جهاز الإخراج: التركيب والوظيفة وبعض مشكلاته

الفكرة الرئيسة: يُسهِم جهاز الإخراج في تخليص الجسم من الفضلات، ويعمل على التنظيم الأسموزي للدم؛ حفاظًا على الاتزان الداخلي للجسم.

• أُحدّد أجزاء جهاز الإخراج، ووظيفة كل جزء منها.
• أصف آلية تنقية الدم من الفضلات النيتروجينية.
• أُبيّن دور الكُليتين في الحفاظ على الاتزان الداخلي للجسم.
• أصف بعض مشكلات جهاز الإخراج.

تُنتج الخلايا فضلات هي نواتج ثانوية لعمليات الأيض التي تحدث فيها، وتعمل أعضاء جهاز الإخراج (مثل: الكُليتين، والرئتين، والجلد) على تخليص الجسم من الفضلات، وطرحها خارجه، أنظر الشكل (1).

للكُليتين وظائف عديدة داخل الجسم، مثل: تكوين البول، والحفاظ على تركيز ثابت للسوائل والمواد الذائبة فيها داخل الجسم ضمن مستوياتها الطبيعية، في ما يُعرف بالتنظيم الأسموزي (Osmoregulation) للدم، وكذلك التحكّم في درجة حموضة الدم، والسيطرة على ضغط الدم وحجمه.

يعمل أيض الحموض الأمينية في الكبد على تكوّن الفضلات النيتروجينية؛ إذ تتكوّن الأمونيا، وهي مُركّب شديد السُميّة ثم يُحوّلها الكبد إلى يوريا (Urea)، وهو مُركّب أقل سُميّة.

المفاهيم والمصطلحات:

• التنظيم الأسموزي (Osmoregulation)
• النفرون (Nephron)
• الترشيح الكبيبي (Glomerular Filtration)
• إعادة الامتصاص (Reabsorption)
• الإفراز الأنبوبي (Tubular Secretion)

تحوي الكُلية من الداخل ثلاث مناطق رئيسة، هي: المنطقة الخارجية التي تُسمّى القشرة (Cortex)، والمنطقة الوسطى التي تُسمّى النخاع (Medulla)، والمنطقة التي تقع في عمق الكُلية، وتُسمّى حوض الكُلية (Pelvis)، ويتجمّع فيها البول الذي تُكوّنه الكُلية.

يصل الدم إلى الكُلية عن طريق الشريان الكلوي المُتفرّع من الشريان الأبهر، ثم يخرج منها عن طريق الوريد الكلوي، أنظر الشكل (2).

تحتوي كل كُلية على نحو مليون وحدة أنبوبية كلوية، تُسمّى النفرونات (Nephrons)، وتعمل الوحدات الأنبوبية الكلوية بوصفها وحدة واحدة.

1. تتألّف الوحدة الأنبوبية الكلوية (النفرون) من الحويصلة الكلوية التي تضم الكبة ومحفظة بومان، ومن الأنبوبة الملتوية القريبة، والتواء هنلي، والأنبوبة الملتوية البعيدة.
2. ويرى بعض العلماء أنَّ القناة الجامعة هي أحد أجزاء الوحدة الأنبوبية الكلوية، أنظر الشكل (3).

أُحدّد الأجزاء التي تتألّف منها الوحدة الأنبوبية الكلوية.

تعمل الكُليتان على تكوين البول عن طريق ثلاث عمليات، هي: الترشيح الكبيبي، وإعادة الامتصاص، والإفراز الأنبوبي.

1. تستقبل الكُلية الدم من الشريين الوارد المُتفرّع من الشريان الكلوي حيث يكون ضغط الدم عاليًا بما يكفي لدفع الماء والمواد الصغيرة الحجم الذائبة فيه (مثل: الغلوكوز والأملاح) إلى شبكة الشعيرات الدموية في الكبة ضمن عملية تُسمّى الترشيح الكبيبي (Glomerular Filtration).
2. يحدث الترشيح الكبيبي في الحويصلة الكلوية التي تتألّف من الكبة ومحفظة بومان.
3. أما خلايا الدم الحمراء والجزيئات الكبيرة الحجم، مثل بروتينات البلازما، فلا ترشح. ويُطلق على المواد التي ترشح اسم الراشح (Filtrate) اختصارًا.
4. ونظرًا إلى الرقة والنفاذية العالية التي تمتاز بها جدران كل من محفظة بومان والشعيرات الدموية في الكبة، فإنَّ معظم السائل يتدفّق داخل محفظة بومان، ثم يتدفّق الراشح إلى بقية أجزاء الوحدة الأنبوبية الكلوية، أنظر الشكل (4).

أُوضّح العوامل التي تعتمد عليها عملية الترشيح الكبيبي في الحويصلة الكلوية.

يحتوي الراشح، إضافةً إلى اليوريا، على مواد يحتاج إليها الجسم، مثل: الماء، والغلوكوز، والأملاح، والحموض الأمينية، وبعض الفيتامينات؛ لذا يُعاد امتصاص معظم هذه المواد، في ما يُعرف بعملية إعادة الامتصاص (Reabsorption).

1. يتكوّن ⁦180 L⁩ من الراشح يوميًا، ثم يُعاد امتصاص ما نسبته 99% من الراشح في أجزاء الوحدة الأنبوبية الكلوية باستثناء أجزاء الحويصلة الكلوية.
2. يُعاد امتصاص معظم ما يلزم الجسم من مواد عن طريق الأنبوبة الملتوية القريبة، أنظر الشكل (5).

1. تحدث عملية إعادة امتصاص المواد التي تلزم الجسم (مثل: الأملاح، والفيتامينات، والحموض الأمينية، والغلوكوز) إما عن طريق النقل النشط، وإما عن طريق الانتشار.
2. أما عملية إعادة امتصاص الماء فتكون عن طريق الخاصية الأسموزية حيث يتلاءم تركيب الأنبوبة الملتوية القريبة مع عملية إعادة الامتصاص بفضل وجود عدد كبير من الخملات الدقيقة (Microvilli) في الخلايا الطلائية المبطنة لها، مما يزيد بشكل كبير من مساحة السطح ويعزّز عملية إعادة الامتصاص.
3. وتحتوي خلايا الأنبوبة على عدد كبير من الميتوكندريا التي توفر ATP اللازمة لعملية النقل النشط لأيونات الصوديوم والبوتاسيوم التي يعاد امتصاصها بفعالية.

1. تُضاف إلى الراشح بعض المواد الضارة أو الزائدة على حاجة الجسم التي لم تُفصل في عملية الترشيح (مثل: أيونات الهيدروجين، ونواتج أيض بعض العقاقير والمواد السامة) عن طريق عملية تُسمّى الإفراز الأنبوبي (Tubular Secretion).
2. تنتقل هذه المواد من الدم في الشعيرات الدموية المحيطة بالوحدة الأنبوبية الكلوية إلى داخل الأنبوبة الملتوية القريبة، والأنبوبة الملتوية البعيدة، والقناة الجامعة عن طريق النقل النشط، والانتشار.

لماذا يُستخدَم فحص البول للكشف عن وجود المخدرات في بول الشخص المُشتبه به بالرغم من أنَّ البول يتكوّن غالبًا من ماء وأملاح؟

المواد والأدوات: سلك قابل للثني طوله ⁦1.5 m⁩، زرّادية، مقص، خيط صوف أحمر طوله ⁦2 m⁩. إرشادات السلامة: استعمال الزرّادية بحذر.

أُصمّم نموذجًا:

1. أجرّب: أستخدم الزرّادية لقص ⁦30 cm⁩ من السلك.
2. أثني السلك المقصوص من المنتصف، ثم أُشكّل منه قطعة مزدوجة على هيئة كأس جوفاء.
3. أجرّب: أثبت طرفي هذا السلك عن طريق البرم أو الجدل باستخدام الزرّادية.
4. أعمل انثناءات في الطرف الحر للسلك تماثل بقية أجزاء الوحدة الأنبوبية الكلوية.
5. أُشكّل من خيط الصوف الأحمر شبكة ملتفة، ثم أضعها داخل الكأس، وأحتفظ بطرفيه في يدي.
6. ألفّ أحد طرفي خيط الصوف حول نموذج الوحدة الأنبوبية الكلوية، وأترك الطرف الآخر حرًا.

1. أستنتج: ماذا تُمثّل الشبكة الملتفة من خيط الصوف داخل الكأس؟
2. أُوضّح التلاؤم بين تركيب محفظة بومان وعملية الترشيح الكبيبي.
3. أُحدّد أجزاء الوحدة الأنبوبية الكلوية التي تحدث فيها عملية إعادة الامتصاص.
4. أتوقع: إذا لم تحدث عملية إعادة الامتصاص، فماذا يحدث لجسمي؟

تُسهم الهرمونات في تنظيم عمل الكُلية، والتحكّم في الضغط الأسموزي للدم.

تُعدّ آلية عمل الهرمون المانع لإدرار البول للسيطرة على الضغط الأسموزي للدم مثالًا على التغذية الراجعة السلبية، أنظر الشكل (6).

1. عندما يرتفع تركيز المواد الذائبة في الدم (ارتفاع الضغط الأسموزي) تعمل المُستقبلات الأسموزية في منطقة تحت المهاد على تحفيز إفراز هرمون ADH من الغُدّة النخامية الخلفية.
2. ويعمل هذا الهرمون على زيادة نفاذية الأنبوبة الملتوية البعيدة والقناة الجامعة للماء.
3. لذا يُعاد امتصاص ماء أكثر من الراشح إلى الدم.
4. فتزيد نسبة الاحتفاظ بالماء، وينقص الضغط الأسموزي للدم، وينقص حجم البول، ويزيد تركيزه.

أما عند انخفاض الضغط الأسموزي للدم فإنَّ كمية أقل من هرمون ADH تُفرز؛ ما يُقلّل من نفاذية الأنبوبة الملتوية البعيدة والقناة الجامعة للماء، فيُعاد امتصاص ماء أقل من الراشح إلى الدم؛ فيزيد حجم البول.

القهوة مادة مُنبّهة يؤدي الإكثار من تناولها إلى كثرة التبوّل. أتوقّع تأثيرها في إفراز الهرمون المانع لإدرار البول ADH.

أ. حالة انخفاض حجم الدم وضغطه (Low Blood Volume and Pressure) يؤدي انخفاض حجم الدم الوارد إلى الكُليتين (بعد فقدان الدم عند حدوث نزيف مثلًا) إلى انخفاض ضغطه؛ ما يُحفّز الخلايا قرب الكبيبية (خلايا مُتخصّصة في جدران الشريين الوارد إلى الكُلية) على إفراز إنزيم رينين (Renin) إلى الدم مباشرة. ثم يبدأ الرينين الموجود في بلازما الدم سلسلة من التفاعلات لإنتاج الأنجيوتنسين II، أنظر الشكل (7).

أُوضّح تأثير الأنجيوتنسين II على الأوعية الدموية. يُعدّ الألدوستيرون (Aldosterone) جزءًا من نظام الرينين- أنجيوتنسين- ألدوستيرون. وتؤدي زيادة إعادة امتصاص أيونات الصوديوم إلى انتقال الماء من الأنابيب الملتوية البعيدة والقنوات الجامعة إلى السائل النسيجي، ومنه إلى الدم وفقًا للخاصية الأسموزية، فيزداد حجم الدم، ويرتفع ضغطه.

ب. حالة ازدياد حجم الدم وضغطه (High Blood Volume and Pressure) عند زيادة حجم الدم وضغطه تُفرز خلايا مُتخصّصة في الأذينين (في القلب) العامل الأذيني المُدرّ للصوديوم (Atrial Natriuretic Factor) الذي يُثبّط إفراز إنزيم الرينين، ثم يُثبّط سلسلة التفاعلات التي تؤدي إلى إنتاج الأنجيوتنسين II؛ ما يُثبّط إفراز الألدوستيرون من قشرة الغُدّة الكظرية، فتقل عمليات إعادة امتصاص أيونات الصوديوم والماء، وبذلك يقل حجم الدم وضغطه.

لماذا تختلف كمية البول التي تُطرح من جسمي تبعًا لاختلاف كمية السوائل التي أشربها، والمجهود البدني الذي أبذله؟

1. توجد عدة أسباب تؤدي إلى الفشل الكلوي، مثل: مرض السكري، وارتفاع ضغط الدم، والتهاب الكلى، أو بعض الأمراض الوراثية.
2. من أبرز أعراض هذا المرض: التعب والإرهاق، وتغيرات في كمية البول، وتورّم في الساقين والقدمين والكاحلين، والغثيان، وقد يشمل العلاج الأدوية، وغسيل الكلى، أو زراعة الكلى في الحالات المتقدمة.

1. من العوامل المُسبّبة للحصى: تناول بعض الأدوية، والجفاف، والسمنة، والنظام الغذائي غير الصحي.
2. أما الأعراض الشائعة فتشمل: آلامًا وتشنّجات حادة في الظهر والخاصرة، وحرقة أثناء التبول، ولون البول الغامق أو الأحمر نتيجة نزول الدم.
3. ويعتمد علاج حصى الكلى على موقعها وحجمها، وقد يشمل الأدوية، وتفتيت الحصى بالتنظير، أو الجراحة.