Osmoregulatie / Excretie

Osmoregulatie Excretie regelen van relatieve concentraties opgeloste stoffen en water Functie: behouden van samenstelling cellen via het behouden van samenstelling interstitiële vloeistof Excretie uitscheiden van afval geproduceerd bij het metabolisme (stikstofhoudend)

Osmoregulatie regelen van relatieve concentraties opgeloste stoffen en water proces van homeostase opname en afgifte water & opgeloste stoffen balans ! Osmose beweging (‘diffusie’) water via selectief permeabel membraan Osmolariteit mol opgeloste stoffen per liter oplosmiddel 1 mOsm/l 10-3 M oplossing Selectief permeabel membraan Netto water stroom Hyper osmotisch Hypo-osmotisch Water Opgeloste stoffen iso-, hyper-, hypo-osmotisch bloed mens 300 mOsm/l zeewater 1000 mOsm/l

Osmoregulatie en excretie Mens Inflow/Outflow Urine Eten zout en water in Drinken Cellulaire respiratie productie water tov omgeving hyper-osmotisch Volume te regelen probleem: Dehydratie (verlies water) huid (zweten) longen urine uitwerpselen Hyperosmotisch tov lich vloeistof > 300 mOsm H2O Urine: Zout en water uit

Osmoregulatie en excretie Behouden van een osmotische waarde in intern milieu die verschilt van die van de omgeving kost energie ! Intern milieu Interstitiële vloeistof indirect: samenstelling bloed Transportepitheel nierbuisjes regulatie osmotisch milieu verwijderen afvalstoffen v metabole reacties De osmotische waarde van de interstitiele vloeistof staat onder de indirecte controle van de osmotische waarde van het bloed! Afvalstoffen type en hoeveelheid: grote invloed op de waterhuishouding van een dier afbraakproducten van eiwitten en nucleinezuren: stikstofhoudend Osmoregulatie en Excretie

Osmoregulatie en excretie “Stikstof-afval” Veel reptielen (incl. vogels), insekten, landslakken Ammoniak Urinezuur Ureum Meeste waterdieren, incl beenvissen Zoogdieren, haaien meeste amfibiën, sommige beenvissen goed oplosbaar zeer toxisch!! (NH4+) tolerantie alleen in zeer kleine concentraties productie in lever minder toxisch uitscheiding: minder water nodig relatief non-toxisch lost niet op in water kost veel energie uitscheiding zonder waterverlies

Osmoregulatie en excretie “Stikstof-afval” Veel reptielen (incl. vogels), insekten, landslakken Ammoniak Urinezuur Ureum Meeste waterdieren, incl beenvissen Zoogdieren, haaien meeste amfibiën, sommige beenvissen goed oplosbaar zeer toxisch!! (NH4+) tolerantie alleen in zeer kleine concentraties productie in lever (energie!) minder toxisch uitscheiding: minder water nodig relatief non-toxisch lost niet op in water kost veel energie uitscheiding zonder waterverlies

Osmoregulatie en excretie “Stikstof-afval” Veel reptielen (incl. vogels), insekten, landslakken Ammoniak Urinezuur Ureum Meeste waterdieren, incl beenvissen Zoogdieren, haaien meeste amfibiën, sommige beenvissen Eieren ! goed oplosbaar zeer toxisch!! (NH4+) tolerantie alleen in zeer kleine concentraties productie in lever minder toxisch uitscheiding: minder water nodig relatief non-toxisch lost niet op in water kost veel energie uitscheiding zonder waterverlies

Osmoregulatie en excretie: Hoeveelheid stikstofafval afhankelijk van ‘energie-budget’ afhankelijk van dieet eiwitten meer N dan vetten of carbohydraten (suikers) Excretie-systeem stikstof-afval verwijderen regelen samenstelling lichaamsvloeistof protonefridia, metanefridia, buisjes van Malpighi Excretie-systeem mens nieren

Urineproductie in 4 stappen 1) Filtratie hydrostatische druk perst lichaamsvloeistof door selectief permeabel membraan 1) Capillair Filtrate Excretie buis water + kleine opgeloste stoffen zouten, suikers, vit, aa, stikstofafval Filtraat 2) 2) Reabsorptie transportepitheel: actief transport terug naar lich. (glucose, bel.zouten, vit, aa, hormonen) 3) Secretie andere stoffen als toxines en niet-essentiele zouten actief, tegen osm gradiënt in naar excretie buis 3) Urine 4) Excretie verwerkte filtraat verlaat lichaam: urine 4)

Osmoregulatie en excretie Vena cava posterior Nier- arterie en vene Urineblaas Ureter (urineleider) Aorta Urethra (plasbuis) Nier Nieren osmoregulatie & excretie ontvangen 25% van het bloed dat het hart verlaat Ureter = urineleider, urethra = plasbuis per dag: 1600 l bloed door nieren 180 l filtraat 1.5 l urine reabsorptie 99% water, bijna alle suikers, amino zuren, vit. en andere org nutriënten

Osmoregulatie en excretie Nieren Nier van rat 4 mm Nier-bekken Ureter Medulla Cortex ureter = urineleider; medulla = merg; cortex = schors merg: osmotische gradiënt !!!!!

Osmoregulatie en excretie Nieren Corticaal nefron Juxtamedullair Verzamelbuis Naar nier bekken Medulla (merg) Cortex (schors) nefronen: corticaal (85% vd nefr.) juxtamedullair (15% vd nefr.) Maken hyperosmotische urine mogelijk! Sparen van water Bouw nefron: Kapsel van Bowman, proximale buis, Lis van Henle (dalend deel, stijgend deel), distale buis, verzamelbuis

Kapsel v Bowman Proximale buis Distale tubulus Verzamelbuis tubulus = buis/buisje tubuli = buizen/buisjes Kapsel v Bowman Proximale buis Distale tubulus Verzamelbuis Lis van Henle Dalend deel Stijgend deel

capillair netwerk Afferente arteriole Glomerulus Peritubulaire capillairen Efferente arteriole Aftakking v. nierader Vasa recta capillair netwerk

Afferente arteriole Glomerulus Kapsel v Bowman Proximale buis Peritubulaire capillairen Efferente arteriole Distale tubulus Aftakking v. nierader Verzamelbuis Lis van Henle Dalend deel Stijgend deel Vasa recta

Afferente arteriole Glomerulus Kapsel v Bowman Proximale buis Peritubulaire capillairen Efferente arteriole Distale tubulus Aftakking v. nierader Verzamelbuis Lis van Henle Dalend deel Stijgend deel Vasa recta

Osmoregulatie en excretie Bloedvaatvoorziening elk nefron afferente arteriole capillairen glomerulus efferente arteriole peritubulaire capillairen om proximale- en distale tubuli vasa recta capillairen om lis v Henle elk stijgend deel vasa recta om dalend deel lis v Henle tegenstroom elk dalend deel vasa recta om stijgend deel lis v Henle niervene

Proximale tubulus Distale tubulus Bloed: 300 mOsm Bloeddruk Filtraat NaCl Nutrients HCO3– H2O K+ Bloed: 300 mOsm H+ NH3 toxische stoffen, drugs Bloeddruk Filtraat water, zouten, suikers, kleine opgeloste stoffen vit, aa, stikstofafval Filtraat 300 mOsm SCHORS Lis van Henle BUITENSTE MERG Verzamelbuis Key Active transport Passive transport BINNENSTE MERG

Osmoregulatie en excretie Filtraat (H2O, zouten, HCO3-, H+, Ureum, Glucose, aminozuren, vitaminen, drugs) Prox.tubulus actief Na+ reabsorptie passief Cl- reabsorptie passief H2O (door osmose) naar bloed actief of passief glucose, aa, K+, andere essentiële moleculen 90% reabsorptie HCO3- van filtraat naar capillairen pH transportepitheel produceert H+ en NH3 (pH filtraat) Wat wordt niet doorgelaten door de semi-permeabele membraan (Glomerulus)? cellen, eiwitten, grote moleculen actief toxische stoffen, drugs, etc: van interstit. naar filtraat eindproduct prox. tubulus Volume ↓ Osmolariteit = (300 mOsm)

300 1200 Merg interst. vloeist. Proximale tubulus Distale tubulus Bloed: 300 mOsm NaCl Nutrients HCO3– H2O K+ 300 1200 osmotische gradient Merg interst. vloeist. Bloeddruk water, zouten, suikers, kleine opgeloste stoffen vit, aa, stikstofafval Filtraat 300 mOsm H+ NH3 toxische stoffen, drugs Filtraat SCHORS Lis van Henle Dalend deel lis nauwelijks doorlaatbaar voor zouten permeabel water: aquaporine Stijgend deel lis impermeabel voor H2O actief NaCl transport NaCl BUITENSTE MERG H2O Verzamelbuis Lis van Henle osmotische gradient interstitiele vloeistof in merg Key Active transport NaCl Passive transport BINNENSTE MERG

Osmoregulatie en excretie Filtraat (H2O, zouten, HCO3-, H+, Ureum, Glucose, aminozuren, vitaminen, drugs) Prox.tubulus Volume ↓ Osmolariteit = (300 mOsm) Afvalstoffen ↑, Belangrijke stoffen terug naar bloed Dalend deel lis v Henle conc filtraat ↑ mOsm filtraat ↑ aquaporine eiwitten: permeabel voor water; H2O reabsorptie geen/nauwelijks doorlaatbaarheid zouten Stijgend deel lis v Henle impermeabel voor water dun segment diffusie NaCl uit buis naar interstitiële vloeistof Wat wordt niet doorgelaten door de semi-permeabele membraan (Glomerulus)? cellen, eiwitten, grote moleculen dik segment actief NaCl uit buis naar interstitiële vloeistof mOsm filtraat ↓↓↓ Eindproduct lis van Henle filtraat met lage osmotische waarde

300 1200 Merg interst. vloeist. Proximale tubulus Distale tubulus Bloed: 300 mOsm NaCl Nutrients H2O 300 1200 osmotische gradient Merg interst. vloeist. HCO3– H2O K+ NaCl HCO3– Bloeddruk water, zouten, suikers, kleine opgeloste stoffen vit, aa, stikstofafval Filtraat (300 mOsm) H+ NH3 K+ H+ toxische stoffen, drugs Filtraat SCHORS Lis van Henle Dalend deel lis (osm↑) nauwelijks doorlaatbaar voor zouten permeabel water: aquaporine Stijgend deel lis (osm↓) impermeabel voor H2O actief NaCl transport NaCl BUITENSTE MERG H2O NaCl Verzamelbuis Lis van Henle osmotische gradient interstitiele vloeistof in merg Key Ureum Active transport NaCl H2O Passive transport BINNENSTE MERG Distale tubulus (<=300 mOsm) Actieve regulatie K+, NaCl, HCO3- (bicarbonaat, pH) varieert Verzamelbuis: Filtraat wordt geconcentreerd (osm ↑ ↑ ↑): hormonale regulatie

Osmoregulatie en excretie Filtraat (H2O, zouten, HCO3-, H+, Ureum, Glucose, aminozuren, vitaminen, drugs) Prox.tubulus Volume ↓ Osmolariteit = (300 mOsm) Afvalstoffen ↑, Belangrijke stoffen terug naar bloed Lis v Henle Concentratie-gradient Filtraat met lage osmotische waarde <300 mOsm Distale tubulus Actieve regulatie K+, NaCl, HCO3- (bicarbonaat, pH) Filtraat weer rond 300 mOsm. Verzamelbuis Loopt langs de gradiënt, Filtraat wordt geconcentreerd (>300mOsm) passieve reabsorptie water uit filtraat Permeabiliteit voor water: Hormonale regulatie Wat wordt niet doorgelaten door de semi-permeabele membraan (Glomerulus)? cellen, eiwitten, grote moleculen Eindprodukt urine hyperosmotisch t.o.v. lich.vloeist. iso-osmotisch t.o.v. binnenste nier-merg

Osmoregulatie en excretie Filtraat (H2O, zouten, HCO3-, H+, Ureum, Glucose, aminozuren, vitaminen, drugs) Prox.tubulus Volume ↓ Osmolariteit = (300 mOsm) Afvalstoffen ↑, Belangrijke stoffen terug naar bloed Lis v Henle Concentratie-gradient Filtraat met lage osmotische waarde <300 mOsm Distale tubulus Actieve regulatie K+, NaCl, HCO3- (bicarbonaat, pH) Filtraat weer rond 300 mOsm Verzamelbuis Hormonaal geregelde passieve reabsorptie water Wat wordt niet doorgelaten door de semi-permeabele membraan (Glomerulus)? cellen, eiwitten, grote moleculen Ureum zit in filtraat schors-deel verzamelbuis impermeabel voor ureum merg-deel verzamelbuis permeabel voor ureum diffusie ureum naar interstitiele vloeistof; draagt bij aan gradient !!!

Osmoregulatie en excretie Lis v Henle conc filtraat ↑ ↑ ↑ energieverslindende “machine” die de concentratiegradiënt in stand houdt NaCl en ureum houden concentratiegradiënt in stand ‘countercurrent multiplieer system” Bloedvaten tegenstroomprincipe dalend deel bl vat: verliest water, neemt NaCl op (diffusie) stijgen deel bl vat: water terug en NaCl uit bloedv (diffusie) bloed voorziet Lis v Henle van voedingsstoffen zonder invloed op osmotische gradiënt uit te oefenen uiteindelijk zou diffusie de gradiënt te niet doen, ware het niet dat dikke deel lis energie verbuikt

Fig. 44-16-3 Osmolarity of interstitial fluid (mOsm/L) 300 300 300 100 100 300 300 H2O NaCl H2O NaCl Urea CORTEX 400 200 400 400 OUTER MEDULLA 600 400 600 600 900 700 900 Key Active transport INNER MEDULLA 1,200 1,200 Passive transport 1,200

Als er niets zou gebeuren ‘countercurrent multiplieer system” Bovendien: in stijgend deel actief transport NaCl naar interst. vloeistof Als er niets zou gebeuren i.d. lis van Henle Beginsituatie: overal 300 Osm waarde overal 300 300 300 300 400 400 200 300 300 300 400 400 200 300 300 300 400 400 200 300 300 300 400 400 200 Evenwicht tót evenwicht: passief H2O naar interstitiele vloeistof Echter: dalend deel impermeabel voor ionen stijgend deel impermeabel voor H2O evenwicht: verschil links rechts

Het filtraat STROOMT !! Begin 300 Beginsituatie: overal 300 300 200 400 400 200 300 200 400 400 200 400 200 400 400 200 400 400 400 400 200 Actief NaCl uit dikke stijgende deel tubulus Actief NaCl uit dikke stijgende deel tubulus Het filtraat STROOMT !!

Countercurrent multiplier system Begin 300 Begin 300 350 350 150 300 200 300 1200 osmotische gradient 350 350 150 300 200 500 500 300 400 200 500 500 300 400 400 Actief NaCl uit dikke stijgende deel tubulus Actief NaCl uit dikke stijgende deel tubulus Het filtraat STROOMT !! Countercurrent multiplier system

Osmoregulatie en excretie Fig. 44-16-3 Osmoregulatie en excretie Wat gebeurt er als je zeewater drinkt? Key Active transport Passive INNER MEDULLA OUTER CORTEX H2O 300 400 600 900 1,200 Osmolarity of interstitial fluid (mOsm/L) 100 NaCl 200 700 Urea Wat gebeurt er als je zeewater drinkt?

Regulatie 1 ADH Combinatie regulatie zenuw- & hormoonstelsel Regulatie: ADH, RAAS, ANP ADH Regulatie 1 Combinatie regulatie zenuw- & hormoonstelsel ADH = antidiuretisch hormoon door hypothalamus geproduceerd door neurohypofyse opgeslagen en afgegeven hypothalamus: osmoreceptoren homeostase: osmotische waarde: 300 mOsm/l osmotische waarde bloed ADH afgifte water reabsorptie gekoppeld in een feedback- loop die bijdraagt aan homeostase

Regulatie 1 ADH zout eten zweten (verlies water) osm > 300 Regulatie: ADH, RAAS, ANP ADH Regulatie 1 zout eten zweten (verlies water) osm > 300 ADH in bloedstroom dorst distale tubuli verzamelbuizen permeabiliteit epitheel ↑ volume urine ↓ osmolariteit bloed ↓ ADH water drinken osmolariteit bloed ↓ diurese = toegenomen “plassen” anti-diuretisch hormoon: urinevolume ↓

ADH Dorst Hypothalamus ADH Hypofyse STIMULUS: toename Osmoreceptoren hypothalamus trigger ADH afgifte. Dorst Hypothalamus ADH Hypofyse STIMULUS: toename osmolariteit bloed Homeostase: Bloed osmolariteit (300 mOsm/L)

H2O reabsorptie voorkomt verdere toename in ADH Osmoreceptoren hypothalamus trigger ADH afgifte. Dorst Hypothalamus Drinken verlaagt bloed osmolariteit tot set point. ADH Hypofyse Toegenomen permeabiliteit Distale tubulus H2O reabsorptie voorkomt verdere toename in Omolariteit STIMULUS: toename osmolariteit bloed Verzamelbuis Homeostase: Bloed osmolariteit (300 mOsm/L)

Regulatie 2 RAAS RAAS Renine Angiotensine Aldosterone Systeem JGA Regulatie: ADH, RAAS, ANP RAAS Regulatie 2 RAAS Renine Angiotensine Aldosterone Systeem JGA Juxtaglomerular apparaat in de buurt van de afferente arteriole die aftakt naar glomerulus bloeddruk bloedvolume in afferente arteriole ↓ JGA: renine ↑ lever: aantal reacties: Angiotensine II ↑ bijnier: aldosteron ↑ dichtknijpen arteriolen bloedtoevoer capillairen ↓ ↓ distale tubuli: reabsorptie Na+ ↑ reabsorptie water ↑ Bloedvolume en bloeddruk ↑ ↑

RAAS Fig. 44-21-1 Distale tubulus Renine Juxtaglomerular apparaat (JGA) STIMULUS: Laag bloed volume or bloeddruk Homeostasis: Blood pressure, volume

RAAS Fig. 44-21-2 Liver Distale tubulus Renine Angiotensin I Angiotensinogen Renine Angiotensin I Juxtaglomerular apparaat (JGA) ACE Angiotensin II STIMULUS: Laag bloed volume or bloeddruk Homeostasis: Blood pressure, volume

RAAS Fig. 44-21-3 Liver Distale tubulus Renine Angiotensin I Angiotensinogen Renine Angiotensin I Juxtaglomerular apparaat (JGA) ACE Angiotensin II STIMULUS: Laag bloed volume or bloeddruk Bijnier Aldosteron Toename Na+ and H2O reab- sorptie in distale tubuli Arteriole constrictie Homeostasis: Blood pressure, volume

! Osmoregulatie en excretie ADH en RAAS ADH en RAAS “partners in homeostase” beiden waterabsorptie ↑ echter ! ADH reactie op verandering osmolariteit bloed RAAS reactie op afname bloedvolume en bloeddruk ANP (atrial natriuretic peptide) tegenhanger van RAAS toename bloedvolume en bloeddruk wanden atrium geven ANP af: renine van JGA ↓ NaCl reabsorptie ↓ aldosteron release ↓ Bloedvolume en bloeddruk ↓ ↓

Practicum vorige week ? welke bloedvaten zorgen voor de regulatie van het transport? Voeding bloedvaten: via capillairen in het bind- en spierweefsel dat om de vaten ligt!