מערכת ההפרשה

בשיעור זה נלמד כיצד הגוף מסלק פסולת מטבולית ושומר על ריכוזי מים ומומסים יציבים בדם. נבחן את מבנה הכליה, את תהליכי הסינון והספיגה החוזרת, ואת הוויסות ההורמונלי של נפח השתן וריכוזו.

תפקיד מערכת ההפרשה ושמירה על הומאוסטזיס

תאי הגוף זקוקים לסביבה פנימית יציבה יחסית: ריכוז מים, ריכוז מומסים, חומציות ורמת חומרי פסולת. יציבות זו נקראת הומאוסטזיס, והיא נשמרת באמצעות מנגנוני בקרה ותיאום בין מערכות הגוף.

במהלך חילוף החומרים נוצרים תוצרי פירוק, ובהם פסולת חנקנית — חומרים הנוצרים בעיקר מפירוק חלבונים וחומצות גרעין. חומרים אלה עלולים להזיק אם יצטברו בריכוז גבוה, ולכן יש לסלקם מהגוף.

תפקידה המרכזי של מערכת ההפרשה הוא סילוק עודפים ותוצרי פירוק מהדם, וכן ויסות מאזן המים והמומסים. יש להבחין בין הפרשה לבין הוצאת צואה: צואה מכילה שאריות מזון שלא נספגו למעי, ואילו הפרשה מסלקת חומרים שהיו בדם ונוצרו בפעילות התאים.

מבנה הכליה והנפרון

האיבר המרכזי במערכת ההפרשה הוא הכליה. דם מגיע אל הכליה דרך עורק הכליה, יוצא ממנה דרך וריד הכליה, והשתן מנוקז ממנה דרך השופכן אל שלפוחית השתן. בכליות נוצר השתן באופן רציף, והוא נאגר בשלפוחית עד להפרשתו.

היחידה התפקודית של הכליה היא הנפרון. בכל כליה יש מאות אלפי נפרונים, ובכל נפרון יש כדורית סינון — פקעת של נימי דם — העטופה בקופסית. מן הקופסית יוצאת אבובית ארוכה ומפותלת, העטופה בנימי דם, והיא מובילה אל צינור האיסוף.

המבנה הזה יוצר מגע צמוד בין הדם לבין נוזל הנפרון לאורך דרכו, ולכן הוא מאפשר מעבר יעיל של חומרים בין הדם לבין התסנין.

סינון ויצירת התסנין

בשלב הראשון מתרחש סינון: מים וחומרים קטנים עוברים מהדם שבכדורית הסינון אל חלל הקופסית. הנוזל שנוצר נקרא תסנין. התסנין דומה בהרכבו לנוזל הדם, אך אינו מכיל תאי דם וחלבונים גדולים.

הסינון נעשה בעקבות לחץ הדם הגבוה בנימי הכדורית, ולכן אינו דורש השקעת אנרגיה ישירה מתאי הכליה. הוא מתרחש בעיקר לפי גודל החומרים: מים, מלחים, גלוקוז, חומצות אמינו ופסולת חנקנית עוברים לתסנין, אך תאי דם וחלבונים גדולים נשארים בדם.

לכן, הימצאות חלבון או תאי דם בשתן עלולה להעיד על פגיעה במנגנון הסינון.

ספיגה חוזרת

התסנין מכיל גם חומרים חיוניים לגוף, ולכן לאורך האבובית מתרחשת ספיגה חוזרת: מעבר חומרים מן התסנין בחזרה אל נימי הדם.

גלוקוז וחומצות אמינו נספגים בחזרה בהעברה פעילה, באמצעות משאבות הנמצאות בקרום תאי האבובית. העברה פעילה מתבצעת לעיתים נגד מפל הריכוזים ודורשת אנרגיה בצורת ATP. מים נספגים בעקבות המומסים בתהליך אוסמוזה. מלחים נספגים אף הם בחזרה, וחלקם בהעברה פעילה.

מכיוון שהספיגה החוזרת דורשת אנרגיה רבה, תאי הכליה מבצעים נשימה תאית בקצב גבוה וצורכים חמצן. לכן ריכוז החמצן בווריד הכליה נמוך מריכוזו בעורק הכליה, וריכוז הפחמן הדו־חמצני בווריד גבוה יותר.

הרכב השתן

הנוזל שנותר לאחר הסינון והספיגה החוזרת הוא השתן. הוא מכיל בעיקר מים, מלחים ופסולת חנקנית, והרכבו משתנה בהתאם למצב הגוף.

באדם בריא ריכוז הגלוקוז בשתן הוא אפס. הגלוקוז עובר סינון אל התסנין, אך נספג במלואו בחזרה אל הדם. אם ריכוז הגלוקוז בדם גבוה מאוד, המשאבות אינן מסוגלות לספוג את כל הגלוקוז, ולכן חלקו נשאר בשתן. מצב זה אינו פעולה תקינה של שמירה על הומאוסטזיס, אלא חריגה מיכולת הספיגה החוזרת.

ויסות מאזן המים באמצעות ADH

כמות המים המופרשת בשתן נקבעת לפי מאזן המים בגוף. במחסור במים, למשל לאחר הזעה מרובה או שתייה מועטה, מופרש שתן מועט ומרוכז. בעודף מים מופרש שתן רב ומהול. עלייה בריכוז המומסים מעידה על מחסור יחסי במים, ולכן הגוף מגיב בהגברת שמירת המים.

הוויסות מתבצע באמצעות ADH, הורמון אנטי־דיורטי המופרש אל הדם. כאשר ריכוז המומסים בדם עולה, מופרש יותר ADH. ההורמון מגיע אל הכליה ומגביר את חדירות דפנות האבובית וצינור האיסוף למים, ולכן גדלה ספיגת המים חזרה אל הדם.

כתוצאה מכך נפח השתן קטן וריכוזו עולה, וריכוז המומסים בדם יורד חזרה לערך התקין. זהו משוב שלילי: השינוי בגורם המבוקר מפעיל תגובה שמקטינה את השינוי ומחזירה את המצב לתקין. כאשר יש עודף מים, הפרשת ADH פוחתת, ספיגת המים קטנה, ומופרש שתן רב ומהול.

פסולת חנקנית והתאמה לסביבה

סוג הפסולת החנקנית המופרשת קשור לכמות המים הזמינה ליצור החי. ככל שהפסולת רעילה יותר, נדרשים יותר מים כדי לסלקה בבטחה. אמוניה רעילה מאוד, ולכן סילוקה דורש כמות מים גדולה לדילול. היא אופיינית לבעלי חיים החיים בסביבה מימית.

אוריאה, הנקראת גם שתנן, רעילה פחות מאמוניה וניתנת להפרשה בפחות מים. היא אופיינית ליונקים. חומצת שתן רעילה עוד פחות ומופרשת כמעט ללא איבוד מים, ולכן היא אופיינית לעופות ולזוחלים, במיוחד בסביבות יבשות.

התאמות אלה בולטות גם בסביבות מים שונות. דגי מים מתוקים חיים בסביבה שבה ריכוז המומסים נמוך מריכוז המומסים בגופם, ולכן מים נוטים לחדור אליהם באוסמוזה. הם מפרישים שתן רב ומהול כדי לסלק את עודף המים. דגי ים חיים בסביבה מלוחה יותר, מאבדים מים לסביבה, ולכן מפרישים שתן מועט ומרוכז יותר.

סילוק מלחים בעופות ימיים

עופות ימיים ניזונים ממזון עשיר במלח ושותים מי ים. כדי למנוע עלייה מסוכנת בריכוז המלחים בנוזלי הגוף, יש להם בלוטות מלח בקדמת הראש.

בלוטות אלה מפרישות תמיסת מלח מרוכזת אל מחוץ לגוף. כך נשמר ריכוז המומסים התקין בדם ובנוזל הרקמה, ותאי הגוף יכולים לתפקד כראוי. זוהי דוגמה נוספת לפעולה הומאוסטטית הקשורה למאזן מים ומלחים.

הקשר בין הדם לכליה

הדם הנכנס לכליה והדם היוצא ממנה נבדלים בהרכבם. בעורק הכליה ריכוז החמצן גבוה יותר, משום שהכליה צורכת חמצן לנשימה תאית. בווריד הכליה ריכוז החמצן נמוך יותר וריכוז הפחמן הדו־חמצני גבוה יותר, כתוצאה מפעילות תאי הכליה.

כמו כן, בעורק הכליה ריכוז הפסולת החנקנית, כגון שתנן, גבוה יותר מאשר בווריד הכליה, משום שהכליה מסלקת חומרים אלה אל השתן. מסיבה זו בדיקות דם ושתן משמשות להערכת תפקוד מערכת ההפרשה.