15.5B: Нирки хребетних

Last updated
Save as PDF

Page ID: 5604

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

У всіх хребетних є нирки. Як і нирки людини, вони складаються з багатьох нефронів. Однак існують відмінності в будові і функціонуванні різних хребетних нирок, які адаптують їх до середовища, в якому живуть тварини.

Прісноводні хребетні

Всі тварини, які живуть в прісній воді, повинні справлятися з постійним припливом води зі свого гіпотонічного середовища. Для того, щоб підтримувати гомеостаз своєї позаклітинної рідини (ЕКФ), прісноводні риби повинні виділяти цю зайву воду. Скорочення його серця (працює від АТФ) забезпечує тиск, щоб змусити воду, малі молекули та іони в клубочок як нефричний фільтрат. Потім необхідні інгредієнти рекультивуються канальцями, повертаючись до крові в капілярах, що оточують канальці. Кров в цих капілярах надходить з клубочка (як у людини), а також з ниркових ворітних вен, які осушують задню частину тіла риби.

альт — Малюнок 15.5.2.1 Прісноводні нирки

Після завершення реабсорбції розчиненої речовини сечі трохи більше води. Більшість азотистих відходів (включаючи велику кількість аміаку, NH ₃) залишають шляхом дифузії з зябер. Так, нирка - це в основному пристрій для підтримки водного балансу у тварини, а не орган виділення.

Земноводні

Нирка амфібії також функціонує головним чином як пристрій для виведення зайвої води. Проникна шкіра жаби забезпечує легкий шлях для потрапляння прісної води її ставка шляхом осмосу. Але, як випливає з назви, земноводні також проводять час на суші. Тоді проблема полягає в тому, щоб зберегти воду, а не усунути її.

Жаба підлаштовується під різний вміст води в своєму оточенні, регулюючи швидкість фільтрації в клубочку. Коли кровотік через клубочок обмежений, присутня ниркова портальна система, яка переносить матеріали, реабсорбовані через канальці. Жаба також може використовувати свій сечовий міхур, щоб допомогти зберегти воду. Перебуваючи у воді, сечовий міхур жаби швидко заповнюється гіпотонічної сечею. На суші ця вода реабсорбується в кров, допомагаючи замінити воду, втрачену через випаровування через шкіру. Реабсорбція контролюється гормоном, подібним до АДГ ссавців.

Ящірки і змії

Багато рептилій живуть в сухих середовищах (наприклад, гримучі змії в пустелі). Серед безлічі пристосувань до таких середовищ є їх здатність перетворювати відпрацьовані сполуки азоту в сечову кислоту. Сечова кислота досить нерозчинна і тому може виводитися, використовуючи лише невелику кількість води. Таким чином, ми виявляємо, що клубочки рептилій досить малі, і насправді деякі рептилії взагалі не мають клубочків. Ті, у кого клубочки фільтрують достатньо рідини, щоб вимити сечову кислоту, яка виділяється канальцями, в клоаку. Велика частина цієї вологи реабсорбується в клоаці. Спорожнення клоаки відкладень калу (коричневого кольору) і сечової кислоти (біла паста). Клоака - це камера, через яку на шляху назовні проходять кал і гамети, а також сеча. Назва походить від латинського слова, що позначає каналізацію. Ці механізми збереження води можуть дозволити рептилії відмовитися від питної води. Вміст води в їжі плюс вода, що виробляється клітинним диханням, зазвичай достатній.

Птахи

Пташині нирки функціонують так само, як і у плазунів (від яких вони походять). Сечова кислота також є їх основними азотистими відходами. Більшість птахів мають обмежений прийом прісної води. Однак їм потрібен фільтр лише достатньо, щоб вимити суспензію сечової кислоти в клоаку, де відновлюється достатня кількість додаткової води, щоб перетворити сечову кислоту в напівтверду пасту. Саме білуватий матеріал, який голуби залишають на статуях.

Ссавці

Усі ссавці поділяють наше використання сечовини як їх головних азотистих відходів. Сечовина вимагає набагато більше води для виведення, ніж сечова кислота. Ссавці виробляють велику кількість нефричного фільтрату, але здатні реабсорбувати більшу частину цього в канальцях. Але навіть незважаючи на це, люди втрачають кілька сотень мл щодня, вимиваючи сечовину з організму. Деякі ссавці мають більш ефективні нирки, ніж наші. Щур кенгуру пустелі може виробляти сечу в 17 разів більш концентрованою, ніж її кров. (Найкраще, що ми можемо зробити, це 3-4 рази концентровано.) Ефективність нирки щура-кенгуру дозволяє їй вижити без питної води - просто залежно від вмісту води в їжі та від клітинного дихання.

Ми любимо думати про себе як про високопросунутих. Чому ми не маємо нирки настільки ефективними, як у рептилій та птахів? Це удача нашої спадщини. Лінія еволюції хребетних, яка спричинила ссавців, відкололася до еволюції діапсідів, здатність яких перетворювати азотисті відходи в сечову кислоту, передавалася всім їхнім нащадкам, включаючи ящірок, змій та птахів.

Морські риби

Морські риби стикаються з прямо протилежною проблемою від прісноводних риб. Вміст солі в морській воді (~ 3%) настільки гіпертонічний до вмісту їх позаклітинної рідини, що вони знаходяться в постійній небезпеці зневоднення. Дві основні групи морських риб вирішили цю дилему по-різному.

Хрящові рибки (Chondrichthyes)

Хрящові риби, такі як акули, ковзани, і промені розвинули високий рівень сечовини в їх крові. Кров акули може містити 2,5% сечовини на відміну від 0,01-0,03% у інших хребетних. Цей високий рівень робить кров акул ізотонічною до морської води, тому акула живе в осмотичному балансі з навколишнім середовищем і має нирку, яка функціонує як наша, за винятком того, що набагато більше сечовини реабсорбується в канальцях акули, ніж у нас.

Акваріумні Рибки (Osteichthyes)

Морські кістляві риби вирішили проблему по-іншому. Вони втрачають воду постійно, але замінюють її, вживаючи морську воду, а потім знесолюючи її. Сіль повертається в море активним транспортом у зябер. Живучи в постійній небезпеці зневоднення гіпертонічним морем, немає підстав викачувати велику кількість нефричного фільтрату в клубочку. Чим менше води поміщається в канальцях, тим менше, що доводиться реабсорбувати. Тому не дивно, що багато кістлявих риб мають невеликі клубочки, а деякі взагалі не мають клубочків. Зі зменшенням механізму фільтрації-реабсорбції морські кісткові риби більше покладаються на канальцеву секрецію для усунення надлишку або відходів розчинених речовин. Трубчастий секрет вимагає хорошого кровопостачання канальців. Не маючи ефективних клубочків, ниркова портальна система повинна нести більшу частину навантаження.