Osmoregulatie / Excretie

1. Osmoregulatie / Excretie

2. Osmoregulatie regelen van relatieve concentraties opgeloste stoffen en water Functie: behouden van samenstelling cellen via het behouden van samenstelling interstitiële vloeistof Excretie uitscheiden van afval geproduceerd bij het metabolisme (stikstofhoudend)

3. Selectief permeabel membraan Opgeloste stoffen Netto water stroom Water iso-, hyper-, hypo-osmotisch Hypo-osmotisch Hyper osmotisch Osmoregulatie regelen van relatieve concentraties opgeloste stoffen en water proces van homeostase opname en afgifte water & opgeloste stoffen balans ! Osmose beweging (‘diffusie’) water via selectief permeabel membraan Osmolariteit mol opgeloste stoffen per liter oplosmiddel 1 mOsm/l 10-3 M oplossing bloed mens 300 mOsm/l zeewater 1000 mOsm/l

4. Osmoregulatie en excretie osmoregulatie Mens Urine Inflow/Outflow Eten zout en water in Drinken zout en water in Cellulaire respiratie productie water tov omgeving hyper-osmotisch Volume te regelen probleem: Dehydratie (verlies water) • huid (zweten) • longen • urine • uitwerpselen Hyperosmotisch tov lich vloeistof > 300 mOsm H2O Urine: Zout en water uit

5. Osmoregulatie en excretie Osmoregulatie Behouden van een osmotische waarde in intern milieu die verschilt van die van de omgeving kost energie ! Intern milieu Interstitiële vloeistof indirect: samenstelling bloed Transportepitheel nierbuisjes • regulatie osmotisch milieu • verwijderen afvalstoffen v metabole reacties Afvalstoffen type en hoeveelheid: grote invloed op de waterhuishouding van een dier afbraakproducten van eiwitten en nucleinezuren: stikstofhoudend Osmoregulatie en Excretie

6. Meeste waterdieren, incl beenvissen Zoogdieren, haaien meeste amfibiën, sommige beenvissen Veel reptielen (incl. vogels), insekten, landslakken Ammoniak Ureum Urinezuur Osmoregulatie en excretie “Stikstof-afval” • goed oplosbaar • zeer toxisch!! (NH4+) • tolerantie alleen in zeer • kleine concentraties • productie in lever • minder toxisch • uitscheiding: • minder water nodig • relatief non-toxisch • lost niet op in water • kost veel energie uitscheiding zonder waterverlies

7. Meeste waterdieren, incl beenvissen Zoogdieren, haaien meeste amfibiën, sommige beenvissen Veel reptielen (incl. vogels), insekten, landslakken Ammoniak Ureum Urinezuur Osmoregulatie en excretie “Stikstof-afval” • goed oplosbaar • zeer toxisch!! (NH4+) • tolerantie alleen in zeer • kleine concentraties • productie in lever (energie!) • minder toxisch • uitscheiding: • minder water nodig • relatief non-toxisch • lost niet op in water • kost veel energie uitscheiding zonder waterverlies

8. Meeste waterdieren, incl beenvissen Zoogdieren, haaien meeste amfibiën, sommige beenvissen Veel reptielen (incl. vogels), insekten, landslakken Ammoniak Ureum Urinezuur Osmoregulatie en excretie “Stikstof-afval” Eieren ! • goed oplosbaar • zeer toxisch!! (NH4+) • tolerantie alleen in zeer • kleine concentraties • productie in lever • minder toxisch • uitscheiding: • minder water nodig • relatief non-toxisch • lost niet op in water • kost veel energie uitscheiding zonder waterverlies

9. afhankelijk van ‘energie-budget’ • afhankelijk van dieet eiwitten meer N dan vetten of carbohydraten (suikers) Osmoregulatie en excretie: excretie Hoeveelheid stikstofafval Excretie-systeem • stikstof-afval verwijderen • regelen samenstelling lichaamsvloeistof protonefridia, metanefridia, buisjes van Malpighi Excretie-systeem mens nieren

10. 1) Filtratie hydrostatische druk perst lichaamsvloeistof door selectief permeabel membraan Filtraat water + kleine opgeloste stoffen zouten, suikers, vit, aa, stikstofafval 2) Reabsorptie transportepitheel: actief transport terug naar lich. (glucose, bel.zouten, vit, aa, hormonen) 3) Secretie andere stoffen als toxines en niet-essentiele zouten actief, tegen osm gradiënt in naar excretie buis 4) Excretie verwerkte filtraat verlaat lichaam: urine Urineproductie in 4 stappen 1) Capillair Filtrate Excretie buis 2) 3) Urine 4)

11. Vena cava posterior Nier- arterie en vene Nier Aorta Ureter (urineleider) Urineblaas Urethra (plasbuis) Osmoregulatie en excretie Nieren osmoregulatie & excretie ontvangen 25% van het bloed dat het hart verlaat per dag: 1600 l bloed door nieren 180 l filtraat 1.5 l urine reabsorptie 99% water, bijna alle suikers, amino zuren, vit. en andere org nutriënten

12. Medulla Cortex Nier-bekken Ureter Nier van rat 4 mm Osmoregulatie en excretie Nieren merg: osmotische gradiënt !!!!!

13. Juxtamedullair nefron Corticaal nefron Cortex (schors) Verzamelbuis • Maken hyperosmotische urine mogelijk! • Sparen van water Medulla (merg) Naar nier bekken Osmoregulatie en excretie Nieren nefronen: • corticaal (85% vd nefr.) • juxtamedullair (15% vd nefr.) Bouw nefron: Kapsel van Bowman, proximale buis, Lis van Henle (dalend deel, stijgend deel), distale buis, verzamelbuis

14. Kapsel v Bowman Proximale buis Distale tubulus Verzamelbuis Dalend deel Lis van Henle Stijgend deel tubulus = buis/buisje tubuli = buizen/buisjes

15. Glomerulus Afferente arteriole Peritubulaire capillairen Efferente arteriole Aftakking v. nierader Vasa recta capillair netwerk

16. Glomerulus Afferente arteriole Kapsel v Bowman Proximale buis Peritubulaire capillairen Efferente arteriole Distale tubulus Aftakking v. nierader Verzamelbuis Dalend deel Lis van Henle Stijgend deel Vasa recta

17. Glomerulus Afferente arteriole Kapsel v Bowman Proximale buis Peritubulaire capillairen Efferente arteriole Distale tubulus Aftakking v. nierader Verzamelbuis Dalend deel Lis van Henle Stijgend deel Vasa recta

18. Osmoregulatie en excretie Bloedvaatvoorziening elk nefron afferente arteriole capillairen glomerulus efferente arteriole peritubulaire capillairen om proximale- en distale tubuli vasa recta capillairen om lis v Henle • elk stijgend deel vasa recta om dalend deel lis v Henle tegenstroom • elk dalend deel vasa recta om stijgend deel lis v Henle niervene

19. Filtraat water, zouten, suikers, kleine opgeloste stoffen vit, aa, stikstofafval Proximale tubulus Distale tubulus NaCl Nutrients HCO3– H2O K+ Bloed: 300 mOsm H+ NH3 toxische stoffen, drugs Bloeddruk Filtraat 300 mOsm SCHORS Lis van Henle BUITENSTE MERG Verzamelbuis Key Active transport BINNENSTE MERG Passive transport

20. 90% reabsorptie HCO3- van filtraat naar capillairen pH • transportepitheel produceert H+ en NH3 (pH filtraat) Osmoregulatie en excretie Filtraat (H2O, zouten, HCO3-, H+, Ureum, Glucose, aminozuren, vitaminen, drugs) Prox.tubulus • actief Na+ reabsorptie • passief Cl- reabsorptie • passief H2O (door osmose) naar bloed • actief of passief glucose, aa, K+, andere essentiële moleculen naar filtraat • actief toxische stoffen, drugs, etc: van interstit. eindproduct prox. tubulus Volume ↓ Osmolariteit = (300 mOsm)

21. Merg interst. vloeist. 300 Filtraat water, zouten, suikers, kleine opgeloste stoffen vit, aa, stikstofafval osmotische gradient 1200 Proximale tubulus Distale tubulus NaCl Nutrients Bloed: 300 mOsm HCO3– H2O K+ Bloeddruk 300 mOsm H+ NH3 toxische stoffen, drugs Filtraat SCHORS Lis van Henle Dalend deel lis • nauwelijks doorlaatbaar voor zouten • permeabel water: aquaporine Stijgend deel lis • impermeabel voor H2O • actief NaCl transport NaCl BUITENSTE MERG H2O Verzamelbuis Lis van Henle osmotische gradient interstitiele vloeistof in merg Key NaCl Active transport BINNENSTE MERG Passive transport

22. geen/nauwelijks doorlaatbaarheid zouten • aquaporine eiwitten: permeabel voor water; H2O reabsorptie Osmoregulatie en excretie Filtraat (H2O, zouten, HCO3-, H+, Ureum, Glucose, aminozuren, vitaminen, drugs) Prox.tubulus Volume ↓ Osmolariteit = (300 mOsm) Afvalstoffen ↑, Belangrijke stoffen terug naar bloed Dalend deel lis v Henle conc filtraat ↑ mOsm filtraat ↑ Stijgend deel lis v Henle impermeabel voor water dun segment diffusie NaCl uit buis naar interstitiële vloeistof dik segment actief NaCl uit buis naar interstitiële vloeistof mOsm filtraat ↓↓↓ Eindproduct lis van Henle filtraat met lage osmotische waarde

23. Merg interst. vloeist. 300 Filtraat (300 mOsm) water, zouten, suikers, kleine opgeloste stoffen vit, aa, stikstofafval osmotische gradient 1200 Proximale tubulus Distale tubulus NaCl Nutrients H2O Bloed: 300 mOsm HCO3– H2O K+ HCO3– NaCl Bloeddruk H+ H+ NH3 K+ toxische stoffen, drugs Filtraat SCHORS Lis van Henle Dalend deel lis (osm↑) • nauwelijks doorlaatbaar voor zouten • permeabel water: aquaporine Stijgend deel lis (osm↓) • impermeabel voor H2O • actief NaCl transport NaCl BUITENSTE MERG H2O NaCl Verzamelbuis Lis van Henle osmotische gradient interstitiele vloeistof in merg Key Ureum NaCl Active transport H2O BINNENSTE MERG Passive transport Distale tubulus(<=300 mOsm) Actieve regulatie K+, NaCl, HCO3- (bicarbonaat, pH) varieert Verzamelbuis: Filtraat wordt geconcentreerd (osm ↑ ↑ ↑): hormonale regulatie

24. Eindprodukt urine hyperosmotisch t.o.v. lich.vloeist. iso-osmotisch t.o.v. binnenste nier-merg Osmoregulatie en excretie Filtraat (H2O, zouten, HCO3-, H+, Ureum, Glucose, aminozuren, vitaminen, drugs) Prox.tubulus Volume ↓ Osmolariteit = (300 mOsm) Afvalstoffen ↑, Belangrijke stoffen terug naar bloed Lis v Henle Concentratie-gradient Filtraat met lage osmotische waarde <300 mOsm Distale tubulus Actieve regulatie K+, NaCl, HCO3- (bicarbonaat, pH) Filtraat weer rond 300 mOsm. Verzamelbuis • Loopt langs de gradiënt, • Filtraat wordt geconcentreerd (>300mOsm) passieve reabsorptie water uit filtraat • Permeabiliteit voor water: Hormonale regulatie

25. Osmoregulatie en excretie Filtraat (H2O, zouten, HCO3-, H+, Ureum, Glucose, aminozuren, vitaminen, drugs) Prox.tubulus Volume ↓ Osmolariteit = (300 mOsm) Afvalstoffen ↑, Belangrijke stoffen terug naar bloed Lis v Henle Concentratie-gradient Filtraat met lage osmotische waarde <300 mOsm Distale tubulus Actieve regulatie K+, NaCl, HCO3- (bicarbonaat, pH) Filtraat weer rond 300 mOsm Verzamelbuis Hormonaal geregelde passieve reabsorptie water Ureum zit in filtraat schors-deel verzamelbuis impermeabel voor ureum merg-deel verzamelbuis permeabel voor ureum diffusie ureum naar interstitiele vloeistof; draagt bij aan gradient !!!

26. Osmoregulatie en excretie Lis v Henle conc filtraat ↑ ↑ ↑ energieverslindende “machine” die de concentratiegradiënt in stand houdt NaCl en ureum houden concentratiegradiënt in stand ‘countercurrent multiplieer system” Bloedvaten tegenstroomprincipe dalend deel bl vat: verliest water, neemt NaCl op (diffusie) stijgen deel bl vat: water terug en NaCl uit bloedv (diffusie) bloed voorziet Lis v Henle van voedingsstoffen zonder invloed op osmotische gradiënt uit te oefenen uiteindelijk zou diffusie de gradiënt te niet doen, ware het niet dat dikke deel lis energie verbuikt

27. H2O H2O NaCl H2O NaCl H2O NaCl H2O H2O NaCl NaCl H2O NaCl H2O H2O NaCl H2O Urea NaCl H2O H2O Urea NaCl H2O H2O Urea Osmolarity of interstitial fluid (mOsm/L) 300 300 100 300 100 300 300 Fig. 44-16-3 CORTEX 400 200 400 400 OUTER MEDULLA 600 400 600 600 900 900 700 Key Active transport INNER MEDULLA 1,200 1,200 Passive transport 1,200

28. ‘countercurrent multiplieer system” Bovendien: in stijgend deel actief transport NaCl naar interst. vloeistof Als er niets zou gebeuren i.d. lis van Henle Beginsituatie: overal 300 Osm waarde overal 300 400 400 200 300 300 300 400 400 200 300 300 300 400 400 200 300 300 300 400 400 200 300 300 300 Evenwicht tót evenwicht: passief H2O naar interstitiele vloeistof Echter: dalend deel impermeabel voor ionen stijgend deel impermeabel voor H2O evenwicht: verschil links rechts

29. Begin 300 Beginsituatie: overal 300 300 200 400 400 200 300 200 400 400 200 400 200 400 400 200 400 400 400 400 200 Actief NaCl uit dikke stijgende deel tubulus Actief NaCl uit dikke stijgende deel tubulus Het filtraat STROOMT !!

30. 300 osmotische gradient 1200 Begin 300 Begin 300 350 350 150 300 200 350 350 150 300 200 500 500 300 400 200 500 500 300 400 400 Actief NaCl uit dikke stijgende deel tubulus Actief NaCl uit dikke stijgende deel tubulus Het filtraat STROOMT !! Countercurrent multiplier system

31. Fig. 44-16-3 Osmolarity of interstitial fluid (mOsm/L) 300 300 100 300 100 300 300 H2O H2O NaCl CORTEX 400 400 200 400 H2O NaCl H2O NaCl H2O H2O NaCl NaCl H2O NaCl H2O OUTER MEDULLA 600 400 600 600 NaCl H2O H2O Urea NaCl H2O H2O 900 900 700 Urea Key NaCl H2O H2O Active transport INNER MEDULLA Urea 1,200 1,200 Passive transport 1,200 Osmoregulatie en excretie Wat gebeurt er als je zeewater drinkt?

32. Regulatie: ADH, RAAS, ANP ADH • osmotische waarde bloed • ADH afgifte • water reabsorptie gekoppeld in een feedback- loop die bijdraagt aan homeostase Regulatie 1 Combinatie regulatie zenuw- & hormoonstelsel ADH = antidiuretisch hormoon • door hypothalamus geproduceerd • door neurohypofyse opgeslagen en afgegeven hypothalamus: osmoreceptoren homeostase: osmotische waarde: 300 mOsm/l

33. Regulatie: ADH, RAAS, ANP ADH ADH in bloedstroom osm > 300 dorst distale tubuli verzamelbuizen • ADH permeabiliteit epitheel ↑ volume urine ↓ osmolariteit bloed ↓ osmolariteit bloed ↓ • water drinken Regulatie 1 zout eten zweten (verlies water) diurese = toegenomen “plassen” anti-diuretisch hormoon: urinevolume ↓

34. ADH Osmoreceptoren hypothalamus trigger ADH afgifte. Dorst Hypothalamus ADH Hypofyse STIMULUS: toename osmolariteit bloed Homeostase: Bloed osmolariteit (300 mOsm/L)

35. ADH Osmoreceptoren hypothalamus trigger ADH afgifte. Dorst Hypothalamus Drinken verlaagt bloed osmolariteit tot set point. ADH Hypofyse Toegenomen permeabiliteit Distale tubulus H2O reabsorptie voorkomt verdere toename in Omolariteit STIMULUS: toename osmolariteit bloed Verzamelbuis Homeostase: Bloed osmolariteit (300 mOsm/L)

36. Regulatie: ADH, RAAS, ANP RAAS bloeddruk bloedvolume in afferente arteriole ↓ dichtknijpen arteriolen bloedtoevoer capillairen ↓ ↓ distale tubuli: reabsorptie Na+ ↑ reabsorptie water ↑ Bloedvolume en bloeddruk ↑ ↑ Regulatie 2 RAAS Renine Angiotensine Aldosterone Systeem JGA Juxtaglomerular apparaat in de buurt van de afferente arteriole die aftakt naar glomerulus JGA: renine ↑ lever: aantal reacties: Angiotensine II ↑ bijnier: aldosteron ↑

37. RAAS Distale tubulus Renine Fig. 44-21-1 Juxtaglomerular apparaat (JGA) STIMULUS: Laag bloed volume or bloeddruk Homeostasis: Blood pressure, volume

38. RAAS Liver Distale tubulus Angiotensinogen Renine Fig. 44-21-2 Angiotensin I Juxtaglomerular apparaat (JGA) ACE Angiotensin II STIMULUS: Laag bloed volume or bloeddruk Homeostasis: Blood pressure, volume

39. RAAS Liver Distale tubulus Angiotensinogen Renine Fig. 44-21-3 Angiotensin I Juxtaglomerular apparaat (JGA) ACE Angiotensin II STIMULUS: Laag bloed volume or bloeddruk Bijnier Aldosteron Arteriole constrictie Toename Na+ and H2O reab- sorptie in distale tubuli Homeostasis: Blood pressure, volume

40. ADH en RAAS Osmoregulatie en excretie ADH en RAAS “partners in homeostase” beiden waterabsorptie ↑ echter ! ADH reactie op verandering osmolariteit bloed RAAS reactie op afname bloedvolume en bloeddruk ANP (atrial natriuretic peptide) tegenhanger van RAAS toename bloedvolume en bloeddruk wanden atrium geven ANP af: renine van JGA ↓ NaCl reabsorptie ↓ aldosteron release ↓ Bloedvolume en bloeddruk ↓ ↓

41. Practicum vorige week ? welke bloedvaten zorgen voor de regulatie van het transport? Voeding bloedvaten: via capillairen in het bind- en spierweefsel dat om de vaten ligt!