्यों करना पड़ता है?

ताजे पानी की मछली अपने परिवेश की तुलना में अधिक नमकीन होती है, इसलिए पानी अंदर भर जाता है और नमक बाहर निकल जाता है; समुद्री अस्थि-मछली समुद्री पानी की तुलना में कम नमकीन होती है, इसलिए वे पानी खो देती हैं और नमक प्राप्त करती हैं, और प्रत्येक विपरीत दिशा में विनियमन करती है।

कुछ जानवर यूरिया या अमोनिया के बजाय यूरिक एसिड का उत्सर्जन क्यों करते हैं?

यूरिक एसिड लगभग अघुलनशील होता है और इसे बहुत कम पानी के साथ उत्सर्जित किया जा सकता है, जो उन जानवरों जैसे पक्षियों, कीड़ों और सरीसृपों के लिए पानी का संरक्षण करता है जो पानी की कमी वाले स्थानों पर रहते हैं या जो बंद अंडों में विकसित होते हैं।