فصل پنجم زیست دهم تجربی
فصل پنج زیست در مورد تنظیم اسمزی و دفع مواد زائد است که شامل گفتار های : هم ایستایی و کلیه ها , تشکیل ادرار و تخلیه آن , تنوع دفع و تنظیم اسمزی در جانداران میباشد.
هم ایستایی چیست زیست دهم
یکی از قابل توجه ترین مهارت های بدن ما توانایی آن در حفظ یک محیط داخلی تقریبا ثابت میباشد. به همین دلیل، اگر کسی وارد کولاک شود، بدن او با وجود شرایط بیرونی یخبندان برای حفظ دمای داخلی خود, کار می کند. به طور مشابه، اگر فردی مقدار زیادی غذای نمکی بخورد، بدن او برای حفظ شوری درونی خود در یک پارامتر مطمئن با فیلتر کردن نمکهای غیر ضروری کار میکند. بنابراین، تعریف هموستاز چیست؟
هنگامی که بدن بتواند به یک وضعیت داخلی نسبتاً پایدار دست یابد، به آن هموستاز می گویند.
“Homeo” به معنای مشابه است، و “stasis” به معنای پایدار است. هوموستاز در ابتدایی ترین شکل خود به معنای “ایستادن” است، به این معنی که بدن تلاش می کند در مجموعه ای از پارامترها باقی بماند که در طول زمان نسبتاً تغییر نمی کنند.
هنگامی که بدن پارامتری را کنترل می کند و تغییراتی را برای بازگرداندن یک پارامتر به حالت عادی ایجاد می کند، حالت حاصل را هموستاز ( هم ایستایی ) می گویند. یک مثال هموستاز دمای داخلی بدن است. اگر دمای داخلی بدن خیلی بالا برود، بدن با تعریق پاسخ می دهد تا خنک شود. هنگامی که بدن خنک شد، هموستاز حاصل می شود.
پس به طور کامل و واضح میتوانیم هم ایستایی را قرار ذیل تعریف کنیم: فرآیندی خودتنظیمی است که توسط آن سیستم های بیولوژیکی ثبات خود را حفظ می کنند و در عین حال با شرایط متغیر خارجی سازگار می شوند.
کمبود آب، اکسیژن و مواد مغذی یا انباشته شدن مواد دفعی یاخته ها مثل کربن دی اکسید و مواد دفعی نیتروژن دار از جمله مواردی اند که ادامۀ حیات را تهدید میکنند. حفظ وضعیت درونی بدن در محدوده ای ثابت )هم ایستایی(، برای تداوم حیات، ضرورت دارد.
اگر وضعیت درونی بدن از تعادل خارج شود، بعضی مواد، بیش از حدِ لازم یا کمتر از حدِ لازم به یاخته ها می رسند. بسیاری از بیماری ها درنتیجۀ برهم خوردن هم ایستایی پدید می آیند.
کلیه ها در هم ایستایی نقش اساسی دارند. حفظ تعاد ل آب، اسید باز، یو نها و نیز دفع مواد سمی و مواد زائد نیتروژ ن دار، از جمله وظایف کلیه ها اند.
گفتار اول فصل 5 زیست دهم
هم ایستایی و کلیه زیست دهم
بدن موجودات زنده همیشه در تلاش است که شرایط درونی خود را ثابت و متعادل نگه دارد؛ این تعادل همان همایستایی است. تغییر دما، مقدار آب، میزان نمکها و غلظت مواد زاید، همگی عواملی هستند که میتوانند این تعادل را بههم بزنند. اگر چنین تعادلی بهطور درست حفظ نشود، فعالیت یاختهها دچار اختلال میشود و حیات موجود زنده به خطر میافتد.
یکی از اندامهای اصلی در برقراری همایستایی در بدن انسان، کلیه است. کلیهها با تصفیهی خون، دفع مواد زاید مانند اوره، تنظیم مقدار آب و نمکها و کنترل pH خون، نقش بسیار مهمی در حفظ این تعادل دارند. در واقع میتوان گفت کلیهها مثل یک مرکز تنظیم دقیق عمل میکنند که دائماً وضعیت درونی بدن را بررسی و اصلاح میکنند.
کلیه چیست زیست دهم
کلیه ها بخشی از سیستم ادراری هستند , که دو اندام لوبیایی شکل بوده و در پشت شکم قرار دارند , و وظیفه اصلی آنها فیلتر کردن خون میباشد.
کلیه ها همچنین به تعادل مایعات بدن (عمدتا آب) و الکترولیت ها کمک می کنند. الکترولیت ها مواد معدنی ضروری هستند که شامل سدیم و پتاسیم هستند.
اناتومی کلیه ها
موقعیت آناتومیک
کلیه ها یک جفت اندام لوبیایی شکل به اندازه مشت ما هستند. که به صورت خلفی صفاقی یعنی(پشت صفاق) در شکم، در دو طرف ستون مهره قرار دارند.
آنها ازT12 ( ستون مهره 12 صدری ) تاL3 ( ستون مهره 3 کمری )گسترش می یابند، گرچه کلیه راست اغلب به دلیل وجود کبد کمی پایین تر قرار دارد. طول هر کلیه تقریباً سه مهره است.
در بالای هر کلیه یک غده فوق الکلیوی قرار دارد , برعلاوه اینکه یک اندام غدد درون ریز است در برخی از فرآیند های سیستم کلیوی نیز نقش دارد.
قسمت های بالایی کلیه ها تا حدی توسط دنده های تحتانی محافظت می شود و هر کلیه و غده فوق کلیوی توسط دو لایه چربی (چربی پریرنال و پارارنال) و فاسیای کلیه احاطه شده اند.
تعدادی ساختار های خارجی مهم وجود دارد که کلیه ها را به بقیه بدن متصل می کند. سرخرگ کلیوی از قسمت تحتانی آئورت منشعب می شود و خون رسانی به کلیه ها را تامین می کند. سیاهرگ های کلیوی خون را از کلیه ها به داخل ورید اجوف تحتانی می برند. حالب ها ساختارهایی هستند که از کلیه ها خارج می شوند و ادرار را به سمت پایین به مثانه انتقال میدهند.
ساختار داخلی کلیه ها
سه ناحیه اصلی در کلیه وجود دارد:
- قشر کلیه renal cortex
- مدولای کلیه( بخش مرکزی ) renal medulla
- لگن کلیه renal pelvis
قشر کلیه فضایی بین مدولا و کپسول خارجی است. بخش مرکزی کلیه شامل نفرون ها است، که جزء عملکردی اصلی کلیه بوده و مایع را از خون فیلتر می کند. لگن کلیه , کلیه را با سیستم گردش خون و عصبی بقیه بدن متصل می کند.
مدولا (بخش مرکزی) از توده های بافت هرمی متعددی به نام هرم های کلیوی تشکیل شده است که ساختارهای مثلثی هستند و حاوی شبکه متراکمی از نفرون ها هستند.
لگن کلیه حاوی هیلیوم است. هیلیوم ( ناف ) قسمت مقعر لوبیا شکل است که در آن عروق خونی و اعصاب وارد و خارج می شوند. این بخش از کلیه نقطه خروج حالب ها نیز است – لوله های حامل ادرار که از کلیه خارج شده و به مثانه تخلیه می شود. لگن کلیه, کلیه را به بقیه بدن وصل می کند.
نفرون چیست؟
نفرون ها واحدهای عملکردی و ساختاری کلیه هستند. نفرون ها مهم هستند زیرا به عنوان کارخانه تولید ادرار عمل می کنند و در تصفیه خون نقش دارند. نفرون ها از سلول های کلیوی و لوله های کلیوی تشکیل شده اند. سلول کلیوی یک واحد فیلتراسیون نفرون است که پلاسما را فیلتر می کند.
نفرون از شش قسمت تشکیل شده است، یعنی گلومرول، کپسول بومن، لوله پیچ خورده پروگزیمال ( نزدیک )، لوله هنله، لوله پیچیده دیستال ( دور ) و مجرای جمع کننده. اولترا فیلتراسیون در گلومرول انجام می شود. فیلتر گلومرولی در کپسول بومن جمع می شود. لوله ها مسئول هدایت فیلتر گلومرولی به حالب هستند.
گردش خون در کلیه
خون از طریق سرخرگ کلیوی وارد کلیه می شود. این رگ خونی بزرگ به رگ های خونی کوچکتر و کوچکتر منشعب می شود تا زمانی که خون به نفرون ها برسد. در نفرون، خون توسط رگ های خونی ریز گلومرول ها فیلتر می شود و سپس از طریق سیاهرگ کلیوی از کلیه خارج می شود.
خون بدن ما بارها در روز از طریق کلیه ها گردش می کند. در یک روز کلیه های حدود 150 لیتر خون را فیلتر می کنند. بیشتر آب و سایر موادی که از طریق گلومرول ها فیلتر می شوند توسط لوله ها به خون بازگردانده می شوند. فقط 1 تا 2 لیتر ادرار می شود. کودکان نسبت به بزرگسالان ادرار کمتری تولید می کنند و میزان تولید آن به سن آنها بستگی دارد.
وظایف کلیه
کلیه ها وظایف مهم زیادی دارند. آنها سموم و مواد زائد را از خون پاک می کنند. مواد زائد متداول عبارتند از :ضایعات نیتروژن (اوره)، ضایعات ماهیچه ای (کراتینین) و اسیدها میباشد. آنها به بدن ا کمک می کنند تا این مواد را حذف کند. کلیه ها در هر دقیقه نیم فنجان خون را فیلتر می کنند.
خلاصه از فعالیت های کلیه ها:
- خون از طریق یک رگ خونی بزرگ به نام سرخرگ کلیوی به کلیه های جریان می یابد.
- رگ های خونی ریز در کلیه خون را فیلتر می کنند.
- خون فیلتر شده از طریق یک رگ خونی بزرگ به نام سیاهرگ کلیوی به جریان خون باز می گردد.
- ادرار از طریق لوله های ماهیچه ای به نام حالب به مثانه می رود.
- تعادل اسید و باز (تعادل pH) خون را کنترل میکند.
- اگر خون ما قند کافی نداشته باشد، قند (گلوکز) را درست میکند.
- پروتئینی به نام رنین میسازد که فشار خون را افزایش می دهد.
- هورمون های کلسیتریول و اریتروپویتین را تولید می کند. کلسیتریول نوعی ویتامین D است که به جذب کلسیم در بدن کمک می کند. اریتروپویتین به بدن در ساخت گلبول های قرمز کمک می کند.
- یک غده فوق کلیوی در بالای هر کلیه قرار دارد. هورمون هایی از جمله کورتیزول تولید می کند که به بدن کمک می کند به استرس واکنش نشان دهد.
کورتیزول در موارد زیر نیز نقش دارد:
- کنترل متابولیسم.
- کاهش التهاب.
- تنظیم فشار خون.
- افزایش سطح قند خون.
گفتار دوم فصل 5 زیست دهم
تشکیل ادرار و تخلیه آن زیست دهم
کلیه ها مواد ناخواسته و زائد را از خون فیلتر می کنند و برای دفع آنها ادرار تولید می کنند. سه مرحله اصلی تشکیل ادرار وجود دارد: تراوش، بازجذب و ترشح. این فرآیندها تضمین می کند که فقط مواد زائد و آب اضافی از بدن خارج می شود.
تراوش
هر کلیه حاوی بیش از 1 میلیون ساختار ریز به نام نفرون است. هر نفرون دارای یک گلومرول است که محل تصفیه خون است. گلومرول شبکه ای از مویرگ ها است که توسط یک ساختار فنجانی، کپسول گلومرولی (یا کپسول بومن) احاطه شده است. هنگامی که خون در گلومرول جریان می یابد، فشار خون ؛ آب و املاح را از طریق یک غشای فیلتراسیون از مویرگ ها ( گلومرول ) به داخل کپسول باومن می راند. این فیلتراسیون گلومرولی فرآیند تشکیل ادرار را آغاز می کند.
در داخل گلومرول، فشار خون , مایع را از مویرگ ها به داخل کپسول گلومرولی ( باومن ) از طریق یک لایه تخصصی از سلول ها می راند. این لایه، غشای فیلتراسیون، به آب و املاح کوچک اجازه عبور می دهد اما سلول های خونی و پروتئین های بزرگ را مسدود می کند. این اجزا در جریان خون باقی می مانند. فیلتر ( مایعی که از غشاء عبور کرده است) از کپسول گلومرولی بیشتر به سمت نفرون جریان می یابد.
بازجذب
گلومرول ؛ آب و املاح کوچک را از جریان خون فیلتر می کند. فیلتر حاصله حاوی مواد زائد و همچنین مواد دیگری است که بدن به آن نیاز دارد: یون های ضروری، گلوکز، آمینو اسید ها و پروتئین های کوچکتر. هنگامی که فیلتر از گلومرول خارج می شود، به داخل مجرای نفرون به نام توبول کلیوی جریان می یابد. در حین حرکت، مواد مورد نیاز و مقداری آب از طریق دیواره لوله به مویرگ های مجاور بازجذب می شوند. این بازجذب مواد مغذی حیاتی از فیلتر، مرحله دوم در تولید ادرار است.
ترشح
فیلتر جذب شده در گلومرول از طریق لوله کلیوی جریان می یابد، جایی که مواد مغذی و آب دوباره به مویرگ ها جذب می شوند. در همان زمان، یونهای زائد و یونهای هیدروژن از مویرگهای اطراف لوله یا خود یاخته های نفرون به داخل لوله کلیوی عبور میکنند. این فرآیند ترشح نامیده می شود. یون های ترشح شده با فیلتر باقی مانده ترکیب شده و به ادرار تبدیل می شوند. ادرار از لوله نفرون به مجرای جمع کننده جریان می یابد. از کلیه از طریق لگنچه کلیه خارج می شود، به حالب و به مثانه می رسد.
نفرون کلیه ها, خون را پردازش کرده و ادرار را از طریق فرآیند تراوش، بازجذب و ترشح ایجاد می کنند. ادرار حدود 95 درصد آب و 5 درصد مواد زائد است. مواد زائد نیتروژنی دفع شده در ادرار عبارتند از اوره، کراتینین، آمونیاک و اسید اوریک میباشند, و یون هایی مانند سدیم، پتاسیم، هیدروژن و کلسیم نیز دفع می شوند.
تخلیه ادرار
هنگامی که ماهیچه صاف در دیواره مثانه کشیده می شود، رفلکس ادرار تحریک می شود.
ادرار تولید شده در کلیه ها از حالب ها به سمت مثانه حرکت می کند. مثانه مانند یک کیسه الاستیک منبسط می شود تا ادرار بیشتری را در خود نگه دارد. با رسیدن به ظرفیت، فرآیند دفع ادرار یا ادرار شروع می شود. حرکات غیرارادی ماهیچه سیگنال هایی را به سیستم عصبی می فرستد و تصمیم به ادرار کردن را تحت کنترل آگاهانه قرار می دهد.
اسفنکتر داخلی مجرای ادرار و اسفنکتر خارجی مجرای ادرار هر دو کنترل ماهیچه ای برای جریان ادرار را فراهم می کنند. اسفنکتر داخلی غیر ارادی است. دهانه مثانه به مجرای ادرار را احاطه کرده و شل می شود تا ادرار دفع شود. اسفنکتر خارجی ارادی است. مجرای ادرار را در خارج از مثانه احاطه می کند و باید شل شود تا ادرار رخ دهد.
مثانه زمانی که خالی باشد به شکل یک هرم است. با پر شدن از ادرار و بزرگ شدن، بیضیتر میشود. یک عضله صاف به نام دترسور مثانه را احاطه کرده است و چین هایی به نام روگا دیواره داخلی را می پوشاند. این ساختارها به مثانه خاصیت ارتجاعی می بخشد و به آن اجازه انبساط می دهد. کف مثانه شامل یک ناحیه قیف مانند به نام تریگون است که توسط دو روزنه حالب و اسفنکتر داخلی مجرای ادرار تشکیل شده است. ادرار از طریق منافذ حالب به مثانه جریان می یابد و از طریق اسفنکتر داخلی خارج می شود.
ادرار کردن
ادرار کردن، عمل تخلیه مثانه است. هنگامی که مثانه پر از ادرار است، گیرنده های کششی در دیواره مثانه، رفلکس ادرار را تحریک می کنند. عضله دترسور که مثانه را احاطه کرده است منقبض می شود. اسفنکتر داخلی مجرای ادرار شل می شود و اجازه می دهد ادرار از مثانه به مجرای ادرار خارج شود. هر دوی این واکنش ها غیر ارادی است. اسفنکتر خارجی مجرای ادرار ارادی است. باید آرام باشد تا ادرار از مجرای ادرار و خارج از بدن جریان یابد.
مثانه قبل از اینکه مجبور به دفع ادرار شویم چقدر پر می شود؟
با جریان یافتن ادرار از حالب به مثانه , مثانه منبسط می شود، اما محدودیتی برای حجمی که می تواند داشته باشد وجود دارد. زمانیکه مقدار ادرار در مثانه در حدود 200 میلی لیتر میرسه, عضله دترسور شروع به انقباض می کند و عضله اسفنکتر داخلی مجرای ادرار شروع به شل شدن می کند. این سیگنالها را از طریق سیستم عصبی ارسال میکند و “میل” به ادرار کردن را ایجاد میکند.
زمانیکه مقدار ادرار در مثانه در حدود 500 میلی لیتر میرسه، انقباضات عضله دترسور شروع به باز کردن اسفنکتر داخلی مجرای ادراری می کند. مگر اینکه اسفنکتر خارجی مجرای ادرار به اندازه کافی قدرتمند باشد که از آن جلوگیری کند، ادرار کردن (ادرار) به طور غیرارادی رخ می دهد.
گفتار سوم فصل 5 زیست دهم
تنوع دفع و تنظیم اسمزی در جانداران
همهی موجودات زنده برای ادامهی حیات خود باید مواد زاید متابولیسمی مثل اوره، آمونیاک یا اسید اوریک را از بدن خارج کنند. در کنار این کار، باید مقدار آب و نمکهای بدنشان هم همیشه در تعادل باشد. به این فرایند مهم، تنظیم اسمزی گفته میشود. اگر این تنظیم بهخوبی انجام نشود، یاختهها دچار کمآبی یا پرآبی میشوند و فعالیتهای حیاتی بدن مختل میشود.
جانداران در طول تکامل، روشهای مختلفی برای دفع مواد زاید و تنظیم آب بدن پیدا کردهاند. این روشها با توجه به محیط زندگی آنها (آب شیرین، آب شور یا خشکی) و میزان پیچیدگی بدنشان متفاوت است. بیمهرگان راهکارهای سادهتری دارند، اما مهرهداران به دلیل ساختار پیچیدهتر، دستگاههای پیشرفتهتری برای دفع و تنظیم اسمزی دارند. در ادامه با مهمترین این روشها آشنا میشویم.
در بیمهرگان
بیمهرگان بهدلیل تنوع زیادشان، دستگاههای دفعی بسیار گوناگونی دارند. هر گروه از آنها متناسب با شرایط زندگیاش، اندام یا ساختار خاصی برای دفع مواد زاید و تنظیم تعادل آب دارد.
نفرید
در کرمهای حلقوی (مثل کرم خاکی)، اندام دفعی به نام نفرید وجود دارد. نفریدها لولههای باریکی هستند که مواد زاید و آب اضافی را از مایع بدن جمعآوری کرده و به بیرون هدایت میکنند. این ساختار ساده ولی کارآمد است و باعث میشود کرم بتواند در محیط مرطوب زندگی کند بدون اینکه بدنش پر از مواد سمی شود.
آبشش
در بسیاری از جانوران آبزی بیمهره، مثل نرمتنان و سختپوستان، آبششها علاوه بر تنفس نقش مهمی در دفع مواد زاید مثل آمونیاک دارند. چون آب فراوان اطراف بدن این جانوران وجود دارد، مواد زاید بهراحتی از راه انتشار از طریق آبششها خارج میشوند.
لولههای مالپیگی
در حشرات، دستگاه دفعی پیشرفتهتری به نام لولههای مالپیگی دیده میشود. این لولهها به روده متصل هستند و مواد زاید نیتروژنی و آب اضافی را جمعآوری میکنند. یکی از ویژگیهای مهم این دستگاه، صرفهجویی در آب است. چون حشرات بیشتر در خشکی زندگی میکنند، لولههای مالپیگی کمک میکنند که آب تا حد زیادی دوباره بازجذب شود و تنها مواد زاید همراه مقدار کمی آب دفع گردد.
مهرهداران
در مهرهداران دستگاه دفعی پیشرفتهتر و کارآمدتری وجود دارد که اساس آن کلیهها هستند. کلیهها توانایی تنظیم مقدار آب، نمکها و دفع مواد زاید را به شکلی دقیق دارند و به همین دلیل مهرهداران توانستهاند در زیستگاههای مختلف از آب شور گرفته تا بیابانهای خشک زندگی کنند.
در ماهیهای آب شیرین، چون غلظت نمک بدنشان بیشتر از محیط است، آب زیادی وارد بدن میشود. بنابراین کلیههای آنها ادرار رقیق و فراوان تولید میکنند تا آب اضافی دفع شود. در مقابل، ماهیهای آب شور در معرض از دست دادن آب قرار دارند، به همین دلیل کلیههایشان ادرار غلیظتری میسازد و بخش زیادی از نمک اضافی هم از طریق آبششها دفع میشود.
دوزیستان و خزندگان هم کلیه دارند اما نوع ماده دفعی در آنها متفاوت است. مثلاً دوزیستان بیشتر اوره دفع میکنند، در حالیکه بسیاری از خزندگان و پرندگان اسید اوریک دفع میکنند که حالت نیمهجامد دارد. این ویژگی کمک میکند تا آنها بتوانند در محیطهای خشک هم زنده بمانند، چون با این روش کمترین آب را از دست میدهند.
در پستانداران، کلیهها بسیار پیشرفتهاند و توانایی زیادی در بازجذب آب دارند. بهویژه در جانورانی که در بیابان زندگی میکنند، مانند شتر، کلیهها میتوانند ادرار بسیار غلیظ تولید کنند تا آب بدن حفظ شود.
این تنوع در شیوههای دفع و تنظیم اسمزی نشان میدهد که هر گروه از جانداران متناسب با محیط زندگی خود، اندامها و مکانیسمهای ویژهای برای حفظ تعادل درونی بدنشان بهدست آوردهاند. در واقع این یک نمونهی زیبا از سازگاری جانداران با شرایط محیطی است که بقای آنها را تضمین میکند.
جواب فعالیت های فصل پنجم زیست دهم
جواب فعالیت صفحه 71 زیست دهم
یک عدد کلیه گوسفند تهیه کنید. اگر چربیهای اطراف آن کنده نشده باشد بهتر است.
۲– در بین چربیها میزنای، سرخرگ و سیاهرگ کلیه را تشخیص دهید.
۳– کپسول کلیه با بریدن قسمتی از آن، به راحتی جدا میشود.
۴– با یک برش طولی در سطح محدّب کلیه، آن را باز کنید و مطابق شکل ۴، بخشهای مختلف آن را تشخیص دهید.
۵– در وسط لگنچه، منفذ میزنای مشخص است. با وارد کردن گمانه و جلو بردن آن درون میزنای، میتوانید اطمینان پیدا کنید که میزنای را درست تشخیص دادهاید.
جواب:
در بیشتر کلیهها، پس از جدا کردن چربیهای اطراف، میتوان میزنای و عروق کلیوی را مشاهده کرد. میزنای ضخیمتر و نرم است و خون از آن عبور میکند، در حالی که سرخرگ دیوارهای ضخیم و الاستیک دارد که پس از فشار دوباره به حالت اولیه بازمیگردد. سیاهرگ دیوارهای نازکتر و روی هم خوابیده دارد و گاهی خون درون آن دیده میشود.
با برش طولی کلیه، میتوان بخش قشری و مرکزی آن را از هم تشخیص داد. در قسمت مرکزی ستونهای کلیوی، رگهای بین هرمی مشاهده میشوند که به ترتیب به رگهای قوسی و شعاعی متصل میشوند. با بررسی ضخامت دیواره این رگها میتوان سرخرگ یا سیاهرگ بودن آنها را تشخیص داد.
همچنین، با برش دقیق و مشاهده هرمهای کلیوی میتوان ساختار کلیه را بهتر بررسی کرد؛ تعداد هرمها در کلیهها معمولاً بین ۱۲ تا ۱۸ عدد متغیر است. این هرمها شامل نئفرونها و لولههای جمعکننده هستند که نقش مهمی در تصفیه خون و تولید ادرار دارند. این مشاهده کمک میکند تا دانشآموزان درک بهتری از ساختار و عملکرد کلیه پیدا کنند.