44. Строение и функции органов выделения.

Выделение — совокупность физиологических процессов, направленных на удаление из организма конечных продуктов обмена веществ (осуществляют почки, потовые железы, легкие, желудочно-кишечный тракт и др.).

Выделение (экскреция) — процесс освобождения организма от конечных продуктов метаболизма, избытка воды, минеральных (макро- и микроэлементов), питательных, чужеродных и токсичных веществ и тепла. Выделение происходит в организме постоянно, что обеспечивает поддержание оптимального состава и физико-химических свойств его внутренней среды и прежде всего крови.

Конечными продуктами метаболизма (обмена веществ) являются углекислый газ, вода, азотсодержащие вещества (аммиак, мочевина, креатинин, мочевая кислота). Углекислый газ и вода образуются при окислении углеводов, жиров и белков и выделяются из организма в основном в свободном виде. Небольшая часть углекислого газа выделяется в виде бикарбонатов. Азотсодержащие продукты метаболизма образуются при распаде белков и нуклеиновых кислот. Аммиак образуется при окислении белков и удаляется из организма преимущественно в виде мочевины (25-35г/сут) после соответствующих превращений в печени и солей аммония (0,3-1,2г/сут). В мышцах при распаде креатинфосфата образуется креатин, который после дегидратации превращается в креатинин (до 1,5г/сут) и в такой форме удаляется из организма. При распаде нуклеиновых кислот образуется мочевая кислота.

В процессе окисления питательных веществ всегда выделяется тепло, избыток которого необходимо отводить от места его образования в организме. Эти образующиеся в результате метаболических процессов вещества должны постоянно удаляться из организма, а избыток тепла рассеиваться во внешнюю среду.

Органы выделения человека

Процесс выделения имеет важное значение для гомеостаза, он обеспечивает освобождение организма от конечных продуктов обмена, которые уже не могут быть использованы, чужеродных и токсических веществ, а также избытка воды, солей и органических соединений, поступивших с пищей или образовавшихся в результате обмена веществ. Основное значение органов выделения состоит в поддержании постоянства состава и объема жидкости внутренней среды организма, прежде всего крови.

Органы выделения:

• почки - удаляют избыток воды, неорганических и органических веществ, конечные продукты обмена;

• легкие — выводят углекислый газ, воду, некоторые летучие вещества, например пары эфира и хлороформа при наркозе, пары алкоголя при опьянении;

• слюнные и желудочные железы — выделяют тяжелые металлы, ряд лекарственных препаратов (морфий, хинин) и чужеродных органических соединений;

• поджелудочная железа и кишечные железы - экскретируют тяжелые металлы, лекарственные вещества;

• кожа (потовые железы) - выделяют воду, соли, некоторые органические вещества, в частности мочевину, а при напряженной работе — молочную кислоту.

Общая характеристика системы выделения

Система выделения - это совокупность органов (почки, легкие, кожа, пищеварительный тракт) и механизмов регуляции, функцией которых является экскреция различных веществ и рассеяние избытка тепла из организма в окружающую среду.

Каждый из органов системы выделения играет ведущую роль в удалении тех или иных экскретируемых веществ и рассеянии тепла. Однако эффективность системы выделения достигается за счет их совместной работы, которая обеспечивается сложными регуляторными механизмами. При этом изменение функционального состояния одного из выделительных органов (вследствие его повреждения, заболевания, исчерпания резервов) сопровождается изменением выделительной функции других, входящих в целостную систему выделения организма. Например, при избыточном выведении воды через кожу при усиленном потоотделении в условиях действия высокой внешней температуры (летом или во время работы в горячих цехах на производстве) снижается образование мочи почками и ее выведение — уменьшается диурез. При уменьшении экскреции азотистых соединений с мочой (при заболеваниях почек) увеличивается их удаление через легкие, кожу, пищеварительный тракт. Это является причиной возникновения «уремического» запаха изо рта у больных тяжелыми формами острой или хронической почечной недостаточности.

Почки играют ведущую роль в экскреции азотсодержащих веществ, воды (в нормальных условиях более половины ее объема от суточного выделения), избытка большинства минеральных веществ (натрия, калия, фосфатов и др.), избытка питательных и чужеродных веществ.

Легкие обеспечивают удаление более 90% углекислого газа, образующегося в организме, паров воды, некоторых летучих веществ, попавших или образующихся в организме (алкоголь, эфир, хлороформ, газы автотранспорта и промышленных предприятий, ацетон, мочевина, продукты деградации сурфактанта). При нарушении функций почек усиливается выделение мочевины с секретом желез дыхательных путей, разложение которой приводит к образованию аммиака, что обусловливает появление специфического запаха из рта.

Железы пищеварительного тракта (включая слюнные железы) играют ведущую роль в выделении избытка кальция, билирубина, желчных кислот, холестерола и его производных. Они могут выделять соли тяжелых металлов, лекарственные вещества (морфин, хинин, салицилаты), чужеродные органические соединения (например, красители), небольшое количество воды (100-200мл), мочевины и мочевой кислоты. Их выделительная функция усиливается при нагрузке организма избыточным количеством различных веществ, а также при заболеваниях почек. При этом значительно возрастает выведение продуктов обмена белков с секретами пищеварительных желез.

Кожа имеет ведущее значение в процессах отдачи организмом тепла в окружающую среду. В коже есть специальные органы выделения — потовые и сальные железы. Потовые железы играют важную роль в выделении воды, особенно в условиях жаркого климата и (или) интенсивной физической работы, в том числе в горячих цехах. Выделение воды с поверхности кожи колеблется от 0,5л/сут в покое до 10л/сут в жаркие дни. С потом выделяются также соли натрия, калия, кальция, мочевина (5-10% от общего выводимого из организма ее количества), мочевая кислота, около 2% углекислого газа. Сальные железы секретируют особое жировое вещество — кожное сало, которое выполняет защитную функцию. Оно состоит на 2/3 из воды и 1/3 из неомыляемых соединений — холестерола, сквалена, продуктов обмена половых гормонов, кортикостероидов и др.

Функции выделительной системы

Выделение — освобождение организма от конечных продуктов обмена, чужеродных веществ, вредных продуктов, токсинов, лекарственных веществ. В результате обмена веществ в организме образуются конечные продукты, которые не могут организмом дальше использоваться и поэтому должны удаляться из него. Часть этих продуктов является токсичными для органов выделения, поэтому в организме формируются механизмы, направленные на превращение этих вредных веществ либо в безвредные, либо менее вредные для организма. Например, аммиак, образующийся в процессе обмена белков, оказывает вредное воздействие на клетки почечного эпителия, поэтому в печени аммиак превращается в мочевину, которая не оказывает вредного действия на почки. Кроме того в печени происходит обезвреживание таких токсических веществ как фенол, индол и скатол. Эти вещества соединяются с серной и глюкуроновой кислотами, образуя менее токсичные вещества. Таким образом, процессам выделения предшествуют процессы так называемого защитного синтеза, т.е. превращение вредных веществ в безвредные.

К органам выделения относятся: почки, легкие, желудочно- кишечный тракт, потовые железы. Все эти органы выполняют следующие важные функции: удаление продуктов обмена; участие в поддержании постоянства внутренней среды организма.

Участие органов выделения в поддержании водно-солевого баланса

Функции воды: вода создает среду, в которой протекают все метаболические процессы; является частью структуры всех клеток организма (связанная вода).

Организм человека на 65-70% в целом состоит из воды. В частности, у человека со средним весом 70кг в организме находится около 45л воды. Из этого количества 32л составляет внутриклеточная вода, которая участвует в построении структуры клеток, а 13л — внеклеточная вода, из которой 4,5л составляет кровь и 8, л межклеточная жидкость. Человеческий организм постоянно теряет воду. Через почки выводится около 1,5л воды, которая разводит токсические вещества, уменьшая их токсическое действие. С потом теряется около 0,5л воды в сутки. Выдыхаемый воздух насыщен водяными парами и в таком виде удаляется 0,35л. С конечными продуктами переваривания пищи удаляется около 0,15л воды. Таким образом, в течение суток из организма удаляется около 2,5л воды. Для сохранения водного баланса такое же количество должно поступать в организм: с продуктами питания и питьем в организм поступает около 2л воды и 0,5л воды образуется в организме в результате обмена веществ (обменная вода), т.е. приход воды равен 2,5л.

Регуляция водного баланса. Ауторегуляция.

Этот процесс запускается с отклонением константы содержания воды в организме. Количество воды в организме — жесткая константа, так как при недостаточном поступлении воды очень быстро наступает сдвиг рН и осмотического давления, что приводит к глубокому нарушению обмена веществ в клетке. О нарушении водного баланса организма сигнализирует субъективное чувство жажды. Оно возникает при недостаточном поступлении воды в организм или при избыточном ее выделении (усиленное потоотделение, диспепсии, при избыточном поступлении минеральных солей, т.е. при повышении осмотического давления).

В различных участках сосудистого русла особенно в области гипоталамуса (в супраоптическом ядре) находятся специфические клетки — осморецепторы, содержащие вакуоль (пузырек), заполненную жидкостью. Эти клетки огибает капиллярный сосуд. При повышении осмотического давления крови в силу разности осмотического давления жидкость из вакуоли будет выходить в кровь. Выход воды из вакуоли приводит к ее сморщиванию, что вызывает возбуждение клеток осморецепторов. Кроме этого, возникает ощущение сухости слизистой оболочки полости рта и глотки, при этом раздражаются рецепторы слизистой оболочки, импульсы от которых так же поступают в гипоталамус и усиливают возбуждение группы ядер, называемых центром жажды. Нервные импульсы от них поступают в кору головного мозга и там формируется субъективное чувство жажды.

При увеличении осмотического давления крови начинают формироваться реакции, которые направлены на восстановление константы. Вначале используется резервная вода из всех водных депо, она начинает переходить в кровь, кроме того раздражение осморецепторов гипоталамуса стимулирует выделение АДГ. Он синтезируется в гипоталамусе, а депонируется в задней доле гипофиза. Выделение этого гормона приводит к уменьшению диуреза за счет увеличения обратного всасывания воды в почках (особенно в собирательных трубочках). Таким образом, организм освобождается от избытка солей при минимальных потерях воды. На основе субъективного ощущения жажды (мотивации жажды) формируются поведенческие реакции, направленные на поиск и прием воды, что приводит к быстрому возвращению константы осмотического давления к нормальному уровню. Так осуществляется процесс регуляции жесткой константы.

Водное насыщение осуществляется в две фазы:

• фаза сенсорного насыщения, возникает при раздражении водой рецепторов слизистой оболочки полости рта и глотки, в кровь выходит депонированная вода;

• фаза истинного или метаболического насыщения, возникает в результате всасывания принятой воды в тонкой кишке и поступления ее в кровь.

Выделительная функция различных органов и систем

Выделительная функция пищеварительного тракта сводится не только к удалению непереваренных остатков пищи. Например, у больных нефритом удаляются азотистые шлаки. При нарушении тканевого дыхания недоокисленные продукты сложных органических веществ также появляются в слюне. При отравлениях у больных с симптомами уремии наблюдается гиперсаливация (усиленное слюноотделение), которую в определенной степени можно рассматривать как дополнительный выделительный механизм.

Через слизистую оболочку желудка выделяются некоторые красители (метиленовый синий или конгорот), что используется для диагностики заболеваний желудка при одновременной гастроскопии. Кроме того, через слизистую желудка удаляются соли тяжелых металлов, лекарственные вещества.

Поджелудочная железа и кишечные железы так же экскретируют соли тяжелых металлов, пурины и лекарственные вещества.

Выделительная функция легких.

С выдыхаемым воздухом легкие удаляют углекислый газ и воду. Кроме того через альвеолы легких удаляется большинство ароматических эфиров. Через легкие удаляются так же сивушные масла (опьянение).

Выделительная функция кожи.

Сальные железы при нормальном функционировании выделяют конечные продукты обмена. Секрет сальных желез служит для смазывания кожи жиром. Выделительная функция молочных желез проявляется в период лактации. Поэтому при попадании в организм матери токсических и лекарственных веществ, эфирных масел они выделяются с молоком и могут оказывать воздействие на организм ребенка.

Собственно, выделительными органами кожи являются потовые железы, которые удаляют конечные продукты обмена и тем самым участвуют в поддержании многих констант внутренней среды организма. С потом из организма удаляется вода, соли, молочная и мочевая кислоты, мочевина, креатинин. В норме доля потовых желез в удалении продуктов белкового обмена невелика, но при заболеваниях почек, особенно при острой почечной недостаточности, потовые железы значительно увеличивают объем выделяемых продуктов в результате увеличения потоотделения (до 2 л и более) и значительного увеличения содержания мочевины в поте. Иногда мочевины удаляется настолько много, что она в виде кристалликов откладывается на теле и белье больного. С потом могут удаляться токсины и лекарственные вещества. Для некоторых веществ потовые железы являются единственным органом выделения (например, мышьяковистая кислота, ртуть). Эти вещества, выделяясь с потом, накапливаются в волосяных луковицах, покровах, что позволяет определить наличие данных веществ в организме даже спустя много лет после его гибели.

Выделительная функция почек.

Почки являются главными органами выделения. Им принадлежит ведущая роль в поддержании постоянной внутренней среды (гомеостаза).

Функции почек весьма обширны и принимают участие:

• в регуляции объема крови и других жидкостей составляющих внутреннюю среду организма;

• регулируют постоянное осмотическое давление крови и других жидкостей организма;

• регулируют ионный состав внутренней среды;

• регулируют кислотно-щелочное равновесие;

• обеспечивают регуляцию выделения конечных продуктов азотистого обмена;

• обеспечивают экскрецию избытка органических веществ, поступающих с пищей и образовавшихся в процессе обмена веществ (например, глюкозы или аминокислоты);

• регулируют метаболизм (обмен веществ белков, жиров и углеводов);

• участвуют в регуляции АД;

• участвуют в регуляции эритропоэза;

• участвуют в регуляции свертывания крови;

• участвуют в секреции ферментов и физиологически активных веществ: ренин, брадикинин, простагландины, витамин D.

Структурно-функциональной единицей почки является нефрон, в нем осуществляются процесс мочеобразования. В каждой почке около 1 млн нефронов.

Образование конечной мочи является результатом трех главных процессов, происходящих в нефроне: фильтрации, реабсорбции и секреции.

Клубочковая фильтрация

Образование мочи в почках начинается с фильтрации плазмы крови в почечных клубочках. На пути фильтрации воды и низкомолекулярных соединений имеется три барьера: эндотелий капилляров клубочка; базальная мембрана; внутренний листок капсулы клубочка.

При нормальной скорости кровотока крупные молекулы белка образуют барьерный слой на поверхности пор эндотелия, препятствуя прохождению через них форменных элементов и мелкодисперсных белков. Низкомолекулярные компоненты плазмы крови могут свободно достигать базальной мембраны, которая является одной из важнейших составных частей фильтрующей мембраны клубочка. Поры базальной мембраны ограничивают прохождение молекул в зависимости от их размера, формы и заряда. Отрицательно заряженная стенка пор затрудняет прохождение молекул с одноименным зарядом и ограничивает прохождение молекул размером более 4-5нм. Последним барьером на пути фильтруемых веществ является внутренний листок капсулы клубочка, который образован эпителиальными клетками — подоцитами. Подоциты имеют отростки (ножки), которыми они прикрепляются к базальной мембране. Пространство между ножками перегораживается щелевыми мембранами, которые ограничивают прохождение альбуминов и других молекул с большой молекулярной массой. Таким образом, такой многослойный фильтр обеспечивает сохранение форменных элементов и белков в крови, и образование практически безбелкового ультрафильтрата — первичной мочи.

Основной силой, обеспечивающей фильтрацию в почечных клубочках, является гидростатическое давление крови в капиллярах клубочка. Эффективное фильтрационное давление, от которого зависит скорость клубочковой фильтрации, определяется разностью между гидростатическим давлением крови в капиллярах клубочка (70 мм рт. ст.) и противодействующими ему факторами — онкотическим давлением белков плазмы (30 мм рт. ст.) и гидростатическим давлением ультрафильтрата в капсуле клубочка (20 мм рт. ст.). Следовательно, эффективное фильтрационное давление равно 20 мм рт. ст. (70-30-20=20).

На величину фильтрации оказывают влияние различные внутри- почечные и внепочечные факторы.

К почечным факторам относятся: величина гидростатического давления крови в капиллярах клубочка; количество функционирующих клубочков; величина давления ультрафильтрата в капсуле клубочка; степень проницаемости капилляров клубочка.

К внепочечным факторам относятся: величина кровяного давления в магистральных сосудах (аорта, почечная артерия); скорость почечного кровотока; величина онкотического давления крови; функциональное состояние других выделительных органов; степень гидратации тканей (количество воды).

Канальцевая реабсорбция

Реабсорбция — обратное всасывание из первичной мочи в кровь воды и веществ, необходимых для организма. В почках человека за сутки образуется 150-180 л фильтрата или первичной мочи. Конечной или вторичной мочи выделяется около 1,5 л, остальная жидкая часть (т.е. 178,5 л) всасывается в канальцах и собирательных трубочках. Обратное всасывание различных веществ осуществляется за счет активного и пассивного транспорта. Если вещество реабсорбируется против концентрационного и электрохимического градиента (т.е. с затратой энергии), то такой процесс называется активным транспортом. Различают первично-активный и вторично-активный транспорт. Первично-активным транспортом называется перенос веществ против электрохимического градиента, осуществляется за счет энергии клеточного метаболизма. Пример: перенос ионов натрия, который происходит при участии фермента натрий-калий АТФазы, использующей энергию аденозинтрифосфата. Вторично-активным транспортом называется перенос веществ против концентрационного градиента, но без затраты энергии клетки. С помощью такого механизма происходит реабсорбция глюкозы и аминокислот.

Пассивный транспорт — происходит без затрат энергии и характеризуется тем, что перенос веществ происходит по электрохимическому, концентрационному и осмотическому градиенту. За счет пассивного транспорта реабсорбируются: вода, углекислый газ, мочевина, хлориды.

Реабсорбция веществ в различных отделах нефрона неодинакова. В проксимальном сегменте нефрона из ультрафильтрата в обычных условиях реабсорбируются глюкоза, аминокислоты, витамины, микроэлементы, натрий и хлор. В последующих отделах нефрона реабсорбируются только ионы и вода.

Большое значение в реабсорбции воды и ионов натрия, а также в механизмах концентрирования мочи имеет функционирование поворотно-противоточной системы. Петля нефрона имеет два колена — нисходящее и восходящее. Эпителий восходящего колена обладает способностью активно переносить ионы натрия в межклеточную жидкость, но стенка этого отдела непроницаема для воды. Эпителий нисходящего колена пропускает воду, но не имеет механизмов транспорта ионов натрия. Проходя через нисходящий отдел петли нефрона и отдавая воду, первичная моча становится более концентрированной. Реабсорбция воды происходит пассивно за счет того, что в восходящем отделе происходит активная реабсорбция ионов натрия, которые поступая в межклеточную жидкость, повышают в ней осмотическое давление и способствуют реабсорбции воды из нисходящих отделов.