19.3: Нирки

Нирки в меню

На фото тут серед ліжка змішаних овочів є стейк і нирковий пудинг. Найчастіше зроблене в пиріг, це пікантне блюдо є улюбленим британцем. Нирки в меню зазвичай надходять від овець, свиней або корів. У цих тварин, як і у тварини людини, нирки є основними органами виділення.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Стейк і нирковий пудинг

Розташування нирок

Дві бобоподібні нирки розташовані високо в задній частині черевної порожнини, по одній з кожного боку хребта. Обидві нирки сидять трохи нижче діафрагми, великої дихальної м'язи, яка розділяє черевну і грудну порожнини. Як видно на малюнку\(\PageIndex{2}\), права нирка трохи менше і нижче лівої нирки. Права нирка знаходиться позаду печінки, а ліва - позаду селезінки. Розташування печінки пояснює, чому права нирка менше і нижче лівої.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Ця класична ілюстрація черевної порожнини забезпечує вигляд внутрішніх органів із задньої частини тіла. На ній чітко видно місця розташування правої і лівої нирки, а також великих кровоносних судин, які з'єднують нирки з основною артерією організму (аортою) і веною (нижня порожниста вена). Сечовід, що виходить з кожної нирки, також показаний на схемі.

Анатомія нирок

Форма кожної нирки надає їй опуклу сторону і увігнуту сторону. Наочно це можна побачити на докладній схемі анатомії нирок, показаної на малюнку\(\PageIndex{3}\). Увігнута сторона - це місце, де ниркова артерія входить в нирку, а ниркова вена і сечовід виходять з нирки. Ця область нирки називається гилом. Вся нирка оточена жорсткою фіброзною тканиною, званої нирковою капсулою, яка в свою чергу оточена двома шарами захисного, амортизуючого жиру.

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Ця діаграма показує розташування та відносний розмір двох нирок, а також внутрішню будову кожної нирки.

Внутрішньо кожна нирка розділена на два великих шари: зовнішню ниркову кору і внутрішній нирковий мозок (див. Рис.\(\PageIndex{3}\)). Ці шари мають форму багатьох конусоподібних ниркових часточок, кожен з яких містить ниркову кору, що оточує частину мозку, яка називається нирковою пірамідою. Усередині ниркових пірамід знаходяться структурні та функціональні одиниці нирок, крихітні нефрони. Між нирковими пірамідами знаходяться проекції кори, звані нирковими колонами. Кінчик або сосочок кожної піраміди спустошує сечу в незначну чашечку (камеру). Кілька незначних чашечок порожніх у велику чашечку, а остання випорожнюється в воронкоподібну порожнину, звану нирковою мискою, яка стає сечоводом, коли вона залишає нирку.

Нирковий кровообіг

Нирковий кровообіг є важливою частиною основної функції нирок по фільтрації продуктів життєдіяльності з крові. Кров надходить до нирок через ниркові артерії. Права ниркова артерія постачає праву нирку, а ліва ниркова - ліву ниркову. Ці дві артерії відгалужуються безпосередньо від аорти, яка є найбільшою артерією в організмі. Кожна нирка має довжину всього близько 11 см (4,4 дюйма) і має масу всього 150 грам (5,3 унції), але вона отримує близько 10 відсотків від загального виходу крові з серця. Кров фільтрується через нирки приблизно 20 разів щогодини, 24 години на добу, день за днем.

Як зазначено на малюнку\(\PageIndex{4}\), кожна ниркова артерія переносить кров з продуктами життєдіяльності в нирку. У межах нирки ниркова артерія розгалужується на все більш дрібні артерії, які простягаються через ниркові стовпи між нирковими пірамідами. Ці артерії, в свою чергу, розгалужуються на артеріоли, які проникають в ниркові піраміди. Кров в артеріолах проходить через нефрони - структури, які фактично фільтрують кров. Після того як кров проходить через нефрони і фільтрується, чиста кров рухається по мережі венул, які сходяться в дрібні вени. Дрібні вени зливаються у все більші і в кінцевому підсумку в ниркову вену, яка переносить чисту кров від нирки до нижньої порожнистої вени.

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Ниркова артерія і ниркова вена переносять кров до і з нирки відповідно. Коли кров проходить через капіляри, що оточують нефрони всередині нирки, вона фільтрується і речовини, відфільтровані з крові, в кінцевому підсумку виводяться через сечовід до сечового міхура.

Структура і функції нефрону

Ілюстрація вище дає вказівку на складну будову нефрона. Нефрон є основною структурно-функціональною одиницею нирки, і кожна нирка зазвичай містить не менше мільйона з них. Коли кров тече через нефрон, багато матеріалів фільтруються з крові, необхідні матеріали повертаються в кров, а решта матеріалів утворюють сечу. Більшість продуктів життєдіяльності, що виводяться з крові і виводяться з сечею, є побічними продуктами обміну речовин. Нарешті половину відходів становить сечовина, продукт життєдіяльності, що утворюється в результаті катаболізму білків. Ще одним важливим відходом є сечова кислота, що утворюється в катаболізмі нуклеїнових кислот.

компоненти нефрона

Малюнок\(\PageIndex{5}\): Ця модель окремого нефрона показує кожну з структур, які беруть участь у фільтрації крові, поверненні необхідних матеріалів до крові або виведенні відходів, що утворюють сечу. Стрілками вказується напрямок, в якому протікають рідини через нефрон.

Діаграма на малюнку більш детально\(\PageIndex{5}\) показує компоненти нефрона. Ниркове тіло - це фільтруюча структура, яка складається з мережі капілярів, званих клубочком (множина, клубочки) та капсули Боумана, простору, що оточує клубочок. Капсула Боумана - початкова структура нефрона. Від капсули Боумана виходить нирковий канальець. Проксимальний кінець (найближча капсула Боумана) ниркового канальця називається проксимальним звивистим (згорнутим) канальцем. Звідси нирковий канальець триває як петля (відома як петля Генле), яка, в свою чергу, стає дистальною звивистою канальцем. Останній остаточно з'єднується з колекторним каналом. Як видно на схемі, перибулярні капіляри оточують загальну довжину ниркового канальця.

Функція нефрона

Малюнок\(\PageIndex{6}\): Ця діаграма нефрона показує частини нефрона, де відбуваються різні стадії функції нефрона. Фільтрація (1) відбувається в нирковому тілі, реабсорбція (2) відбувається в проксимальному канальці, секреція (3) відбувається в дистальному канальці, а екскреція (4) відбувається в збірній протоці.

Спрощена схема нефрона на малюнку\(\PageIndex{6}\) показує, як функціонує нефрон. Кров надходить в нефрон через артеріолу, звану аферентною артеріолою. Частина крові далі проходить через капіляри клубочка. Будь-яка кров, яка не проходить через клубочок, а також кров після того, як вона проходить через клубочкові капіляри, триває через артеріолу, звану еферентною артеріолою. Еферентна артеріола слідує за нирковим канальцем нефрона, де вона продовжує грати роль у функціонуванні нефрона.

Фільтрація

Оскільки кров з аферентної артеріоли тече по клубочкових капілярах, вона знаходиться під тиском. Через тиск вода і розчинені речовини фільтруються з крові і в простір, зроблений капсулою Боумана. Це етап фільтрації нефронної функції. Відфільтровані речовини, звані фільтратом, переходять в капсулу Боумана і звідти в проксимальний кінець ниркового канальця. На цьому етапі фільтрат включає воду, солі, органічні тверді речовини, такі як поживні речовини, і відходи обміну речовин, такі як сечовина.

Реабсорбція і секреція

Коли фільтрат рухається через ниркові канальці, деякі речовини, які він містить, реабсорбуються з фільтрату назад в кров у еферентній артеріолі (через перибулярні капіляри). Це стадія реабсорбції нефронної функції. Близько двох третин відфільтрованих солей і води і всіх відфільтрованих органічних розчинів (переважно глюкози і амінокислот) реабсорбуються з фільтрату кров'ю в перибулярних капілярах. Реабсорбція відбувається в основному в проксимальній звивистій канальці і петлі Генле.

На дистальному кінці ниркового канальця зазвичай відбувається деяка додаткова реабсорбція. Це також область канальця, де до фільтрату в канальці додаються інші речовини з крові. Додавання інших речовин до фільтрату з крові називається секрецією. І реабсорбція, і секреція в дистальному звивистій канальці в значній мірі знаходяться під контролем ендокринних гормонів, які підтримують гомеостаз води і мінеральних солей в крові. Ці гормони працюють, контролюючи те, що реабсорбується в кров з фільтрату і що виділяється з крові у фільтрат, щоб стати сечею. Наприклад, гормон паращитовидної залози змушує більше кальцію реабсорбуватися в кров і більше фосфору виділятися в фільтрат.

Збір сечі та виділення

До того часу, коли фільтрат пройшов через весь нирковий канальці, він став рідкими відходами, відомими як сеча. Сеча випорожнюється з дистального кінця ниркового канальця в збиральний проток. Звідти сеча стікає у все більші збиральні протоки. У міру протікання сечі по системі збиральних проток, з неї може реабсорбуватися більше води. Це буде відбуватися при наявності антидіуретичного гормону з гіпоталамуса. Цей гормон робить збиральні протоки проникними для води, дозволяючи молекулам води проходити через них в капіляри шляхом осмосу, запобігаючи при цьому проходження іонів або інших розчинених речовин. Цілих три чверті води можуть реабсорбуватися з сечею в збірних протоках, роблячи сечу більш концентрованою.

Сеча остаточно виходить з найбільших збиральних проток через ниркові сосочки. Він спорожняється в ниркові чашечки і, нарешті, в ниркову балію (див\(\PageIndex{3}\). Рис. Звідти він проходить через сечовід до сечового міхура для можливого виведення з організму. Щодня виділяється в середньому близько 1,5 л сечі. У нормі сеча жовтого або бурштинового кольору (рис.\(\PageIndex{7}\)). Чим темніше колір, як правило, тим більш концентрована сеча.

Малюнок\(\PageIndex{7}\): Свіжа сеча зазвичай жовтого або бурштинового кольору.

Інші функції нирок

Окрім фільтрації крові та утворення сечі для виведення розчинних відходів, нирки виконують кілька життєво важливих функцій у підтримці гомеостазу в організмі. Більшість цих функцій пов'язані зі складом або обсягом сечі, що утворюється нирками. Ці функції включають підтримку належного балансу води і солей в організмі, нормальний артеріальний тиск і правильний діапазон рН крові. Через процеси всмоктування і секреції нефронами більш-менш вода, іони солі, кислоти або основи повертаються в кров або виводяться з сечею в міру необхідності для підтримки гомеостазу.

Гормони нирок

• Альдостерон секретується корою надниркових залоз. Альдостерон змушує нирки збільшувати реабсорбцію іонів натрію і води з фільтрату в кров. Це повертає концентрацію іонів натрію в крові в норму. Підвищена вода в крові також збільшує об'єм крові і артеріальний тиск.
• Кальцитріол виділяється нирками у відповідь на низький рівень кальцію в крові. Цей гормон стимулює засвоєння кальцію кишечником, підвищуючи тим самим рівень кальцію в крові.
• Еритропоетин виділяється нирками у відповідь на низький рівень кисню в крові. Цей гормон стимулює еритропоез, який є виробленням еритроцитів в кістковому мозку. Додаткові еритроцити підвищують рівень кисню, що переноситься в крові.

Характеристика: Біологія людини в новині

Ниркова недостатність є ускладненням поширених розладів, включаючи цукровий діабет і гіпертонічну хворобу. Майже півмільйона американців мають кінцеву стадію захворювання нирок і їм потрібно або отримати донорську нирку, або часто проводити гемодіаліз - медичну процедуру, при якій кров штучно фільтрується через апарат. Трансплантація, як правило, має кращі результати, ніж гемодіаліз, але попит на органи набагато випереджає пропозицію. У будь-який момент часу понад 100 000 людей у США перебувають у списку очікування на трансплантацію нирки, але щороку їх отримують менше 20 000. Щодня 13 американців помирають, чекаючи нирку донора.

Протягом останнього десятиліття доктор Вільям Фіселл, фахівець з нирок Університету Вандербільта, працює над створенням імплантованої частково біологічної та частково штучної нирки. Використовуючи мікрочіпи, подібні до тих, що використовуються в комп'ютерах, він створив штучну нирку, досить малу, щоб імплантувати в організм пацієнта замість невдалої нирки. За словами доктора Фіселла, штучна нирка - це «... біо-гібридний пристрій, який може імітувати нирку, щоб видалити достатню кількість відходів, солі та води, щоб утримати пацієнта від [гемо] діалізу».

Система фільтрації в штучній нирці складається зі стопки з 15 мікрочіпів. Крихітні пори в мікрочіпах діють як ешафот для росту живих клітин нирок, які можуть імітувати природні функції нирок. Живі клітини утворюють мембрану для фільтрації крові пацієнта, як біологічна нирка, але з меншим ризиком відторгнення імунною системою пацієнта, оскільки вони вбудовані в пристрій. Нова нирка не потребує джерела живлення, оскільки вона використовує природний тиск крові, що протікає через артерії, щоб проштовхнути кров через систему фільтрації. Велика частина конструкції штучного органу була присвячена точній настройці динаміки рідини, щоб кров протікала через пристрій без згортання.

Імплантована нирка отримала швидке схвалення для тестування у людей Управлінням з контролю за продуктами та ліками США через потенційно рятувальні переваги пристрою. Очікується, що штучна нирка буде протестована в пілотних випробуваннях до 2018 року. Доктор Фіселл каже, що у нього є довгий список пацієнтів, які прагнуть добровільно взяти участь у випробуваннях.

Рецензія

1. Де розташовані нирки?
2. Протиставляють ниркову артерію і ниркову вену.
3. Опишіть будову нирки.
4. Визначте функції нефрона.
5. Детально опишіть, що відбувається з рідинами (кров'ю, фільтратом та сечею), коли вони проходять через частини нефрона.
6. Скористайтеся прикладом ренін-ангіотензин-альдостеронової системи, щоб проілюструвати, як нирки контролюють гомеостаз за допомогою ендокринних гормонів.
7. Визначте два ендокринні гормони, що виділяються нирками, та функції, які вони контролюють.
8. Помістіть наступні структури в порядку того, як сеча витікає з нирки, від самого раннього до останнього:

   збиральні протоки; ниркові канальці; ниркова балія; ниркові чашечки

9. Назвіть дві області в нирці, де вода реабсорбується.
10. Правда чи брехня. Як тільки фільтрат потрапляє в нирковий канальці, в нього не додаються речовини.
11. Правда чи брехня. Деякі речовини реабсорбуються в дистальному кінці ниркового канальця.
12. Чи є кров в клубочкових капілярах більш-менш фільтрована, ніж кров в перибулярних капілярах? Поясніть свою відповідь.
13. Скільки нефронів в одній нирці?

    A. Один

    Б. тринадцять

    C. щонайменше тисяча

    D. щонайменше один мільйон

14. Якщо приплив крові до нирок перекритий, що, на вашу думку, станеться?
15. Петля Хенле є частиною:

    A. клубочок

    B. ниркові канальці

    C. збиральний канал

    D. сечовід

Дізнатися більше

https://bio.libretexts.org/link?16840#Explore_More

Іншим дослідником, що працює над імплантованою ниркою, є хірург Ентоні Атала. У цій захоплюючій доповіді TED він показує, як 3D-принтер, який використовує живі клітини, може потенційно роздрукувати трансплантовану нирку. Доктор Атала вже використовував подібну технологію для проектування заміщення сечового міхура для молодого пацієнта, якого вводять під час розмови.

Атрибуції

1. Стейк і нирковий пудинг Енні Моль з Лондона, Великобританія; CC BY 2.0, через Wikimedia Commons
2. Судини живота Генрі Грей (1918) Анатомія людського тіла, суспільне надбання, через Wikimedia Commons
3. Анатомія нирок співробітниками Blausen.com (2014). «Медична галерея Блаузена Медікал 2014». Вікіжурнал медицини 1 (2). Індекс корисної інформації: 10,15347/кв.м/2014.010. ІСН 2002-436. CC BY 3.0 через Вікісховище
4. Нирки за допомогою CNX OpenStax, CC BY 4.0, через Вікісховище
5. Потік крові в Нефроні від OpenStax College, CC BY 3.0, через Wikimedia Commons
6. Фізіологія Нефрона від Madhero88, CC BY 3.0, через Wikimedia Commons
7. Сеча Альянсу сталої санітарії, CC BY 2.0 через Вікісховище
8. Текст адаптований з біології людини CK-12 ліцензований CC BY-NC 3.0