Excretie en osmoregulatie Tekst bij het computer ondersteund onderwijs maart 2008
Introductie homeostase 1. De variatie in omgeving waarin mens en dier leven stelt hoge eisen aan het aanpassingsvermogen van het dierlijke lichaam. Het handhaven van een constant intern milieu is hierbij voor veel dieren essentieel. Zo'n constant intern milieu noemt men homeostase. Geef vijf factoren die door veel dieren zo constant mogelijk worden gehouden. 1 2 3 4 5
2. Organismen die een homeostase handhaven noemt men regulatoren. Organismen die hun interne milieu geheel laten afhangen van hun omgeving noemt men conformers. Hieronder zie je een grafiek voor een organisme weergegeven voor één van de homeostase-factoren. A. Waartoe behoort dit organisme?
B. De krab laat zijn zoutgehalte (ionenbalans) geheel afhangen van zijn omgeving. Hij kan daardoor alleen leven in water met een bepaald zoutgehalte.Geef de reden waarom het voor de krab eigenljk niet nodig is om een homeostase voor het zoutgehalte te handhaven.
C. Wat voor voordeel levert het de krab op dat deze dit niet hoeft te doen?
3. De eerste dieren ontstonden in de zee, en dit is waarschijnlijk de reden dat het dierlijke lichaam zoveel water bevat. Bij vertebraten is dit zelfs tweederde van het totale lichaam. (Bijschrift: een kwal bestaat voor 98% uit water.) Een goede balans tussen water en opgeloste stoffen is van groot belang voor de overleving van een dier. De handhaving van deze balans noemt men osmoregulatie. In welke compartimenten van het lichaam wordt die balans tussen water en opgeloste stoffen met name gehandhaafd?
1
4. Voor een goede osmoregulatie zijn in de meeste dieren transportepithelia van essentieel belang. A. Welke kenmerken heeft een transportepithelium?
B. Hoe ziet een transportepithelium eruit?
2
Afvalbeheer 5. Transportepithelia in excretieorganen spelen veelal niet alleen een rol in het handhaven van de waterbalans, maar ook in het uitscheiden van metabole afvalstoffen. A. Welke afvalstoffen worden uitgescheiden in het externe milieu?
B. Glucose wordt alleen uitgescheiden als er veel te veel glucose in het bloed zit. Wanneer is dit het geval?
C. Kooldioxide is een afvalproduct van vele metabole processen. Via welke route wordt CO2 met name uitgescheiden?
6. Bij de afbraak van nucleïnezuren en eiwitten wordt ammoniak geproduceerd. Ammoniak is een zeer toxische stof en wordt daarom door verschillende diersoorten op verschillende manieren uitgescheiden. A. Zet de namen, formules en dieren die deze stof uitscheiden in de tabel bij elkaar. B. Geef voor elke stof aan hoeveel water en energie ervoor nodig is, en hoe toxisch de stof is.
Water: Energie: Toxiciteit:
7. De productie van urinezuur beperkt het verlies van water het meest. A. Wordt hierdoor de overlevingskans op het land ook het meest vergroot?
B. Maakt urinezuur het mogelijk om stikstofhoudend afval op te slaan in schaaleieren zonder dat dit leidt tot toxische waarden voor het embryo?
C. Sommige dieren eten eiwitrijker voedsel dan andere. Produceren dieren die veel eiwitten eten meestal urinezuur? 3
Waterbalans 8. De eisen voor het handhaven van een waterbalans van het dier zijn afhankelijk van het milieu waarin het leeft. Wat is de osmotische waarden in onderstaande milieu's?
Zeewater:
mOsmol/l
Zoet water:
mOsmol/l
Zoogdiercel:
mOsmol/l
9. De meeste mariene invertebraten zijn osmoconformers: zij passen hun interne milieu aan het externe milieu aan. De concentratie van afzonderlijke ionen kan echter wel verschillen tussen intern en extern milieu. Met uitzondering van de slijmprikken (hagfishes) houden alle mariene vertebraten hun interne milieu constant. Men noemt ze daarom osmoregulatoren. Hoe noemt men het interne milieu van een zeevertebraat ten opzichte van het zeewater?
10. In de meeste mariene vertebraten zijn er verschillende processen voor inname en afgifte van water en zout. A. Geef aan welke processen er plaatsvinden door 'zout' of 'water' bij de pijlen te zetten.
B. Mariene haaien en vele andere kraakbeenvissen houden hun osmotische waarde via een ander mechanisme op peil. Welk mechanisme is dit?
4
11. Ook in de vertebraten die in zoetwater leven zijn er verschillende processen voor inname en afgifte van water en zout. Geef aan welke processen er plaatsvinden door 'zout' of 'water' bij de pijlen te zetten.
12. Voor landdieren is uitdroging de grootste bedreiging. Waterverlies en wateropname moeten ongeveer gelijk zijn. Aanpassingen die het waterverlies beperken en de wateropname vergroten zijn daarom voor landdieren essentieel. A. Wat zijn mogelijke aanpassingen om de wateropname te verhogen?
B. Wat zijn mogelijke fysieke aanpassingen om waterverlies tegen te gaan?
5
Excretiesystemen 13. In het dierenrijk worden vele verschillende excretiesystemen aangetroffen die vrijwel allemaal gebaseerd zijn op dezelfde basisprincipes. Plaats deze basisprincipes in de juiste volgorde bij het excretiesysteem.
14. Zelfs in het eencellige organisme paramecium (pantoffeldiertje), een protozoa, is al een excretiesysteem aanwezig. Twee contractiele vacuoles pompen het overtollige water naar buiten.
Ook de diergroepen hieronder hebben een excretiesysteem voor de osmoregulatie. A. Geef de eigenschappen daarvan aan.
Hoe heet het excretiesysteem? Via welke uitgang vindt excretie plaats? Lopen de tubuli intern dood? Is er interactie met het capillair netwerk? Vindt er filtratie plaats? Is de functie (meestal) ook excretie?
6
B. Het excretiesysteem van platwormen die in zoet water leven functioneert met name als osmoregulatoir systeem. Er zijn echter ook platwormen waarbij het excretiesysteem met name een rol speelt in de excretie van stikstofhoudend afval. Bij niet alle platwormen is de enige functie van het excretiesysteem de osmoregulatie. Bij welke platwormen speelt excretie de belangrijkste rol?
15. Door de afvoerbuisjes en tubuli van de platworm moet de waterstroom worden bevorderd. Welke structuren aan de binnenwand van deze buisjes zorgen daarvoor?
16. De filtratie van plasma naar de niertubulus is de eerste stap in de productie van urine. De lichaampjes van Malpighi spelen hierin een belangrijke rol. Onder invloed van de bloeddruk wordt vloeistof met opgeloste kleine deeltjes in het lumen van het kapsel van Bowman geperst (de voorurine). De colloïd osmotische druk van het bloed en de hydrostatische druk in het kapsel werken het filtratieproces tegen. Als de lever slecht werkt, welk effect heeft dat dan op de hoeveelheid geproduceerde voorurine?
17. Op deze afbeelding zijn delen van een podocyt en een epitheelcel van het capillair te zien. De vloeistof wordt hier van het lumen van het capillair naar het lumen van het kapsel van Bowman geperst. Benoem de onderdelen.
7
Nieren van vertebraten 18. Benoem de verschillende onderdelen in deze afbeeldingen
8
19. Dit is een microscopische opname van een deel van de schors van een kikkernier. Benoem de verschillende onderdelen in deze afbeelding.
20. Niet alle vertebraten hebben een lus van Henle. Welke vertebraten hebben wel een lus van Henle?
21. Verschillende onderdelen van de tubulus worden bekleed door epitheelcellen die verschillen in structuur en tevens in functie. A. Zet ze juiste nummers bij de epitheeltypen. B. Zet de juiste eigenschappen bij de epitheeltypen.
9
22. Per dag stroomt er tot 2000 liter bloed door de nieren. Hieruit wordt 180 liter voorurine verzameld. Uit de voorurine worden vele stoffen, en 99% van het water weer gereabsorbeerd, waardoor er uiteindelijk maar ongeveer 1,5 liter urine wordt geproduceerd. A. Geef aan welke stoffen op welke plek worden uitgescheiden in of gereabsorbeerd uit de voorurine. B. Geef aan of het transport actief of passief plaatsvindt.
23. Diabetes mellitus betekent letterlijk: honingzoete doorloper. Met diabetes mellitus moet je veel plassen. Iemand met diabetes mellitus die niet is behandeld heeft een verhoogde bloedsuikerspiegel. Wat zal er bij de filtratie gebeuren, en vervolgens in de proximale tubulus?
10
24. De epitheelcellen in het dalende been van de lus van Henle zijn permeabel voor water, maar niet voor zouten en andere kleine opgeloste stoffen. De interstitiële vloeistof rondom dit deel van de lus is hyperosmotisch ten opzichte van de voorurine en daardoor diffundeert water vanuit de lus naar de interstitiële vloeistof. Het stijgende been van de lus van Henle is niet permeabel voor water. De epitheelcellen van het dunne deel zijn permeabel voor zouten en NaCl diffundeert vanuit de tubulus in de interstitiële vloeistof. De cellen van het dikke deel zijn ook niet permeabel voor NaCl, maar bevatten wel speciale natriumkanalen die zouten kunnen transporteren. A. Door de specifieke eigenschappen van de lus wordt de voorurine steeds geconcentreerder in het dalende been en neemt de osmolariteit weer af in het stijgende been. Dit principe kom je ook tegen bij bijvoorbeeld de kieuwen van een vis, de poten van vogels, of de neus van een kangoeroerat. Hoe noemt men dit principe/systeem?
B. Hierdoor genereert de lus van Henle een hoge osmotische gradiënt in de interstitiële vloeistof van de medulla van de nier. De NaCl- en ureumconcentraties zijn van belang bij het opbouwen hiervan. De capillairen van de vasa recta voorkomen dat de opgebouwde gradiënt wordt verstoord en zijn daardoor essentieel voor het handhaven ervan. De capillairen nemen het water op dat door het dalende been, en NaCl dat door het stijgende been van de lus van Henle wordt afgegeven aan de interstitiële vloeistof. Wat betekent een langere lus voor de opgebouwde gradiënt?
C. De kangoeroerat heeft in zijn kleine lijfje een hogere gradiënt rond de lus van Henle dan bijvoorbeeld een zebra met een veel langere lus. Hoe krijgt de kangoeroerat dit voor elkaar?
25. Tijdens een astma-aanval kan als gevolg van zuurstofgebrek de pH van het bloed dalen door een sterke toename van de PCO2 in het bloed. De proximale en distale tubuli zijn betrokken bij de regulatie van de pH van het lichaam. Hoe dragen proximale en distale tubulus bij aan het herstel van de pH?
11
Regulatie van de nierfunctie 26. Het antidiuretisch hormoon ADH is onmisbaar om hyperosmotische urine te kunnen uitscheiden. Het wordt geproduceerd in de hypothalamus en afgegeven aan het bloed in de neurohypofyse. Het wordt ook wel vasopressine genoemd. ADH heeft een fysiologisch effect op de nier. A. Van welke stof wordt daar de reabsorptie gestimuleerd?
B. Hoe doet ADH dat?
C. Waarvan is de ADH-afgifte in het lichaam afhankelijk?
Maak de afbeelding hiernaast verder af.
D. Geef aan of de ADH-afgifte in de volgende vijf gevallen verhoogd of verlaagd zal worden. Groot bloedverlies: Alcoholgebruik: Hitte: Veel zout eten: Veel drinken:
12
27. De distale tubulus en de afferente (aanvoerende) arteriole liggen vlak bij elkaar. In de afferente arteriole dicht bij de distale tubulis zitten speciale cellen die renine kunnen produceren en afgeven aan het bloed: de juxtaglomerulaire cellen. Zij worden hiertoe aangezet als bloeddrukgevoelige cellen in deze arteriole een verlaging van de bloeddruk waarnemen. In de distale tubulus dicht bij deze arteriole liggen speciale cellen, die gevoelig zijn voor osmolariteit: de macula densacellen. Bij verlaagde osmolariteit kunnen deze cellen eveneens de juxtaglomerulaire cellen stimuleren tot afgifte van renine. Tevens zorgen de macula densacellen voor vasodilatatie (vaatverwijding) van de afferente arteriole. Het door de juxtaglomerulaire cellen afgegeven renine zorgt voor toename van het bloedvolume en een verhoging van de bloeddruk. Tezamen vormen deze twee groepen cellen het juxtaglomerulaire apparaat, en regelen ze de snelheid van filtraatvorming en de systemische bloeddruk. A. Wat gebeurt er bij een lage bloeddruk?
B. Wat gebeurt er bij een hoge osmolariteit van het filtraat?
C. Wat gebeurt er bij een lage osmolariteit van het filtraat?
28. Renine laat de bloeddruk stijgen en het bloedvolume toenemen. A. Hoe veroorzaakt renine dit?
B. Welke effecten heeft angiotensine II? Geef dat aan in nevenstaand schema.
29. Zowel het ADH-systeem als RAAS reageren op een verhoogde osmolariteit. Zou het ADH-systeem alleen niet voldoende zijn om de homeostase van het bloed en de bloeddruk te bewerkstelligen?
30. De acties van RAAS worden tegengewerkt door een kleine peptide die door de wand van de atria van het hart wordt afgegeven: de atriale natriuretrische factor (ANF). Onder welke omstandigheden zal ANF waarschijnlijk worden afgegeven?
13
De urinelozing 31. De geproduceerde urine wordt opgeslagen in de blaas. De blaas wordt afgesloten door twee sluitspieren: de sfincters. De inwendige sfincter is uit glad spierweefsel opgebouwd, de uitwendige sfincter uit dwarsgestreept spierweefsel. Door welk zenuwstelsel wordt het openen en sluiten van deze sfincters geregeld?
Inwendige sfincter:
Uitwendige sfincter:
32. Als de blaas vol raakt, wordt de wand opgerekt. Dit wordt waargenomen door receptoren in de wand, die een signaal naar de ruggenmerg sturen via een sensorisch neuron. Na overschakeling op een interneuron remt dit de contractie van de interne sfincter. Een parasympatisch neuron stimuleert de contractie van de gladde spieren in de wand van de blaas. Tegelijkertijd geeft een somatisch motorneuron de externe sfincter het signaal om te relaxeren. Door de contractie wordt de druk in de blaas verhoogd, de interne sfincter opengeduwd, de externe sfincter geopend en de blaas wordt geleegd. Wordt bij iedere persoon de blaas op deze manier geleegd?
14
