Органы выделения и образование мочи

Как разнообразные выделительные органы животных — от мальпигиевых сосудов насекомых до почек позвоночных — производят жидкость, которая удаляет отходы, одновременно точно регулируя содержание воды и солей.

Definition

Выделительные органы — это структуры, которые удаляют продукты метаболизма и регулируют состав жидкостей организма, а образование мочи — это последовательность процессов — фильтрация или начальная секреция с последующей избирательной реабсорбцией и секрецией, — посредством которых они производят жидкость, которая в конечном итоге выводится.

Scope

Эта тема охватывает структуру и работу выделительных органов, а также этапы образования мочи: фильтрацию, реабсорбцию и секрецию в нефроне позвоночных; противоточный механизм, концентрирующий мочу млекопитающих; и стратегии, основанные на секреции, у органов беспозвоночных, таких как мальпигиевы сосуды и нефридий. В ней рассматривается, как выделительная функция соотносится с водным балансом животного. Охват является сравнительным и механистическим.

Core questions

• Как нефрон позвоночных превращает фильтрат крови в мочу контролируемого состава?
• Как почки млекопитающих делают мочу более концентрированной, чем кровь?
• Как мальпигиевы сосуды насекомых образуют мочу без фильтрации?
• Как регулируется выведение мочи в соответствии с потребностью животного в сохранении или выведении воды?

Key theories

Клубочковая фильтрация и канальцевая обработка

В почках позвоночных кровяное давление вызывает фильтрацию плазмы в клубочке для образования первичного фильтрата, который затем превращается в мочу путем реабсорбции необходимой воды и растворенных веществ и секреции дополнительных отходов вдоль канальца.

Противоточный умножитель петли Генле

Петля Генле и окружающие сосуды используют противоточный поток и активный транспорт солей для создания крутого осмотического градиента в мозговом веществе почки, что позволяет реабсорбировать воду и производить концентрированную мочу.

Mechanisms

В нефроне позвоночных капиллярный клубочек (гломерула) с высоким давлением фильтрует плазму в каналец; проксимальный каналец реабсорбирует большую часть воды и растворенных веществ, петля Генле создает медуллярный осмотический градиент посредством противоточного умножения, а дистальный каналец и собирательная трубка точно регулируют реабсорбцию ионов и воды под гормональным контролем, производя мочу, которая может быть разбавленной или, у млекопитающих и птиц, высококонцентрированной. Животные, не имеющие клубочков, и многие беспозвоночные вместо этого образуют мочу путем секреции: мальпигиевы сосуды насекомых активно секретируют ионы, чтобы втянуть жидкость в каналец, затем задняя кишка реабсорбирует воду и соли, в то время как нефридий кольчатых червей сочетает фильтрацию и канальцевую обработку. Способность концентрировать мочу коррелирует с длиной петли Генле и с водным балансом животного.

Clinical relevance

Сравнительная физиология почек, включая чрезвычайную способность пустынных грызунов концентрировать мочу, проясняет принципы фильтрации, реабсорбции и концентрации, лежащие в основе понимания функции почек. Эта статья является образовательным справочным материалом и не является медицинским руководством.

History

Сравнительные исследования Гомера Смита установили эволюцию и функцию почек позвоночных, а противоточная теория, предложенная Куном и подтвержденная работами Готшалка и других по микропункции, объяснила, как образуется концентрированная моча. Исследования мальпигиевых сосудов насекомых выявили контрастный путь образования мочи, основанный на секреции.

Key figures

• Homer Smith
• Werner Kuhn
• Bodil Schmidt-Nielsen
• Carl Gottschalk

Seminal works

• hill2016
• schmidtnielsen1997
• randall2002

Frequently asked questions

Как почки могут сделать мочу более концентрированной, чем кровь?

Петля Генле создает сильный солевой градиент глубоко в почке посредством противоточного умножения, поэтому по мере прохождения мочи вода вытягивается, и моча становится концентрированной.

Есть ли у насекомых почки?

Не совсем; насекомые используют мальпигиевы сосуды, которые секретируют жидкость в кишечник, а затем задняя кишка возвращает воду и полезные соли, выполняя ту же общую задачу выделения и водного баланса.