动物的排泄和体内水盐平衡.ppt

4.2动物的排泄和体内水盐平衡调节,第一节概述第二节无脊椎动物的排泄和水盐平衡器官及其机能第三节脊椎动物的排泄系统第四节脊椎动物的特殊排泄器官,第一节概述排泄和水盐平衡主要代谢终产物排泄途径排泄器官,第一节概述一、排泄和水盐平衡（一）概念排泄(excretion)指机体代谢过程中产生而不为机体所利用或有害的一些代谢终产物、多余的水份和无机盐以及进入机体的异物（如药物）等排出体外的过程。生理学中，排泄是通过某些排泄器官将上述物质从循环血液向体外转运过程。水盐平衡指体内水分和盐类含量的稳定。（二）排泄的意义1、排除体内代谢废物2、调节水盐平衡，维持内环境稳定,第一节概述（二）含氮废物的排泄NH3毒性高、通透性高、易溶于水尿素毒性较低、易溶于水尿酸毒性低、微溶于水二、主要代谢终产物（一）三大营养物质代谢终产物完全氧化糖类、脂类CO2+H2O蛋白质氨基酸H2O+CO2+NH2核酸尿酸、尿素、NH3等NH3NH2尿素尿酸,第一节概述三、排泄途径（一）体表或皮肤排出（二）由消化道随粪便排出（三）由呼吸表面或肺排出（四）排泄器官四、排泄器官（一）一般排泄器官无脊椎动物伸缩泡、肾器官、马氏管、触角腺脊椎动物肾脏（二）特殊排泄器官鳃、直肠腺、盐腺,第二节无脊椎动物的排泄和水盐平衡器官及其机能伸缩泡（contractilevacuole）原肾型（pronephridiumtype）后肾型（etanephridiumtype）马氏管（malpighiantubules）,一、伸缩泡主要机能调节水盐平衡其次排除代谢废物（主要由体表排除）二、原肾型特点多分支细管、分支末端有焰细胞主要机能保持水盐平衡其次排除代谢废物（主要由体表排除）三、后肾型特点不分支、两端开口，有丰富的血管网包绕排泄物来源体腔液、血液四、马氏管特点细管末端封闭，基端开口于消化管。机能回收水分及盐分，排尿酸,体液：细胞内外的液体统称为体液。渗透压：溶液的渗透压是指溶液中溶质颗粒吸取膜外水分子的一种力量。渗透压的大小主要取决于体液中各种盐类的总浓度。渗透压调节：主要是指动物体内的水盐平衡。体液中含有各种不同的离子。体液的离子浓度组成和渗透压的稳定保证了动物体内的水盐平衡。,第二节无脊椎动物的排泄器官及机能,一、伸缩泡是原生动物调节水盐平衡，同时也是排泄代谢废物的细胞器。伸缩泡主要功能是调节胞内水分，废物的调节主要通过体表排除的。多细胞动物中，只有淡水海棉的变形细胞和领细胞中存在伸缩泡,伸缩泡,伸缩泡周围有数条收集管，与内质网相通，通过内质网收集细胞多余的水分和代谢产物，送入伸缩泡经开口排出体外。,二、原肾型排泄器官扁形动物、假体腔动物的排泄方式为原肾型排泄器官。原肾型排泄器官的特点：（1）由外胚层内陷形成。（2）排泄系统的开口旨在体表，体内没有开口。（3）排泄管在排泄的过程中，回收其中的K+、CL-，排出从体表渗入体内的过多水分，以保持体液的稳定，保持动物体内水盐平衡。（4）原肾系统：由外胚层形成的排泄管分布在身体两侧，排泄管有许多分支构成网状。排泄管末端代谢产物和水进入排泄管，由排泄管在体表的开口排到体外,帽状细胞（有若干鞭毛不停摆动）,管状细胞（有很多微孔）,原肾系统,原肾管是由身体两侧外胚层陷入形成的，通常由具许多分支的排泄管和焰细胞构成，由排泄孔通体外。,焰细胞,鞭毛,管状细胞,三、后肾型排泄器官具有真体腔的无脊椎动物，如软体动物、环节动物和节肢动物等都有体腔和循环系统。体腔和循环系统都参与排泄废物的活动。他们的排泄器官称为肾管或后肾管。（1）后肾型排泄器官的特点：结构与原肾不同，肾管不是由管细胞和帽细胞构成，而是由中胚层和外胚成构成。后肾一端开口在体腔内，另一端开口在体表,如软体动物：肾基本是管状构造，由中胚层和外胚层共同发生。后肾一端开口在围心腔，称为肾口或内肾口；另一端开口在外套腔，称为肾孔或外肾孔。肾口具纤毛，可收集体腔中的代谢产物。肾口之后是肾脏的腺体部分，有很多血管，血液中的代谢产物可通过渗透作用进入肾脏，经膀胱由排泄孔排出体外。软体动物的肾一般是成对出现，但腹足类的肾脏不对称。,节肢动物：有些种类的排泄器官是与后肾同源的腺体结构，这些腺体一般为囊状结构，一端是排泄孔，开口在体表与外界相通，另一端是盲端，相当于体腔囊与体腔（见节肢动物门）。如甲壳类的绿腺、腭腺，蛛形纲的基节腺等都属于这类结构的排泄器官。,肾,内肾孔,外肾孔开口于外套腔,后肾型绿腺,4.马氏管马氏管是节肢动物中昆虫纲、多足纲中存在的排泄器官，在蛛形纲中，除基节腺外也有马氏管。（1）特点：与后肾管不同，马氏管是发生在终肠和回肠交界处的单层细胞的盲管。分布在血淋巴液的混合体腔中，马氏管的渗透作用使水通过管壁与代谢产物形成尿，同时又可以在马氏管的后端对水分和离子进行重吸收，代谢产物最终形成尿酸，经后肠从肛门排出体外。昆虫对水分的充分利用和主要以尿酸为主排泄的形式，是对陆地生活环境的高度适应。,第三节脊椎动物的排泄系统脊椎动物的排泄系统脊椎动物的肾脏尿的生成肾脏对水盐平衡的调节尿液的排出,一、脊椎动物的排泄系统1、大体结构泌尿器官肾脏输尿器官输尿管膀胱尿道（哺乳类）2、泄殖腔（cloaca）肠末端略膨大处，输尿管和生殖管均开口于此腔，故此腔是粪、尿和生殖细胞共同排出的地方，以单一的泄殖腔孔开口于体外。3、泄殖窦（urogenitalsinus）输尿管和生殖管汇合的略膨大处，以泄殖孔开口于体外，肠管单独以肛门开口于体外。,第三节脊椎动物的排泄系统二、脊椎动物的肾脏（一）功能1、泌尿排除代谢废物及进入体内有害物质2、维持内环境的相对稳定3、分泌生物活性物质肾素、红细胞生成素、VD3、前列腺素,二、脊椎动物的肾脏（二）结构1、内部结构肾实质2、组织结构,皮质,髓质,肾锥体、肾乳头、肾小盏、肾大盏、肾孟,肾实质,皮质,髓质集合管：重吸收、分泌、浓缩尿、原尿终尿,肾单位,肾小体,肾小管,肾小球（血管球）,肾小囊（鲍氏囊）,脏层,囊层,壁层,近曲小管,远曲小管,髓袢,第三节脊椎动物的排泄系统二、脊椎动物的肾脏（三）肾血液循环特点1、肾血流量大生成尿的物质基础2、肾小球毛细血管压较高利于血浆成分的滤出3、肾小管周围毛细血管网是低压系统利于肾小管的重吸收作用,三、尿的生成（一）肾小球的滤过作用1、肾小球滤过膜2、肾小球滤过作用的决定因素（1）滤过膜的通透性和总滤过面积选择性通透性决定滤液性质很大影响尿量（2）有效滤过压肾小球有效滤过压=肾小球毛细血管血压（肾囊内压+血浆胶体渗透压）入球小动脉端=45mmHg(10mmHg+25mmHg)10mmHg出球小动脉端=45mmHg(10mmHg+35mmHg)0mmHg,毛细血管内皮层有50100nm小孔,基膜有微细纤维网孔,肾小囊脏层上皮细胞突起间裂隙,三、尿的生成（二）肾小管和集合管的重吸收作用滤液中的水分和各种物质全部或部分地被肾小管、集合管上皮吸收回血液的过程。1、特点选择性重吸收2、意义避免营养成分损失，减少代谢废物潴留（三）肾小管和集合管的分泌作用小管上皮细胞的主动活动过程1、分泌小管上皮细胞通过新陈代谢，将所产生的物质排放到小管液中的过程。如H+、NH32、排泄小管上皮细胞消耗能量将血液中的某些物质主动转运到小管液的过程。如某些药物、部分肌酐等,第三节脊椎动物的排泄系统四、尿液的排出五、肾脏对水盐平衡的调节哺乳动物肾单位中髓袢长度与尿浓度相关鱼类淡水硬骨鱼肾小体多、肾小球毛细血管压高、肾小管重吸收盐分鳃扩散排氨大量低渗尿海洋硬骨鱼肾小球少或消失泌尿量极少海洋软骨鱼血液中含2.5%尿素，肾结构同淡水硬骨鱼两栖类肾结构同淡水硬骨鱼相似,第四节脊椎动物的特殊排泄器官一、特殊排泄器官的作用（肾外排盐器官）排出多余的盐类，维持渗透压的相对稳定二、种类鱼类海洋硬骨鱼鳃部泌盐细胞（氯细胞）海洋软骨鱼直肠腺爬行类和鸟类盐腺,4.2.1.2脊椎动物的排泄器官,排泄器官：由肾脏、输尿管、膀胱和尿道组成肾的结构：依次为皮质、髓质和肾盂三部分。肾单位：是肾的功能单位，位于肾的皮质和髓质内。肾单位肾小管集合小管集合管肾盂和输尿管,肾小体,肾小管,肾小球,肾小囊,(一)肾单位和集合管,肾小体,肾小球,肾小囊,肾小管,近球小管,髓袢细段,远球小管,近曲小管,袢降粗段,袢降细段,袢升细段,袢升粗段,远曲小管,膀胱内尿量内压骤然,膀胱壁牵张感受器兴奋,骶髓初级排尿中枢,膀胱逼尿肌收缩,膀胱颈和内括约肌松驰,尿液进入尿道,骶髓初级排尿中枢,尿道外括约肌松弛,尿液排出体外,正反馈,盆N,盆N,盆N,盆N,阴部N传出冲动,脑桥、中脑和皮层,排尿反射,4.2.2排泄的一般机理,排泄：是指排除代谢废物的过程。排泄与排遗不同。动物中一些过剩的离子是随粪便排出的，如Ca+、Fe+,但因为它们是细胞代谢过程产生的，所以也叫排泄，而不是排遗。动物代谢过程中，蛋白质等产生的含氮废物由排泄系统排出体外。,4.2.2.1动物的排泄机理,无脊椎动物,脊椎动物的排泄机理（以人为例）,血浆和尿成分比较,尿的生成过程：1.肾小球的滤过作用2.肾小管和集合管的重吸收作用3.肾小管和集合管的分泌作用,肾小球的滤过功能,滤过的结构基础：,滤过屏障滤过膜,入球端有效滤过压=6.0(2.67+1.33)=2.0kPa(15mmHg)0有滤液生成,出球端有效滤过压=6.0(4.67+1.33)=0kPa(0mmHg)0无滤液生成,滤过的动力,有效滤过压=毛细血管压-（血浆胶体渗透压+囊内压）,三、肾小管与集合管的分泌和重吸收,重吸收:指小管上皮细胞将原尿中某些成分重新摄回血液的过程。,分泌:指小管上皮细胞将自身代谢产物排入管腔的过程。,重吸收和分泌的证据：比较下表原尿与终尿中成分的质和量可见：蛋白质、葡萄糖原尿中有终尿中无(=重吸收)；肌酐、氨原尿中微量终尿中大量(=分泌)。,比较原尿与终尿量：原尿量=125ml/min6024=180L/d终尿量=1-2L/d(=重吸收),血浆、原尿和终尿主要成分比较(g/L)成分血浆原尿终尿浓缩倍数水9009809601.1蛋白质80微量0-葡萄糖110-Na+3.33.33.51.1Cl-3.73.76.01.6K+0.20.21.57.5尿酸0.020.020.525.0尿素0.30.320.067.0肌酐0.010.011.5150.0氨0.0010.0010.4400.0,重吸收的方式,被动：单纯扩散易化扩散主动：(原发主动、继发主动)泵协同转运,基侧膜,尿液浓缩、稀释的过程和机制,研究发现，尿液的浓缩和稀释决定于：髓袢、集合管U形结构的逆流系统（结构基础）；肾髓质高渗梯度的状况(先决条件)；血液ADH的浓度（对水重吸收的调节作用）。,尿液生成的调节,一、肾血流量的调节（一）肾血流量的自动调节（二）肾血流量的神经-体液调节二、肾小管活动的调节（一）抗利尿激素的作用（二）醛固酮的作用,二、肾小管活动的调节(一)抗利尿激素,1.刺激ADH分泌的因素：,血浆晶体渗透压(1-2),中枢渗透压感受器,循环血量(5-10),ABp,A、低血糖疼痛、应激,心房容量感受器,动脉压力感受器,下丘脑视上核(主)室旁核(次),中枢渗透压感受器,血浆晶体渗透压(1-2),心房容量感受器,动脉压力感受器,循环血量(5-10),ABp,心房钠尿肽,ADH,垂体后叶,下丘脑-垂体束,+,+,-,-,+,+,-,-,+,+,-,-,+,2.ADH对尿生成的调节作用：,ADH与远曲小管和集合管的管周膜V2受体结合,激活腺苷酸环化酶,c-AMP,激活蛋白激酶A,水通道从胞浆镶嵌到管腔膜上,水重吸收,内髓集合管尿素通透性袢升粗段主动重吸收NaCl,内髓高渗梯度,尿浓缩,尿量,适宜刺激,下丘脑释放ADH,血液,ADH,(二)肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS),1.肾素分泌的刺激因素；2.血管紧张素对尿生成的调节；3.醛固酮分泌的刺激因素4.醛固酮对尿生成的调节；,一、神经体液调节(一)肾交感神经的作用:肾交感N兴奋(运动、高温、大出血、缺O2、剧痛)释放NE：激活受体入球与出球小A收缩(收缩程度：A入A出)肾毛细血管压、肾血浆流量有效滤过压GFR；激活受体近端小管和髓袢上皮细胞重吸收水和NaCl；激活受体近球细胞释放肾素血管紧张素-醛固酮系统远曲小管和集合管对水、NaCl的重吸收。,高渗尿与低渗尿,高渗尿：尿的渗透压高于血浆渗透压时，称为高渗尿。低渗尿：尿的渗透压低于血浆渗透压时，称为低渗压。鸟类与哺乳类能够产生高渗尿。一般髓袢越长，伸入到肾髓质越深，则肾的浓缩能力也越强。沙漠中的哺乳动物髓袢很长，形成尿的浓度相当高。,动物体内三大营养物质的代谢,糖、脂肪CO2+H2O蛋白质,完全氧化,碳链CO2+H2O,氨基,转氨或脱氨,NH3、尿素、尿酸,排出体外,谷氨酸,4.2.2.2水生动物的一般排泄方式,水生动物代谢产生的NH3可直接通过细胞膜透过体表而溶于外界水中。有一部分NH3被水稀释，毒性减弱后从排泄系统排出。水生动物尿中含氮废物主要是NH3。NH3的排出必须相伴有大量的水。,4.2.2.3陆生动物的一般排泄方式,陆生哺乳动物代谢产生的氨主要以尿素形式排出，比NH3的排出方式耗水少得多。陆生的节肢动物、爬行类、鸟类等的排泄物主要均是尿酸。不溶于水。两栖动物的蛙从蝌蚪到成体蛙，其排泄方式主要是以排泄NH3为主（蝌蚪），而变为主要排泄尿素（蛙）。NH3只占排泄物的少部分。一些动物的排泄物还有氧化三甲基胺、鸟嘌呤等。动物的含氮废物（见表41）。,4.2.3水盐平衡调节,1、陆生动物依靠饮水及特殊的体壁结构补充和防止体表水分的散失。同时依靠不同类型的代谢产物来调节体液的水盐平衡。（如Na+、尿素等）2、生活在水中的动物，特别是生活在海洋中的动物则往往有一些专门的结构来调节体液的水盐平衡，如：（1）海洋无脊椎动物大多和海水等渗。（2）在半咸水环境中的动物，将过多的水分排出体外，但尿总是和血液等渗，这样动物就会失去盐离子。可是由于其鳃有调节体液盐分的作用，可将水中的盐分逆浓度吸收，转移到血液中，动物体内的渗透压就可保持正常。,（3）淡水硬骨鱼：血液和体液的浓度都大于它们生活的淡水，这样使环境中的水不断向鱼体内渗透。淡水鱼的肾脏除具有排泄功能外，重要的功能就是调节渗透压。其肾脏肾小球数目很多，泌尿量大，可将多余的水分排出体外，另外，淡水硬骨鱼吞入的水只是从口流入，从鳃流出，防止了过多的水分进入体内。（4）海洋硬骨鱼：体液比海水的浓度底。全身覆盖鳞片减少了从体表渗出的水分；不断吞咽海水，补充体内的水分，吞咽海水同时进入的大量盐分则由鳃壁上的一种特殊的泌氯腺排出体外。含氮废物大多以NH3的形式从鳃排出，而肾小球数目少，有的种类甚至完全消失，所以排尿量很少，防止了失水。,（5）海洋软骨鱼：血液中含有大量的尿素，达血液的2%-2.5%,而其它动物只含0.01%-0.03%，使体液的渗透浓度稍稍高于海水，是软骨鱼保持体液平衡的一个特点。海水会进入体内。它们体内有一种特殊的直肠腺可以排出过多的盐分。类似于软骨鱼直肠腺的肾外排盐结构，还存在于很多种海生或沿海生活的爬行类和鸟类中。,