Kiválasztás
2/21
Ionális és ozmótikus egyensúly
• soksejtű élőlényekben az intersticiális folyadék a belső környezet - összetétele hasonlít az őstengerére: magas Na+, alacsony K+, alacsony Ca++ és Mg++ • ennek fenntartása az ozmoregulátor szervek feladata: izovolémia, izoionia, izohidria • további feladat: mérgező anyagcseretermékek eltávolítása (főként a fehérjék N-je) • tengeri gerinctelenek: tengervízzel azonos ozmózisnyomás és ionkoncentráció • tengeri gerincesek: nyálkahal (körszájú) kivételével kb. egyharmad ionkoncentráció, MgSO4, Cl- jóval alacsonyabb; cápa-rája ozmózisnyomás tengervízzel azonos - karbamid • édesvizi, szárazföldi gerinctelen: általában alacsony ionkoncentráció • édesvizi, szárazföldi gerinces: ionkoncentráció általában egyharmad; édesvízhez hiper-, tengerhez képest hipozmótikus
1
3/21
Ozmótikus kicserélődés • sejtmembrán ozmótikusan azonos, ionálisan különböző oldatokat választ el • hám (epitelium) általában mindkét szempontból eltérőt • nem zárhatja el magát az állat a külvilágtól: gázcsere, táplálkozás; bár Artemia salina • obligát és szabályozott ozmótikus kicserélődés • az obligát fizikai faktoroktól függ, állat kevéssé tudja kontrollálni • a fiziológiailag szabályozott kompenzálja az obligát által okozott eltéréseket • az ozmoregulációban a hámnak általában csak kis része vesz részt: kopoltyú, vese, sómirigy, bél
4/21
Obligát ozmótikus kicserélődés • a bőr, a légzőfelület, és minden környezettel érintkező hám területén folyik • tényezői:
– gradiens: a pocsolyában ülő békába víz lép be a bőrén át; a csontos halból a tengerben víz távozik, de NaCllép be, édesvízi hal sót veszít de vizet nyer a kopoltyúján át – felület: kis állat - nagyobb relatív felület, gyorsabb kiszáradás – permeabilitás: • transzcelluláris és paracelluláris átlépés (de: tight junction); • kétéltűek bőre, halak kopoltyúja magas permeabilitású • hüllők, sivatagi kétéltűek, madarak, emlősök bőre kevéssé átjárható (bőrtömlők), de izzadással az emlősök is sokat veszítenek • légzőfelület magas permeabilitású
– táplálkozás, metabolizmus, ürítés: sivatagi élőlényeknek a metabolikus víz igen fontos, de a tengeri emlősöknek is (fóka halat eszik hízik, gerinctelent eszik, zsírt éget a víz kedvéért) – légzés: az orr szerepe - víz kicsapódás, hűtés kilégzéskor - tél, intubáció utáni légcsőfájdalom
2
Ozmótikus szabályozás I.
5/21
• a gerincesek legnagyobb része szigorú ozmoregulátor - kivétel: cápa-rája és nyálkahal • a tengeri gerinctelenek egyensúlyban vannak, a többi gerinctelen, a gerincesekhez hasonlóan, tengerhez képest hipo-, édesvízhez hiperozmótikus • vannak ozmokonformerek és ozmoregulátorok közöttük • vízből lélegző édesvizi állatok – hiperozmótikusak: 200-300 mosm, míg a víz általában 50 mosm alatt: víz belépés, só kilépés – kompenzálására híg vizeletet termelnek, a sót a táplálékkal veszik fel, illetve aktív transzporttal a vízből (hal, béka), bőrük átjárhatóságát csökkentik – nem isznak édesvizet
Ozmótikus szabályozás II.
6/21
• vízből lélegző tengeri állatok – gerinctelenek egyensúlyban – nyálkahal csak Ca++, Mg++, SO42- szabályozás – rája-cápa ozmótikus egyensúly karbamid miatt, fölösleges sót végbél miriggyel távolítja el – halak vizet veszítenek, ezért tengervizet isznak, felesleges sót kopoltyún át aktív transzporttal távolítják el (klorid sejtek)
• levegőt lélegző tengeri állatok – vízvesztés a légzőhámon és más hámfelületeken át – tengeri hüllők és madarak tengervizet isznak, de a halakhoz hasonlóan nem tudnak erősen hiperozmótikus vizeletet készíteni - sómirigyek – tengeri emlősök nem isznak tengervizet, táplálékkal és metabolitikus úton nyernek vizet, hiperozmótikus vizeletet termelnek – oroszlánfóka hímek 3 hónapig is tartózkodnak a parton evés-ivás nélkül, kis fókák 8-10 hétig hasonlóan vannak, míg anyjuk a tengeren van
3
Ozmótikus szabályozás III.
7/21
• levegőt lélegző szárazföldi állatok – ha van édesvíz, akkor pótolható a légzéssel elvesztett víz, a só (vizelet, ürülék, verejtékezés) pedig a táplálékkal takarékoskodni kell – hajótöröttek problémája: emberi vese 6 g Na+/l vizelet, tengervízben 12 g/l - a tengervíz ivása sófelhalmozódást okoz – sivatagi állatok kettős nehézséggel néznek szembe: vízhiány és meleg – sivatagi ugróegér: nappal földalatti üregben, csak éjjel aktív; metabolikus víznyerés, vízvisszanyerés az orrban – teve: nem tud üregbe bújni; ha dehidrált nem izzad, inkább felmelegszik: 35-41° C között ingadozik a testhőmérséklete; ilyenkon nem vizel, a karbamidot a szövetekben tárolja; széklet száraz, vizelet hiperozmótikus
8/21
Összefoglaló táblázat
4
Az emlősök vízterei
9/21
• az emberi test átlagosan 60%-a víz, de férfinő, öreg-fiatal • különböző kompartmentumokban található • intracellulárisan 2/3, extracellulárisan 1/3 • extracelluláris 3/4-e intersticiálisan, 1/4-e vérplazmában • elválasztó felületek, átlépési szabályok már ismertek • térfogatok mérése hígitási elv alapján: Evansblue, inulin, triciált víz • igen fontos a homeosztázis: kolera, vérhas kiszáradás, trópusi kazánfűtő - vízmérgezés, súlyos égés - bőrhiány miatt kiszáradás • a szabályozásban emberben a vese a döntő, de igen nagy szerepe van a magatartási szabályozásnak is - víz csak korlátozottan “termelhető” metabolikusan
Az emlős vese
10/21
• az ozmoreguláció szerveiben (bőr, kopoltyú, vese, bél) mindenütt transzporthámot találunk: polarizált - apikális (lumináris, mukózális) és bazális (szerózális) felszín eltérő sajátságú • a transzporthám teljesítőképességét speciális struktúrába rendeződés fokozza: tubuláris szerkezet • az emlős vese működése jól ismert - bár nem reprezentatív valamennyi gerinces vesére • testsúly 0,5%-a, perctérfogat 20-25%-a • kéreg, velő, vesepiramis, vesemedence, húgyvezető, húgyhólyag, húgycső • napi 1 l, kissé savas (pH 6) vizelet keletkezik, összetétele, mennyisége táplálék és vízháztartás függő - sör, amidazophen, stb.
5
A vese működési egysége
11/21
• az emlős vese működési alapegysége a nefron • afferens és efferens arteriola, közte glomerulus; Bowman tok, proximális kanyarulatos csatorna, Henle kacs, disztális kanyarulatos csatorna, gyűjtőcsatorna • a többség (85%) kortikális, a maradék (15%) juxtamedulláris nefron • a vizelet képződésének lépései: – ultrafiltráció – reabszorpció – szekréció
• a vese igen fontos szerepet játszik a pH szabályozásában • a vese távolítja el a fehérjék bomlása során keletkező ammóniát
Ultrafiltráció
12/21
• a víz és az oldott anyagok 15-25%-a filtrálódik, napi 180 l - fehérjék és vérsejtek maradnak • a filtráció függ: – a kapilláris és a Bowman tok lumene közötti hidrosztatikai nyomástól: 55-15 = 40 Hgmm – a vér kolloid ozmótikus nyomásától: 30 Hgmm - az effektív filtrációs nyomás 40-30 = 10 Hgmm – a szűrő hidraulikus permeabilitásától: fenesztrált kapillárisok, alaphártya (kollagén+negatív glikoproteinek), podociták (nyúlványaik között hosszúkás rések) ,
• a bőséges vérellátás a viszonylag alacsony ellenállásnak köszönhető - afferens arteriola vastag és rövid - magas nyomás a glomerulusban • vérátáramlás szabályozása: bazális miogén tónus, juxtaglomeruláris apparátus parakrin hatása, szimpatikus hatás (afferens, glomerulus, podocita)
6
Clearance
13/21
• egy anyag clearance-e az a plazma mennyiség, amely “megtisztul” az adott anyagtól a vesében
CP = VU
azaz
VU C = -----P
ahol C - clearance, P - plazma koncentráció, V - a vizelet mennyisége 1 perc alatt, U - az anyag koncentrációja a vizeletben
• ha olyan anyagot nézünk, ami nem szívódik vissza és nem szekretálódik (pl. inulin), akkor megkapjuk az 1 perc alatt képződő szűrlet mennyiségét : GFR • ha olyan anyagot nézünk, ami teljes egészében szekretálódik (pl. PAH), akkor megkapjuk a vesén 1 perc alatt átáramló plazma (RPF) mennyiségét, illetve kiszámíthatjuk az RBF-t
Tubuláris reabszorpció I.
14/21
• a 180 l elsődleges szűrletből 1 l vizelet lesz, az 1800 g NaCl-ből csak 10 g ürül • a visszaszívás folyamatairól az 1920-as években kifejlesztett mikropunkciós módszerrel tudtak meg igen sokat • az egyes szakaszok szerepe: – proximális tubulus • a Na+ 70%-a aktív transzporttal visszaszívódik, Cl- és víz passzívan követi • a szürlet izozmótikus, de a vissza nem szívott anyagok koncentrációja négyszeres • a sejteken felületnövelő kefeszegély van • glukóz és aminosavak a Na+ gradiense segítségével (synport) szívódnak vissza • jellemző a tubuláris maximum: 1,8 mg/ml alatt teljes visszaszívódás (normális érték: 1,0 mg/ml), 3,0 mg/ml felett teljes telítettség - cukorbetegségben cukor a vizeletben • a Ca++, a foszfát és az egyéb elektrolitok szükségletnek megfelelően szívódnak vissza - lásd később
7
Tubuláris reabszorpció II.
15/21
– Henle kacs leszálló szakasza • nincs kefeszegély, kevés mitokondrium - nincs aktív transzport • alacsony só és karbamid permeabilitás, magas víz permeabilitás
– Henle kacs vékony felszálló szakasza • nincs kefeszegély, kevés mitokondrium - nincs aktív transzport • alacsony víz és karbamid permeabilitás, magas NaCl permeabilitás
– Henle kacs vastag felszálló szakasza • aktív Na+ visszaszívás • alacsony víz permeabilitás
– disztális kanyarulatos csatorna • aktív Na+ visszaszívás, passzív vízvisszaszívás • K+, H+ és NH3 transzport igényeknek megfelelően lásd később (pH szabályozás) • a transzport hormonális szabályozás alatt - fakultatív
– gyűjtőcsatorna • aktív Na+ visszaszívás a kortikális részen, erős karbamid permeabilitás a belső medulláris részen • szabályozott víz permeabilitás (ADH)
Tubuláris szekréció
16/21
• a nefronban különböző rendszerek, amelyek a plazmából a tubulusba szekretálnak anyagokat • legjobban vizsgált: K+, H+, NH3, szerves savak, szerves bázisok • a nefron igen sokféle anyagot tud szekretálni: a máj számos molekulát glükuronsavval, vagy annak szulfátjával konjugál, és azt ismeri fel a transzportrendszer • K+ felvétele a proximális tubulusban és a Henle kacsban (Na/2Cl/K transzporter) • túl magas K+ koncentráció esetén disztális tubulusban szekréció, de Na+ felvétellel kapcsoltan aldoszteron függő módon - K+ közvetlenül hat, Na+ renin-angiotenzinen át • konfliktus esetén inzulin szekréció K+ hatására - főleg zsírsejtek felveszik a K+ többletet • a H+ és NH3 kiválasztás a pH szabályozás szolgálatában áll
8
pH szabályozás I.
17/21
• normál pH 7,4 - 7,35 már acidózis, 7,45 alkalózis • normál működés 7,0 és 7,8 között képzelhető el • állandóságát pufferrendszerek biztosítják + légzés és kiválasztás • Henderson-Hasselbalch egyenlet:
[A-] pH = pK + log -----[HA] • CO2-re két egyenlet, ezeket összevonva a nevezőbe αPCO2 kerül, ahol α a CO2 oldhatósága, K helyére K’-t írunk, a CO2-H2CO3 reakció miatt • pK’ = 6,08, vagyis a vér normális pH-ján nem jó puffer a CO2/HCO3- rendszer - mégis jó, mert CO2-t a légzés, HCO3--at a vese gyorsan tudja módosítani • vérfehérjék (14-15% Hgb, 6-8% egyéb) pK-ja kb. azonos a vér pH-val - jó pufferek • foszfát alárendelt, kevés van belőle
pH szabályozás II.
18/21
• respiratórikus alkalózis és acidózis: hiper-, ill. hipoventiláció miatt • metabolikus alkalózis - pl. Cl- vesztés hányással • metabolikus acidózis - energiatermelés erjesztéssel, ketózis cukorbetegségben • előbbiben a vese kompenzál, utóbbiban rövid távon a légzés, hosszú távon a vese • proximális csatornában és Henle kacsban Na+/H+ kicserélő, disztális tubulus és gyűjtőcsatorna Asejtek - netto HCO3- felvétel • disztális tubulus és gyűjtőcsatorna területén vannak HCO3- szekretáló B-sejtek is • acidózis esetén a szűrletben kevés HCO3-, ilyenkor NH3 szekréció - ez felveszi a protont a HCO3- helyett, NH4+ nem tud visszalépni, H+ szekréció fokozódhat
9
A vizeletkoncentrálás
19/21
• madarak és emlősök tudnak hiperozmótikus vizeletet készíteni - a gyűjtőcsatornából kilép a víz ozmótikus okokból • közös jellemző a Henle kacs, minél hosszabb, annál hiperozmótikusabb a vizelet - sivatagi ugróegérben igen hosszú • a nyomáskülönbség kialakulását az ellenáram mechanizmus segíti • a velőben felszálló Henle kacs ágon Na+ transzport van - ez nem lép be a leszálló ágba, de onnan kivonja a vizet, ami ugyanolyan hatású • ehhez adódik, hogy a Na+ és víz kilépés miatt felhalmozódott karbamid csak a belső velőrészben léphet ki a gyűjtőcsatornából • a kéregtől a velőig nő az ozmózisnyomás • fontos, hogy a tubulusok vérellátása (vasa recta) párhuzamosan fut a Henle kaccsal, így nem mossa ki az ozmótikus gradienst
A veseműködés szabályozása
20/21
• a juxtaglomeruláris apparátus sejtjei érzékelik a veseperfúzió és/vagy a NaCl csökkenését renint adnak le • a renin angiotenzinogénből (glikoprotein) angiotenzin I-et (10 aminosav) hasít • konvertáló enzim (főleg a tüdőben) angiotenzin Iből lehasít 2 aminosavat: angiotenzin II • angiotenzin II serkenti a mellékvese aldoszteron szekrécióját, vazokonstrikcióval növeli a vér nyomását és fokozza az ADH termelést • az aldoszteron 3 lehetséges úton fokozza a Na+ visszaszívását: pumpa serkentés, ATP termelés, apikális Na+ permeabilitás fokozás • az ADH termelő sejtek a vérnyomásra és az ozmolaritásra is érzékenyek (alkohol) • atriális natriuretikus peptid (ANP) - a vénás nyomás növekedésére szabadul fel a pitvarból gátolja a renin, aldoszteron, ADH felszabadulást
10
Nitrogén ürítés
21/21
• az aminosavak amino csoportját vagy újra felhasználja a szervezet, vagy el kell távolítania, mert az NH3 és az NH4+ is káros • három fő forma: ammónia, karbamid, húgysav • ammónia – diffúzióval: mérgező - sok víz kell, hogy hígítsa és legyen gradiens - mexikói guanó denevérek ürülékéből sok szabadul fel – ők igen ellenállóak, de barlangjukba nem tanácsos bemenni – 0,5 l víz/1 g nitrogén – halak, vízi gerinctelenek, emlősök kis mennyiségben – szállítás glutamin formában a májból a vesébe
• karbamid
– kevésbé mérgező: 0,05 l víz/1 g nitrogén – szintézise ATP-t igényel – gerincesek, kivéve a halakat, ornitin-karbamid ciklusban szintetizálják, halak és gerinctelenek húgysavból – emberszabásúak húgysavat nem bontják - köszvény
• húgysav
– kevéssé oldódik: 0,001 l víz/1 g nitrogén – fehér paszta - madár guanó (húgysav és guanin) – halak, hüllők, szárazföldi ízeltlábúak
Extracelluláris ionkoncentrációk
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Tab. 14-1.
11
Ozmoreguláció az állatvilágban
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 14-8.
Az emlős vese szerkezete
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 14-13.
12
A nefron szerkezete
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 14-14.
Glomeruláris filtráció
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 14-18
13
A Bowman tok podocitái
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 14-19.
A Bowman tok podocitái - EM
Berne and Levy, Mosby Year Book Inc, 1993, Fig. 41-7
14
Juxtaglomeruláris apparátus
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 14-20.
A Na+ visszaszívása
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 14-25.
15
A visszaszívás folyamata
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 14-24.
A K+ szekréció mechanizmusa
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 14-28.
16
A vizelet pH szabályozása
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 14-29.
Ammónia termelés a vesében
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 14-30.
17
Az ellenáram elv
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, SL. 14-2.
A koncentrálás mechanizmusa
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 14-32.
18
Ozmózis viszonyok a vesében
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 14-32.
A renin-angiotenzin rendszer
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 14-26.
19
Aldoszteron hatásmechanizmusa
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 14-27.
Az ADH szekréció szabályozása
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 14-35.
20
A nitrogén ürítés módjai
Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 14-49, 50.
21
