Почки — парный орган выделительной системы у позвоночных , который поддерживает баланс воды и электролитов в организме ( осморегуляция ), фильтрует кровь , удаляет продукты обмена , а у многих позвоночных также вырабатывает гормоны (в частности , ренин ) и поддерживает кровяное давление . [1] [2] [3] [4] У здоровых позвоночных почки поддерживают гомеостаз внеклеточной жидкости в организме. [5] При фильтрации крови почки образуют мочу , которая состоит из воды и излишков или ненужных веществ, моча затем выводится из организма через другие органы, к которым у позвоночных, в зависимости от вида, может относиться мочеточник . , мочевой пузырь , клоака и уретра . [6]
У всех позвоночных есть почки. Почки — главный орган, позволяющий видам адаптироваться к различным средам обитания, включая пресную и соленую воду , наземную жизнь и пустынный климат. [7] В зависимости от среды, в которой развивались животные, функции и структура почек могут различаться. [8] Также между классами животных почки различаются по форме и анатомическому расположению. [9] [10] У млекопитающих они обычно имеют бобовидную форму. [11] Эволюционно почки впервые появились у рыб в результате независимой эволюции почечных клубочков и канальцев , которые со временем объединились в единую функциональную единицу. [12] У некоторых беспозвоночных нефридии аналогичны почкам, но нефридии не являются почками . [13] Первой системой, которая могла бы претендовать на звание настоящих почек, являются метанефридии . [14]
Основным структурным и функциональным элементом почки является нефрон . [15] У разных животных почки могут различаться по количеству нефронов и их организации. [16] По сложности организации нефрона почки делятся на пронефрос , мезонефрос и метанефрос . [17] Нефрон сам по себе подобен пронефросу как целому органу. [18] Простейшие нефроны находятся в пронефросах, которые являются последним функциональным органом у примитивных рыб . [19] Нефроны мезонефроса, функционального органа у большинства анамниот , называемого опистонефросом , [20] немного сложнее, чем у пронефроса. [19] Основное различие между пронефросами и мезонефросами состоит в том, что пронефрос состоит из неинтегрированных нефронов с наружными клубочками. [7] Наиболее сложные нефроны обнаружены в метанефросах птиц и млекопитающих . [19] [21] [22] Почки птиц и млекопитающих имеют нефроны с петлей Генле . [23]
Все три типа почек развиваются из промежуточной мезодермы зародыша . [24] Считается, что развитие эмбриональных почек отражает эволюцию почек позвоночных из ранней примитивной почки, архинефроса . [6] У некоторых видов позвоночных пронефрос и мезонефрос являются функциональными органами, а у других — лишь промежуточными стадиями развития конечной почки, и каждая следующая почка заменяет предыдущую. [7] Пронефрос — это функционирующая почка эмбриона у костистых рыб и личинок земноводных , [7] но у млекопитающих его чаще всего считают рудиментарным и нефункциональным. [18] У некоторых двоякодышащих и костистых рыб пронефрос может оставаться функциональным у взрослых особей, в том числе часто одновременно с мезонефросом. [7] Мезонефрос — последняя почка у амфибий и большинства рыб. [25]
Эволюционное давление и необходимость регулирования гомеостаза жидкости в организме привели к преадаптации почек позвоночных к различным условиям окружающей среды и к развитию трех форм почек: пронефроса , мезонефроса и метанефроса. [26] [27] Почки амниот уникальны по сравнению с другими внутренними органами, поскольку в ходе эмбриогенеза последовательно развиваются три разные почки , сменяющие друг друга и отражающие эволюцию почек у позвоночных. [28]
В самом начале позвоночных, когда они произошли от морских хордовых , их эволюция, вероятно, происходила в пресной или слабосоленой воде. Существует гипотеза, согласно которой морские рыбы получили почки после предшествующей адаптации почек к пресной воде. В результате у ранних позвоночных появились почечные клубочки, способные фильтровать кровь, и, возможно, канальцы, реабсорбирующие ионы . [29] Выведение избыточной воды из организма является основной характеристикой пронефроса у тех видов, у которых он развивается в функциональный выделительный орган. У некоторых видов пронефрос функционален на эмбриональной стадии развития, представляя собой первую стадию развития почек , после которой развивается мезонефрос. Мезонефрос, вероятно, появился в ходе эволюции в ответ на увеличение массы тела позвоночных, что также привело к повышению кровяного давления . [28]
Эволюция почек, наряду с эволюцией легких, позволила позвоночным, называемым амниотами, жить и размножаться в наземной среде. [30] [28] Метанефрос, постоянная почка амниот, обладает уникальной способностью эффективно удерживать воду в организме. [28] Помимо сохранения воды, земная жизнь также требовала поддержания уровня соли в организме наряду с выведением отходов. [30] Первым классом животных, которые стали полностью наземными животными без личиночной стадии, были рептилии , которые были первыми амниотами. [21] Почки играют ключевую роль в поддержании постоянства внутренней среды. Относительный ионный состав внеклеточной жидкости у морских рыб и всех последующих видов аналогичен. Поэтому можно сказать, что почки позволили сохранить у позвоночных примерно такой же состав внеклеточной жидкости, какой был в первозданном океане . [5]
Считается, что древней примитивной формой почки был архинефрос, имевший ряд сегментных трубочек по всей длине туловищной части тела [13] , причем каждый сегмент тела имел пару трубочек. [31] Все канальцы открывались медиально (ближе к средней линии тела) в полость тела, известную как целом, и соединялись латерально в два общих архинефральных протока , которые располагались на противоположных сторонах тела. [13] [31] И архинефральные протоки открылись в клоаку . [13] Как орган, арчнефрос до сих пор сохраняется у личинок миксин и некоторых червяг , а также встречается у эмбрионов некоторых более развитых позвоночных. [32]
У низших позвоночных пронефрос иногда называют головной почкой из-за его переднего положения позади головы. [33] В эмбриогенезе это обычно переходная структура, которая впоследствии заменяется мезонефросом у большинства позвоночных. [7] В эмбриогенезе млекопитающих пронефрос обычно считается рудиментарным и нефункциональным. Функциональная пронефрос развивается у позвоночных, имеющих в своем развитии личиночную стадию свободного плавания. [7]
Пронефрос функционирует у земноводных на личиночной стадии, у взрослых особей некоторых костных рыб и у взрослых особей некоторых других видов рыб. [7] Пронефрос — жизненно важный орган у животных, которые проходят водную личиночную стадию. Если у личинок пронефрос становится нефункциональным, то они быстро погибают от отека . [34]
Пронефрос — сравнительно крупный орган, имеющий примитивное строение и обычно состоящий из одной пары двусторонних нефронов с наружным клубочком или клубочком. [34] [15] Типичный пронефронный нефрон неинтегрирован, и отходы фильтруются через клубочек или клубочек непосредственно в целом , в более развитых пронефросах они фильтруются в нефроцель, который представляет собой полость, прилегающую к целому. . Целом соединяется с преднефральным протоком посредством реснитчатых нефростомов , отводящих целомическую жидкость в клоаку . [7]
Из-за своих небольших размеров и простого строения пронефрос личинок рыб и амфибий стал важной экспериментальной моделью для изучения развития почек . [35]
Мезонефрос развивается вслед за пронефросом, замещая его. Мезонефрос — последняя почка у амфибий и большинства рыб . У более развитых позвоночных ( амниотов ) мезонефрос развивается в ходе эмбриогенеза и затем заменяется метанефросом . [36] У рептилий и сумчатых он остается функциональным в течение некоторого времени после рождения вместе с метанефросом . [37] [38] Когда мезонефрос дегенерирует у самцов млекопитающих , его остатки участвуют в формировании репродуктивной системы . [39] Иногда мезонефрос анамниот называют опистонефросом, чтобы отличить его от стадии развития амниот . [40] У анамниот опистонефрос развивается из участка нефрического гребня, который происходит из промежуточной мезодермы , из которой в эмбрионе амниот развиваются как мезонефрос, так и метанефрос . [41] [42]
В отличие от пронефроса, мезонефрос состоит из набора нефронов, клубочки которых заключены в капсулы Боумена , однако у некоторых морских рыб клубочки могут отсутствовать. [36] У рыб мезонефрические почки не имеют разделения на корковое и мозговое вещество . [43] Обычно мезонефрос состоит из 10–50 нефронов. Мезонефрические канальцы могут иметь соединение с целомом, однако клубочки мезонефральных нефронов все еще остаются интегрированными. Нефростомы обычно отсутствуют в эмбриональных мезонефросах птиц и млекопитающих . [44] Мезонефрос у рыб обладает способностью добавлять новые нефроны при увеличении массы тела. [45]
У амниот , к которым относятся рептилии , птицы и млекопитающие , пронефрос и мезонефрос обычно являются промежуточными стадиями формирования метанефроса во время эмбрионального развития, а метанефрос — конечной почкой. [28] Гены, участвующие в формировании одной формы почки, повторно используются при формировании следующей. [28] Метанефрос отличается от пронефроса и мезонефроса развитием, положением в теле, формой, количеством нефронов, организацией и дренажем. [46] [44] В отличие от мезонефроса, после окончания процесса развития метанефрос больше не обладает способностью добавлять новые нефроны посредством нефрогенеза , [5] хотя у многих рептилий наблюдается продолжающееся образование нефронов у взрослых. [47]
Метанефрос – наиболее сложная форма почки. [44] Каждая метанефрическая почка характеризуется большим количеством нефронов и сильно разветвленной системой собирательных канальцев и протоков , [28] которые открываются в мочеточник . [48] Такое ветвление метанефроса уникально по отношению к пронефросу и мезонефросу. [44] В зависимости от классов и видов моча из мочеточников может выделяться непосредственно в клоаку , либо собираться в мочевом пузыре и затем выводиться в клоаку, либо собираться в мочевом пузыре и затем выводиться наружу через уретру . [46]
Рептилии были первым классом животных , у которых не было личиночной стадии и которые были полностью наземными животными. [21] Мезонефрос у рептилий некоторое время после рождения функционирует одновременно с метанефросом, позднее метанефросные почки становятся постоянными и мезонефрос дегенерирует. [38]
Почки у рептилий располагаются преимущественно в каудальной части (вдали от головы) брюшной полости [49] [50] или забрюшинно (за брюшиной ) в полости таза у ящериц . [49] Почки рептилий обычно имеют удлиненную форму [51] и имеют цвет от светлого до темно-коричневого. [52] Форма почек у разных рептилий различается из-за различий в форме их тела. [8] Почки змей удлиненные, цилиндрические [53] [50] и дольчатые. [52] У черепах и некоторых ящериц есть мочевой пузырь [50] , который открывается в клоаку [54] , но у змей и крокодилов его нет. [50]
По сравнению с метанефросом птиц и млекопитающих метанефрос рептилий устроен проще. [21] В отличие от млекопитающих, в почках рептилий нет четкого различия между корковым и мозговым веществом. [43] В почках отсутствует петля Генле , меньше нефронов (примерно от 3000 до 30 000) и они не могут производить гипертоническую мочу. [3] [21] Азотистые отходы, выводимые почками, могут включать мочевую кислоту , мочевину и аммиак . [55] Водные рептилии выделяют преимущественно мочевину , а наземные рептилии выделяют мочевую кислоту , что позволяет им экономить воду. [21]
Поскольку почки рептилий не способны производить концентрированную мочу из-за отсутствия петли Генле, скорость клубочковой фильтрации снижается, если необходимо уменьшить потерю воды. [56] Клубочки у рептилий также уменьшились в размерах по сравнению с амфибиями . [52] Помимо кровоснабжения почечных артерий , у рептилий также имеется почечная портальная система , которая может перенаправлять кровь в почки в периоды обезвоживания, минуя клубочки, для предотвращения ишемического некроза канальцевых клеток . [21] [57]
У млекопитающих почки обычно имеют бобовидную форму [58] и располагаются забрюшинно [59] на дорсальной (задней) стенке тела. [60] Внешний слой каждой почки состоит из фиброзной оболочки, называемой почечной капсулой . Периферический слой почки называется корковым слоем , а внутренняя часть — мозговым веществом . Продолговатый мозг состоит из одной или нескольких пирамид, основания которых начинаются от кортикомедуллярного края. Пирамида мозгового вещества с прилежащей к ней корой включает долю почки . [28] В многодолевых почках пирамиды отделены друг от друга погруженными в почку участками кортикальной ткани, известными как почечные столбики . [61] Кровь поступает в почку через почечную артерию , которая в многодолевой почке затем разветвляется в области почечной лоханки на крупные междолевые артерии , проходящие через почечные столбики. [62] [63] Пирамиды состоят в основном из трубочек, которые транспортируют мочу из коры головного мозга, которая производит ее путем фильтрации крови, к кончикам пирамид, которые образуют почечные сосочки . Моча выводится через почечные сосочки в чашечки, а затем в лоханку , мочеточник и мочевой пузырь . [62] [28] Затем он выводится наружу через уретру . [64] У однопроходных мочеточники открываются в мочеполовой синус , который соединяется с мочевым пузырем и клоакой , [65] и моча выводится в клоаку вместо уретры. [66] [65]
Структурно почки различаются у разных млекопитающих. [67] Какой тип строения будет иметь тот или иной вид, зависит главным образом от массы тела вида . [68] Мелкие млекопитающие имеют простые однодольные почки с компактной структурой и одним почечным сосочком, тогда как у крупных животных почки более сложные многодольные, например у крупного рогатого скота . [67] [69] Почки могут быть также с одним почечным сосочком (унипапиллярные почки), [69] как у мышей и крыс , [70] с несколькими, как у паукообразных обезьян , или с большим количеством, как у свиней или люди . [69] У большинства животных имеется один почечный сосочек. [69] У некоторых животных, например лошадей, вершины почечных пирамид сливаются друг с другом, образуя общий почечный сосочек, называемый почечным гребнем. [71] Почечный гребень обычно появляется у животных крупнее кроликов . [68] Почки крупного рогатого скота многодольчатые с наружной дольчатостью. [72] Морские млекопитающие , медведи и выдры имеют ретикулированные почки , которые состоят из большого количества долей, называемых реникули. [73] Каждый ренкулус можно сравнить с простой однопапиллярной почкой в целом. [74]
Азотистые продукты жизнедеятельности выводятся почками млекопитающих преимущественно в виде мочевины [75] , хорошо растворимой в воде. [76] Каждый нефрон расположен как в коре, так и в мозговом веществе. Наиболее проксимальной частью нефрона является клубочек , расположенный в коре головного мозга. [28] Нефроны почек млекопитающих имеют петли Генле , которые являются наиболее эффективным способом реабсорбции воды и производства концентрированной мочи для сохранения воды в организме. [12] Почки млекопитающих сочетают в себе как нефроны с короткой, так и нефроны с длинной петлей Генле. [77] Продолговатый мозг разделен на наружную и внутреннюю области. Наружный отдел состоит из коротких петель Генле и собирательных трубочек, а внутренний — из длинных петель Генле и собирательных трубочек. [28] После прохождения через петлю Генле жидкость становится гипертонической по отношению к плазме крови . [78] Почечная портальная система отсутствует у млекопитающих. [56]
У птиц почки обычно удлинены [79] и расположены дорсально в брюшной полости в впадинах тазового скелета. [80] [81]
Строение почек птиц отличается от строения почек млекопитающих. [67] Птичьи почки дольчатые и обычно состоят из трех долей. [80] Доли делятся на дольки, каждая из которых имеет корковое и мозговое вещество. [67] [3] Мозговое вещество каждой дольки имеет форму конуса и, в отличие от млекопитающих, не подразделяется на внутреннюю и внешнюю области, а структурно оно похоже на внешнее мозговое вещество почки млекопитающих. [67] В почках птиц почечная лоханка отсутствует, [82] и каждая долька имеет отдельную ветвь, ведущую к мочеточнику . [3] Ни у одной птицы, кроме страуса , нет мочевого пузыря ; моча выводится из почек через мочеточники в клоаку . [83]
В почках птиц сочетаются так называемые нефроны рептильного типа без петли Генле и нефроны млекопитающих с петлей Генле. [23] Большинство нефронов относятся к рептильному типу. [84] Петля Генле птиц аналогична таковой у млекопитающих, главное отличие состоит в том, что нефрон птиц имеет только короткую петлю Генле. [77] Как и млекопитающие, хотя и в меньшей степени, [67] птицы способны производить концентрированную мочу, тем самым сохраняя воду в организме. [23] Азотистые продукты жизнедеятельности выводятся преимущественно в виде мочевой кислоты , которая представляет собой белую пасту, плохо растворимую в воде, что также способствует уменьшению потерь воды. [85] Дополнительная реабсорбция воды происходит в клоаке и дистальном отделе кишечника. В целом это позволяет птицам выделять свои отходы без значительных потерь воды. [5]
У птиц артериальная кровь поступает в почки краниальной, средней и каудальной почечными артериями. [86] Как и у рептилий, у птиц имеется почечная портальная система , но она не доставляет кровь к петлям Генле, кровь доставляется только в проксимальные и дистальные канальцы нефронов. Когда птицы находятся в состоянии обезвоживания , нефроны без петли Генле перестают фильтровать, а нефроны с петлей продолжают, но благодаря наличию петли могут вырабатывать концентрированную мочу. [56]
{{cite book}}
: CS1 maint: дата и год ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: дата и год ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: дата и год ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: дата и год ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: дата и год ( ссылка )