Выделение — это процесс, обеспечивающий удаление из организма конечных продуктов обмена веществ, токсинов, избытка воды и солей. Этот процесс критически важен для поддержания гомеостаза — постоянства внутренней среды организма.

Органы выделения

• Почки — основной орган, отвечающий за выведение продуктов азотистого обмена (мочевина, креатинин), избытка воды и электролитов.
• Легкие — выводят углекислый газ (CO₂), воду (H₂O) и летучие вещества (например, пары алкоголя, ацетона).
• Желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) — выводит соли тяжелых металлов, лекарственные вещества и продукты метаболизма.
• Печень — участвует в выведении гормонов, продуктов распада гемоглобина и токсинов.
• Кожа — через потовые железы выводит воду, соли, мочевину и другие вещества, особенно при патологии почек или печени.

Роль почек в гомеостазе

• Регуляция объема крови и внеклеточной жидкости.
• Поддержание осмотического давления.
• Регуляция ионного состава (Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Cl⁻).
• Поддержание кислотно-щелочного баланса (pH крови).
• Выведение токсинов и продуктов метаболизма.

Нефрон — это структурная и функциональная единица почки, отвечающая за образование мочи. В каждой почке содержится около 1 миллиона нефронов.

Строение нефрона

1. Капсула Шумлянского-Боумена — окружает клубочек капилляров, где происходит фильтрация крови.
2. Проксимальный каналец — здесь происходит реабсорбция воды, глюкозы, аминокислот и ионов.
3. Петля Генле — состоит из нисходящей и восходящей частей, играет ключевую роль в концентрировании мочи.
4. Дистальный извитой каналец — регулирует реабсорбцию Na⁺, K⁺ и воды.
5. Собирательная трубочка — окончательная реабсорбция воды и формирование конечной мочи.

Типы нефронов

• Корковые нефроны (80-85%) — расположены в корковом слое почки, имеют короткую петлю Генле.
• Юкстамедуллярные нефроны (15-20%) — расположены на границе коркового и мозгового вещества, имеют длинную петлю Генле, играют важную роль в концентрировании мочи.

Кровоснабжение нефрона

• Почки получают около 20-25% сердечного выброса (1,2 л/мин).
• Кровь поступает в почку через почечную артерию, затем в междолевые, дуговые и междольковые артерии.
• В клубочке капилляров давление достигает 70 мм рт. ст., что обеспечивает эффективную фильтрацию.

Образование мочи происходит в три этапа:

1. Клубочковая фильтрация — образование первичной мочи (180 л/сут).
2. Канальцевая реабсорбция — обратное всасывание воды и полезных веществ (глюкоза, аминокислоты, ионы).
3. Секреция — выделение в просвет канальца токсинов и избытка ионов (K⁺, H⁺).

Клубочковая фильтрация:

• Происходит в клубочке капилляров.
• Фильтрующая мембрана состоит из трех слоев: эндотелия, базальной мембраны и подоцитов.
• Через фильтр проходят вода, ионы, глюкоза, аминокислоты, но не проходят белки и клетки крови.

Эффективное фильтрационное давление (ЭФД):

ЭФД = Гидростатическое давление крови – (Онкотическое давление + Давление в капсуле).

ЭФД = 70 – (30 + 20) = 20 мм рт. ст.

Реабсорбция — это процесс обратного всасывания веществ из первичной мочи в кровь. Происходит в канальцах нефрона.

Механизмы реабсорбции:

1. Пассивный транспорт — по градиенту концентрации (вода, мочевина).
2. Активный транспорт — против градиента с затратой энергии (Na⁺, глюкоза, аминокислоты).

Поворотно-противоточная система:

• Нисходящая часть петли Генле пропускает воду, но не Na⁺.
• Восходящая часть активно реабсорбирует Na⁺, но не пропускает воду.
• Это создает градиент концентрации, необходимый для концентрирования мочи.

Секреция — это активный процесс переноса веществ из крови или клеток почечных канальцев в просвет канальца. Этот процесс играет важную роль в поддержании гомеостаза, так как позволяет почкам выводить из организма токсины, избыток ионов и другие вещества, которые не были отфильтрованы в клубочках или были реабсорбированы обратно в кровь.

Механизмы секреции

Секреция происходит преимущественно в проксимальном канальце и частично в дистальном канальце и собирательных трубочках. Она осуществляется с помощью двух основных механизмов:

1. Активный транспорт — требует затрат энергии (АТФ) и происходит против градиента концентрации.
2. Облегченная диффузия — происходит по градиенту концентрации с помощью транспортных белков.

Вещества, секретируемые в канальцах

1.Органические кислоты:

• Парааминогиппуровая кислота (ПАГ) — используется для оценки почечного плазмотока.
• Мочевая кислота — продукт метаболизма пуринов.
• Пенициллин и другие лекарственные вещества — выводятся через почки.
• Диодраст — рентгеноконтрастное вещество.

2.Органические основания:

• Холин — предшественник ацетилхолина.
• Гуанидин — продукт метаболизма белков.
• Тиамин (витамин B₁) — выводится при избытке.

3.Ионы:

• Калий (K⁺) — секретируется в дистальном канальце и собирательных трубочках под влиянием альдостерона.
• Водород (H⁺) — секретируется для поддержания кислотно-щелочного баланса.
• Аммиак (NH₃) — образуется в клетках канальцев и связывается с H⁺, образуя аммоний (NH₄⁺), который выводится с мочой.

Процесс секреции органических кислот и оснований

4.Органические кислоты:

• Транспортируются из крови в клетки канальцев с помощью транспортеров органических анионов (OAT).
• Затем выделяются в просвет канальца с помощью транспортеров MRP (multidrug resistance protein).

5.Органические основания:

• Транспортируются с помощью транспортеров органических катионов (OCT).
• Выделяются в просвет канальца с помощью транспортеров MATE (multidrug and toxin extrusion proteins).

Секреция ионов

6.Калий (K⁺):

• Секретируется в дистальном канальце и собирательных трубочках.
• Регулируется альдостероном, который увеличивает активность Na⁺/K⁺-АТФазы и открывает калиевые каналы на апикальной мембране клеток.

7.Водород (H⁺):

• Секретируется для поддержания кислотно-щелочного баланса.
• Происходит с помощью H⁺-АТФазы и Na⁺/H⁺-обменника.

8.Аммиак (NH₃):

• Образуется в клетках канальцев из глутамина.
• Диффундирует в просвет канальца, где связывается с H⁺, образуя аммоний (NH₄⁺), который выводится с мочой.

Роль секреции в гомеостазе

Выведение токсинов:

• Лекарственные вещества, метаболиты и чужеродные соединения активно секретируются в просвет канальца и выводятся с мочой.

Регуляция кислотно-щелочного баланса:

• Секреция H⁺ и NH₄⁺ помогает поддерживать pH крови.

Регуляция уровня калия:

• Секреция K⁺ позволяет поддерживать нормальный уровень калия в крови, что важно для работы сердца и мышц.
• Примеры секреции в разных отделах нефрона

Проксимальный каналец:

• Секреция органических кислот (ПАГ, мочевая кислота, пенициллин).
• Секреция органических оснований (холин, гуанидин).

Дистальный каналец и собирательные трубочки:

• Секреция K⁺ и H⁺.
• Секреция NH₃ (в форме NH₄⁺).

Клиническое значение секреции

Оценка функции почек:

• Секреция ПАГ используется для измерения почечного плазмотока.
• Секреция креатинина помогает оценить скорость клубочковой фильтрации (СКФ).

Выведение лекарств:

• Многие лекарственные вещества (например, пенициллин) выводятся через почки путем секреции.

Нарушения секреции:

• Снижение секреции K⁺ может привести к гиперкалиемии (повышенный уровень калия в крови).
• Нарушение секреции H⁺ может вызвать ацидоз (снижение pH крови).

Схема секреторных процессов

Органические кислоты:

• Кровь → Транспортеры OAT → Клетки канальцев → Транспортеры MRP → Просвет канальца.

Органические основания:

• Кровь → Транспортеры OCT → Клетки канальцев → Транспортеры MATE → Просвет канальца.

Ионы:

• K⁺: Кровь → Na⁺/K⁺-АТФаза → Клетки канальцев → Калиевые каналы → Просвет канальца.
• H⁺: Клетки канальцев → H⁺-АТФаза или Na⁺/H⁺-обменник → Просвет канальца.
• NH₃: Клетки канальцев → Диффузия → Просвет канальца → Связывание с H⁺ → NH₄⁺.

1. Регуляция объема крови — через контроль выделения воды. Почки регулируют объем крови, контролируя количество воды, выделяемой с мочой. Этот процесс зависит от уровня антидиуретического гормона (АДГ), также известного как вазопрессин.

Механизм:

• При уменьшении объема крови или повышении осмотического давления (например, при обезвоживании) гипоталамус стимулирует выделение АДГ из гипофиза.
• АДГ действует на собирательные трубочки почек, увеличивая их проницаемость для воды.
• Вода реабсорбируется обратно в кровь, что уменьшает объем мочи и увеличивает объем крови.
• При избытке воды (например, при гипергидратации) уровень АДГ снижается, что приводит к увеличению выделения воды с мочой.
• Пример: При обезвоживании почки выделяют концентрированную мочу, сохраняя воду в организме. При избытке воды моча становится разбавленной.

2. Регуляция осмотического давления — через реабсорбцию ионов

Осмотическое давление крови зависит от концентрации растворенных веществ, таких как ионы натрия (Na⁺), калия (K⁺) и хлора (Cl⁻). Почки регулируют осмотическое давление, контролируя реабсорбцию и выделение этих ионов.

Механизм:

• В проксимальном канальце реабсорбируется большая часть Na⁺, Cl⁻ и воды.
• В петле Генле и дистальном канальце происходит дальнейшая реабсорбция Na⁺ и Cl⁻.
• Альдостерон, гормон коры надпочечников, усиливает реабсорбцию Na⁺ в дистальном канальце и собирательных трубочках, что способствует задержке воды и повышению осмотического давления.
• При избытке ионов (например, Na⁺) почки увеличивают их выделение с мочой.
• Пример: При употреблении соленой пищи почки выделяют больше Na⁺ с мочой, чтобы поддерживать нормальное осмотическое давление.

3. Регуляция кислотно-щелочного баланса — через выделение H⁺ и реабсорбцию HCO₃⁻

Почки играют ключевую роль в поддержании кислотно-щелочного баланса (pH крови) путем выделения ионов водорода (H⁺) и реабсорбции бикарбоната (HCO₃⁻).

Механизм:

• В проксимальном канальце H⁺ секретируется в просвет канальца, а HCO₃⁻ реабсорбируется в кровь.
• В дистальном канальце и собирательных трубочках H⁺ выделяется в мочу, что помогает снизить кислотность крови.
• Аммиак (NH₃), образующийся в клетках канальцев, связывается с H⁺, образуя аммоний (NH₄⁺), который выводится с мочой.
• При ацидозе (снижение pH крови) почки увеличивают выделение H⁺ и реабсорбцию HCO₃⁻.
• При алкалозе (повышение pH крови) почки уменьшают выделение H⁺ и увеличивают выделение HCO₃⁻.
• Пример: При метаболическом ацидозе (например, при диабетическом кетоацидозе) почки выделяют больше H⁺ и реабсорбируют HCO₃⁻, чтобы восстановить pH крови.

4. Экскреция токсинов — мочевина, креатинин, лекарства

Почки выводят из организма токсичные продукты метаболизма, такие как мочевина, креатинин, а также лекарственные вещества.

Механизм:

• Мочевина и креатинин фильтруются в клубочках и частично реабсорбируются или секретируются в канальцах.
• Лекарственные вещества (например, пенициллин) активно секретируются в просвет канальца и выводятся с мочой.
• Почки также выводят избыток ионов, гормонов и других веществ.
• Пример: При почечной недостаточности снижается экскреция мочевины и креатинина, что приводит к их накоплению в крови (уремия).

5. Регуляция артериального давления — через ренин-ангиотензин-альдостероновую систему (РААС). Почки регулируют артериальное давление с помощью ренин-ангиотензин-альдостероновой системы (РААС).

Механизм:

• При снижении артериального давления или уменьшении объема крови юкстагломерулярные клетки почек выделяют ренин.
• Ренин превращает ангиотензиноген (белок плазмы) в ангиотензин I.
• Ангиотензин I превращается в ангиотензин II под действием ангиотензин-превращающего фермента (АПФ).
• Ангиотензин II вызывает:
• Сужение сосудов, что повышает артериальное давление.
• Стимуляцию выделения альдостерона, который увеличивает реабсорбцию Na⁺ и воды, что также повышает объем крови и давление.
• Ангиотензин II также стимулирует выделение антидиуретического гормона (АДГ), который увеличивает реабсорбцию воды.
• Пример: При кровопотере активация РААС помогает восстановить объем крови и артериальное давление.

• Нервная регуляция: симпатическая нервная система снижает диурез, парасимпатическая — повышает.
• Гуморальная регуляция:
• Антидиуретический гормон (АДГ) — увеличивает реабсорбцию воды.
• Альдостерон — увеличивает реабсорбцию Na⁺ и выделение K⁺.
• Ренин — запускает ренин-ангиотензин-альдостероновую систему.

Конечная моча — это жидкость, которая выводится из организма после завершения всех процессов фильтрации, реабсорбции и секреции в почках. Ее состав и свойства отражают состояние организма и работу почек.

Объем мочи

Нормальный объем: 1-1,5 литра в сутки.

Изменения объема

Полиурия — увеличение объема мочи (более 2 л/сут). Может наблюдаться при:

• Употреблении большого количества жидкости.
• Сахарном диабете (из-за осмотического диуреза).
• Несахарном диабете (дефицит АДГ).

Олигурия — уменьшение объема мочи (менее 500 мл/сут). Может быть вызвана:

• Обезвоживанием.
• Почечной недостаточностью.
• Шоковыми состояниями.

Анурия — полное отсутствие мочи (менее 50 мл/сут). Наблюдается при:

• Тяжелой почечной недостаточности.
• Закупорке мочевыводящих путей.

Состав мочи

Вода: 96% от общего объема.

Сухой остаток: 4%, включает:

Органические вещества:

• Мочевина — основной продукт азотистого обмена (20-30 г/сут).
• Креатинин — продукт метаболизма мышц (1-2 г/сут).
• Мочевая кислота — продукт пуринового обмена (0,6-1 г/сут).
• Глюкоза — в норме отсутствует, появляется при гипергликемии.
• Белок — в норме отсутствует, появляется при заболеваниях почек.

Неорганические вещества:

• Ионы натрия (Na⁺), калия (K⁺), хлора (Cl⁻), кальция (Ca²⁺), магния (Mg²⁺).
• Фосфаты, сульфаты, аммоний (NH₄⁺).

Пигменты:

• Уробилин — придает моче желтый цвет.
• Урохром — продукт распада гемоглобина.

Другие вещества:

• Гормоны (кортизол, адреналин).
• Витамины (аскорбиновая кислота).
• Лекарственные вещества (антибиотики).

Физические свойства мочи

Цвет:

• В норме: светло-желтый (соломенный).
• Изменения:
• Темно-желтый — при обезвоживании.
• Красный или розовый — при гематурии (кровь в моче).
• Коричневый — при заболеваниях печени (билирубин).
• Молочный — при лимфостазе или гнойных процессах.

Прозрачность:

• В норме: прозрачная.
• Мутная моча может быть вызвана:
• Наличием солей (фосфаты, ураты).
• Бактериями (при инфекциях).
• Клетками (эритроциты, лейкоциты).

Плотность (удельный вес):

• Норма: 1,015-1,025 г/мл.
• Изменения:
• Повышение плотности (гиперстенурия) — при обезвоживании, глюкозурии.
• Снижение плотности (гипостенурия) — при почечной недостаточности, избыточном потреблении жидкости.

Запах:

• В норме: слабый, нерезкий.
• Изменения:
• Аммиачный запах — при инфекциях мочевыводящих путей.
• Фруктовый запах — при кетоацидозе (сахарный диабет).

pH:

• Норма: 4,5-8,0 (слабокислая или нейтральная).
• Изменения:
• Кислая реакция (pH < 5) — при мясной диете, лихорадке.
• Щелочная реакция (pH > 7) — при растительной диете, инфекциях.

Микроскопия мочевого осадка

При микроскопическом исследовании мочи могут быть обнаружены:

Клетки:

• Эритроциты (в норме отсутствуют или единичные).
• Лейкоциты (в норме до 3-5 в поле зрения).
• Эпителиальные клетки (в норме единичные).

Цилиндры:

• Гиалиновые цилиндры — в норме единичные.
• Зернистые, восковидные цилиндры — при заболеваниях почек.

Соли:

• Ураты, оксалаты, фосфаты — могут присутствовать в норме.
• Кристаллы мочевой кислоты — при подагре.

Бактерии:

• В норме отсутствуют.
• При инфекциях мочевыводящих путей — большое количество.

Клиническое значение анализа мочи

Диагностика заболеваний почек:

• Протеинурия (белок в моче) — при гломерулонефрите, нефротическом синдроме.
• Гематурия (кровь в моче) — при мочекаменной болезни, опухолях.

Оценка обмена веществ:

• Глюкозурия (глюкоза в моче) — при сахарном диабете.
• Кетонурия (кетоновые тела в моче) — при кетоацидозе.

Контроль лечения:

• Наличие лекарств или их метаболитов в моче.
• Динамика изменений при лечении инфекций.

Схема состава и свойств мочи

1. Объем: 1-1,5 л/сут.
2. Состав:

• Вода (96%).
• Сухой остаток (4%):
• Органические вещества (мочевина, креатинин, мочевая кислота).
• Неорганические вещества (ионы, соли).
• Пигменты (уробилин, урохром).

Физические свойства:

• Цвет: светло-желтый.
• Прозрачность: прозрачная.
• Плотность: 1,015-1,025 г/мл.
• Запах: слабый.
• pH: 4,5-8,0.

Мочеиспускание — это процесс выведения мочи из мочевого пузыря через мочеиспускательный канал. Регуляция осуществляется нервной системой:

• Спинальные центры — контролируют рефлекторное опорожнение мочевого пузыря.
• Высшие центры (кора головного мозга) — обеспечивают сознательный контроль над мочеиспусканием.

ЮГА — это специализированная структура, расположенная в области контакта дистального извитого канальца и клубочка. Включает:

• Юкстагломерулярные клетки — секретируют ренин.
• Макула денса — чувствительные клетки, реагирующие на концентрацию Na⁺ в моче.
• Мезангиальные клетки — регулируют кровоток в клубочке.

Функции ЮГА:

• Регуляция артериального давления через ренин-ангиотензин-альдостероновую систему.
• Контроль объема крови и осмотического давления.

Клиренс — это показатель, отражающий скорость очищения плазмы от определенного вещества. Рассчитывается по формуле:

C=U×V/PC

где:

• C — клиренс (мл/мин),
• U — концентрация вещества в моче,
• V — объем мочи за минуту,
• P — концентрация вещества в плазме.

Примеры клиренса:

• Инулин — используется для измерения скорости клубочковой фильтрации (СКФ).
• Креатинин — клиренс креатинина используется для оценки функции почек.

1. Органы выделения: Почки → Легкие → ЖКТ → Печень → Кожа.
2. Нефрон: Капсула → Проксимальный каналец → Петля Генле → Дистальный каналец → Собирательная трубочка.
3. Образование мочи: Фильтрация → Реабсорбция → Секреция.
4. Регуляция: Нервная (гипоталамус) + Гуморальная (АДГ, альдостерон).
5. ЮГА: Ренин → Ангиотензин → Альдостерон.

• Почки — главный орган выделения, поддерживающий гомеостаз.
• Нефрон — функциональная единица почки, где происходит фильтрация, реабсорбция и секреция.
• Образование мочи включает три этапа: фильтрация, реабсорбция, секреция.
• Почки регулируют объем крови, осмотическое давление, ионный состав и кислотно-щелочное равновесие.
• Деятельность почек регулируется нервной и гуморальной системами.
• Юкстагломерулярный аппарат играет ключевую роль в регуляции артериального давления.
• Клиренс почек используется для оценки их функции.

Excretion is the process of removing metabolic waste, toxins, excess water, and salts from the body. This process is crucial for maintaining homeostasis — the stability of the internal environment.

Excretory organs:

• Kidneys — the primary organ for excreting nitrogenous waste (urea, creatinine), excess water, and electrolytes.
• Lungs — excrete carbon dioxide (CO₂), water (H₂O), and volatile substances (e.g., alcohol, acetone).
• Gastrointestinal tract (GIT) — excretes heavy metals, drugs, and metabolic byproducts.
• Liver — excretes hormones, hemoglobin breakdown products, and toxins.
• Skin — excretes water, salts, urea, and other substances, especially in kidney or liver pathology.

Role of kidneys in homeostasis:

• Regulation of blood volume and extracellular fluid.
• Maintenance of osmotic pressure.
• Regulation of ion composition (Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Cl⁻).
• Maintenance of acid-base balance (blood pH).
• Excretion of toxins and metabolic waste.

Nephron is the structural and functional unit of the kidney responsible for urine formation. Each kidney contains about 1 million nephrons.

Structure of the nephron:

1. Bowman's capsule — surrounds the glomerulus, where blood filtration occurs.
2. Proximal tubule — reabsorbs water, glucose, amino acids, and ions.
3. Loop of Henle — consists of descending and ascending limbs, crucial for urine concentration.
4. Distal convoluted tubule — regulates reabsorption of Na⁺, K⁺, and water.
5. Collecting duct — final reabsorption of water and formation of final urine.

Types of nephrons:

• Cortical nephrons (80-85%) — located in the renal cortex, have a short loop of Henle.
• Juxtamedullary nephrons (15-20%) — located at the border of the cortex and medulla, have a long loop of Henle, crucial for urine concentration.

Blood supply to the nephron:

• Kidneys receive about 20-25% of cardiac output (1.2 L/min).
• Blood enters through the renal artery, then interlobar, arcuate, and interlobular arteries.
• Glomerular capillary pressure reaches 70 mm Hg, ensuring effective filtration.

Urine formation occurs in three stages:

1. Glomerular filtration — formation of primary urine (180 L/day).
2. Tubular reabsorption — reabsorption of water and useful substances (glucose, amino acids, ions).
3. Secretion — excretion of toxins and excess ions (K⁺, H⁺) into the tubule lumen.

Glomerular filtration:

• Occurs in the glomerular capillaries.
• The filtration membrane consists of three layers: endothelium, basement membrane, and podocytes.
• Water, ions, glucose, and amino acids pass through, but proteins and blood cells do not.

Effective filtration pressure (EFP):

EFP = Hydrostatic pressure – (Oncotic pressure + Capsular pressure).

EFP = 70 – (30 + 20) = 20 mm Hg.

Reabsorption is the process of reabsorbing substances from primary urine into the blood. It occurs in the tubules of the nephron.

Mechanisms of reabsorption:

1. Passive transport — along the concentration gradient (water, urea).
2. Active transport — against the gradient with energy expenditure (Na⁺, glucose, amino acids).

Countercurrent multiplier system:

• The descending limb of Henle's loop allows water passage but not Na⁺.
• The ascending limb actively reabsorbs Na⁺ but does not allow water passage.
• This creates a concentration gradient necessary for urine concentration.

Secretion is the active process of transporting substances from the blood or tubular cells into the lumen of the tubule. This process plays a crucial role in maintaining homeostasis by allowing the kidneys to excrete toxins, excess ions, and other substances that were not filtered in the glomeruli or were reabsorbed back into the blood.

Mechanisms of Secretion

Secretion primarily occurs in the proximal tubule and partially in the distal tubule and collecting ducts. It is carried out through two main mechanisms:

1. Active transport — requires energy (ATP) and occurs against the concentration gradient.
2. Facilitated diffusion — occurs along the concentration gradient with the help of transport proteins.

Substances Secreted in the Tubules

1.Organic acids:

• Para-aminohippuric acid (PAH) — used to assess renal plasma flow.
• Uric acid — a product of purine metabolism.
• Penicillin and other drugs — excreted by the kidneys.
• Diodrast — a radiocontrast agent.

2.Organic bases:

• Choline — a precursor of acetylcholine.
• Guanidine — a product of protein metabolism.
• Thiamine (vitamin B₁) — excreted in excess.

3.Ions:

• Potassium (K⁺) — secreted in the distal tubule and collecting ducts under the influence of aldosterone.
• Hydrogen (H⁺) — secreted to maintain acid-base balance.
• Ammonia (NH₃) — produced in tubular cells and binds with H⁺ to form ammonium (NH₄⁺), which is excreted in urine.

Process of Organic Acid and Base Secretion

4.Organic acids:

• Transported from the blood into tubular cells via organic anion transporters (OAT).
• Then secreted into the tubule lumen via MRP (multidrug resistance protein) transporters.

5.Organic bases:

• Transported via organic cation transporters (OCT).
• Secreted into the tubule lumen via MATE (multidrug and toxin extrusion proteins) transporters.

Ion Secretion

Potassium (K⁺):

• Secreted in the distal tubule and collecting ducts.
• Regulated by aldosterone, which increases the activity of Na⁺/K⁺-ATPase and opens potassium channels on the apical membrane of tubular cells.

Hydrogen (H⁺):

• Secreted to maintain acid-base balance.
• Occurs via H⁺-ATPase and Na⁺/H⁺ exchanger.

Ammonia (NH₃):

• Produced in tubular cells from glutamine.
• Diffuses into the tubule lumen, where it binds with H⁺ to form ammonium (NH₄⁺), which is excreted in urine.

Role of Secretion in Homeostasis

Excretion of toxins:

• Drugs, metabolites, and foreign compounds are actively secreted into the tubule lumen and excreted in urine.

Regulation of acid-base balance:

• Secretion of H⁺ and NH₄⁺ helps maintain blood pH.

Regulation of potassium levels:

• Secretion of K⁺ helps maintain normal blood potassium levels, which is crucial for heart and muscle function.
• Examples of Secretion in Different Nephron Segments

Proximal tubule:

• Secretion of organic acids (PAH, uric acid, penicillin).
• Secretion of organic bases (choline, guanidine).

Distal tubule and collecting ducts:

• Secretion of K⁺ and H⁺.
• Secretion of NH₃ (as NH₄⁺).

Clinical Significance of Secretion

Assessment of kidney function:

• PAH secretion is used to measure renal plasma flow.
• Creatinine secretion helps estimate glomerular filtration rate (GFR).

Drug excretion:

• Many drugs (e.g., penicillin) are excreted by the kidneys through secretion.

Disorders of secretion:

• Reduced K⁺ secretion can lead to hyperkalemia (high blood potassium levels).
• Impaired H⁺ secretion can cause acidosis (low blood pH).

Diagram of Secretory Processes

Organic acids:

• Blood → OAT transporters → Tubular cells → MRP transporters → Tubule lumen.

Organic bases:

• Blood → OCT transporters → Tubular cells → MATE transporters → Tubule lumen.

Ions:

• K⁺: Blood → Na⁺/K⁺-ATPase → Tubular cells → Potassium channels → Tubule lumen.
• H⁺: Tubular cells → H⁺-ATPase or Na⁺/H⁺ exchanger → Tubule lumen.
• NH₃: Tubular cells → Diffusion → Tubule lumen → Binding with H⁺ → NH₄⁺.

1. Regulation of Blood Volume — Through Control of Water Excretion

The kidneys regulate blood volume by controlling the amount of water excreted in urine. This process depends on the level of antidiuretic hormone (ADH), also known as vasopressin.

Mechanism:

• When blood volume decreases or osmotic pressure increases (e.g., during dehydration), the hypothalamus stimulates the release of ADH from the pituitary gland.
• ADH acts on the collecting ducts of the kidneys, increasing their permeability to water.
• Water is reabsorbed back into the blood, reducing urine volume and increasing blood volume.
• In cases of excess water (e.g., overhydration), ADH levels decrease, leading to increased water excretion in urine.
• Example: During dehydration, the kidneys produce concentrated urine to conserve water. During overhydration, urine becomes dilute.

2. Regulation of Osmotic Pressure — Through Ion Reabsorption

Osmotic pressure of the blood depends on the concentration of dissolved substances, such as sodium (Na⁺), potassium (K⁺), and chloride (Cl⁻) ions. The kidneys regulate osmotic pressure by controlling the reabsorption and excretion of these ions.

Mechanism:

• In the proximal tubule, most of the Na⁺, Cl⁻, and water are reabsorbed.
• Further reabsorption of Na⁺ and Cl⁻ occurs in the loop of Henle and distal tubule.
• Aldosterone, a hormone from the adrenal cortex, enhances Na⁺ reabsorption in the distal tubule and collecting ducts, promoting water retention and increasing osmotic pressure.
• In cases of excess ions (e.g., Na⁺), the kidneys increase their excretion in urine.
• Example: After consuming salty food, the kidneys excrete more Na⁺ in urine to maintain normal osmotic pressure.

3. Regulation of Acid-Base Balance — Through H⁺ Excretion and HCO₃⁻ Reabsorption

The kidneys play a key role in maintaining acid-base balance (blood pH) by excreting hydrogen ions (H⁺) and reabsorbing bicarbonate (HCO₃⁻).

Mechanism:

• In the proximal tubule, H⁺ is secreted into the tubule lumen, while HCO₃⁻ is reabsorbed into the blood.
• In the distal tubule and collecting ducts, H⁺ is excreted into urine, helping to reduce blood acidity.
• Ammonia (NH₃), produced in tubular cells, binds with H⁺ to form ammonium (NH₄⁺), which is excreted in urine.
• In acidosis (low blood pH), the kidneys increase H⁺ excretion and HCO₃⁻ reabsorption.
• In alkalosis (high blood pH), the kidneys decrease H⁺ excretion and increase HCO₃⁻ excretion.
• Example: In metabolic acidosis (e.g., diabetic ketoacidosis), the kidneys excrete more H⁺ and reabsorb HCO₃⁻ to restore blood pH.

4. Excretion of Toxins — Urea, Creatinine, Drugs

The kidneys excrete toxic metabolic byproducts, such as urea and creatinine, as well as drugs.

Mechanism:

• Urea and creatinine are filtered in the glomeruli and partially reabsorbed or secreted in the tubules.
• Drugs (e.g., penicillin) are actively secreted into the tubule lumen and excreted in urine.
• The kidneys also excrete excess ions, hormones, and other substances.
• Example: In kidney failure, the excretion of urea and creatinine decreases, leading to their accumulation in the blood (uremia).

5. Regulation of Blood Pressure — Through the Renin-Angiotensin-Aldosterone System (RAAS)

The kidneys regulate blood pressure through the renin-angiotensin-aldosterone system (RAAS).

Mechanism:

• When blood pressure or blood volume decreases, juxtaglomerular cells in the kidneys release renin.
• Renin converts angiotensinogen (a plasma protein) into angiotensin I.
• Angiotensin I is converted into angiotensin II by angiotensin-converting enzyme (ACE).
• Angiotensin II causes:
• Vasoconstriction, which increases blood pressure.
• Stimulation of aldosterone release, which increases Na⁺ and water reabsorption, thereby increasing blood volume and pressure.
• Angiotensin II also stimulates the release of antidiuretic hormone (ADH), which increases water reabsorption.
• Example: During blood loss, activation of the RAAS helps restore blood volume and pressure.

• Nervous regulation: the sympathetic nervous system reduces diuresis, the parasympathetic increases it.
• Humoral regulation:
• Antidiuretic hormone (ADH) — increases water reabsorption.
• Aldosterone — increases Na⁺ reabsorption and K⁺ excretion.
• Renin — initiates the renin-angiotensin-aldosterone system.

Final urine is the fluid excreted from the body after the completion of filtration, reabsorption, and secretion processes in the kidneys. Its composition and properties reflect the state of the body and kidney function.

Urine Volume

• Normal volume: 1-1.5 liters per day.

Changes in volume

Polyuria — increased urine volume (more than 2 L/day). Can occur due to:

• High fluid intake.
• Diabetes mellitus (due to osmotic diuresis).
• Diabetes insipidus (ADH deficiency).

Oliguria — decreased urine volume (less than 500 mL/day). Can be caused by:

• Dehydration.
• Renal failure.
• Shock states.

Anuria — complete absence of urine (less than 50 mL/day). Observed in:

• Severe renal failure.
• Obstruction of the urinary tract.

Composition of Urine

• Water: 96% of the total volume.
• Dry residue: 4%, includes:

Organic substances:

• Urea — the main product of nitrogen metabolism (20-30 g/day).
• Creatinine — a product of muscle metabolism (1-2 g/day).
• Uric acid — a product of purine metabolism (0.6-1 g/day).
• Glucose — normally absent, appears in hyperglycemia.
• Protein — normally absent, appears in kidney diseases.

Inorganic substances:

• Sodium (Na⁺), potassium (K⁺), chloride (Cl⁻), calcium (Ca²⁺), magnesium (Mg²⁺) ions.
• Phosphates, sulfates, ammonium (NH₄⁺).

Pigments:

• Urobilin — gives urine its yellow color.
• Urochrome — a product of hemoglobin breakdown.

Other substances:

• Hormones (cortisol, adrenaline).
• Vitamins (ascorbic acid).
• Drugs (antibiotics).

Physical Properties of Urine

Color:

• Normal: light yellow (straw-colored).
• Changes:
• Dark yellow — in dehydration.
• Red or pink — in hematuria (blood in urine).
• Brown — in liver diseases (bilirubin).
• Milky — in lymphostasis or purulent processes.

Transparency:

• Normal: clear.
• Cloudy urine can be caused by:
• Presence of salts (phosphates, urates).
• Bacteria (in infections).
• Cells (erythrocytes, leukocytes).

Density (specific gravity):

• Normal: 1.015-1.025 g/mL.
• Changes:
• Increased density (hypersthenuria) — in dehydration, glucosuria.
• Decreased density (hyposthenuria) — in renal failure, excessive fluid intake.

Odor:

• Normal: mild, not sharp.
• Changes:
• Ammonia-like odor — in urinary tract infections.
• Fruity odor — in ketoacidosis (diabetes mellitus).

pH:

• Normal: 4.5-8.0 (slightly acidic or neutral).
• Changes:
• Acidic reaction (pH < 5) — in meat-based diet, fever.
• Alkaline reaction (pH > 7) — in plant-based diet, infections.

Microscopy of Urinary Sediment

Microscopic examination of urine may reveal:

Cells:

• Erythrocytes (normally absent or few).
• Leukocytes (normally up to 3-5 per field of view).
• Epithelial cells (normally few).

Casts:

• Hyaline casts — normally few.
• Granular, waxy casts — in kidney diseases.

Salts:

• Urates, oxalates, phosphates — may be present normally.
• Uric acid crystals — in gout.

Bacteria:

• Normally absent.
• In urinary tract infections — large amounts.

Clinical Significance of Urine Analysis

Diagnosis of kidney diseases:

• Proteinuria (protein in urine) — in glomerulonephritis, nephrotic syndrome.
• Hematuria (blood in urine) — in urolithiasis, tumors.

Assessment of metabolism:

• Glucosuria (glucose in urine) — in diabetes mellitus.
• Ketonuria (ketone bodies in urine) — in ketoacidosis.

Treatment monitoring:

• Presence of drugs or their metabolites in urine.
• Dynamics of changes during treatment of infections.

Diagram of Urine Composition and Properties

Volume: 1-1.5 L/day.

Composition:

• Water (96%).
• Dry residue (4%):
• Organic substances (urea, creatinine, uric acid).
• Inorganic substances (ions, salts).
• Pigments (urobilin, urochrome).

Physical properties:

• Color: light yellow.
• Transparency: clear.
• Density: 1.015-1.025 g/mL.
• Odor: mild.
• pH: 4.5-8.0.

Micturition is the process of expelling urine from the bladder through the urethra. Regulation is carried out by the nervous system:

• Spinal centers — control reflex emptying of the bladder.
• Higher centers (cerebral cortex) — provide conscious control over micturition.

• Mesangial cells — regulate blood flow in the glomerulus.

Functions of JGA:

• Regulation of blood pressure through the renin-angiotensin-aldosterone system.
• Control of blood volume and osmotic pressure.

Clearance is a measure of the kidney's ability to remove a substance from the blood. It is calculated using the formula:

C=U×V/P

where:

• C — clearance (mL/min),
• U — concentration of the substance in urine,
• V — urine flow rate (mL/min),
• P — concentration of the substance in plasma.

Examples of clearance:

• Inulin — used to measure glomerular filtration rate (GFR).
• Creatinine — creatinine clearance is used to assess kidney function.

1. Excretory organs: Kidneys → Lungs → GIT → Liver → Skin.
2. Nephron: Bowman's capsule → Proximal tubule → Loop of Henle → Distal tubule → Collecting duct.
3. Urine formation: Filtration → Reabsorption → Secretion.
4. Regulation: Nervous (hypothalamus) + Humoral (ADH, aldosterone).
5. JGA: Renin → Angiotensin → Aldosterone.

• Kidneys are the main excretory organ, maintaining homeostasis.
• The nephron is the functional unit of the kidney, where filtration, reabsorption, and secretion occur.
• Urine formation involves three stages: filtration, reabsorption, secretion.
• Kidneys regulate blood volume, osmotic pressure, ion composition, and acid-base balance.
• Kidney function is regulated by the nervous and humoral systems.
• The juxtaglomerular apparatus plays a key role in blood pressure regulation.
• Renal clearance is used to assess kidney function.