Cơ quan bài tiết và sự hình thành nước tiểu

Các cơ quan bài tiết đa dạng của động vật — từ ống Malpighi của côn trùng đến thận của động vật có xương sống — tạo ra một chất lỏng giúp loại bỏ chất thải đồng thời điều chỉnh lượng nước và muối.

Definition

Cơ quan bài tiết là các cấu trúc loại bỏ chất thải trao đổi chất và điều hòa thành phần dịch cơ thể, và sự hình thành nước tiểu là chuỗi các quá trình — lọc hoặc bài tiết ban đầu sau đó là tái hấp thu và bài tiết chọn lọc — mà qua đó chúng tạo ra chất lỏng cuối cùng được bài tiết.

Scope

Chủ đề này bao gồm cấu trúc và hoạt động của các cơ quan bài tiết cũng như các bước hình thành nước tiểu: lọc, tái hấp thu và bài tiết trong nephron của động vật có xương sống; cơ chế dòng ngược làm cô đặc nước tiểu ở động vật có vú; và các chiến lược dựa trên bài tiết của các cơ quan động vật không xương sống như ống Malpighi và nephridia. Nó đề cập đến cách lượng chất bài tiết được điều chỉnh phù hợp với sự cân bằng nước của động vật. Nội dung mang tính so sánh và cơ chế.

Core questions

• Nephron của động vật có xương sống biến dịch lọc máu thành nước tiểu có thành phần được kiểm soát như thế nào?
• Thận của động vật có vú tạo ra nước tiểu cô đặc hơn máu như thế nào?
• Ống Malpighi của côn trùng hình thành nước tiểu mà không cần lọc như thế nào?
• Lượng nước tiểu được điều chỉnh như thế nào để phù hợp với nhu cầu bảo tồn hoặc thải nước của động vật?

Key theories

Lọc cầu thận và xử lý ống thận

Trong thận của động vật có xương sống, áp lực máu đẩy dịch lọc huyết tương tại cầu thận để tạo thành dịch lọc ban đầu, sau đó được biến đổi thành nước tiểu bằng cách tái hấp thu nước và chất tan cần thiết và bài tiết thêm chất thải dọc theo ống thận.

Bộ nhân dòng ngược của quai Henle

Quai Henle và hệ thống mạch máu xung quanh sử dụng dòng chảy ngược và vận chuyển muối chủ động để tạo ra một gradient thẩm thấu dốc trong tủy thận, cho phép nước được tái hấp thu và nước tiểu cô đặc được tạo ra.

Mechanisms

Trong nephron của động vật có xương sống, một búi mao mạch áp suất cao (tiểu cầu thận) lọc huyết tương vào ống thận; ống lượn gần tái hấp thu hầu hết nước và chất tan, quai Henle tạo ra gradient thẩm thấu ở tủy thận bằng cách nhân dòng ngược, và ống lượn xa cùng ống góp điều chỉnh lại sự tái hấp thu ion và nước dưới sự kiểm soát của hormone, tạo ra nước tiểu có thể loãng hoặc, ở động vật có vú và chim, rất cô đặc. Động vật thiếu tiểu cầu thận, và nhiều động vật không xương sống, thay vào đó hình thành nước tiểu bằng cách bài tiết: ống Malpighi của côn trùng chủ động bài tiết ion để hút dịch vào ống, sau đó ruột sau tái hấp thu nước và muối, trong khi nephridia của giun đốt kết hợp lọc và xử lý ống. Khả năng cô đặc nước tiểu tương quan với chiều dài của quai Henle và với sự cân bằng nước của động vật.

Clinical relevance

Sinh lý học thận so sánh, bao gồm khả năng cô đặc nước tiểu cực độ của các loài gặm nhấm sa mạc, làm sáng tỏ các nguyên tắc lọc, tái hấp thu và cô đặc làm nền tảng cho sự hiểu biết về chức năng thận. Mục này là tài liệu tham khảo giáo dục và không phải là hướng dẫn y tế.

History

Các nghiên cứu so sánh của Homer Smith đã thiết lập sự tiến hóa và chức năng của thận động vật có xương sống, và lý thuyết dòng ngược do Kuhn đề xuất và được xác nhận bởi công trình chọc dò vi mô của Gottschalk và những người khác đã giải thích cách nước tiểu cô đặc được tạo ra. Các nghiên cứu về ống Malpighi của côn trùng đã tiết lộ con đường hình thành nước tiểu dựa trên bài tiết tương phản.

Key figures

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

Seminal works

• hill2016
• schmidtnielsen1997
• randall2002

Frequently asked questions

Thận có thể làm cho nước tiểu cô đặc hơn máu như thế nào?

Quai Henle tạo ra một gradient muối mạnh sâu trong thận thông qua cơ chế nhân dòng ngược, vì vậy khi nước tiểu đi qua, nước được rút ra và nước tiểu trở nên cô đặc.

Côn trùng có thận không?

Không hẳn; côn trùng sử dụng ống Malpighi tiết dịch vào ruột, và ruột sau sau đó thu hồi nước và muối hữu ích, thực hiện cùng một công việc tổng thể là bài tiết và cân bằng nước.