دانلود مقاله فیزیولوژی کلیه

پیش گفتار

هر کدام از ما به پدیده دفع ادرار به شکل واقعه ای که باید وجود داشته باشد عادت کرده ایم. اما اگر زمانی جریان ادرار قطع شود چه عواقبی خواهد داشت؟ اگر ادرار با شرایط غیر طبیعی برقرار شود چه مشکلی ایجاد خواهد شد؟

اولین نشانه های حیات در آب هایی پا به دنیای وجود گزاردند که پر از پتاسیم بود. این اشکال حیات به شکل مولکول هایی بودند که از توانایی پیچیده تر شدن و ذخیره کردن انرژی برخوردار بودند. محیط آب به خاطر توانایی های درونی مولکول آب برای این مولکول های اولیه زنده جایگاهی را فراهم می آورد که کنش و واکنش های لازم را با کمترین اتلاف و بدون نیاز به مقدار زیاد انرژی انجام می دادند. این مولکول ها دارای پیوندهای کو والانت، الکترواستاتیک، هیدروژنی و واندروالس بودند. میزان آب موجود در اطراف این مولکول ها بر عملکرد آن ها موثر بود. اتم های پتاسیم نیزدراین میان نقش تنظیمی به خود گرفتند. با تغییر اکوسیستم، سدیم از نظر فراوانی جای پتاسیم را به خود اختصاص داد. با توجه به جدول عناصرمندلیف می توان دریافت که اندازه اتم سدیم از اتم پتاسیم کوچک تر است اما به خاطر قدرت هیدراسیون بالاترسدیم، اتم هیدراته سدیم از اتم هیدراته پتاسیم بزرگتر بوده تعداد مولکول آب بیشتری را با خود حمل می کند.. از این رو جابجایی اتم های هیدراته سدیم در اطراف مولکول های زنده اولیه با تغییرات زیادی درتعداد مولکول های آب جابجا شده همراه بود، چرا که هر مولکول سدیم تعداد مولکول آب بیشتری را با خود جاجا می نمود. به وجود آمدن یک پرده محافظ به دور این مولکول ها به شکلی که جریان آب را به میزان دقیقی در اطراف آن ها حفظ و در همان حال غلظت سدیم را در حد کافی نگهدارد برای حفظ مولکول های زنده اولیه به صورت یک ضرورت درآمد. این پرده که از مولکول های چربی تشکیل شده و دارای روزنه هایی برای عبور مولکول های آب بود. هم چنین این پرده غلظت اتم های سدیم را در داخل محوطه درونی خود در حدی بسیار پائین ترو غلظت اتم های پتاسیم را درون خود در حد بالاتری از محیط اطراف حفظ می نمود. وجود این پرده موجب پدید آمدن شیب غلظتی برای یون های سدیم از بیرون به داخل و پتاسیم از داخل به بیرون این پرده گردید. این شیب را می توان به صورت یک نوع انرژی پتانسیل در نظر گرفت که به واسطه آن یون ها می توانستند در جهت کاهش شیب غلظتی خود در دو طرف پرده نیمه تراوا (از غلظت بیشتر به غلظت کمتر) حرکت کنند. باید اشاره کرد که در عمل این پرده نمی توانست از حرکت یون ها به صورت کامل جلوگیری کند و مقداری از این یون ها بر اساس شیب غلظتی در عرض پرده جابجا می شدند. عبور یون های پتاسیم راحت تر از سدیم صورت می پذیرفت چراکه یون های هیدراته پتاسیم از سدیم کوچک تر بودند. با این حال مقداری از سدیم هیدراته خارج از این پرده قادر بود به داخل سلول نفوذ نماید.

ورود سدیم به محوطه داخلی این پرده موجب ورود آب زیادی به همراه این یون می شد و این امر غلظت مولکول های زنده اولیه را که برای حفظ ساختار و انجام کنش و واکنش های مورد نیاز باید در حد خاصی حفظ می شد تغییرداده دیگر انجام این اندرکنش ها به شکل دقیق ممکن نبود. این پرده برای مقابله با این نفوذ سدیم به پمپی مجهز شد که برای عمل به مصرف انرژی نیاز داشت و در ازای هر سه یون سدیمی که از محوطه داخلی این پرده خارج می نمود دو یون پتاسیم به داخل وارد می کرد. این امر موجب خروج سدیم و آب اضافی همراه آن و حفظ حجم و غلظت ترکیبات درون محوطه پرده و هم چنین حفظ پتاسیم مورد نیاز می گردید. اما این کار به مصرف و تولید انرژی هم نیازمند بود. تولید انرژی خود موجب تولید یون هیدروژن شده اسیدیته محیط داخلی پرده را تغییر می داد. از این رو این موجود اولیه مجبور شد که یون های هیدروژن را نیز از درون خودخارج نماید و تعادل اسید و باز درون خود را در حد مطلوب نگهدارد. تولید انرژی خود موجب تولید مواد زائدی ناشی از اندرکنش های مختلف می شد. این یون ها و مواد زائد دیگر حاصل از متابولیسم به آب فراوانی که در اطراف این موجود زنده ابتدایی جریان داشت آزاد می گردید. این موجود حال به ساختاری تبدیل شده بود که دارای فعالیت های سازماندهی شده از جمله کنش و واکنش های تولید کننده و مصرف کننده انرژی، حفظ حجم ، غلظت و اسیدیته بود. از این موجود می توان به عنوان یک محفظه بسته زنده و یا با نام سلول نام برد.

جریان آبی که از اطراف این سلول اولیه عبور می نمود مواد مورد نیاز آن را فراهم نموده و مواد زائد تولید شده در آن را خارج می کرد. عدم وجود این جریان یا کمبود آب مورد نیاز در درون سلول و هم چنین در محیط اطراف آن برای دور کردن مواد زائد و رساندن مواد مورد نیازموجب آسیب به سلول می شد.

با به وجود آمدن فضای بسته ای به دور مجموعه ای از سلول های اولیه که این مجموعه را از محیط اطراف جدا می ساخت موجودات پر سلولی پا به عرصه وجود گزاردند. در این موجودات جریان آب در اطراف سلول ها بازهم مسیر خود را در جهت رساندن مواد مورد نیازسلول ها و دور کردن مواد زائد حفظ نمود. به این شکل موجود پر سلولی اولیه از دو فضای کلی برخوردار بود: فضای داخل و فضای خارج سلولی. این موجود پر سلولی باید حجم کافی از آب را در خود نگه می داشت. در طول زمان و با افزایش تعداد سلول های تشکیل دهنده موجودات پرسلولی اولیه، عضوی به وجود آمد که وظیفه ایجاد جریان آب به دور سلول ها را به عهده داشت (دستگاه قلب و عروق). این عضو موجب جریان یافتن آب به سوی سلول ها و و بازگشت آن به سوی این عضو و در واقع ایجاد یک گردش مداوم و جهت دار آب در اطراف سلول ها می شد. در کنار دستگاه قلب و عروق به عضوی نیاز بود که بتواند مواد زائد تولید شده توسط سلول ها را از این جریان آب که توسط دستگاه قلب و عروق ابتدایی به دور سلول ها برقرار می شد پاک کند (دستگاه کلیه و ادراری). فضای اطراف سلول ها که در واقع امکان زهکشی را در اطراف سلول ها پدید می آورد از اهمیت ویژه ای در این میان برخورداربود چراکه حجم این فضا باید در حد کافی می بود تا می توانست جریان کافی از آب را در اطراف سلول برقرار سازد و از طرفی نباید آن چنان وسیع می شد که با توجه به قدرت دستگاه قلب و عروق در پر کردن فضای مذکورحالتی پیش بیاورد که جریان آب دور سلول ها کند شده حالت راکد به خود بگیرد.

تکامل سیستم هایی که جریانی از آب را در اطراف سلول ها بر قرار می ساخت و به وجود آمدن یک سیستم بسته جریان آب در بدن موجود زنده پر سلولی اولیه، امکان ادامه زندگی را برای این موجوددر خارج از آب فراهم آورد و موجودات زنده پا به خشکی گزاردند. در محیط خشکی نیاز به عضوی (کلیه و دستگاه دفع ادرار) که می توانست مواد زائد محلول در آب، حاصل از کنش و واکنش های سلول ها را یک جا جمع کرده دفع نماید بیشتر چشمگیر شد.

به نظر می رسد سلامت موجودات زنده به تبادلات مواد اولیه مورد نیاز و دفع مواد زائد بین سلول ها و محیط اطراف وابسته است و در این میان کلیه ها و دستگاه دفع ادراری دارای نقش ویژه ای در ثبات بخشیدن به محیط اطراف سلول ها می باشد. از این رو اگر جریان ادرار متوقف شده و یا ادرار با حالت غیر طبیعی برفرار گردد مواد زائد و یا آب اضافی در خارج سلول ها جمع شده موجب اختلال در انجام فرآیندهای حیاتی سلول می شوند

فصل اول:

چگونه کلیه کار می کند؟How does the kidney work?

عملکرد تصفیه ای کلیه

همان طور که در پیش گفتار گفته شد برقراری جریان آب در اطراف سلول ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. این جریان موجب رساندن مواد مورد نیاز به سلول ها و دور کردن مواد زائد از محیط سلول ها می شود. نیروی لازم برای برقراری این جریان در فضای اطراف سلول ها توسط پمپ قلب تامین شده و به وسیله راه های ارتباطی (رگ ها) در بخش های مختلف بدن هدایت می گردد. مایعی (خون) که از قلب به رگ ها پمپ می شود حاوی سلول های زنده (گلبول های قرمز و سفید)، پروتئین ها و عناصر مختلف مورد نیاز سلول ها بوده و امکان تامین اکسیژن و مواد غذایی لازم برای سلول ها را فراهم می آورد. این رگ ها پس از خروج از قلب به صورت مداوم تقسیم شده و در نهایت به شکل یک توری (مویرگ) درمی آیند. در مویرگ به علت فاصله افتادن در میان سلول های پوشاننده جدار رگ از یکدیگر روزنه هایی پدید می آید که از راه آن مواد لازم برای سلول ها از رگ خارج می شود. این توری در واقع موجب خروج مایعی تصفیه شده از مویرگ می گردد که فاقد سلول های موجود در خون می باشد. این مایع در فضای خارج سلول ها جریان می یابد. مواد لازم در این مایع به سلول ها رسیده و مواد زائد تولید شده توسط سلول ها وارد آن می گردد. این مایع از راه همان روزنه های موجود در دیواره مویرگ ها به داخل مویرگ بازمی گردد. به این شکل خونی که به قلب بازمی گردد حاوی مواد زائد دفعی سلول ها نیز می باشد. اگر این جریان به همین شکل ادامه یابد و مواد زائد خارج نشود این مواد در بدن جمع می شود. این موادحالت اسیدی داشته و برای سلول ها زیان آور است. از این رو خون باید در مسیر جریان بعدی از قلب به سوی سلول ها از این مواد پاک شود. با عبور خون از ریه ها گاز دی اکسید کربن حاصل از متابولیسم سلول ها از بدن خارج می شود.

کلیه عضوی است که مسئول خارج کردن مواد زائد محلول از خون و در واقع از جریان آب اطراف سلول ها می باشد. عمل پاک شدن مواد زائد درست مانند یک تصفیه صورت می گیرد.

این تصفیه به چه شکل کار می کند؟

برای تصفیه کردن یک محلول و مخلوطی از مواد به یک توری نیاز است. برای انجام تصفیه جریانی از محلول از این توری عبور داده می شود. این توری ممکن است در مسیر عبور جریان قرار گیرد.(شکل 1) قرار گرفتن توری مذکور بر سر جریان نه تنها نمی تواند هدف نهایی در تصفیه خون را تامین نماید بلکه می تواند به صورت مانعی بر سر جریان عمل نماید. از این رو از این شکل توری نمی توان برای تصفیه جریان خون استفاده کرد.برای انجام یک تصفیه مداوم و کارآمد این توری را می توان در کنار دیواره مسیر عبور جریان قرارداد. به این شیوه به کمک نیرویی که به علت فشار جریان به دیواره مسیر وارد می گردد عمل تصفیه صورت پذیرد.(شکل 1) این روش امکان جمع آوری مداوم مایع تصفیه شده را نیزفراهم آورده و مایع تصفیه شده را می توان برای دفع به یک مسیر لوله مانند (لوله های کلیه) وارد نمود.

شکل 1- در تصویر بالا توری در مسیر قرار داده شده است. این امر خود می تواند موجب بروز مقاومت در مسیر گردد. هم چنین با این روش نمی توان مایع تصفیه شده را به صورت مداوم خارج نمود. تصویر پائین روش مناسبی را برای برقراری جریان گردش آب، انجام تصفیه مداوم و جمع آوری مایع تصفیه شده نشان می دهد.

از آن جا که بیشترین فشار موجود در مسیر عبور خون به کلیه ها که برای انجام فرآیند تصفیه مناسب است در مسیر شریانی یافت می شود بهترین جا برای جای دادن توری مورد نظر برای انجام فرایند تصفیه، بخشی از شریانی است که خون را از قلب به بافت کلیه می رساند. در واقع این تصفیه به صورت دائم در حال انجام است و خونی که از راه ورید کلیه به گردش خون سیستمیک بازمی گردد خون اصلاح شده و فاقد مواد زائد حاصل متابولیسم سلول ها و متعادل از نظر اسیدیته است.

این توری با نوع توری که در مویرگ های معمولی در بافت های دیگر وجود دارد تفاوت دارد. روزنه های این توری امکان خروج حجم زیادی از یک مایع تصفیه شده از خون را فراهم می آورد. این تصفیه مانند همان چیزی که در مویرگ ها در بافت های دیگر دیده می شود به صورت غیر فعال صورت می پذیرد و نیروی خود را از پمپ قلب تامین می کند. به این شکل حجم زیادی به شکل مایع تصفیه از این توری خارج می گردد. از آن جا که سیستم جریان خون و مایعات در بدن انسان یک سیستم بسته است خروج این حجم زیاد موجب خالی شدن رگ ها از خون و مایع مورد نیاز سلول ها می شود. برای حل این مشکل مایع تصفیه شده در یک مسیر (لوله های کلیه) وارد شده و در عبور از این مسیر مقدار زیادی از آب و مواد مورد نیاز سلول ها که در زمان تصفیه همراه با مواد زائد دفعی وارد این مایع شده است دوباره جذب (پدیده بازجذب) می شود. این عمل در لوله های کلیه به صورت فعال (با مصرف انرژی) و یا به شکل غیر فعال (بدون مصرف انرژی) صورت می پذیرد.