Сечовидільна система: нефрон і утворення сечі

Виділення — це виведення з організму кінцевих продуктів обміну речовин, надлишку води й солей, а також чужорідних сполук. Якби ці речовини не виводилися, вони накопичувалися б у крові й отруювали організм. Головні кінцеві продукти обміну — сечовина (утворюється в печінці з аміаку), сечова кислота (продукт розпаду нуклеїнових кислот), вуглекислий газ (CO₂), надлишок води та різноманітні солі.

Органи виділення

Сечовидільна система

Сечовидільна система складається з таких органів:

• Нирки (дві) — основний орган, що фільтрує кров і утворює сечу.

• Сечоводи (два) — трубки, які з'єднують ниркові миски із сечовим міхуром.

• Сечовий міхур — резервуар для накопичення сечі.

• Сечівник (уретра) — канал, через який сеча виводиться назовні.

Нирки — бобоподібні органи масою близько 150 г кожна. Вони розташовані в поперековій ділянці по обидва боки хребта, причому права нирка лежить трохи нижче за ліву (через печінку). До воріт нирки підходять ниркова артерія (приносить кров), ниркова вена (відводить кров) і сечовід.

Будова нирки на поздовжньому розрізі

Якщо розрізати нирку вздовж, видно такі шари й структури:

• Ззовні нирку вкриває сполучнотканинна капсула.

• Кіркова речовина — зовнішній темніший шар, у якому містяться капсули нефронів із клубочками та звивисті канальці.

• Мозкова речовина — внутрішній світліший шар, утворений нирковими пірамідами. Тут розташовані петлі нефронів (петлі Генле) і збірні трубочки.

• Ниркові чашечки збирають сечу з вершин пірамід і зливаються в ниркову миску.

• Ниркова миска переходить у сечовід.

Сеча з ниркової миски сечоводом надходить у сечовий міхур. Сечовипускання — це рефлекс, центр якого міститься в спинному мозку. Однак з раннього дитинства цей рефлекс перебуває під довільним контролем кори великих півкуль: ти можеш свідомо затримувати сечовипускання або починати його.

Нефрон — це структурно-функціональна одиниця нирки. У кожній нирці людини налічується близько 1 млн нефронів. Кожен нефрон здатний самостійно утворювати сечу, тому нирка має величезний резерв: навіть якщо частина нефронів гине, інші можуть виконувати їхню роботу.

Будова нефрона

Нефрон складається з двох основних частин: ниркового тільця й системи канальців.

Ниркове тільце складається з двостінної чашоподібної капсули, яку називають капсулою Шумлянського — Боумена (її описав український учений О. М. Шумлянський), і клубочка капілярів, який вона охоплює. Саме в нирковому тільці відбувається фільтрація плазми крові: рідина з капілярів клубочка надходить у порожнину капсули.

Від капсули починається система канальців:

• Перший звивистий каналець (проксимальний) — тут відбувається основний об'єм реабсорбції.

• Петля нефрона (петля Генле) — U-подібна структура, що занурюється в мозкову речовину. Відіграє ключову роль у концентруванні сечі.

• Другий звивистий каналець (дистальний) — продовжує реабсорбцію та секрецію.

• Збірна трубочка — збирає сечу з кількох нефронів і виводить її в ниркову чашечку.

Кровопостачання нефрона

До капілярного клубочка кров надходить через приносну артеріолу. Виносна артеріола, якою кров виходить із клубочка, вужча за приносну. Через цю різницю в діаметрі в клубочку створюється високий тиск крові (близько 70 мм рт. ст.), що й забезпечує фільтрацію.

Після клубочка виносна артеріола розпадається на густу сітку капілярів навколо канальців нефрона. Саме в ці капіляри повертаються речовини, реабсорбовані з первинної сечі.

Розташування частин нефрона

На поздовжньому зрізі нирки добре видно, як різні частини нефрона розподілені між кірковою та мозковою речовиною:

Такий розподіл має фізіологічний сенс: петлі Генле, занурюючись у мозкову речовину, створюють високий осмотичний градієнт, необхідний для концентрування сечі.

Процес утворення сечі складається з двох основних етапів: фільтрації в капсулі нефрона та реабсорбції в канальцях. Крім того, в канальцях відбувається секреція — активне виділення деяких речовин із крові в сечу.

Фільтрація — утворення первинної сечі

Фільтрація відбувається в нирковому тільці: у капілярному клубочку під високим тиском крові (близько 70 мм рт. ст.) вода й розчинені в ній дрібні молекули переходять із плазми через стінку капілярів і внутрішню стінку капсули в її порожнину. Так утворюється первинна сеча.

До складу первинної сечі входять: вода, глюкоза, амінокислоти, вітаміни, неорганічні солі (натрію, калію, кальцію, хлору), сечовина, сечова кислота та інші низькомолекулярні сполуки. Великі білки плазми (з молекулярною масою понад 70 000 Да) і формені елементи крові (еритроцити, лейкоцити, тромбоцити) крізь фільтраційний бар'єр не проходять. Отже, первинна сеча — це плазма крові без білків.

За добу утворюється 150–180 л первинної сечі. Це значно більше, ніж об'єм усієї крові в організмі (близько 5 л), тому що вся кров проходить через нирки багато разів на добу.

Реабсорбція — утворення вторинної сечі

Реабсорбція (зворотне всмоктування) відбувається, коли первинна сеча проходить через канальці нефрона. Стінки канальців вкриті одношаровим епітелієм, клітини якого активно (з витратою енергії) або пасивно (за градієнтом концентрації) повертають потрібні речовини назад у кров.

У нормі в кров повертаються:

• Вся глюкоза й амінокислоти (100 %).

• Близько 99 % води.

• Більшість іонів натрію, калію, кальцію, хлору.

• Сечовина реабсорбується лише частково (близько 50 %).

Крім реабсорбції, у канальцях відбувається секреція: епітелій активно виділяє в сечу іони водню (H⁺), іони калію (K⁺), деякі ліки та чужорідні речовини. Завдяки секреції нирки можуть швидко виводити токсини й регулювати pH крові.

Вторинна (кінцева) сеча

Після реабсорбції утворюється вторинна сеча об'ємом близько 1,5 л на добу. Її склад: вода (95–96 %), сечовина, сечова кислота, креатинін, солі (натрію, калію, кальцію, магнію), пігмент урохром (надає сечі жовтого кольору). У нормі у вторинній сечі немає білка, глюкози та еритроцитів.

Порівняння складу плазми, первинної та вторинної сечі

Як бачиш, глюкоза з плазми потрапляє в первинну сечу, але повністю реабсорбується назад, тому у вторинній сечі її немає. Сечовина концентрується приблизно в 65–70 разів, оскільки більша частина води реабсорбується, а сечовина залишається.

Розрахунки: що трапляється з водою

Зі 180 л первинної сечі лишається лише 1,5 л вторинної. Це означає, що реабсорбується (180 – 1,5) / 180 × 100 % = 99,17 % води. Отже, понад 99 % води повертається в кров. Якщо глюкози в крові надто багато (наприклад, при нелікованому цукровому діабеті), канальці не встигають повернути її всю, і глюкоза з'являється у вторинній сечі. Саме тому аналіз сечі на глюкозу використовують для діагностики діабету.

Антидіуретичний гормон (вазопресин)

Антидіуретичний гормон (АДГ), також відомий як вазопресин, — це головний гормон, що регулює об'єм сечі. Він утворюється в гіпоталамусі, а виділяється в кров задньою часткою гіпофіза. АДГ посилює реабсорбцію води в стінках дистальних звивистих канальців і збірних трубочок, роблячи їх проникнішими для води.

Коли в організмі мало води (спека, посилене потовиділення, вживання солоної їжі), гіпоталамус стимулює виділення АДГ. Внаслідок цього реабсорбується більше води, сечі утворюється менше, і вона стає концентрованою (темнішою). Навпаки, коли води в організмі достатньо, виділення АДГ зменшується, реабсорбція води слабшає, і сечі утворюється більше, вона світліша.

Вплив алкоголю на сечоутворення

Алкоголь пригнічує виділення антидіуретичного гормону з гіпофіза. Через це реабсорбція води в канальцях зменшується, і сечі утворюється значно більше, ніж зазвичай. Організм втрачає більше води, ніж отримує з напоєм, що призводить до зневоднення. Саме тому після вживання алкоголю людина відчуває сильну спрагу.

Нестача АДГ спричиняє нецукровий діабет: людина виділяє дуже багато сечі (до 10–15 л на добу), при цьому глюкоза в сечі відсутня (на відміну від цукрового діабету). Хворого постійно мучить спрага.

Альдостерон і водно-сольовий баланс

Гормон кори наднирників альдостерон посилює реабсорбцію іонів натрію (Na⁺) у канальцях нефрона. Разом із натрієм за осмотичним градієнтом повертається більше води. Таким чином альдостерон разом з АДГ тонко регулює об'єм рідини в організмі та кров'яний тиск.

Роль нирок в організмі

Окрім утворення сечі, нирки виконують багато інших важливих функцій:

• Підтримують сталий об'єм рідин тіла (водний баланс).

• Регулюють сольовий склад крові (вміст Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Cl⁻).

• Підтримують осмотичний тиск і pH крові (виводять надлишок H⁺).

• Виводять ліки, отрути та чужорідні речовини.

• Виділяють еритропоетин — гормон, що стимулює утворення еритроцитів у кістковому мозку.

• Беруть участь у регуляції артеріального тиску (через ренін-ангіотензинову систему).

Хвороби нирок

Найпоширеніші захворювання сечовидільної системи:

При нирковій недостатності, коли нирки перестають справлятися з фільтрацією, застосовують гемодіаліз («штучна нирка») або пересадку нирки.

Профілактика хвороб нирок

• Не переохолоджуватися (особливо поперекова ділянка, ноги).

• Пити достатньо чистої води (1,5–2 л на добу).

• Обмежувати споживання солі, гострих страв і смаженого.

• Не зловживати ліками (особливо знеболювальними) й не вживати алкоголю.

• Вчасно лікувати ангіну, каріозні зуби та інші інфекційні вогнища.

• Не терпіти довго позиви до сечовипускання.

Приклад 1. Логічні пари «Будова нефрона — функція»

На рисунку зображено нефрон із позначками: 1 — капсула з клубочком, 2 — перший звивистий каналець, 3 — петля Генле, 4 — збірна трубочка. Добери до кожної позначки (1–4) відповідну функцію (А–Д).

Варіанти функцій:

• А — фільтрація плазми крові

• Б — зворотне всмоктування глюкози, амінокислот і більшої частини води

• В — ділянка в мозковій речовині, що допомагає концентрувати сечу

• Г — збирає сечу кількох нефронів

• Д — синтез сечовини

Розв'язання:

Позначка 1 — капсула з клубочком. Саме тут відбувається фільтрація плазми крові (А).

Позначка 2 — перший звивистий каналець. У ньому відбувається реабсорбція глюкози, амінокислот і більшої частини води (Б).

Позначка 3 — петля Генле. Вона розташована в мозковій речовині та забезпечує концентрування сечі (В).

Позначка 4 — збірна трубочка. Вона збирає сечу від кількох нефронів (Г).

Варіант Д (синтез сечовини) — зайвий, оскільки сечовину синтезує печінка, а не нирки.

Відповідь: 1 — А, 2 — Б, 3 — В, 4 — Г.

Приклад 2. Вибір однієї відповіді

Завдання. Яка речовина є в первинній сечі здорової людини, але відсутня у вторинній?

• А — сечовина

• Б — глюкоза

• В — білки плазми

• Г — вода

Розв'язання:

Первинна сеча — це плазма крові без білків, тому глюкоза в ній є (0,1 %). У канальцях глюкоза повністю реабсорбується назад у кров, тому у вторинній сечі здорової людини її немає.

Чому інші варіанти не підходять?

• Сечовина (А) є і в первинній, і у вторинній сечі (у вторинній навіть більше, оскільки концентрується).

• Білки плазми (В) відсутні і в первинній, і у вторинній сечі (не фільтруються).

• Вода (Г) є і в первинній, і у вторинній сечі (хоча об'єм вторинної набагато менший).

Відповідь: Б — глюкоза.

Приклад 3. Розрахунок частки реабсорбованої води

Завдання. За добу в нирках утворилося 170 л первинної сечі та 1,7 л вторинної. Яка частка води реабсорбувалася?

• А — 1 %

• Б — 90 %

• В — 99 %

• Г — 100 %

Розв'язання:

Кількість води, що реабсорбувалася = об'єм первинної сечі – об'єм вторинної сечі = 170 л – 1,7 л = 168,3 л. Частка реабсорбованої води: (168,3 / 170) × 100 % = 99 %. Отже, зворотно всмокталося 99 % води.

Чому інші варіанти не підходять?

• 1 % (А) — це частка води, що вивелася (а не реабсорбувалася).

• 90 % (Б) — занижена цифра; насправді реабсорбується понад 99 %.

• 100 % (Г) — неможливо, бо тоді вторинної сечі взагалі не було б.

Відповідь: В — 99 %.

Приклад 4. Два судження про антидіуретичний гормон

Завдання. Оціни два судження учнів. Хто має рацію?

Настя: «Після вживання алкоголю сечі утворюється більше, бо пригнічується виділення антидіуретичного гормону».

Роман: «Антидіуретичний гормон зменшує реабсорбцію води в канальцях».

• А — лише Настя має рацію

• Б — лише Роман має рацію

• В — обоє мають рацію

• Г — ніхто не має рації

Розв'язання:

Судження Насті правильне. Алкоголь справді пригнічує виділення антидіуретичного гормону (вазопресину), через що реабсорбція води зменшується й сечі утворюється більше.

Судження Романа хибне. Антидіуретичний гормон, навпаки, посилює реабсорбцію води в канальцях і збірних трубочках, тому сечі утворюється менше. «Антидіуретичний» якраз означає «противидільний», тобто такий, що зменшує виділення сечі.

Чому інші варіанти не підходять? «Лише Роман» (Б) — хибно, оскільки Роман помиляється. «Обоє мають рацію» (В) — ні, бо Роман не має рації. «Ніхто не має рації» (Г) — ні, бо Настя має рацію.

Відповідь: А — лише Настя має рацію.

• Помилка: вважають, що в первинній сечі немає глюкози.

• Правильно: глюкоза є в первинній сечі (0,1 %), а у вторинній у нормі вона відсутня, бо повністю реабсорбується в канальцях.

• Помилка: вважають, що первинна сеча містить білки плазми й формені елементи.

• Правильно: великі білки (7–8 % у плазмі) та формені елементи не проходять крізь фільтраційний бар'єр, тому в первинній сечі їх практично немає, а у вторинній — немає зовсім.

• Помилка: плутають фільтрацію з реабсорбцією.

• Правильно: фільтрація відбувається в капсулі нефрона (клубочок), а реабсорбція — у канальцях нефрона. Запам'ятай: «капсула — фільтрація, канальці — реабсорбція».

• Помилка: плутають об'єми первинної та вторинної сечі.

• Правильно: первинної сечі утворюється 150–180 л на добу, вторинної — лише близько 1,5 л. Різниця в 100 разів — через реабсорбцію понад 99 % води.

• Помилка: вважають, що антидіуретичний гормон збільшує кількість сечі.

• Правильно: антидіуретичний гормон (вазопресин) посилює реабсорбцію води, тому сечі утворюється менше, а вона стає концентрованою. Назва «анти-діуретичний» означає «проти виділення сечі».

• Помилка: вважають, що сечовина утворюється в нирках.

• Правильно: сечовину синтезує печінка (з аміаку, що утворюється під час розпаду амінокислот). Нирки лише виводять сечовину із сечею.

Тема 4.10 програми НМТ з біології вимагає знати органи виділення, склад сечі, кіркову й мозкову речовину нирки, фільтрацію, реабсорбцію, антидіуретичний гормон (вазопресин) і вплив алкоголю на сечоутворення. Ти також маєш візуально розпізнавати органи сечовидільної системи, будову нирки й нефрона та порівнювати склад первинної й вторинної сечі та плазми крові.

У демоваріанті НМТ-2026 окремого завдання з теми 4.10 немає, але зміст НМТ охоплює всю програму, тож тему можуть перевірити будь-якою з трьох форм завдань:

• Вибір однієї відповіді з чотирьох — 1 бал. Наприклад: «Яка речовина є в первинній сечі, але відсутня у вторинній?»

• Логічні пари — до 4 балів. Наприклад: зіставити позначені на рисунку структури нефрона з їхніми функціями.

• Вибір трьох відповідей із трьох груп — до 3 балів. Наприклад: розподілити речовини за їхньою належністю до плазми, первинної чи вторинної сечі.

Логічні пари з позначками на рисунку є в демоваріанті 2026 (№ 28, тема 4.5 — великі судини серця, кровоносна система), тож нирку й нефрон з позначками тренуй у тій самій формі: по 1 балу за кожну правильну пару.

Стратегія для порівняння рідин

Для завдань на порівняння складу плазми, первинної та вторинної сечі склади просту таблицю й звіряй із нею кожен варіант відповіді:

Запам'ятай ключову відмінність: глюкоза є в плазмі й первинній сечі, але зникає у вторинній (повністю реабсорбується); білки є лише в плазмі (не фільтруються); сечовина концентрується у вторинній сечі приблизно в 65–70 разів.

• Нирка складається з кіркової речовини (зовнішній шар) і мозкової речовини (ниркові піраміди). Сеча збирається в ниркових чашечках → нирковій мисці → сечоводі → сечовому міхурі.

• Структурно-функціональна одиниця нирки — нефрон. У кожній нирці близько 1 млн нефронів.

• Нефрон: капсула з клубочком капілярів (капсула Шумлянського — Боумена) → перший звивистий каналець → петля Генле → другий звивистий каналець → збірна трубочка.

• Фільтрація в капсулі: під високим тиском крові вода й дрібні молекули (глюкоза, амінокислоти, солі, сечовина) переходять у капсулу. Утворюється первинна сеча (150–180 л на добу) — плазма без білків.

• Реабсорбція в канальцях: у кров повертаються вся глюкоза й амінокислоти, понад 99 % води, більшість солей. Утворюється вторинна сеча (близько 1,5 л на добу) — без глюкози й білка, але з концентрованою сечовиною (близько 2 %).

• Антидіуретичний гормон (вазопресин) посилює реабсорбцію води, зменшуючи кількість сечі. Алкоголь пригнічує виділення АДГ, через що сечі утворюється більше й настає зневоднення.

• Профілактика хвороб нирок: не переохолоджуватися, пити достатньо чистої води, обмежувати сіль, вчасно лікувати інфекції (ангіну, карієс), не терпіти позиви до сечовипускання.