Üriner Sistem (Boşaltım)

Boşaltım ve azotlu atıklar

Hücrelerde sürekli gerçekleşen metabolik tepkimeler, işe yaramayan ya da birikirse zarar veren ürünler oluşturur. Bu ürünlerin vücuttan uzaklaştırılmasına boşaltım denir. Karbon dioksit ve suyun bir kısmı akciğerlerden, suyun ve tuzların bir kısmı terle deriden atılır. Karaciğer yıkılan alyuvarlardan kalan bilirubini safrayla bağırsağa verir. Ancak vücut sıvılarının bileşimini en ince ayrıntısına kadar ayarlayan ve azotlu atıkların asıl atıldığı organlar böbreklerdir.

Karbonhidratlar ve yağlar yıkıldığında yalnızca karbon dioksit ve su oluşur. Proteinlerin yapı taşı olan amino asitlerde ve nükleik asitlerde ise azot bulunur. Amino asitler enerji elde etmek için kullanılacağı ya da başka maddelere dönüştürüleceği zaman yapılarındaki amino grubu ayrılır ve amonyak (\(\text{NH}_3\)) oluşur. Amonyak çok zehirlidir ve vücutta birikmesine izin verilmez. Canlılar onu ya doğrudan atar ya da daha az zehirli bir maddeye dönüştürür.

• Amonyak: En zehirli azotlu atıktır. Suda çok iyi çözünür, bu yüzden bol suyla seyreltilerek hemen atılmalıdır. Başka bir maddeye dönüştürülmediği için ek enerji harcanmaz. Suda yaşayan omurgasızlar, kemikli balıklar ve iki yaşamlıların suda yaşayan larvaları (iribaş) amonyak atar; amonyak bu canlılarda vücut yüzeyinden ya da solungaçlardan suya geçer.
• Üre: Amonyaktan çok daha az zehirlidir, suda iyi çözünür. Karaciğerde amonyak ile karbon dioksitin birleştirildiği ve ATP harcanan bir tepkime dizisiyle, üre döngüsüyle (ornitin döngüsü) üretilir, kanla böbreklere taşınır. Memeliler, ergin iki yaşamlılar ve köpek balıkları gibi kıkırdaklı balıklar azotlu atığını çoğunlukla üre olarak atar.
• Ürik asit: En az zehirli azotlu atıktır. Suda çok az çözündüğü için neredeyse katı bir macun hâlinde, çok az su kaybedilerek atılır. Yapımı ise en çok enerjiyi gerektirir. Kuşlar, sürüngenlerin çoğu (kertenkele, yılan), böcekler ve kara salyangozları ürik asit atar.

Atık tipi ile yaşam ortamı arasındaki ilişki

Bir canlının hangi azotlu atığı ürettiği, yaşadığı ortamda ne kadar su bulabildiğiyle ve embriyosunun nerede geliştiğiyle ilişkilidir. Bol su içinde yaşayan bir balık amonyağı çevresindeki suya kolayca verir; zehirli maddeyi seyreltecek su bitmez. Karada yaşayan bir memeli ise suyunu korumak zorundadır; üreyi derişik bir idrarla atar, bunun bedeli de üre yapımında harcanan enerjidir.

Kabuklu yumurta içinde gelişen kuş ve sürüngen embriyoları dışarıya atık veremez. Amonyak ya da üre yumurtanın içinde birikseydi embriyoyu zehirlerdi. Ürik asit ise suda çözünmediği için zehirsiz bir katı olarak embriyonik zarlardan birinin içinde depolanır ve su kaybettirmez. Memeli embriyosu ise ürettiği üreyi plasenta aracılığıyla annenin kanına verir.

Aynı canlıda yaşam evresine göre atık tipi değişebilir. Kurbağanın suda yaşayan larvası amonyak atarken, karaya çıkan ergin kurbağa çoğunlukla üre atar. İnsan da yalnızca üre üretmez: idrarında üre en bol azotlu atıktır, ama nükleik asitlerin yıkımından ürik asit, kaslardaki kreatin fosfatın yıkımından kreatinin ve tübül hücrelerinde oluşan az miktarda amonyak da bulunur. Kanda ürik asit fazlalaşınca eklemlerde kristalleşerek ağrılı gut hastalığına yol açabilir.

Üriner sistemin organları

İnsanda üriner sistem iki böbrek, iki üreter, bir idrar kesesi ve üretradan oluşur.

• Böbrekler fasulye biçimli, yaklaşık bir yumruk büyüklüğünde organlardır. Karın boşluğunun arka duvarında, bel bölgesinde omurganın iki yanında bulunurlar. Karaciğer sağ tarafta yer kapladığı için sağ böbrek soldakinden biraz aşağıdadır. Her böbreğin üstünde bir böbrek üstü bezi oturur.
• Böbreklere kan, aorttan ayrılan böbrek atardamarıyla gelir ve böbrek toplardamarıyla alt ana toplardamara döner. Kalbin pompaladığı kanın yaklaşık beşte biri böbreklere gider; böbrekler vücut ağırlığına oranla çok kan alan organlardır.
• Üreterler, böbrekte oluşan idrarı idrar kesesine taşıyan ince borulardır. Duvarlarındaki düz kasların dalga biçimindeki kasılmalarıyla (peristaltizm) idrar kişi yatarken bile keseye ilerler.
• İdrar kesesi duvarı düz kaslardan yapılmış, esnek bir depodur. İdrar burada birikir ve belli aralıklarla boşaltılır.
• Üretra, idrarı idrar kesesinden dışarı atan kanaldır. Erkekte daha uzundur ve hem idrarın hem spermin geçtiği ortak yoldur; kadında yalnızca idrar yolu olarak görev yapar.

Böbreğin yapısı

Böbrek boyuna kesildiğinde üç bölge görülür. En dışta, sert bir zarın altında kabuk (korteks) bulunur. Onun içinde, uçları böbreğin iç kenarına bakan koni biçimli piramitlerden oluşan öz (medulla) yer alır. Piramitlerin uçlarından süzülen idrar huni biçimli böbrek havuzunda toplanır ve buradan üretere geçer. Böbrek atardamarı, toplardamarı ve üreter böbreğe iç kenarındaki çukur bölgeden girer ya da çıkar.

Böbreğin yapı ve görev birimi nefrondur. Her böbrekte yaklaşık bir milyon nefron bulunur. Bir nefron şu bölümlerden oluşur:

• Bowman kapsülü: Nefronun kabuktaki, çift katlı kap biçimindeki başlangıç kısmıdır. İçinde bir kılcal damar yumağı olan glomerulus bulunur. Bowman kapsülü ile glomerulus birlikte böbrek cisimciğini (Malpighi cisimciği) oluşturur.
• Proksimal tübül: Kapsülden sonra gelen kıvrımlı borudur. Hücrelerinin tübül boşluğuna bakan yüzeyinde çok sayıda mikrovillus, içinde bol mitokondri bulunur. Mikrovilluslar emme yüzeyini genişletir, mitokondriler aktif taşıma için gereken ATP'yi sağlar.
• Henle kulpu: Öze inen ve U biçiminde dönerek kabuğa geri çıkan kısımdır. İnen kol suya geçirgendir; çıkan kol suya geçirgen değildir ama \(\text{Na}^{+}\) ve \(\text{Cl}^{-}\) iyonlarını dışarı taşır.
• Distal tübül: Kabukta yer alan ikinci kıvrımlı borudur.
• Toplama kanalı: Birçok nefronun distal tübülü aynı toplama kanalına açılır. Toplama kanalları kabuktan özün içinden geçerek böbrek havuzuna ulaşır.

Nefronun kanla ilişkisi

Böbrek atardamarı böbrekte dallanarak her nefrona bir getirici atardamarcık gönderir. Getirici atardamarcık glomerulus kılcallarına ayrılır. Glomerulustan çıkan kan, bir toplardamara değil, ikinci bir atardamarcığa, götürücü atardamarcığa geçer. Götürücü atardamarcık yeniden kılcallara ayrılarak tübüllerin çevresini saran tübül çevresi kılcalları oluşturur. Bu kılcallardan toplanan kan böbrek toplardamarıyla böbreği terk eder.

Bu düzenin iki önemli sonucu vardır. Getirici atardamarcığın çapı götürücü atardamarcığınkinden büyüktür. Geniş bir damardan giren kanın çıkışı dar bir damarla sınırlandığı için glomerulus kılcallarında kan basıncı yüksek kalır; süzülmeyi sağlayan bu basınçtır. Ayrıca glomerulusta dokulara oksijen verilmediği için götürücü atardamarcıktaki kan hâlâ oksijence zengindir. Oksijen ve besin alışverişi tübül çevresi kılcallarda gerçekleşir.

İdrar oluşumu: süzülme

İdrar üç basamakta oluşur: süzülme, geri emilim ve salgılama.

Süzülme, glomerulus kılcallarındaki kan basıncının etkisiyle kan plazmasının bir kısmının kılcal duvarından ve kapsülün iç katından geçerek Bowman kapsülünün boşluğuna itilmesidir. Böbreklerin harcadığı ATP'ye değil kalbin oluşturduğu kan basıncına dayanan pasif bir olaydır. Kapsüle geçen sıvıya süzüntü (glomerulus süzüntüsü) denir.

Glomerulus zarı bir elek gibi davranır. Su ve suda çözünmüş küçük moleküller (glikoz, amino asitler, vitaminler, \(\text{Na}^{+}\), \(\text{K}^{+}\), \(\text{Cl}^{-}\) gibi iyonlar, üre, ürik asit, kreatinin) serbestçe geçer. Kan hücreleri ve kan proteinleri gibi büyük yapılar geçemez. Bu yüzden süzüntünün bileşimi, proteinleri çıkarılmış kan plazmasına benzer: süzülen küçük moleküllerin süzüntüdeki derişimi plazmadakine eşittir.

İki böbrek günde yaklaşık 180 litre süzüntü oluşturur. Kan plazmasının hacmi yaklaşık 3 litre olduğuna göre plazmanın tamamı günde yaklaşık 60 kez süzülür. Oysa günlük idrar ancak 1 ila 2 litredir. Süzüntünün yüzde 99'dan fazlası, içindeki değerli maddelerle birlikte kana geri döndürülür.

Geri emilim

Geri emilim, süzüntüdeki yararlı maddelerin tübül hücreleri tarafından alınıp tübül çevresi kılcallara, yani kana geri verilmesidir. Geri emilimin büyük kısmı proksimal tübülde gerçekleşir.

• Glikoz ve amino asitler: Normalde tamamına yakını proksimal tübülde aktif taşımayla geri emilir. Bu yüzden sağlıklı bir insanın idrarında glikoz ve amino asit bulunmaz.
• \(\text{Na}^{+}\): Süzülen miktarın yaklaşık üçte ikisi proksimal tübülde, geri kalanın büyük bölümü Henle kulpunun çıkan kolunda, distal tübülde ve toplama kanalında aktif taşımayla geri emilir. \(\text{Cl}^{-}\) iyonları çoğunlukla \(\text{Na}^{+}\) iyonlarını izler.
• Su: Tuzlar ve besin molekülleri geri emildikçe tübül çevresindeki sıvının yoğunluğu artar ve su osmozla geri emilir. Proksimal tübülde su da yaklaşık üçte iki oranında geri emilir; suyun geri kalanı Henle kulpunun inen kolunda, distal tübülde ve toplama kanalında emilir. Distal tübülün ve toplama kanalının suya geçirgenliği ADH hormonuyla ayarlanır.
• Üre: Küçük bir molekül olduğu için difüzyonla kısmen geri emilir. Süzülen ürenin yaklaşık yarısı kana döner, kalanı idrarla atılır.

Henle kulpunun düzeni, böbreğin derişik idrar yapabilmesinin anahtarıdır. Çıkan kol suyu geçirmeden tuzları dışarı taşıdığı için böbrek özündeki doku sıvısının tuz derişimi kabuğa göre çok yüksektir. Toplama kanalı bu tuzlu özün içinden geçer. ADH varken toplama kanalının duvarı suya geçirgen olur ve su, osmozla derişik öze çekilir; idrar az ve koyu olur.

Salgılama ve pH düzenlenmesi

Salgılama (tübüler salgılama), süzülmeyle tübüle yeterince geçmemiş bazı maddelerin tübül çevresi kılcallardan alınıp tübül hücreleri tarafından tübül sıvısına verilmesidir. Yönü geri emilimin tersidir ve çoğunlukla aktif taşımayla gerçekleşir. Salgılanan başlıca maddeler \(\text{H}^{+}\) ve \(\text{K}^{+}\) iyonları, amonyak, bazı ilaçlar (ör. penisilin) ve zehirli maddelerdir. Salgılama sayesinde kanda istenmeyen bir madde, yalnızca süzülmeye bırakılsaydı olacağından çok daha hızlı temizlenir.

Böbrekler kanın pH'sinin ayarlanmasında da görev alır. Kan asitleştiğinde tübüllere daha çok \(\text{H}^{+}\) salgılanır ve süzüntüdeki bikarbonat (\(\text{HCO}_3^{-}\)) iyonları kana geri kazandırılır; idrar asitleşir, kanın pH'si normale döner. Kan bazikleştiğinde bunun tersi olur. Bu yüzden idrarın pH'si beslenmeye göre değişir, çoğu zaman hafif asidiktir.

Plazma, süzüntü ve idrarın karşılaştırılması

Aşağıdaki tabloda sağlıklı bir yetişkin için kurulmuş bir modelin değerleri verilmiştir. Modelde günde 180 L süzüntü ve 1,5 L idrar oluşur.

Tablo üç adımda okunur:

1. Plazmada olup süzüntüde olmayan madde süzülmeyen maddedir: kan proteinleri. İdrarda protein görülmesi glomerulusun hasar gördüğünü düşündürür.
2. Süzüntüde olup idrarda olmayan madde tamamen geri emilir: glikoz ve amino asitler.
3. İdrarda plazmadakinden derişik olan maddelerde dikkatli olmak gerekir. Suyun yüzde 99'dan fazlası geri emildiği için hiç geri emilmeyen bir madde idrarda 120 kat derişir (\(180 / 1{,}5 = 120\)). Ürenin derişimi 60 kat artmıştır, ama günlük miktarları karşılaştırınca süzülen 54 g üreden yalnızca 27 g'ının atıldığı, yani yarısının geri emildiği görülür. Derişim artışı tek başına salgılamanın kanıtı değildir; salgılama ancak atılan miktar süzülen miktardan fazlaysa kesin olarak söylenebilir.

Nefron boyunca miktar ve derişim değişimi

Süzüntü nefron boyunca ilerlerken içindeki maddelerin miktarı ve derişimi bölüm bölüm değişir. Aşağıdaki iki grafik aynı modelden çizilmiştir.

Grafikleri okurken şu ilişkileri aklında tut:

• Glikoz proksimal tübülün sonunda sıfıra iner; derişimi de miktarı da sıfırdır.
• Su ve sodyum proksimal tübülde aynı oranda geri emilir, bu yüzden sodyum derişimi proksimal tübül boyunca plazmadakine eşit kalır.
• Henle kulpunun inen kolunda yalnızca su çıktığı için tübüldeki madde derişimleri artar; çıkan kolda yalnızca tuz çıktığı için sodyum derişimi düşer ve distal tübüle seyreltik bir sıvı ulaşır.
• Üre derişimi nefron boyunca hiç azalmayan maddedir: yarısı geri emilir ama su çok daha büyük oranda geri emildiği için derişimi su çekilen her bölümde artar ve idrarda en yüksek değerine ulaşır.
• Distal tübül ve toplama kanalında ADH suyun, aldosteron sodyumun geri emilimini artırarak idrarın son bileşimini belirler.

Böbreklerin homeostaziye katkısı

Böbrekler yalnızca atık atmaz; vücut sıvılarının hacmini, tuz derişimini, kan basıncını ve pH'sini sabit tutar. Endokrin sistem konusunda ADH ve aldosteronun nerede üretildiğini gördün; burada bu hormonların böbrekte ne yaptığına bakıyoruz.

ADH ve su dengesi: Terleme, ishal ya da az su içme nedeniyle kanın ozmotik basıncı yükselince hipotalamustaki almaçlar uyarılır ve hipofiz arka lobundan kana daha çok ADH verilir. ADH, distal tübül ve toplama kanalının duvarını suya daha geçirgen yapar; su osmozla tuzlu öze çekilerek kana döner. Sonuçta idrar az ve derişik olur, kanın ozmotik basıncı normale iner. Çok su içildiğinde ADH salgısı azalır, bu bölümler suyu geçirmez ve bol, seyreltik idrar atılır. Alkol ADH salgısını baskıladığı için alkollü içecekler idrar miktarını artırır ve vücudu susuz bırakabilir.

Aldosteron ve tuz dengesi: Kan hacmi ve kan basıncı düştüğünde ya da kanda \(\text{Na}^{+}\) azalıp \(\text{K}^{+}\) arttığında böbrek üstü bezinin kabuğu aldosteron salgılar. Aldosteron distal tübül ve toplama kanalında \(\text{Na}^{+}\) geri emilimini ve \(\text{K}^{+}\) salgılanmasını artırır. Geri emilen \(\text{Na}^{+}\) iyonlarını osmozla su izler; kan hacmi ve kan basıncı yükselir, idrarla atılan \(\text{Na}^{+}\) azalır, \(\text{K}^{+}\) artar.

Kan basıncı: Glomerulusta süzülmeyi sağlayan şey kan basıncı olduğu için basınç çok düşerse (ör. büyük kan kaybında) süzülme ve idrar oluşumu azalır. Böbrekler buna kendileri de yanıt verir: kan basıncı düşünce böbrekler renin adlı bir enzim salgılar. Reninin başlattığı tepkime dizisi damarları daraltır ve aldosteron salgısını artırır; tuz ve su tutulur, kan basıncı yükselir. Böbrekler ayrıca kandaki oksijen azalınca kemik iliğinde alyuvar yapımını uyaran eritropoietin hormonunu salgılar.

İdrar kesesinin boşaltılması

Üreterlerle gelen idrar idrar kesesinde birikir. Kesenin çıkışında iki büzgen kas bulunur: düz kastan yapılmış iç büzgen istemsiz, çizgili kastan yapılmış dış büzgen ise istemli olarak denetlenir. Kesede birkaç yüz mililitre idrar biriktiğinde kese duvarındaki gerilme almaçları uyarılır ve uyarılar omuriliğe iletilir. Omurilik, kese duvarındaki düz kasları kasıp iç büzgeni gevşeten bir refleks başlatır. Bebeklerde bu refleks tek başına çalışır ve kese dolunca kendiliğinden boşalır. Çocuk büyüdükçe beyin bu refleksi denetlemeyi öğrenir; uygun bir yer bulunana kadar dış büzgen kasılı tutulur. Yetişkinde idrar yapma isteği hissedilir ama idrar yapma zamanı istemli olarak seçilir.

Böbrek sağlığı

Böbrek taşı, idrardaki bazı maddelerin (çoğunlukla kalsiyum tuzlarının, bazen ürik asidin) çökerek kristal yığınları oluşturmasıdır. Az su içmek idrarı derişik hâle getirdiği için taş oluşumunu kolaylaştırır. Taş üretere ilerlediğinde şiddetli bir ağrıya yol açabilir. Küçük taşlar bol sıvıyla kendiliğinden düşebilir; büyük taşlar vücut dışından uygulanan şok dalgalarıyla kırılabilir ya da ameliyatla çıkarılır.

Böbrek yetmezliği, böbreklerin kanı yeterince temizleyememesidir. Kanda üre ve kreatinin gibi atıklar birikir, su ve tuz dengesi bozulur, kanda \(\text{K}^{+}\) yükselir ve kanın pH'si düşer. Uzun süreli böbrek yetmezliğinin en sık nedenleri kontrol altına alınmamış şeker hastalığı ve yüksek tansiyondur. Eritropoietin azaldığı için kansızlık da görülebilir.

Böbrekleri çalışmayan hastaların kanı diyalizle temizlenir. Hemodiyalizde hastanın kanı bir makinede yarı geçirgen zardan yapılmış ince tüplerin içinden geçirilir. Zarın diğer yüzünde diyaliz sıvısı akar. Diyaliz sıvısında üre yoktur, bu yüzden üre kandan sıvıya difüzyonla geçer. Glikoz ve gerekli iyonlar ise sağlıklı kandaki derişimde tutulur ki hastanın kanından gereksiz yere kaybedilmesin. Kan hücreleri ve kan proteinleri zardan geçemez. Hastalar genellikle haftada birkaç kez, her seferinde saatlerce diyalize girer. Kalıcı çözüm böbrek naklidir: canlı bir vericiden ya da beyin ölümü gerçekleşmiş bir vericiden alınan böbrek hastaya takılır. Sağlıklı bir insan tek böbrekle yaşayabildiği için canlı verici olabilir. Hasta, bağışıklık sisteminin yeni böbreği reddetmemesi için doku uyumu araştırılarak seçilen böbreği alır ve bağışıklığı baskılayan ilaçları kullanır.