Выделительная система

Мочевина конечно же не может оставаться в крови. Она должна каким-то образом попадать во внешний мир. У многих нехордовых, а также у некоторых примитивных хордовых это делается посредством отдельных микроскопических трубочек, где вода фильтруется из плазмы. Отходы, сопровождающие воду, направляются через трубочки к поверхности тела и выбрасываются в водную окружающую среду. У позвоночных количество этих трубочек возросло до неимоверного количества, и они срослись в пару специальных органов, называемых почками.

У человека почки расположены у задней стенки брюшной полости, но выше, чем полагает большинство людей. Если попросить среднестатистического человека показать, где у него располагаются почки, он, по всей видимости, укажет на поясницу. В действительности почки находятся чуть ниже диафрагмы, напротив нижних ребер и позади печени и желудка. Правая почка, которая теснится над печенью, обычно расположена чуть ниже, чем левая. Характерно, что человеческая почка – орган темно-красного цвета, длиной 4–5 дюймов, шириной 2–3 дюйма и толщиной 1–2 дюйма. Она весит около 0,5 фунта и имеет бобовидную форму. Почки расположены вне брюшины, но поддерживаются в неподвижном состоянии на месте соединительной тканью и подушкой из жира. Они состоят из внешнего кортекса (коры) (от латинского слова «кора», используемого по аналогии с корой дерева как внешней оболочки) и внутреннего мозгового слоя почки, или медуллы (от латинского слова «мозг», которое используется по аналогии с костным мозгом для обозначения внутренней части объектов).

Почка состоит из множества фильтровальных трубочек, или нефронов (от греческого слова «нефрос» – почка). Они также называются выводящими мочу канальцами. В каждой почке приблизительно миллион нефронов, и это количество значительно превышает то число, которое нам необходимо. Человек в состоянии перенести потерю множества нефронов при болезни или даже удаление одной почки целиком и при этом вести нормальную жизнь.

Кровь поступает в почки непосредственно из аорты через короткие и толстые почечные артерии. О важности почек говорит тот факт, что в любой момент почти четверть всего количества крови может проходить через них; через 1 фунт обеих почек проходит столько же крови, сколько проходит почти через 100 фунтов мускульной массы тела. Почечная артерия разделяется на многочисленные артериолы (кровеносные сосуды, которыми заканчивается ветвление артерий), каждая из которых по всей своей длине разветвляется далее на множество извитых и переплетающихся капилляров, образующих крошечный клубочек. Затем они снова образуют артериолу, которая далее разделяется на капилляры как обычно. Эти последние капилляры питают почечную ткань.

Отрезок артериолы перед этим клубочком капилляров называется афферентная (приносящая) артериола (от латинского «несущий вперед»), а отрезок за ним – эфферентная (выносящая) артериола (от латинского слова «уносящий»). Сам клубочек капилляров называется glomerulus (что по-латыни означает «клубочек шерсти», на который он и походит). Кровь выходит из почек через почечную вену к нижней полой вене.

Кровь, проходящая из артериолы к клубочку, неожиданно сталкивается с тем, что общая площадь поперечного сечения сосудов сильно увеличилась и, следовательно, скорость потока замедлилась. Для воды, ионов и маленьких растворимых молекул, таких, как моча, достаточно времени, чтобы диффундировать из клубочка в участок нефрона, который окружает клубочек капилляров подобно сжимающейся ладони. Этот замкнутый участок называется капсула Боумена в честь сэра Уильяма Боумена, английского хирурга, который первым ее описал.

Совершенно необходимо, чтобы кровь непрестанно фильтровалась таким образом; действительно, это настолько необходимо, что почки имеют собственное устройство для поддержания потока крови, проходящего через них с надлежащей скоростью. Если по какой-то причине кровяное давление падает до такой степени, что поток крови, проходящий через почку, убывает и становится ниже нормального предела, почка стимулируется и продуцирует вещество, называемое ренин, которое выбрасывается в кровь. Он, в свою очередь, стимулирует сокращение артериол, снижая объем кровеносной системы и повышая кровяное давление до безопасного уровня. Там, где поток крови через почки перекрывается по причинам иным, чем низкое кровяное давление, – таким, например, как аномальное утолщение стенок почечной артерии, – почкибудут вызывать более или менее постоянное повышение кровяного давления, чтобы справиться с этим.

В трудолюбивой почке иногда возникает воспалительный процесс из-за бактериальной инфекции или других причин. Он называется нефрит (от греческого «воспаление почки»). Когда ткань почки подвергается перерождению или разрушению без воспаления, заболевание называют нефроз. Ввиду важности почек обе болезни могут быть чрезвычайно опасными. Иногда оба заболевания называют болезнь Брайта в честь английского патолога Ричарда Брайта, который впервые систематизировал их симптомы.

Жидкость, которая диффундирует из клубочка в капсулу Боумена, в этот момент покидает организм и проходит через группу трубочек, выделяющих ее во внешнюю среду. Однако работа почек этим не ограничивается; действительно важный этап еще и не начинался. То, что попадает в капсулу Боумена, – это почти сплошь нитраты плазмы. Здесь содержится не только моча, которую желательно вывести из организма, но также большое количество воды, плюс полезные ионы, плюс глюкоза, плюс множество других веществ, избавляться от которых нежелательно.

От капсулы Боумена отходит извитой каналец – несколько изогнутая трубочка, где вещества, присутствие которых желательно, вновь абсорбируются. К тому времени, как жидкость проходит через этот каналец, она становится относительно сконцентрированным раствором, несущим только отходы.

У животных, живущих в пресной воде и, следовательно, не испытывающих нехватки жидкости, как в случае с лягушкой, извитой каналец сравнительно короткий, а повторная абсорбция воды умеренная. Удаляемая жидкость сильно разведена водой. У наземных животных, таких, как человек, повторная абсорбция воды должна быть более интенсивной, поскольку воду нельзя расходовать зря. Поэтому у человека извитой каналец разделен на две части: ведущую из капсулы Боумена – это проксимальный извитой каналец – и более отдаленную часть – дистальный извитой каналец. Между этими двумя частями находится соединяющий их длинный, прямой и особенно узкий отрезок, который изгибается, подобно шпильке для волос. Это – петля Генле, названная в честь немецкого анатома Фридриха Генле, который первым описал ее.

За счет этой дополнительной длины канальца увеличивается эффективность повторной абсорбции воды и делается регулируемой. У человека около 80 процентов воды и ионов, которые выходят из капсулы Боумена, повторно абсорбируются в проксимальном извитом канальце. Такова минимальная повторная абсорбция воды, и, если человек потребляет много жидкости, дополнительное ее количество абсорбируется в петле Генле. Жидкость, выделяемая в конце концов, довольно сильно разведена водой. Однако при обычных обстоятельствах значительно больше абсорбируется в петле Генле. Чем сильнее обезвоживание человека, тем сильнее (до определенного предела) повторная абсорбция.

Из клубочка каждую минуту фильтруется 120 кубических сантиметров жидкости. Это составляет до 50 галлонов в день, но 99 процентов жидкости повторно абсорбируется через извитой каналец и петлю Генле. Эту способность повторно абсорбировать воду регулирует гормон, вырабатываемый питуитарной железой, небольшим органом у основания мозга. У некоторых индивидуумов выработка этого гормона сокращена, точно так же сокращается и способность к повторной абсорбции воды. Жидкость, выделяемая почкой (моча), следовательно, и обильна, и разведена водой.

Болезнь, характеризующаяся ненормальным количеством мочи, или полиурией (от греческого «много мочи»), называется диабет (что по-гречески означает «сифон»), потому что создается такое впечатление, что вода вливается в организм с одного конца и вскоре выходит из другого, как через сифон. Именно эта разновидность заболевания и есть несахарный диабет (diabetes insipidus) (от латинского слова «безвкусный»), поскольку сильно разбавленная и водянистая моча действительно безвкусна по сравнению с мочой больных другой формой диабета, которая имеет сладковатый вкус. Человек, больной несахарным диабетом, непременно должен компенсировать потерянную воду, и, следовательно, его мучает непрекращающаяся жажда.

Почки утрачивают способность повторно абсорбировать воду при болезни Брайта. Эту способность можно компенсировать частым питьем, как при несахарном диабете. Однако сбой в функционировании почек может прогрессировать до состояния, когда мочевина не сможет эффективно фильтроваться в первую очередь из кровотока. Концентрация мочевины в крови повышается, наступает состояние, называемое уремия (по-гречески «моча в крови»), и в результате наступает смерть.

Но вернемся к канальцам. В конце концов, миновав два отрезка извитого канальца и петлю Генле между ними, жидкость входит в собирательную трубочку, которая в действительности всего лишь канал для отходов, куда впадают многочисленные извитые канальцы. Жидкость теперь уместно считать мочой, или уриной (от греческого слова неизвестного происхождения). Составляющие мочи мочевина и мочевая кислота названы так потому, что впервые были обнаружены в моче. Отдельные трубочки почки – микроскопические, но не короткие, поскольку, если их распрямить, имеют длину 1 дюйм или даже больше. Длина всех трубочек в обеих почках достигнет около 40 миль. И хотя каждая собирательная трубочка получает сущий пустяк общего количества мочи – отдельному нефрону потребуется два года, чтобы переправить 1 кубический сантиметр мочи, – но все они, работая сообща, переправляют около 1 кубического сантиметра мочи каждую минуту.

Трубочки собираются в несколько большие протоки до тех пор, пока в итоге не сольются в почечную лоханку – внутреннее пространство почки. Почечная лоханка сужается в трубку длиной 10–12 дюймов, называемую мочеточник, который ведет вниз вдоль задней стенки брюшной полости. Сразу перед нижним отделом кишечника два мочеточника, по одному из каждой почки, входят в мешок с мускульными стенками – мочевой пузырь. Мочевой пузырь служит хранилищем мочи. Хотя почки образуют жидкость непрерывно, нам не нужно постоянно удалять ее, мы можем делать это с перерывами, когда нам удобно. Мышцы мочевого пузыря медленно расслабляются по мере попадания в него мочи до тех пор, пока он не увеличится в объеме, напоминая шар, выпячивающийся в брюшную полость. При максимальном расширении он может вместить более 0,5 литра мочи.

Мочеточники входят в мочевой пузырь рядом с его дном. На самом дне мочевого пузыря находится более толстая трубка, уретра, или мочеиспускательный канал. Через уретру моча выводится во внешний мир. Уретра значительно различается по длине у женщин и мужчин. У женщин ее длина не превышает 1,5 дюйма. У мужчин она имеет длину почти 8 дюймов и проходит вдоль всего пениса. У мужчин рядом с уретрой находится предстательная железа, или простата, о которой я расскажу позже.

Выход из мочевого пузыря в уретру закрыт парой сфинктеров; по этой причине при обычных обстоятельствах моча не покидает мочевого пузыря. Однако по мере наполнения мочевого пузыря наступает момент, когда мускульная стенка начинает ритмически сокращаться, увеличивая давление жидкости на основание уретры, что дает человеку ощущение позыва к мочеиспусканию. Это происходит с возрастающей безотлагательностью до тех пор, пока не происходит мочеиспускания.

У младенцев это ритмическое сокращение вызывает рефлекс, который расслабляет сфинктер уретры и ведет непосредственно к мочеиспусканию. По мере взросления ребенок обычно учится (при более или менее принудительном ободрении родителей) контролировать этот рефлекс. Труднее всего делать это конечно же во сне, и ребенок может мочиться в постели до тех пор, пока не приучится проситься на горшок. В некоторых случаях непроизвольное мочеиспускание в постели может продолжаться вплоть до подросткового возраста и бывает даже у взрослых.

Мочевой пузырь может воспаляться от бактериальной инфекции, такое состояние называется цистит (от греческого «воспаление мочевого пузыря»). Оно иногда связано с воспалением почки, но именно на воспаление мочевого пузыря пострадавший скорее обратит внимание, поскольку его самым заметным симптомом является болезненное мочеиспускание.