OSMOTİK DENGE VE BOŞALTIM SİSTEMİ

1. OSMOTİK DENGE VE BOŞALTIM SİSTEMİ Kayaali AŞIK Biyoloji Öğretmeni 2011 / BURSA

2. Her gün böbreklerimiz bir galon dolusu sıvıya • eşit kanı süzmektedir. Atardamar dan Gelen kan Seçici geçirgen özelliğe Sahip membran HEMODİYALİZ Diyaliz solüsyonu Toplardamara giden kan Üre ve çeşitli tuzlar Taze diyaliz solüsyonu

3. Osmotik düzenleme • Canlı hücreler su ve suda erimiş maddelerin yoğunluklarını dengelemek zorundadırlar. • Osmotik düzenleme hücrelere su ve eriyik kazanma ya da kaybetmeyi sağlayan bir homeostatik mekanizmadır. • Hayvanların su alış verişini dengelemeleri iki temel çözüm­den biri ile sağlanır;

4. Birincisi, ozmotik uyum (ozmo - uyum): Canlının, hücreleri ile ortamının aynı çözünen yoğunluğa sahip (izotonik = izoozmotik) olması durumunda, hücrele­rinin su alma veya kaybetme eğilimi olmaz. Sadece bazı deniz canlılarında hüc­reler ile ortam izoozmotiktir. Bu canlılar daha az değişken koşulları olan sularda yaşarlar. Vücutları çevredeki değişimlerle uyumlu olan bu canlılara ozmo-uyumlular denir

5. İkincisi, ozmotik düzenleyici (Ozmo - düzenleyici) : Çevre ile iç ortam izooz­motik olmadığı için iç ozmolaritelerini kontrol etmek zorunda olan hayvanlardır. Bunun için enerji harcarlar. Eğer hipoozmotik (çözünen yoğunluğu düşük) ortamda yaşı­yorlarsa, içlerine fazla su girer ve bu suyu aktif taşıma ile geri atarlar. Hiperozmotik (çözünen yoğunluğu yüksek) ortamda yaşıyorlarsa, fazla su kaybederler bu suyu aktif taşıma ile geri alırlar. Ozmotik düzenleme yapan bu hayvanlar ozmo - uyumluların yaşayamadıkları tatlı su ve karasal or­tamlarda yaşayabilirler.

6. 1- Denizde Ozmotik Dengenin Korunması Deniz balıkları, ozmo - düzenleyicidir. Pek geçirgen olmayan deri ve pulları vardır. Tuzlu deniz suyu özellikle solungaçlarından su kaybetmelerine neden olur. Ozmolaritelerini korumak için; • Bol miktarda deniz suyu içerler. • Deniz suyu ile vücuda giren tuz, aktif taşımayla solungaçlardan atılır. • Böbrekleri, az idrar oluşturarak suyun vücutta kalmasını sağlar.

7. 2- Tatlı Suda Ozmotik Dengenin Korunması Tatlı su balıklarının vücudu pek geçirgen olmayan deri ve pullarla örtülüdür. İçlerine özellikle solungaçlardan fazla miktarda su girer. İçlerine giren fazla sudan kurtulup ozmolaritelerini dengede tutmak için; • Böbrekleri, çok ve seyreltik idrar oluşturur. • Solungaçlardan aktif taşıma ile tuz alırlar. • Su içmezler

8. 3- Karada Ozmotik Dengenin Korunması Karada yaşamak için en büyük tehlike kuraklıktır. Canlılar suyu; • Solunum yüzeyinden • Vücut yüzeyinden • Dışkı ve idrar ile kaybederler. Su kaybını su içerek, sulu besinler alarak ve metabolik su üreterek (mitokondride oluşan su) önlerler.

9. Karada yaşayabilmek için su kaybını azaltmaya yönelik adaptasyonların olması gerekir; 1- Boşaltım sistemleri ile su kaybını azaltmak için amonyak yerine üre veya ürik asit atarlar. 2- Vücut yüzeyi ile su kaybını önlemek için çeşitli vücut örtüleri gelişmiştir. Ör­neğin; • Böceklerde dış iskeletteki mumsu katmanlar • Kara salyangozlarındaki kabuk • Omurgalı vücudunu örten çok katlı, keratinize olmuş ölü epitel tabaka gibi. 3- Çöl hayvanları su kaybını önlemek için gündüz uyur, gece faaliyete geçerler.

10. Katabolizma sonucu oluşan artık maddelerin (NH3, CO2, H2O) hücre içinden, vücut sıvılarından ve kandan uzaklaştırılmasına boşaltım denir. AZOTLU ATIKLAR Protein ve nükleik asit monomerlerinin yıkılması veya amino asitlerin karbonhidrat­lara dönüşmesi sırasında amonyak açığa çıkar. Çok zehirli bir molekül olan amonyak, birçok hayvanda daha az zehirli olan üre veya ürik aside dönüştürülür. Üre veya ürik aside dönüştürme işleminde ATP harcanır. Bir hayvanın azotlu artığı ne şekilde uzaklaştıra­cağı, adaptasyon sağladığı ortamın su miktarına bağlıdır BOŞALTIM SİSTEMLERİ

11. 1. Amonyak: Küçük ve çözünürlüğü yüksek olan bir moleküldür. Eğer yeterli su olursa amonyak, hücre zarından difüzyonla çok kolay uzaklaşır. Bu nedenle ancak suda yaşayan canlılar amonyak atabilir. Paramesyum gibi tek hücrelilerde, hidra ve planarya gibi omurgasız hayvanların çoğunda, balık ve kurbağa larvası gibi omurgalılarda amonyak atılabilmektedir.

12. 2. Üre: Üre, amonyağa göre daha az zehirli olduğu için daha az su ile atılır. Üre, karaci­ğerde ornitin devri reaksiyonları ile oluşturulur. Bu reaksiyonlarda, iki mol amonyak, bir mol karbondioksit ile birleşir. Bu sırada üç ATP harcanır. 2NH3 + 1CO2 + 3ATP → Üre + H2O Ozmozla su kaybeden deniz balıkları, ergin kurbağalar ve memeliler, böbrekler yolu ile üre atarlar.

13. 3. Ürik Asit: Hemen hemen suda hiç çözünmeyen ürik asit, çok az su ile yarı katı halde atılır. Bu nedenle böcek, sürüngen ve kuş gibi kurak ortam hayvanları ürik asit atarlar. Fakat ürik asit oluşturmak için üre sentezinde harcanan ATP den daha çok ATP harcamak zorunda kalırlar.

14. 1- Protonefridyum: Yassı solucanlarda (planaria, şerit) protonefridyum adı verilen boşaltım sistemi bulunur. Protonefridyum, vücut boyunca dallanan borucuklar sistemidir. En ince dalların ucunda alev hücreleri bulunur. Alev hücrelerinin iç kısmında borucuğun içine yönlenmiş bir kirpik (sil) demeti vardır.

15. Doku sıvısından su ve çözünen maddeler alev hücrelerine akar. Alev hücrelerinde süzülen sıvı (idrar) borucuklara geçer ve boşaltım deliklerinden (nefridiopor) atılır. İdrar vücudu terk etmeden borucuklar çözünenlerin çoğunu geri emer. Dokudan boşaltım de­liklerine kadar olan sıvı akımı kirpik demetinin dalgalanma hareketi ile sağlanır. Kirpikle­rin bu hareketi bir alevin dalgalanmasını andırır. Protonefridyum ile vücudun ozmotik dengesi sağlanır. NH3 ve CO2 ise difüzyon ile vücut yüzeyinden atılır.

16. 2- Nefridyum: Toprak solucanında (halkalı solucan) nefridyum adlı boşaltım sistemi bulunur. Kirpikli huni ile vücut bölmesinin birinden başlayan nefridyum, kıvrımlı borucuk halinde devam ederek bir sonraki bölümden dışarı açılır. Her kıvrımlı borucuk kılcal damarlarla sarılmıştır

17. Kirpikli huni, vücut sıvısından su, glikoz ve artık maddeleri toplar. Bu sıvı kıvrımlı borucuklar içinden geçerken su ve glikoz geri emilerek kana geçer. Artıklar ise borucukta kalır ve boşaltım deliklerinden dışarı atılır. Toprak solucanında nefridyum, hem boşaltım hem de ozmotik düzenleme görevi görür.

18. 3- Malpighi Borucukları: Böceklerde malpighi borucukları denilen boşaltım sistemi bulunur. Malpighi borucuklarının kapalı olan ucu vücut boşluğuna (kan sıvısı içine), diğer ucu da sindirim ka­nalına açılır

19. Kandaki artık maddeler vücut boşluklarından malpighi borucuklarına süzülür. Malpighi borucuklarının hücreleri amonyağı ürik asit kristallerine dönüştürür. Ürik asit su ile sindirim kanalına taşınır. Artık ürünlerle gelen suyun fazlası son bağırsak (rektum) tara­fından geri emilir. Ürik asit ise dışkı ile birlikte anüsten dışarı atılır. Malpighi borucukları hem boşaltım hem de ozmotik düzenleme görevi görür.

20. 4- Böbrekler: Omurgalıların boşaltım organı böbreklerdir. Toprak solucanındaki nefridyumlarda olduğu gibi omurgalılardaki boşaltım sistemi de dolaşım sistemi ile yakından ilişkilidir. Böb­rekler, borucuklar ve borucuklarla iç içe girmiş yoğun kılcal damar ağından oluşmuştur. Böbrek, idrar oluşturarak hem boşaltım hem de ozmotik düzenleme görevi görür.

21. İNSANDA BOŞALTIM SİSTEMİ Böbrekler, vücudun orta çizgisinin (omurganın) iki yanında, karın boşluğunun arka duvarında, bel hizasında bulunur. Bir çift böbreğin çukur kısımları birbirine dönüktür. Çukur olan göbek kısmında böbreğe kan getiren böbrek atar damarı (renal arter) ile kanı böbrekten çıkaran böbrek toplar damarı (renal vena) bulunur. İdrar, her bir böbrekten üreter adlı bir kanalla çıkarak iki üreterin de ortak bağlandığı idrar kesesine dö­külür. İdrar, üretra adlı kanal aracılığı ile keseden vücut dışına çıkar.

22. Bir böbrek uzunluğuna kesilerek incelenirse dört tabakadan oluştuğu görülür: 1- Zar: Bağ doku yapısında olup böbreğin üzerini örter. 2- Kabuk (Renal korteks): Böbreğin işlevsel birimi olan nefronları bulundurur. 3- Öz bölgesi (Renal medulla): idrar toplama kanallarından oluşan ve malpigi piramitleri adını alan piramit şekildeki yapıları bulundurur. 4- Havuzcuk (Renal pelvis): Böbreğin göbek kısmındaki boşluktur. Burada top­lanan idrar, üreter yolu ile idrar kesesine gider

23. NEFRONUN YAPISI Böbreğin iş gören birimlerine nefron denir. Böbreğin kabuk bölgesinde bulunan nefronlar üç bölümden oluşur. 1- Glomerulus (kılcal damar yumağı) 2- Bowman kapsülü 3- Boşaltım kanalcıkları (Proksimal tüp, Henle kulpu, Distal tüp)

24. Yassı epitel hücrelerden oluşan bowman kapsülü, içi boş yarım küre şeklindedir. İçindeki boşlukta glomerulus kılcalları yer alır. Glomerulus ve bowman kapsülü birlikte malpigi cisimciği adını alır.

25. Malpigi cisimciği ve bowman kapsülünün devamı olan prok­simal tüp, böbreğin korteksinde yer alır. Proksimal tüpten sonra gelen U harfi şeklindeki henle kanalı böbreğin öz bölgesindedir. Henle kanalı yine kabuk bölgesine çıkar ve kabuk bölgesinde distal tüpü oluşturur. Distal tüp idrar toplama kanalına bağlanır. İdrar toplama kanalları Şekilde görülen öz bölgesindeki malpighi piramitlerinin tepesinden havuzcuğa açılır. İdrar toplama kanalları öz bölgesinde yer alır.

26. Her böbreğe, aorttan ayrılan böbrek atar damarı yolu ile kan gelir. Bu kan küçük atar damarlardan sonda da glomerulus adlı kılcal damar yumaklarından geçer. Glomerulustan götürücü atardamarla ayrılan kan boşaltım kanalcıklarını saran kıl­callardan geçer. Bu kılcallar böbrek toplardamarına bağlanır. Yani kan kalbin sol karıncığından çıkıp böbrekten geçerek sağ kulakçığa gelene kadar şu yolu izler; Getirici atar damar (Afferent arteriyol) Böbrek atar damarı Aort ana atar damar Alt ana toplar damar Glomerilus Böbrek Toplar Damarı Boşaltım kanalcıklarını saran kılcal damarlar Götürücü atar damar (Efferent arteriyol) Küçük toplar damarlar

27. Glomerulus kılcalları vücudun diğer kılcallarından farklıdır. • Bu farklılıklar şu şekilde sıralanabilir; • Glomerulus kılcal kan damarları iki atar damar arasında bulunur. Oysa diğer kıl­cal damarlar atar ve toplardamar arasındadır. • Glomerulus kılcal damarı boyunca kan basıncı aynıdır ve diğer kılcallardaki ba­sıncın iki katından fazladır. • Glomerulus kılcalları iki katlı epitel ile örtülüdür oysa diğer kılcallar tek katlı epitel bulundurur, iki katlı epitelin olması yüksek kan basıncına dayanmalarını sağ­ladığı gibi kan hücreleri ile proteinlerinin de çıkmasını önler. • Glomerulus kılcallarında sadece tek yönlü sıvı hareketi (süzülme) vardır. Oysaki vücut kılcallarında iki yönlü sıvı hareketi vardır.

28. Nefronun İşlevi ve İdrar Oluşumu İdrar oluşumu sırasında süzülme, geri emilme ve salgılama olmak üzere üç evre görülür 1- Süzülme (Filtrasyon): Glomerulustaki yüksek kan basıncı nedeni ile kan sıvısının bowman kapsülüne çıkmasına süzülme denir. Bu süzüntü sıvı, doku sıvısı yapısındadır. Süzüntü sıvıda protein hariç glikoz, aminoasit, tuzlar, su ve azot içeren (üre, ürik asit, kreatin) maddeler bulu­nur. Süzülme difüzyon ile gerçekleşir. Süzülme hızı artarsa günlük idrar miktarı artar.

29. 2- Geri emilme (Reabsorpsiyon): Süzüntü sıvı aynen atılsaydı vücut madde kaybı yaşayacağından ölüm olurdu. Süzüntü sıvı boşaltım kanalcıklarında ilerlerken vücut için gerekli olan maddeler geri emilir. Geri emilme genellikle aktif taşıma ile gerçekleşir. Aktif taşıma için gerekli ATP, tüpçük hücrelerinde bulunan çok sayıda mitokondriden karşılanır. Kanala bakan hücrelerin yü­zeyinde, emilimi kolaylaştırmak için çok sayıda mikrovillus bulunur. Süzüntüdeki glikoz ve aminoasitlerin tümü, suyun ve tuzların %99'u, ürenin de %50 ye yakını geri emilir. Kas metabolizması sonucu oluşmuş olan kreatin geri emilmez.

30. 3- Salgılama (Sekresyon): Bir kaç yeni maddenin kandan aktif taşıma ile süzüntü içine eklenmesidir. Özellikle distal tüpte olur. Salgılama ile penisilin gibi bazı ilaçlar, potasyum, boyalar amonyak ve hidrojen iyonu vücuttan uzaklaştırılır. Bowman kapsülündeki süzüntü sıvının pH'sı, kanın pH'sı gibi 7.4 olduğu halde idrarın pH'sı 5-7 arasında değişir. H+ aktif taşıma ile sal­gılandığı için idrar pH'sı düşmüştür. Glomeruler süzüntü ile idrar arasındaki fark, tüpçüklerin (boşaltım kanalcıklarının) aktivitesini simgeler.

31. Boşaltım kanalcıklarının görevi Tüpçüklerin değişik kısımlarının çeşitli görevleri vardır. Bu görevler Şekil üzerinde incelenerek daha iyi öğrenilebilir.

32. ❶ Proksimal Tüp: • Vücut sıvılarının pH dengesini sağlamak için tüpteki epitel hücreler hidrojen iyonu salgılar. Süzüntünün fazla asidik olmasını engellemek için de epitel hüc­relerden amonyak salgılanır.

33. Glukoz, aminoasit, Na+ aktif taşıma ile HCO-3, K+ ve H2O pasif taşıma ile geri emilir.

34. Proksimal tüpte süzüntünün hacmi azalır, ozmolaritesi aynı kalır (izotonik).

35. ❷ Henle Kulpunun İnen Kolu Tuza pek geçirgen değildir. Çevresindeki doku sıvısının ise ozmolaritesi oldukça yüksektir.

36. Bu nedenle inen koldan doku sıvısına önemli oranda ozmozla su çıkar. Böylece süzüntünün tuz yoğunluğu (ozmolaritesi) artar. En yüksek ozmolariteye henle kulpunun dirsek kısmında ulaşır (hipertonik).

37. Uyarı Çöl memelilerinde henle kulpu çok uzundur. Bu sayede suyun geri emilimi artar ve idrarla su kaybı azaltılır.

38. ❸ Henle Kulpunun Çıkan Kolu Henle kulpunun çıkan kolu suya geçirgen değildir. İçinde yoğun tuz bulunan süzüntü yukarı doğru ilerlerken, tuz doku sıvısına geçer.

39. İç medulladaki doku sıvısının tuz yo­ğunluğu artar. Tuzunu kaybeden ancak suyunu koruyan süzüntü, distal tüpe doğru daha da seyreltik (hipotonik) olmaya başlar.

40. ❹ Distal Tüp Distal tüp, H+ salgılayıp bikorbonat (HCO-3) geri emilimini sağlayarak pH ayarlanmasına katkıda bulunur.

41. Suyun bir kısmı burada hipofiz bezinden salgılanan anntidiüretik hormon (ADH) etkisi ile geri emilir. ADH, distal tüp ve toplama kanallarının suya karşı geçir­genliğini arttırır. ADH sayesinde kana geçen su ile kanın ozmolaritesi normal düzeyde tutulur.

42. Böbrek üstü bezinden salgılanan aldosteron hormon , distal tüpten Na+ geri emilimi, K+ atılımını sağlar.

43. Bazı ilaçlar (penisilin), boyalar ve zehirli maddeler ile distal tüpe geçer ve bunların idrarla uzaklaştırılması sağlanır. Salgılama aktif taşıma ile olur.

44. ❺ Toplama Kanalı Aktif taşıma ile NaCI geri emilimi, ADH etkisi ile de suyun geri emilimi burada ta­mamlanır. Süzüntüde yüksek üre yoğunluğu olduğu için bir miktar üre, pasif taşıma ile ka­naldan doku sıvısına geçer.

45. Uyarı Su geri emilimi, henle kulpunun çıkan kolu dışındaki tüm kanalcıklarda ozmoz ile olur. Sağlıklı bir insanda glukoz ve amino asidin tümü, aktif taşıma ile prok­simal tüpte geri emilir. Toplama kanalcığında difüzyon ile bir miktar üre geri emilimi olur. İdrar oluşumuna etki eden faktörler 1- Kan basıncı 2- Sıcaklık 3- Adrenalin ve ADH hormonları 4- Metabolizma hızı 5- Alınan sıvı miktarı 6- Terleme hızı 7- Otonom sinirler

46. Heyecanlanan ve korkan insan daha çok idrara çıkar. Heyecan ve korku sırasında salgılanan adrenalin homonu, kan basıncını arttırdığı için böbreklerde süzülme hızlanır. Soğuk havalarda, kılcal damarlar büzüldüğü için kan basıncı artar, süzülme hızlanır ve daha sık idrara çıkılır. Sıcak havalarda, kılcal damarlar genişler, terleme ile vücuttan çok su atılır, bu nedenle ozmolaritesi yüksek olan az miktarda idrar oluşturulur.

47. Her maddenin kandaki normal değerine eşik değer denir. Eğer bir maddenin kan­daki derişimi eşik değeri aşarsa bu madde nefron kanallarında tamamen geri emilmez. Gereğinden fazla olan glikozun bir kısmı idrarla dışarı atılır. Şeker hastalarında fazla şe­kerin atılımı sırasında çok sıvı kaybedildiğinden, su kaybını karşılamak için çok su içilir. İdrarda sürekli glikoz bulunması ve açlık durumunda bile kan şekerinin yüksek olması, şeker hastalığının tipik belirtisidir.

48. Böbreğin Düzenleyici Görevi Metabolizma sonucu oluşan atıkların, bazı ilaçların, toksinlerin ve zararlı kimyasal maddelerin atılmasını sağlamak dışında böbreğin çok önemli düzenleme görevleri var­dır; 1- pH'ı düzenleme: İnsan kanın pH'ı 7,4 dür. Bu değerin 7 veya 7,7 olması ölüme neden olur. pH'ın sabit tutulması akciğer ve böbrek çifti sayesinde olmaktadır. Kanın pH'ı değiştiğinde böbrekler asit veya baz nitelikli maddeler salgılayarak kan pH'sının normale dönmesini sağlar. 2- Suyu düzenleme: Vücuda fazla su alınırsa böbrekler, çok miktarda seyreltik idrar oluşturur. Vücuttaki su az ise etkisi ile böbrekler az miktarda hipertonik idrar oluşturur. 3- Tuzu Düzenleme: Böbrekler, aldosteron hormon etkisi ile iç ortamın iyon den­gesini düzenler.

49. Kılcal damar Toplama kanalı Süzülme: Kan basıncının etkisiyle kan içerisindeki çeşitli artık maddeler su ve bazı yararlı bileşikler kandan süzülerek toplama kanallarına geçer. Süzülme özel geçirgen hücreler tarafından gerçekleştirilir. Geri emilim: Toplama kanallarına geçen bazı yararlı bileşikler tekrar geri emilerek kana karışır. Bu işlem özel iletim epitel hücreleri tarafından yapılır. Salgılama: Toplama kanallarına geçemeyen bazı zararlı maddeler ve iyonlar kandan toplama kanallarına özel hücreler tarafından salgılanırlar. Boşaltım: Süzülen maddeler toplama kanalları yardımıyla sistemi terkederler.

50. Boşaltım sisteminin görevleri • Metabolizma artıkları ve zehirli maddeleri atarlar. • Canlının su ve plazma hacmini düzenlerler. • İç ortamın iyon dengesini düzenlerler. • Plazmanın osmotik basıncını ayarlarlar. • Hormonlar vasıtasıyla kan basıncının ayarlanmasını sağlarlar. • Organizmanın asit baz dengesini ayarlayarak kan pH’sının 7,4 ‘te kalmasını • sağlarlar.