Usuwanie zbędnych metabolizmów azotowych
Nerki są narządem, do którego trafiają metabolizmy azotowe, a następnie są usuwane z organizmu. Funkcja wydalnicza nerek jest odpowiedzialna właśnie za te procesy. Polega na usuwaniu z ustroju końcowych produktów przemiany materii oraz nieprzyswajalnych lub toksycznych substancji pochodzenia egzogennego. W procesach metabolicznych powstają produkty przemiany materii, które muszą być wydalone, ponieważ gromadzenie ich w organizmie groziłoby zatruciem i śmiercią. Końcowymi produktami przemiany materii u zwierząt domowych są dwutlenek węgla, woda oraz substancje azotowe, jak: mocznik, amoniak, kwas moczowy, kreatyna, kreatynina, indykan, kwas hialuronowy i inne.
W eliminacji produktów przemiany materii nerki są wspomagane przez inne narządy min. płuca, przewód pokarmowy, skórę.
Podstawową jednostką strukturalną nerki jest nefron. Zbudowany jest on z ciałka nerkowego, czyli kłębuszka otoczonego torebką do którego krew jest wprowadzana tętnica doprowadzającą, a wyprowadzana tętnicą odpowadzajaca która ma większa średnice niż doprowadzającą. Jest to tzw. sieć tetniczo-tetnicza. Od ciałka nerkowego odchodzi kanalik bliższy, który przechodzi w pętlę nefronu, a następnie w kanalik dalszy i kanalik zbiorczy, który zbiera gotowy mocz. Tętnica odpowadzajaca rozwidla się w naczynia włosowate i oplata kanaliki.
Metabolity azotowe są wydalane z moczem. Powstawanie moczu w nerkach jest związane z trzema procesami: filtracja kłębkowa, wchłanianiem kanalikowym i wydzielaniem kanalikowym.
Filtracja kolebkowa jest to proces fizyczny, który polega na przechodzeniu wody osocza oraz rozpuszczonych w niej substancji drobnocząsteczkowych, przez błonę filtracyjna w kłębkach, do światła torebki. Powstały przesącz nazywamy moczem pierwotnym. Przez błonę nie przenikają białka, wyjątkiem jest nie znaczna ilość albumin. Filtracje przeprowadza się przez filtr, który składa się ze śródbłonka naczyń włosowatych, ztrzymujacego elementy morfotyczne krwi. Drugą bakterią jest błona podstawa komórek nabłonka kanalika i umożliwia filtracje większości cząsteczek biwakowych. Trzecią warstwą filtru jest cienka błona zmykająca szczeliny między komórkami nabłonkowymi nefronu.
Wielkość filtracji zależy od wielkości powierzchni filtracyjnej kłębków, przepuszczalności błony filtracyjnej i ciśnienia filtracyjnego. Zdolność substancji do przenikania przez barierę filtracyjna zależy od wielkości cząsteczek, także do kształtu i ładunku elektrycznego.
Kolejnym etapem powstawania moczu jest wchłanianie kanalikowe. Woda i substancje przefiltrowane w kłębkach nerkowych, przepływając przez kanaliki nerkowe mogą:
zostać wchłonięte całkowicie w kanalikach np. glukoza, lub częściowo mocznik i sól
zostać dodatkowo wydzielone przez nabłonek kanalika np. kwas hipurowy, kreatynina
być jednocześnie wchłaniane w odcinku proksymalnym i wydalane w odcinku dystalnym-potas
przechodzić do moczu ostatecznego, w ilości w jakiej zostały przefiltrowane w kłębkach- insulina
Podstawową czynnością kanalików nerkowych jest wchłanianie zwrotne, tych składników moczu pierwotnego, które zostały przefiltrowane, a nie powinny być usunięte z organizmu.
Wchłanianie zwrotne może być bierne, tzn. odbywa się z użyciem energii lub czynne, wówczas składniki są przenoszone wbrew istniejącej różnicy stężeń i wbrew potencjałowi elektrycznemu.
Ostatnim etapem powstawania moczu jest wydzielanie, czyli sekrecja kanalikowa, transport substancji do światła kanalika tj. jony i cząsteczki związków niedysocjujących.
Z moczem wydalane są substancje organiczne. Mocznik stanowi 78-85% wszystkich związków azotowych w moczu. Mocznik jest głównym, końcowym produktem przemiany białkowej w organizmie.
Metabolizmem azotowym jest amoniak, który powstaje w wyniku dezaminacji aminokwasów, jest dobrze rozpuszczany w wodzie i łatwo dyfunduje. Jest to związek toksyczny dlatego musi być sprawnie usuwany z organizmu. Wydalanie amoniaku przez nerki jest możliwe gdy odczyn moczu jest kwaśny. Dlatego zwierzęta roślinożerne, których mocz ma odczyn obojętny i wszystkożerne muszą przekształcać amoniak w nietoksyczny mocznik, jest to tzw. synteza ochronna, która przebiega w wątrobie.
Kolejny metabolizm to mocznik. Powstaje on z dwóch cząsteczek amoniaku i cząsteczki CO2, a następnie z krwią trafia do nerek. Mocznik jest filtrowany w kłębkach nerkowych do przesączu. 50% mocznika zostaje zresorbowana przez błony komórkowe kanalików proksymalnych, które są dla niego bardziej przepuszczalne niż pozostałe części nefronu. Następnie z kanalika zbiorczego naczyń może dyfundować do płynu śródmiąższowego oraz do ramienia zstępującego pętli nefronu, co ułatwia powstawanie hipertonicznego środowiska w rdzeniu nerki. Ilość mocznika zależy od ilości moczu ostatecznego.
Kwas moczowy powstaje w wyniku przemian zasad purynowych, które powstają po rozpadzie nukleoproteidów, jest to związkiem bardzo slabu rozpuszczalnym w wodzie, a po jej usunięciu jest wydalany w postaci kryształów. Może być pochodzenia egzo- lub endogennego. U zwierząt gospodarskich jest przekształcany w alantoinę w obecności enzymu urylazy. Ilość wydalonego kwasu moczowego zależy od gatunku i sposobu odżywiania. U zwierząt mięsożernych jest wydalany w niewielkich ilościach, a u roślinożernych w większych. Wydalanie kwasu moczowego ma duże znaczenie u ptaków, ponieważ jest końcowym produktem przemiany białkowej u nich. Podlega on resorpcji w kanalikach proksymalnych.
Kolejnym metabolizmem jest kreatynina, bezwodnik kreatyny. Wydalana z moczem przechodzi z przemiany mięśniowej keratyny, a u mięsożernych może pochodzić z pożywienia. Jest filtrowana w kłębkach nerkowych i nie jest ani wchłaniana ani wydzielana przez komórki kanalików, a przesączony ładunek kreatyniny jest wydalany do moczu ostatecznego.
Wyróżniamy również metabolity azotowe, które są usuwane w małych ilościach z organizmu.
Należą do nich aminokwasy, które przechodzą z osocza do moczu pierwotnego, a następnie ponad 98% ilości przesączonej ulega zwrotnemu wchłanianiu w kanalikach proksymalnych, a transporcie aktywnym. Dlatego w moczu ostatecznym jest ich niewielka ilość. Wyróżniamy 4 układy resorpcji zwrotnej aminokwasów. Za pomocą pierwszego są wchłaniane aminokwasy jednoamino- jednokarboksylowe. Drugi bierze udział we wchłanianiu aminokwasów zasadowych oraz cystyny, trzeci- przy wchłanianiu aminokwasów kwaśnych, a przy udziale czwartego resorbowane są prolina, hydroksyprolina i glicyna.
Kolejnymi związkami są białka, które nie ulęgają przesączeniu do moczu pierwotnego, wyjątkiem są albuminy. Dlatego w moczu ostatecznym są tylko ślady białka.
Ze względu na wydalanie rożnych produktów azotowych, zwierzęta możemy podzielić na:
- zwierzęta wydalające amoniak to amonioteliczne; amoniak to związek silnie toksyczny, doskonale rozpuszczalny w wodzie, wydalany przez powłoki ciała, skrzela, narządy wydalnicze; wydalają go prawie wszystkie wodne bezkręgowce, ryby kostnoszkieletowe, larwy płazów;
- zwierzęta ureoteliczne to zwierzęta wydalające mocznik; mocznik to związek mniej toksyczny i słabiej rozpuszczalny w wodzie; powstaje w tzw. cyklu mocznikowym (ornitynowym), u kręgowców w wątrobie; mocznik wydalają ryby chrzęstno-szkieletowe i dwudyszne, dorosłe płazy oraz ssaki;
- zwierzęta urykoteliczne wydalają kwas moczowy produkowany z amoniaku i rozpadu nukleotydów; kwas moczowy jest związkiem o bardzo niskiej toksyczności i jest słabo rozpuszczalny w wodzie; krystalizuje i może być wydalany w postaci krystalicznej, przy niewielkiej utracie płynu z organizmu; do tej grupy należy wiele zwierząt lądowych, np. owady, pajęczaki, gady, ptaki.