Kiválasztás. Ionális és ozmótikus egyensúly

Átírás

1 Kiválasztás 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, MgSO 4, 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 2/21 1

2 Ozmótikus kicserélődés 3/21 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 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 4/21 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

3 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: 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 ++, SO 4 2- 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

4 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: C között ingadozik a testhőmérséklete; ilyenkon nem vizel, a karbamidot a szövetekben tárolja; széklet száraz, vizelet hiperozmótikus Összefoglaló táblázat 8/21 4

5 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

6 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: = 40 Hgmm a vér kolloid ozmótikus nyomásától: 30 Hgmm - az effektív filtrációs nyomás = 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

7 Clearance 13/21 egy anyag clearance-e az a plazma mennyiség, amely megtisztul az adott anyagtól a vesében VU CP = VU azaz 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

8 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 NH 3 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 +, NH 3, 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 NH 3 kiválasztás a ph szabályozás szolgálatában áll 8

9 ph szabályozás I. 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] CO 2 -re két egyenlet, ezeket összevonva a nevezőbe αp CO2 kerül, ahol α a CO 2 oldhatósága, K helyére K -t írunk, a CO 2 -H 2 CO 3 reakció miatt pk = 6,08, vagyis a vér normális ph-ján nem jó puffer a CO 2 /HCO 3- rendszer - mégis jó, mert CO 2 -t a légzés, HCO 3- -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 17/21 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 A- sejtek - netto HCO 3- felvétel disztális tubulus és gyűjtőcsatorna területén vannak HCO 3- szekretáló B-sejtek is acidózis esetén a szűrletben kevés HCO 3-, ilyenkor NH 3 szekréció - ez felveszi a protont a HCO 3- helyett, NH 4+ nem tud visszalépni, H + szekréció fokozódhat 9

10 A vizeletkoncentrálás 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 19/21 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 I- ből 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

11 Nitrogén ürítés az aminosavak amino csoportját vagy újra 21/21 felhasználja a szervezet, vagy el kell távolítania, mert az NH 3 és az NH 4+ 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

12 Ozmoreguláció az állatvilágban Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig Az emlős vese szerkezete Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

13 A nefron szerkezete Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig Glomeruláris filtráció Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

14 A Bowman tok podocitái Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig A Bowman tok podocitái - EM Berne and Levy, Mosby Year Book Inc, 1993, Fig

15 Juxtaglomeruláris apparátus Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig A Na + visszaszívása Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

16 A visszaszívás folyamata Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig A K + szekréció mechanizmusa Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

17 A vizelet ph szabályozása Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig Ammónia termelés a vesében Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

18 Az ellenáram elv Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, SL A koncentrálás mechanizmusa Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

19 Ozmózis viszonyok a vesében Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig A renin-angiotenzin rendszer Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

20 Aldoszteron hatásmechanizmusa Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig Az ADH szekréció szabályozása Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig

21 A nitrogén ürítés módjai Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig ,