Les 22 Excretiestelsel PDF

Het excretiestelsel Hoofdstuk 49 in Handboek  Overzicht 1. Osmotische balans --> primaire functie 2. Stikstofoverschot wegwerken via ureum 3. Osmoregulatorische organen 4. Nieren bij vertebraten 5. Werking van de nieren 6. H...

Het excretiestelsel Hoofdstuk 49 in Handboek  Overzicht 1. Osmotische balans --> primaire functie 2. Stikstofoverschot wegwerken via ureum 3. Osmoregulatorische organen 4. Nieren bij vertebraten 5. Werking van de nieren 6. Hormonale regulatie van osmotische balans 2  1. Osmotische balans Water komt voor intracellulair en extracellulair. Meeste dieren moeten de concentraties van bepaalde stoffen constant houden (osmotische balans): – Totale concentratie opgeloste stoffen in extracellulaire vloeistof. – Concentratie van specifieke anorganische ionen. Om de osmotische balans te bewaren, moet het extracellulaire compartiment water kunnen uitwisselen met zijn omgeving. 3  Osmotische balans Veel ionen hebben belangrijke functies in het lichaam en moeten constant gehouden worden. – Natrium (Na+): voornaamste kation in extracellulaire vloeistof – Chloride (Cl–): voornaamste anion – Kalium (K+) – Bivalente kationen, calcium (Ca2+) en magnesium (Mg2+) – Andere ionen (Fe2+, Cu2+, Zn2+,...) 4  Osmotische balans Hoeveelheid water en ionen dat het lichaam binnenkomt en verliest moet in balans blijven om homeostase te behouden. External environment Animal body H2 O Solutes Intracellular Solutes (Sweat) and H2Ocompartment and H2O Extracellular compartment CO2 and H2O (including blood) CO2 and H2O Solutes O2 Solutes and H2O O2 and H2O Food and H2 O Solutes Solutes and H2O and H2O Urine (excess H2O) Waste 5  Osmotische balans Osmotische druk: maat voor de opname van water door osmose. – Tegendruk die nodig is om een evenwicht te bereiken. Osmolariteit (mol/liter): maat voor de hoeveelheid opgeloste stof per liter oplossing. Toniciteit: maat voor de mogelijkheid van een oplossing om het volume van een cel te veranderen via osmose. – Hypertoon, hypotoon, isotoon 6  Osmotische balans Osmoconformers – Organismen die in osmotisch evenwicht zijn met hun omgeving. – Bij vertebraten: enkel de slijmprikken en kraakbeenvissen. Osmoregulators – Alle andere vertebraten – Behouden een relatief constante osmolariteit in het bloed ondanks verschillende concentraties in hun omgeving. 7  Osmotische balans Bv. zoetwatervertebraten – Hypertoon t.o.v. hun omgeving. – Zijn aangepast om: te voorkomen dat water hun lichaam binnenkomt. actief ionen terug in hun lichaam op te nemen. 8  Osmotische balans water moet weg + ionen moeten blijven Zoetwatervissen drinken weinig; geen reabsorptie van water in nieren 9  Osmotische balans Bv. mariene vertebraten – Hypotoon t.o.v. hun omgeving. – Zijn aangepast om: water vast te houden uit het zeewater. teveel aan ionen te verwijderen. 10  Osmotische balans ionen moeten weg + water moet blijven Zeevissen drinken veel; excretie van zouten; wel reabsorptie van water in nieren 11  Osmotische balans Terrestrische vertebraten – Hebben een hogere concentratie water in het lichaam dan in de omgeving. – Verliezen water via verdamping ter hoogte van de huid en longen. – Excretiestelsel is geëvolueerd om water te conserveren. 12  2. Stikstofoverschot Aminozuren en nucleïnezuren worden gekataboliseerd tot stikstofhoudende afvalproducten. – Moeten verwijderd worden uit het lichaam. – Bv. ammoniak, ureum, urinezuur. Eerste stap bij de afbraak is deaminatie. – Verwijderen van de amino (―NH2) groep. – Combineert met H+ tot vorming van ammoniak (NH3) in de lever. 13  weg via kieuwen Stikstofoverschot ureum ammoniak urinezuur Ammoniak is toxisch en moet sterk verdund worden in het lichaam. Beenvissen en amfibieënlarven elimineren ammoniak via de kieuwen (via diffusie). Kraakbeenvissen, adulte amfibiën en zoogdieren zetten ammoniak om in ureum, dat eveneens oplosbaar is in water. Vogels, reptielen en insecten zetten ammoniak om in het wateronoplosbare urinezuur. – Kost meer energie, maar conserveert meer water. 14  Aminozuren en nucleïnezuren Stikstofhoudende Katabolisme afvalproducten Ammoniak Kost energie, bespaart water bijproduct Ureumcyclus Direct Omgezet tot Omgezet tot geëlimineerd ureum urinezuur Ammoniak Ureum Urinezuur uitscheiden veel minder toxisch dan ammoniak via kieuwen ==> mag effe in lichaam blijven O H NH2 N NH3 O C HN O NH2 O N N H H Meeste beenvissen en Zoogdieren, amfibiën en Reptielen, vogels en aquatische invertebraten kraakbeenvissen insecten 15  Stikstofoverschot Zoogdieren maken ook urinezuur aan – Urinezuur: degradatie van purines – Ureum: degradatie van aminozuren en pyrimidines Meeste zoogdieren hebben een uricase enzyme, dat urinezuur omzet in het oplosbare allantoïne. Bij mensen ontbreekt dit enzyme en moet het urinezuur worden uitgescheiden. – Excessieve accumulatie van urinezuur leidt tot jicht. = echte kristallen urinezuur kan in je gewrichten komen zitten = jicht 16  3. Osmoregulatorische organen In veel dieren wordt het verwijderen van water of zouten gekoppeld aan het verwijderen van metabolisch afval via het excretiestelsel. Verschillende mechanismen zijn ontstaan: – Eéncellige protisten en sponzen hebben contractiele vacuolen. – Meeste meercelligen hebben een systeem van excretorische buisjes om vloeistof en afval te verwijderen. 17  Osmoregulatorische organen Invertebraten – Platwormen Gebruiken protonefridia die vertakken in vlamcellen. Vormen opening aan de buitenkant van het lichaam, maar niet aan de binnenkant. – Annelida Gebruiken nefridia. Hebben een opening zowel aan de binnenkant als de buitenkant van het lichaam. 18  Voeistof Vlamcel Cilia Verzamel- buisje Excretieporie 19  Nefridium Capillair netwerk Nefrostoom Coeloomvloeistof Blaas Excretieporie 20  Osmoregulatorische organen Insecten – Gebruiken buisjes van Malpighi. *volgende slide is duidelijker* Uitstulpingen van het verteringskanaal. – Afvalmoleculen en K+ worden gesecreteerd in de buisjes via actief transport. Creëert een osmotische gradiënt waardoor water via osmose in de buisjes terecht komt. – Meeste water en K+ wordt gereabsorbeerd in het open bloedvatenstelsel via de einddarm (achterste deel darm). 21  Rectum Buisjes van Malpighi K+ H2 O Afval (actief (osmose) Anus (actief transport) transport) Rectum Ionen en H2O terug gereabsorbeert Einddarm Middendarm 22  Osmoregulatorische organen Nieren – Maken tubulaire vloeistof aan door het filtreren van bloed onder druk door de glomerulus (filtratie). – Filtraat bevat vele kleine moleculen naast water en afvalproducten. – Meeste van die moleculen worden opnieuw selectief opgenomen in het bloed (reabsorptie). – Afvalproducten worden verwijderd uit het lichaam in de vorm van urine (excretie). 23  4. Nieren bij vertebraten Bouwplan van de nieren is grotendeels hetzelfde, afgezien van een paar modificaties. Opgebouwd uit duizenden nefronen die bestaan uit: − Glomerulus − Proximaal nierkronkelbuisje − Lus van Henle − Distaal nierkronkelbuisje − Verzamelbuisje weg wat afvalstoffen afleggen 24  Proximale arm Distale arm Glomerulus H2 O Glucose H2 O Aminozuren H2 O Ionen Na+ en Cl– H2 O Na+ en Cl– Verzamel- buisje H2 O Lus van Henle Vertebraat nefron 25  Nieren bij vertebraten Alle vertebraten kunnen urine aanmaken die isotonisch is t.o.v. het bloed door evenveel water als opgeloste stoffen te reabsorberen. Sommigen maken hypotonische (verdunde) urine als minder water dan opgeloste stoffen wordt gereabsorbeerd. Enkel vogels en zoogdieren kunnen hypertonische doen dat door langere lus van Henle te hebben (geconcentreerde) urine aanmaken door reabsorptie van veel water. 26  Nieren bij vertebraten Nieren zijn waarschijnlijk ontstaan bij zoetwatervissen. Lichaamsvloeistoffen zijn hypertoon t.o.v. het omgevende water wat twee problemen meebrengt: 1. Water stroomt het lichaam binnen vanuit de omgeving. Vissen drinken niet (veel) en excreteren veel water in urine. 2. Opgeloste stoffen hebben de neiging het lichaam te verlaten. Worden gereabsorbeerd in de nefronen (verdunde urine). Ionen worden actief getransporteerd naar het bloed via de kieuwen. 27 ==> krijgen zeer verdunde urine door adaptatie 28  Nieren bij vertebraten Mariene beenvissen hebben lichaamsvloeistoffen die hypotoon zijn aan de (zoute) omgeving. Water heeft de neiging het lichaam te verlaten via osmose: – Mariene vissen drinken veel water. – Elimineren ionen via de kieuwen en urine. – Excreteren isotone urine. adaptaties aan hypotone omgeving 29 ==> hebben isotone urine 30  Nieren bij vertebraten Kraakbeenvissen reabsorberen ureum uit de nefronen. – Ureumconcentratie in het bloed is 100 keer zo hoog als bij zoogdieren. – Maakt bloed isotoon t.o.v. zeewater. --> zijn osmoconformers – Moeten geen zeewater drinken of ionen verwijderen uit hun lichaam. Amfibieën: nieren zijn identiek aan die van zoetwatervissen. – Eerste dieren met een urineblaas. 31  Nieren bij vertebraten Reptielen: nieren zijn heel divers. – Mariene reptielen drinken zeewater en excreteren isotonische urine. Teveel aan zouten worden verwijderd via zoutklieren. – Terrestrische reptielen reabsorberen veel water en zouten via de nefronen. Excreteren geen urine, maar scheiden dit af in de cloaca. 32  Nieren bij vertebraten Zoogdieren en vogels zijn de enige vertebraten die hypertone urine t.o.v. het bloed kunnen produceren. kan door Gebeurt in de lus van Henle (lange en korte lussen). Vogels hebben weinig nefronen met lange lussen en urine is hoe minder lange lussen hoe minder geconcentreerde urine niet zo geconcentreerd als die van zoogdieren. – Zeevogels drinken zeewater en excreteren teveel aan zouten via zoutklieren in de buurt van hun ogen. – Water wordt gereabsorbeerd in de cloaca. – Vogels hebben (meestal) geen urineblaas. 33  Nieren bij vertebraten zoutklier zoutexcretie 34  5. Werking van de nieren Bij zoogdieren: – Elke nier ontvangt bloed van de nierslagaders. dit bloed wordt gefilterd Urine wordt gefiltreerd vanuit het bloed uit deze slagader. – Urine wordt via de ureters naar de urineblaas gebracht en uit het lichaam verwijderd via de urethra. 35  Werking van de nieren In de nier vormt het begin van de ureter de renale pelvis of nierbekken = renale pelvis = overgang tussen nier en ureter het nierbekken. Het nierbekken ontvangt urine van het nierweefsel. – Opgedeeld in Renale cortex of nierschors (buitenkant) Renale medulla of niermerg (binnenkant) 36  Werking van de nieren Renale cortex Vena cava Juxtamedullair Corticale inferior Nefron nefron nefron buisje Bijnier Nierarterie- en vene Ureter Renale Aorta cortex Ureter Renale Renale pelvis medulla b. Verzamel- buisje Renale Urine- medulla blaas Urethra a. c. 37  Werking van de nieren Drie basisfuncties: – Filtratie: vloeistof in het bloed wordt t.h.v. de glomerulus gefiltreerd in het tubulair systeem. – Reabsorptie: opgeloste stoffen worden selectief weer uit het filtraat gehaald via peritubulaire capillairen. – Secretie: sommige substanties (bv. afvalstoffen) worden uit het bloed in de extracellulaire vloeistof gebracht en vervolgens naar het filtraat in het tubulair systeem. 38 Excretie Secretie vanuit bloed Filtratie Glomerulus Kapsel van Afferente Bowman arteriole Reabsorptie Nier- naar bloed buisje Efferente arteriole 39 40  Werking van de nieren Elke nier bestaat uit ca. 1 miljoen nefronen. – Juxtamedullaire nefronen hebben lange lussen die tot diep in de medulla dringen. – Corticale nefronen hebben korte lussen. Bloed wordt aangevoerd via een afferente arteriole naar de glomerulus. Bloed wordt gefiltreerd terwijl het onder druk door poreuze capillaire wanden wordt geperst. 41 42  Werking van de nieren Bloedbestanddelen die niet worden gefiltreerd, worden afgevoerd in efferente arteriolen die uitmonden in peritubulaire capillairen rond de nierkronkelbuisjes. – In juxtamedullaire nefronen gaan peritubulaire capillairen over in vasa recta capillairen rond de lus van Henle. Het glomerulair filtraat komt terecht in het Kapsel van Bowman, het eerste deel van het tubulair systeem. Komt vervolgens terecht in het proximale nierkronkelbuisje. 43  Werking van de nieren Vervolgens komt het filtraat in de lus van Henle, die in de medulla ligt. Nadat het de lus verlaat, komt het filtraat terecht in het distale nierkronkelbuisje, dat weer in de cortex ligt. Het distale nierkronkelbuisje mondt vervolgens uit in het verzamelbuisje. De verzamelbuisjes van alle nefronen en hun inhoud, die nu urine wordt genoemd, komt terecht in het nierbekken. 44  Proximaal Distale nierkronkelbuisje nierkronkelbuisje Glomerulus Peritubulaire capillairen Kapsel van Bowman Renale arterie Verzamelbuisje Renale Lus van vene Henle Vasa recta Naar ureter 45  Werking van de nieren Elke dag passeert ca. 2000 liter bloed langs de nieren. 180 liter water verlaat het bloed en komt in het filtraat terecht. Meeste water en opgeloste stoffen worden terug opgenomen uit het filtraat via reabsorptie. – Productie van 1 à 2 liter urine per dag, voor een totaal bloedvolume van 5 liter. – Elke liter bloed wordt dus meerdere keren per dag gefiltreerd. 46  Werking van de nieren Reabsorptie van water gebeurt in: – het proximale nierkronkelbuisje – het dalende deel van de lus van Henle – het verzamelbuisje Reabsorptie van glucose en aminozuren – gebeurt via actief transport. – kan verzadigd worden. --> omdat je maar een bepaald aantal transporters hebt voor actief transport ==> kan teveel worden voor je lichaam ==> je secreert glucose (dan is het verzadigd) Glucose blijft in urine van onbehandelde diabetes patiënten. 47  Werking van de nieren Secretie afvalproducten, toxines en teveel aan ionen – Belangrijke functie van de nieren is het verwijderen van potentieel schadelijke substanties uit het lichaam (bv. penicilline moet verschillende keren per dag worden ingenomen). – Andere excretieproducten zijn stikstofhoudende afvalproducten, teveel aan K+, H+ en andere ionen. – Nieren zijn cruciaal voor het onderhouden van de zuur-base balans van het bloed (pH van urine is meestal tussen pH 5 en 7). – Gebeurt via transport over de capillaire membranen naar het filtraat in de nierbuisjes (omgekeerd aan reabsorptie). 48  Werking van de nieren Proximale nierkronkelbuisje – Reabsorbeert bijna alle nutriënten, ionen (bv. K+ en HCO3-) en 2/3de van NaCl en water uit het filtraat. dit is HOE het Na+ wordt actief getransporteerd, Cl- volgt passief. wordt gereabsorbeerd Water volgt via osmose. – Omdat NaCl en water verwijderd worden uit het filtraat (in gelijke hoeveelheden), is het filtraat in de buisjes nog steeds isotoon t.o.v. het bloed. 49  Kapsel van Proximaal buisje Distaal buisje Bowman Na+ Cl– Totale concentratie opgeloste stoffen (mOsm) H2O 300 Glomerulus Cortex Verzamel- buisje Na+ H2O H2O 600 Buitenste medulla Cl– Ureum H2O H2O Lus van Henle Na+ Cl– Binnenste medulla 1200 50  Werking van de nieren osmolariteit gradiënt: medulla > cortex Lus van Henle – Het dalende en stijgende deel verschillen structureel. – Creëert een gradiënt van stijgende osmolariteit van de cortex naar de medulla. dalende deel: doorlaatbaar voor water maar niet voor ionen ==> ionenrijke omgeving ==> water gaat uit buis omdat omgeving ionenrijk is stijgende deel: doorlaatbaar voor ionen maar niet voor water ==> ionen gaan uit het kanaal ==> omgeving blijft ionenrijk (want dalend gebeurt er osmose van water) 51 ==> nu is urine geconcentreerd vanonder er is een stroom dus vloeit door  Werking van de nieren Dalende deel van de lus van Henle: − Is doordringbaar voor water, maar niet voor NaCl. − Water beweegt uit de lus in de interstitiële vloeistof. − Door de reabsorptie van water wordt het filtraat hypertoon. Stijgende deel van de lus van Henle: − Is ondoordringbaar voor water, maar permeabel voor NaCl. − NaCl wordt passief (dunne deel) en actief (dikke deel) naar de interstitiële vloeistof getransporteerd. 52  Werking van de nieren Stijgende deel van de lus van Henle: − Dunne deel is permeabel voor Na+ en Cl- ionen die passief uit de lus diffunderen. − Dikke deel transporteert actief Na+, en Cl– volgt passief. − Ionentransport creëert een osmotische gradiënt in de medulla. − Interstitiële vloeistof heeft een hogere osmolariteit onderaan de lus dan bovenaan de lus. 53  Werking van de nieren Verlies van water t.h.v. het dalende deel van de lus zorgt voor een stijging van de osmolariteit van het filtraat. Filtraat verliest daarna opnieuw zouten in het stijgende deel van de lus. Dalende en stijgende deel van de lus van Henle vormen dus een tegenstroomprincipe. Filtraat kan zelfs hypotoon zijn op het einde van de lus. 54 Reabsorptie van zout en Kapsel van Proximaal buisje Distaal buisje Bowman water in zoogdiernieren Cl– Na+ Totale concentratie opgeloste stoffen (mOsm) H2O 300 Glomerulus Cortex Verzamel- buisje Na+ H2O H2O 600 Buitenste medulla Cl– Ureum H2O Lus van Henle H2O Na+ Cl– Binnenste medulla 1200 55  Werking van de nieren Distale nierkronkelbuisje: regulatie van de zoutbalans in het bloed via de secretie van ionen (bv. K+ en H+). Verzamelbuisje: regulatie van de waterbalans in het bloed. – Filtraat is hypotoon. – Hypertone interstitiële vloeistof van niermerg onttrekt water t.h.v. het verzamelbuisje in de omringende bloedvaten. Permeabiliteit van verzamelbuisje wordt gereguleerd door antidiuretisch hormoon (ADH). 56  Secretie Secretie Reabsorptie H+ K+ Reabsorptie K+ HCO3– K+ H+ Filtraat H+ Distaal nierkronkelbuisje K+ HCO3– Regulatie zoutbalans 57  6. Hormonale regulatie Nieren onderhouden een relatief constant bloedvolume, bloeddruk en osmolariteit. Reguleren concentraties van K+, Na+ en de pH (H+ en HCO3-) van het bloed en houden deze constant. Deze functies van de nieren worden gereguleerd door hormonen: – Antidiuretisch hormoon (ADH) of vasopressine – Aldosteron – Atriaal natriuretisch hormoon (ANH) 58  Hormonale regulatie vrijgezet als: bloed te geconcentreerd Antidiuretisch hormoon (ADH) wordt ==> te weinig water ==> geeft je dorst + nieren reabsorberen meer water (door aanmaken van aquaporines) – Productie in hypothalamus, vrijgezet door neurohypofyse. – Vrijgave wordt gestimuleerd door een stijging van de osmolariteit van het bloed (dehydratatie). – Maakt de cellen van het distale nierkronkelbuisje en het verzamelbuisje meer permeabel voor water. Via de transcriptie van aquaporines. Zorgt voor een verhoogde reabsorptie van water (meer geconcentreerde urine). 59  Stimulus Negatieve feedback Dehydratie; Stijging osmolariteit van het plasma (–) Sensor Osmoreceptoren (–) in hypothalamus Dorst Effector Neurohypofyse Respons Respons Verhoogde waterinname Verhoogde ADH secretie Verhoogde reabsorptie van water 60  Hormonale regulatie vrijgezet als: te lage Na gehaltes in bloed --> bloed wordt Aldosteron hypotoon ==> water gaat eruit ==> bloedvolume daalt ==> bloeddruk daalt --> gaat dus Na doen reabsorberen – Gesecreteerd door de bijniercortex. – Gestimuleerd door lage Na+ niveaus in het bloed. – Gaat gepaard met een daling van het bloedvolume. Renine-angiotensine-aldosteron systeem wordt geactiveerd. – Stimuleert de reabsorptie van Na+ door het distale nierkronkelbuisje en het verzamelbuisje. – Reabsorptie van Cl– en water gebeurt vervolgens passief. 61  Stimulus Stimulus Lage 1 Laag bloeddruk bloedvolume Effector 2 Angiotensinogeen 3 Sensor Effector (–) Juxtaglomerulair Renine 4 ACE apparaat Negatieve Effector feedback Respons 5 Angiotensine II Vernauwing bloedvaten 6 Effector Respons Aldosteron Toename in Adrenale bloedvolume cortex Effector 8 Respons 7 Verhoogde Na+ en Nier Cl–, en H2O reabsorptie 62  Hormonale regulatie Atriaal natriuretisch hormoon (ANH) – Werkt antagonistisch aan aldosteron. Inhibeert de reabsorptie van Na+ ionen. – Gesecreteerd door het rechteratrium bij een verhoogd bloedvolume. – Stimuleert de excretie van zout en water in de urine en verlaagt het bloedvolume. 63