Умные фильтры - ДВИЖЕНИЕ И ОБМЕН ВЕЩЕСТВ В ОРГАНИЗМЕ - ТЕЛО ЧЕЛОВЕКА КАК САМОСТОЯТЕЛЬНЫЙ ОРГАНИЗМ

Постановка проблемы урока

Факт 1. В результате переработки пищевых веществ в клетках организма образуется энергия, а также конечные продукты обмена, подлежащие удалению.

Факт 2. Существует несколько путей выведения этих отходов: потовые железы кожи выводят лишние соли, воду и мочевину; лёгкие - углекислый газ и воду; печень - соли желчных кислот и пигменты. Львиную долю этой работы выполняют почки - они постоянно очищают кровь.

Факт 3. Выключение функции почек вызывает болезнь - острую почечную недостаточность, которая через одну- две недели может привести к смертельному исходу.

• Сравните факты. С какой системой органов они нас знакомят? Предложите свой вариант основного вопроса параграфа и сравните с формулировкой авторов (с. 333).

Повторение необходимых знаний

• Что такое активный транспорт? (§ 37)

• Как устроены органы выделения различных групп животных? (7 класс)

Решение проблемы

С помощью текста и рисунков ответьте на вопросы.

• Как строение органов выделения связано с процессом образования первичной и вторичной мочи?

• Какие бывают болезни почек?

• Как по анализу мочи врач может узнать о состоянии организма?

Из каких частей состоит выделительная система

Органы выделительной системы — это парные почки и мочеточники, а также мочевой пузырь и мочеиспускательный канал. Почки лежат по двум сторонам позвоночника на уровне поясницы. Они имеют форму бобов. Вогнутый край каждого “боба” обращён к позвоночнику. Это — ворота почки, место вхождения в неё нервов, мощной почечной артерии и выходов почечной вены и мочеточников. Мочеточники представляют собой трубочки, по которым моча попадает в мочевой пузырь — мешок с толстой мускулистой стенкой. Он может сильно растягиваться, накапливая мочу. От мочевого пузыря отходит мочеиспускательный канал, выводящий мочу наружу.

40.1. Выделительная система

Органы выделения

Пред ставьте себе идеально убранную комнату. В ней поселился человек, который намеревается посвятить ближайшее время интенсивной творческой работе, например, написанию книги. Он приступил к задуманному и ни на что больше не обращает внимания. Постепенно комната теряет свой идеальный облик из - за того, что по столам разложены книги, а на полу разбросаны бумаги — человек увлечён своей работой и не хочет или не может отвлекаться на уборку. Но вот уже беспорядок начинает мешать работе — трудно отыскать нужную книгу, в комнате пыльно, не хватает свободного места на столе.

У клеток разных тканей возникают примерно такие же проблемы. Они сосредоточены на своей работе, и им некогда думать об “уборке”. Все отходы, которые образовались в результате химических реакций обмена веществ, и те витамины, и гормоны, которые почему - либо не понадобились клетке, выталкиваются ими в межклеточную жидкость, а оттуда - в кровь. Представьте себе, к примеру, что будет через неделю с вашим двором, если из него не будут вывозить мусор каждый день. Примерно то же самое может произойти с нашей кровью, и, если её не очищать постоянно, она станет опасной для клеток.

На помощь клеткам приходят почки. Это не просто “мусорная машина”, выбрасывающая всё подряд. Ведь если вы случайно выбросили в мусорный бак важный документ, никто не станет разбираться, нужен он вам или нет. Его просто увезут на свалку. Почки же “разбирают мусор”. Благодаря постоянным сообщениям гипоталамо - гипофизарной системы почки всегда “знают”, что происходит в организме и что нужно удалить из крови в данный момент, а что оставить для того, чтобы поддерживать “рабочую обстановку” в тканях. Почки — регулятор внутренней среды организма: они изменяют химический состав жидкостей тела, удаляя вещества, количество которых превышает текущие потребности, и сохраняют необходимые. Для этого почки постоянно прогоняют кровь через огромное количество фильтров. Изгоняя лишнюю воду из организма или сохраняя её при недостатке, они обеспечивают поддержание определённого объёма воды в жидкостях тела. Тем самым почки регулируют концентрацию многих веществ, влияющих на работу ферментов, синтез белка, образование гормонов, электрическую активность нервных клеток, мышечное сокращение, артериальное давление.

Образование мочи

Если почку разрезать вдоль, будет видно, что её выпуклый край образован веществом, в котором отчётливо просматриваются два слоя (рис. 40.2). Тёмный наружный слой — корковое вещество — разделяет более светлый внутренний слой — мозговое вещество — на отдельные пирамидки. Каждая почка состоит из миллионов микроскопических фильтрующих элементов — нефронов.

40.2. Строение почки и нефрона

Каждый нефрон представляет собой каналец, один конец которого впадает в систему собирательных трубочек, несущих мочу в почечную лоханку. На другом конце нефрона находится двухслойная округлая чаша - почечная капсула, в которую входит приносящая артерия, распадающаяся здесь на множество капилляров, образующих внутри капсулы капиллярный клубочек (рис. 40.3). Далее капилляры собираются опять в выносящую артерию, диаметр которой в два раза меньше диаметра приносящей. Такое “несоответствие” создаёт высокое давление крови в капиллярах клубочка. Между стенками почечной капсулы давление более низкое, стенки капилляров и капсулы очень тонкие и пронизаны многочисленными порами. Кровь “продавливается” сквозь эти поры - и жидкость, получившаяся после этой фильтрации, поступает в полость между стенками почечной капсулы. Эта жидкость называется первичной мочой и очень на поминает по составу плазму крови, отличаясь лишь отсутствием клеток крови и молекул белков, которые остаются в капилляре.

40.3. Почечная капсула (капсула Боумена-Шумлянского) с капиллярным клубочком

Клубочки отфильтровывают 170 л первичной мочи в сутки, но каждый из нас знает, что мочи из организма выводится гораздо меньше — примерно 1,5 л. Это значит, что первичная моча претерпевает большие изменения. Около 80% веществ — вся глюкоза, все аминокислоты, витамины и гормоны, около 85% хлористого натрия и воды — возвращается в кровь.

Только после того, как необходимые организму вещества и вода из протекающей по канальцам первичной мочи вернутся в кровь, конечная или вторичная моча по собирательной трубочке поступает в почечную лоханку.

В каждой почке организма человека насчитывается более миллиона нефронов, поэтому непрерывный процесс фильтрации очень эффективен. Через почечные фильтры вся кровь прогоняется 360 раз в сутки.

Как происходит “разборка мусора”

Теперь вернёмся к началу сортировки первичной мочи и рассмотрим её механизм.

Полость между стенками почечной капсулы сообщается с системой фильтров - канальцев. Часть канальца, следующая за капсулой, сильно извита, что отражено в её названии - проксимальный извитой каналец. Все канальцы нефрона густо оплетены капиллярами, на которые вновь распадается выносящая артерия почечного клубочка. Около 2/3 воды и многие растворённые в ней вещества возвращаются обратно в кровь в проксимальных извитых канальцах.

Итак, в жидкости внутри канальцев остались в основном ненужные и вредные для организма вещества, такие, как мочевина. Концентрация мочи стала равной плазме крови. Выводить такую мочу наружу расточительно - в ней слишком много воды, её надо ещё сконцентрировать.

Этот процесс идёт благодаря активному транспорту: клетки, затрачивая энергию, перемещают необходимые организму вещества из просвета канальцев обратно в кровяное русло против направления увеличения их концентрации. Концентрация растворённых веществ в первичной моче падает, а в крови возрастает, и последняя оказывается более концентрированным раствором. Теперь без всяких затрат энергии вода устремляется в капилляры.

Процесс концентрации мочи начинается в так называемой петле Генле (рис. 40.4). Извитой каналец выпрямляется и углубляется в мозговой слой почки, резко поворачивает на 180^ои направляется опять в корковое вещество. Это и есть петля Генле. Механизм концентрации мочи в петле Генле называется противоточным концентрирующим механизмом. В очень упрощённом виде его можно представить следующим образом. Нисходящая и восходящая части петли Генле очень тесно соседствуют друг с другом и оплетены капиллярами. Восходящий участок петли непроницаем для воды, но из него в межклеточную жидкость активно транспортируются соли. Их концентрация становится там очень высокой. Нисходящий участок, напротив, проницаем для воды, и, поскольку концентрация солей в ткани мозгового вещества велика, а вода следует за солями, она “вытягивается” из мочи и устремляется в межклеточное вещество, а затем в капилляры. Собирательные трубочки проходят к почечной лоханке между петлями Генле параллельно им через те же ткани. Благодаря высокой концентрации солей в межклетниках мозгового вещества моча, текущая по собирательным трубочкам, также становится всё более концентрированной.

40.4. Петля Генле

После того как каналец, образующий петлю Генле, поднимается до уровня клубочка своего же нефрона в корковом веществе, он опять становится извитым. Этот его участок называется дистальным извитым канальцем. Несколько таких канальцев впадают в трубочку, которая по своей функции и называется собирательной. В дистальном канальце системы активного транспорта “выбрасывают” из крови в мочу инородные вещества, например, некоторые лекарства. Кроме того, в дистальном канальце и собирательной трубочке определяется, какое количество воды необходимо вывести из фильтрата и каков будет окончательный объём мочи. Сигнал вернуть в кровь больше воды, если организм обезвожен, поступает от гипофиза через вырабатываемый им антидиуретический гормон (АДГ). Под влиянием АДГ в дистальном канальце и собирательной трубочке повышается обратное всасывание воды из мочи, что приводит к повышению концентрации солей, мочевины и других растворённых веществ в моче. Так завершается процесс образования вторичной мочи.

40.5. Противоточный механизм

Накопитель - мочевой пузырь

По мере образования моча непрерывно течёт из почечной лоханки в мочевой пузырь по узким каналам — мочеточникам. В их стенках есть слой гладко - мышечных клеток, и продвижение мочи ускоряется перистальтическими волнами. Место вхождения мочеточников в мочевой пузырь снабжено небольшими складками слизистой оболочки. Они, как клапаны, прикрывают устья мочеточников и предотвращают обратный ток мочи.

40.6. Дистальный извитой каналец и собирательная трубка

Резервуар для мочи — мочевой пузырь — может довольно сильно растягиваться, накапливая её. Однако, когда количество мочи в пузыре взрослого человека превышает 250 - 300 мл, рецепторы растяжения, находящиеся в его стенках, возбуждаются. Их нервные импульсы поступают в центральную нервную систему. В ответ мышцы стенок мочевого пузыря рефлекторно сокращаются, а круговые мышцы сфинктера, запирающие выход из пузыря, расслабляются, и моча покидает мочевой пузырь. Спинномозговые рефлексы находятся под контролем головного мозга, поэтому человек может некоторое время сознательно задерживать мочеиспускание.

Заболевания почек

В результате перенесённых заболеваний, скажем ангины, может возникать воспаление почек. Этому способствует резкое охлаждение тела, связанное, например, с тем, что человек не имел возможности, промокнув, переодеться в сухую одежду или переобуться. Болезнь проявляется в лёгком общем недомогании и небольших болях в поясничной области, отечности лица, тела, повышении артериального давления, уменьшении количества выделяемой мочи и изменении её состава. Почки страдают также при нарушениях обмена веществ. Примером является мочекаменная болезнь — образование солевых “камней” в лоханках, мочевом пузыре, которые царапают мочевыводящие пути и затрудняют отток мочи, способствуют развитию инфекции. Камни чаще всего состоят из малорастворимых солей кальция или мочевой кислоты, их образование связано с нарушением обмена этих веществ: повышенным выделением кальция, избыточным образованием мочевой кислоты в организме. Наиболее изученной причиной нарушения обмена кальция (основы большинства мочевых камней) является патология функции паращитовидных желёз.

О чём говорит анализ мочи

Поскольку почки “заботятся” о поддержании постоянства внутренней среды, анализ мочи может многое сказать врачу не только о состоянии самих почек, но и всего организма в целом. Анализ мочи используется для распознавания инфекционных заболеваний, функционального состояния почек, беременности.

Поступающая в мочевой пузырь моча прозрачна, имеет соломенно - жёлтую окраску, слабокислую реакцию, содержит мочевину, мочевую кислоту, переработанные гормоны.

	Результат
Цвет	Соломенно-жёлтый
Прозрачность	Прозрачная
Кислотность	Слабокислая
Белок	Нет
Глюкоза	Нет
Эритроциты	Нет
Лейкоциты	Нет

• Насторожит ли врача результат этого анализа мочи?

Цвет мочи могут изменить некоторые лекарства или пигменты. Как вы помните, эти вещества активно “выбрасываются” из крови в мочу клетками почечных канальцев. Так что, если вы, к примеру, ели свёклу, не нужно пугаться красноватого цвета мочи.

Моча здорового человека всегда прозрачна. Мутной она может стать из - за наличия бактерий, слизи, солей, что свидетельствует о нарушениях в работе почек.

Белка в моче быть не должно, так как при нормальной работе почек “фильтр” почечного клубочка должен задерживать его. То же можно сказать и о глюкозе. Её выделение с мочой свидетельствует о серьёзных заболеваниях.

Присутствие лейкоцитов в моче — главный признак воспаления почек и мочевыводящих путей.

Если количество солей в моче (неорганического осадка) повышено, то речь может идти о склонности организма к камнеобразованию. Зная, обмен каких солей нарушен, можно предположить химический состав камня и порекомендовать больному соответствующую диету.

Формулирование вывода

Основная функциональная единица почки - фильтрующий элемент нефрон. Первичная моча образуется в нефроне благодаря высокому давлению, создаваемому разницей диаметров, приносящей и выносящей артерий. Питательные вещества возвращаются в кровь, а первичная моча концентрируется и превращается во вторичную, которая и выводится наружу. Основная функция почек - поддержание постоянства внутренней среды организма.

Почки, мочеточники, мочевой пузырь, мочеиспускательный канал, нефрон, почечная капсула, первичная моча, вторичная моча, мочекаменная болезнь

Применение знаний

1. Какой элемент можно назвать основной функциональной единицей почки?

2. Как устроен нефрон?

3. Чем отличаются друг от друга первичная и вторичная моча?

4. Сознательно или бессознательно регулируется в организме процесс мочеиспускания?

5. Какие факторы повышают риск мочекаменной болезни?

6. Из организма с мочой выделяется большое количество мочевины. Откуда она берётся и как попадает в почки?