Учебник по Биологии. 8 класс. Матяш - Новая программа

Тема 5

ПРОЦЕССЫ ВЫДЕЛЕНИЯ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА. ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ

В процессе обмена веществ образуются конечные продукты, которые постоянно выводятся из организма. Какие органы и системы участвуют в этом? Какое значение имеет выведение конечных продуктов обмена веществ для нормального функционирования организма человека? Как организм человека приспосабливается к температурным изменениям внешней среды?

§ 24. ВЫДЕЛЕНИЕ КОНЕЧНЫХ ПРОДУКТОВ МЕТАБОЛИЗМА — ВАЖНЫЙ ЭТАП ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ. СТРОЕНИЕ МОЧЕВЫДЕЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА

Вспомните строение выделительной системы у позвоночных животных. Каково ее значение для нормального функционирования организма? Что такое фильтрация, реабсорбция, давление, осмос? Какие рефлексы называют условными и безусловными?

Вы уже знаете, что в процессе обмена веществ образуются конечные продукты, которые дальше уже не могут быть использованы организмом и должны быть удалены из него. Среди них, в частности, аммиак, мочевая кислота, мочевина, углекислый газ. Эти вещества непрерывно образуются в клетках, из них они попадают в межклеточную жидкость, лимфу и дальше - в кровь. Вода - это особенный конечный продукт обмена веществ, потому что она может повторно использоваться организмом для его потребностей. Но для поддержания постоянства внутренней среды ее избыток должен постоянно выводиться из организма, как и избыток минеральных солей. Из организма выводятся также любые инородные и ядовитые вещества, которые попали извне.

Физиологические процессы выведения из организма конечных продуктов обмена, инородных и ядовитых веществ, направленные на поддержание постоянства его внутренней среды, называют выделением.

В организме человека процессы выделения обеспечивают почки, печень, легкие, кишечник и кожа (рис. 100).

Рис. 100. Органы, участвующие в выделительных процессах организма. Задание. Рассмотрите органы, изображенные на рисунке, назовите и охарактеризуйте продукты, которые они выводят из организма

Через легкие выделяются углекислый газ, вода в виде пара (вспомните, как хорошо это видно морозным утром, когда вы спешите в школу) и некоторые летучие вещества. Частично выделительную функцию вы

полняют все железы пищеварительной системы. Благодаря им из организма выводятся не только непереваренные остатки пищи, но и конечные продукты обмена Феррума (вспомните функции печени), некоторые яды и вредные соли тяжелых металлов. Через потовые железы выводится вода и растворенные в ней минеральные соли. О выделительной функции кожи вы узнаете из § 26.

Ведущая роль в процессах выделения принадлежит мочевыделительной системе. При ее участии из организма постоянно выводится большая часть растворимых продуктов расщепления органических веществ, в частности мочевина и мочевая кислота.

ИНТЕРЕСНО ЗНАТЬ! Мочевина и мочевая кислота - органические соединения с небольшими размерами молекул, которые содержат Нитроген и являются конечными продуктами расщепления белков и некоторых других органических веществ.

В состав мочевыделительной системы входят почки, мочеточники, мочевой пузырь и мочеиспускательный канал (рис. 101).

Рис. 101. Строение мочевыделительной системы: 1 - нижняя полая вена; 2 - брюшная аорта; 3 - почки; 4 - мочеточники; 5 - мочевой пузырь; 6 - мочеиспускательный канал; 7 - почечная вена; 8 - почечная артерия

Рис. 102. Строение почки: 1 - почечная артерия; 2 - почечная вена; 3 - почечная лоханка; 4 - мозговой слой; 5 - почечная пирамида; 6 - корковый слой; 7 - мочеточник

Каково строение органов мочевыделительной системы? Почки - парные органы, расположенные в брюшной полости на уровне поясницы с обеих сторон позвоночника (рис. 102). По своей форме они напоминают семя фасоли. У взрослого человека каждая почка весит около 160 г. Каждая почка снаружи окружена жировой капсулой, а сама ткань почки покрыта плотной соединительнотканной оболочкой. На внутренней вогнутой поверхности почки имеется глубокая выемка. Это так называемые ворота почки. Через них в почку заходят почечные артерии и нервы, а выходят почечные вены, лимфатические сосуды и мочеточник. Он начинается от уплощенного воронковидного образования - почечной лоханки (рис. 102).

На продольном разрезе почки хорошо заметны два слоя почечного вещества, которые отличаются друг от друга цветом и структурой. Внешний слой называется корковый, он темно-красного цвета. Такой цвет ему придают многочисленные кровеносные сосуды. Внутренний слой называется мозговой. Он включает в себя конусовидные образования - почечные пирамиды, разделенные прослойками коркового вещества. На верхушке каждой пирамиды открывается 10-20 протоков, по которым в почечную лоханку поступает моча.

Мочеточник - орган в виде трубки, который соединяет почечную лоханку и мочевой пузырь. Стенка мочеточника состоит из трех слоев: внешнего - соединительнотканного, среднего — мышечного и внутреннего — эпителиального, который выделяет слизь. Наличие слизи предотвращает раздражение стенок мочеточника мочой. Перистальтические (волнообразные) сокращения неисчерченных мышц стенок мочеточников обеспечивают движение мочи от почек к мочевому пузырю. (Вспомните, что подобным образом движется пища по пищеварительному каналу.)

Мочевой пузырь - это полый орган, служащий для накопления и выведения мочи. Его внутренняя поверхность устлана многослойным эпителием, защищающим стенки пузыря от раздражения мочой. Мышечная оболочка мочевого пузыря состоит из трех слоев мышц. Круговой слой мышц у выхода мочевого пузыря образует утолщение - сфинктер. Он открывает и закрывает выход в мочеиспускательный канал. Снаружи мочевой пузырь покрыт соединительнотканной оболочкой.

Как образуется моча? Основную массу почек составляют особенные микроскопические структуры - нефроны (рис. 103). Именно они осуществляют основные процессы мочеобразования. Поэтому их считают структурно-функциональными единицами почки. В каждой почке содержится свыше 1 млн нефронов.

Каждый нефрон состоит из двустенной капсулы, в которой находится клубочек капилляров, и мочевого канальца (рис. 103). Капсула нефрона имеет вид полого шара, стенки которого образованы двумя слоями эпителиальных клеток. Полость капсулы переходит в мочевой каналец. В мозговом слое почки этот каналец образует петлю, после чего возвращается в корковый слой. Здесь он вместе с мочевыми канальцами другого нефрона срастается в больший так называемый собирательный каналец. Такие собирательные канальцы объединяются в проток - собирательную трубочку, которая открывается на верхушке почечной пирамиды. В каждой почке общая длина всех канальцев составляет около 70-100 км, а их поверхность достигает 25 м2. Это обусловлено огромным объемом работы, которую выполняют почки, очищая кровь от конечных продуктов обмена и образуя мочу.

Рис. 103. Строение нефрона. Задание. Проследите этапы образования мочи в нефроне

Вещества, которые необходимо вывести из организма человека, поступают в почку по почечным артериям. Сосуд, дающий начало клубочку капилляров, называется приносным, а тот, который выходит из клубочка, - выносным. Уникальной особенностью выносного сосуда является то, что он не переходит в венулы, а еще раз разветвляется на капилляры, оплетающие стенки мочевого канальца. Только после этого капилляры переходят в венозные сосуды, по которым кровь выходит из почки.

Приносной сосуд имеет больший диаметр, чем выносной. Эта разница в диаметре приносного и выносного сосудов приводит к тому, что кровяное давление в капиллярах клубочка достигает 60-70 мм рт. ст., тогда как во всех других капиллярах тела человека давление не превышает 22 мм рт. ст. За счет разницы давления сквозь стенки капилляров клубочка из плазмы крови в полость капсулы выжимается часть воды и растворенные в ней составляющие белков - аминокислоты, а также глюкоза, мочевина, неорганические соединения и т. п. Образованная жидкость называется первичная моча. По своему химическому составу она напоминает плазму крови, но, в отличие от плазмы, не содержит белков. Ведь через поры (мелкие отверстия) в стенках капилляров клубочков крупные молекулы белков и клетки крови не проходят. Процесс образования первичной мочи в нефронах называется фильтрация.

За сутки через почки протекает 1500-1800 л крови и соответственно образуется 150-180 л первичной мочи. Из капсулы первичная моча попадает в мочевой каналец, оплетенный сетью капилляров (вспомните, это именно те капилляры, которые повторно образуют выносной сосуд). Здесь происходит обратное всасывание из жидкости канальца в плазму крови большей части воды, аминокислот, глюкозы, витаминов, неорганических соединений и т. п., то есть нужных организму веществ. Этот процесс называется реабсорбция.

В результате реабсорбции 99,2 % объема первичной мочи снова возвращается в кровь. Но часть мочи, пройдя почечный каналец, попадает в собирательную трубочку. В норме эта моча содержит лишь мочевину, мочевую кислоту, аммиак, неорганические соли и пигменты, которые придают ей определенный цвет. Ее называют вторичной мочой. За сутки у человека образуется приблизительно 1,5 л вторичной мочи. В ней меньше, чем в крови, концентрация натрий хлорида, тогда как концентрация мочевины больше в 60-70 раз.

ЗАПОМНИТЕ! При нормальной работе почек во вторичной моче не должно быть белков и глюкозы. Их появление свидетельствует о нарушении работы почек и обмена веществ в организме.

Как осуществляется мочеиспускание? Образованная в почках моча по мочеточникам, благодаря перистальтическим сокращениям мышц их стенок, постепенно поступает в мочевой пузырь. Когда мочевой пузырь наполняется мочой, его стенки растягиваются (объем наполненного мочевого пузыря у взрослого человека может достигать 0,75 л). Это вызывает раздражение рецепторов, расположенных в его стенках. Нервные импульсы, образующиеся вследствие этого, по чувствительным нервам направляются в крестцовый отдел спинного мозга. Там находится центр мочеиспускания. Он посылает нервные импульсы, вызывающие расслабление сфинктера и сокращение мышц стенок пузыря и мочеиспускательного канала. Моча выводится наружу. Так происходит непроизвольное, или безусловно-рефлекторное, мочеиспускание.

С 1,5-2 лет у детей устанавливается произвольное мочеиспускание (то есть зависимое от сознания), потому что его начинают регулировать определенные центры коры больших полушарий головного мозга. Под воздействием сигналов, поступивших к этим центрам, человек чувствует позывы к мочеиспусканию. В свою очередь, сигналы, возникшие в коре полушарий, могут тормозить центр мочеиспускания в спинном мозге. Именно поэтому, начиная с определенного возраста, человек способен сознательно регулировать процессы выведения мочи из организма.

Кроме выделения конечных продуктов обмена веществ, почки участвуют в поддержании постоянства объема и состава плазмы крови, лимфы и тканевой жидкости. Они являются одними из тех органов, которые обеспечивают гомеостаз нашего организма. Кроме того, почки способны обезвреживать некоторые токсичные продукты обмена. Также в почках синтезируется витамин D3, гормоны и вещества, стимулирующие образование эритроцитов.

Как осуществляется нервная и гуморальная регуляция работы почек? Нервная система регулирует процессы мочеобразования, сужая или расширяя кровеносные сосуды почек. Работу почек контролируют нервные центры, расположенные в коре полушарий головного мозга: увеличение или уменьшение выделения мочи может происходить под воздействием определенных эмоциональных состояний, стрессов и т. п.

Нервная регуляция мочеобразования тесно связана с гуморальной. В стенках сосудов имеются рецепторы, реагирующие на изменения концентрации солей в крови. В частности, при резком повышении концентрации солей в крови нервные импульсы от этих рецепторов по чувствительным нервам направляются в головной мозг, а оттуда - в эндокринную железу, связанную с головным мозгом, - гипофиз. Эта железа увеличивает выделение в кровь антидиуретического гормона, усиливающего обратное всасывание воды в канальцах нефрона. Под воздействием этого гормона уменьшается количество образованной мочи. Соответственно уменьшаются расходы воды организмом, снижается концентрация солей в крови. Если в организме есть излишек воды, то концентрация солей в крови становится низкой, и гипофиз перестает выделять в кровь антидиуретический гормон. Уменьшает выведение с мочой воды также гормон адреналин, поскольку он сужает сосуды почки (вспомните, на какие еще процессы в организме человека влияет адреналин).

Ключевые термины и понятия: почка, нефрон, мочеточник, мочевой пузырь, мочеиспускательный канал, первичная моча, вторичная моча.

ОБОБЩИМ ЗНАНИЯ

• Конечные продукты обмена веществ, излишек воды и минеральных солей, а также инородные вещества выводятся из организма через кожу, легкие и пищеварительную систему. Основную часть процессов выделения обеспечивает мочевыделительная система. Она образована парой почек, мочеточниками, мочевым пузырем и мочеиспускательным каналом. Структурной и функциональной единицей почки является нефрон. Почки, кроме выведения конечных продуктов обмена, участвуют в регуляции водно-солевого обмена веществ и в поддержании постоянства осмотического давления жидкостей тела.

ПРОВЕРЬТЕ И ПРИМЕНИТЕ ПОЛУЧЕННЫЕ ЗНАНИЯ

Ответьте на вопросы

1. Какое значение имеет выделение конечных продуктов обмена веществ из организма? 2. Каково строение почек? 3. Каково строение нефрона? 4. Как образуется первичная моча? 5. Благодаря чему образуется вторичная моча? 6. Чем различаются по химическому составу первичная и вторичная моча? 7. Как моча выводится из организма человека? 8. Как регулируются процессы мочеобразования и мочевыделения?

Выберите один правильный ответ

1. Укажите органы, которые участвуют в выведении из организма продуктов обмена: а) почки, легкие, кожа, кишечник; б) сердце, легкие, кожа, печень; в) головной мозг, кожа, кишечник, печень; г) желудок, спинной мозг, печень, кожа, почки.

2. Укажите, где расположены почечные пирамиды: а) в корковом слое почек; б) в мозговом слое почек; в) в почечной лоханке; г) в надпочечниках.

3. Укажите структурную и функциональную единицу почек: а) альвеола; б) нейрон; в) нефрон; г) канальцевый аппарат.

4. Укажите количество вторичной мочи (л), которая образуется у человека за сутки: а) 1500; б) 150; в) 1,5; г) 0,15.

ОБСУДИТЕ В ГРУППАХ. Установите четкую последовательность процессов образования первичной и вторичной мочи и обоснуйте их значение.

ПОДУМАЙТЕ. 1. Врачи-урологи называют почки «биологическими фильтрами» организма человека. Почему они получили такое название? 2. Какая связь существует между работой выделительных органов и деятельностью других систем органов в организме человека?