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, 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 ����

2/21

2

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

3/21

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 NaCl-lép 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

4/21

3

Ozmótikus szabályozás I.• 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 ����

5/21

• vízből lélegző tengeri állatok– gerinctelenek egyensúlyban– nyálkahal csak Ca++, Mg++, SO4

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 ����

Ozmótikus szabályozás II.6/21

4

Ozmótikus szabályozás III.

• 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 ����

7/21

Összefoglaló táblázat8/21

5

Az emlősök vízterei• az emberi test átlagosan 60%-a víz, de férfi-

nő, 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: Evans-

blue, 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

9/21

Az emlős vese

• 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.

10/21

6

A vese működési egysége

• 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

11/21

Ultrafiltráció• 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) ����

12/21

7

Clearance

• egy anyag clearance-e az a plazma mennyiség, amely “megtisztul” az adott anyagtól a vesében

VUCP = VU azaz C = ------

Pahol 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

13/21

Tubuláris reabszorpció I.

• 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

14/21

8

Tubuláris reabszorpció II.– 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) ����

15/21

Tubuláris szekréció• 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

16/21

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]• CO2-re két egyenlet, ezeket összevonva a

nevezőbe ααααPCO2 kerül, ahol αααα 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

17/21

pH szabályozás II.

• 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 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 ����

18/21

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 ellenárammechanizmus 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• 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 aldoszteronszekrécióját, 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

20/21

11

Nitrogén ürítés• 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

21/21

Extracelluláris ionkoncentrációk

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Tab. 14-1.

12

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.

13

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

14

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

15

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.

16

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.

17

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.

18

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.

19

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.

20

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.

21

A nitrogén ürítés módjai

Eckert: Animal Physiology, W.H.Freeman and Co., N.Y.,2000, Fig. 14-49, 50.