Развитие почки в онтогенезе человека

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

ТЮМЕНСКАЯ ОБЛАСТЬ

ХАНТЫ-МАНСИЙСКИЙ АВТОНОМНЫЙ ОКРУГ-ЮГРА

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ХМАО

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ХАНТЫ-МАНСИЙСКОГО ОКРУГА»

«Утверждаю»_______________

Зав. кафедрой _______________

«____»________________ 200 г.

Методическая разработка

Практического (лабораторного) занятия № 19 для студентов I-курса.

Тема занятия: «Эволюция выделительной системы».

Методическую разработку подготовил

Методическая разработка обсуждена и утверждена

На кафедральном совещании №___

«_____»_____________________200 г.

Сургут, 200 г.

Продолжительность изучения темы: «Эволюция выделительной системы» составляет три часа; из них занятие три часа, самостоятельная работа 1 ч.20 минут.

Место проведения занятия 533 аудитория

Цель занятия:

Цель: Изучить основные этапы эволюции выделительной сис­темы у беспозвоночных и позвоночных животных, выделить основные эволюционные преобразования выделительной сис­темы у позвоночных животных. На основе сравнения развития выделительной системы в процессах фило- и онтогенеза позвоночных уметь обосновать возможность формирования филоге­нетически обусловленных врожденных пороков выделительной и половой систем у человека.

Содержание занятия:

Хронокарта занятия:

№	Название этапа	Время (мин)
1.	Проверка присутствующих	1-2
2.	Вступительное слово	10-11
3.	Контроль исходных знаний а) программ. контроль ( вводный ) б) фронтальный опрос	3-5 10-15
4.	Самостоятельная работа студентов	70-80
5.	Контроль конечных знаний а) программ. контроль ( итоговый )	5-7
6.	Подведение итогов, просмотр тетрадей	10-12

Итого: 120 минут

( 3-х часовое занятие)

1.Проверка присутствующих.

2.Вступительное слово преподавателя.

Преподаватель называет тему занятия (можно спросить студента), его цели, значение и обоснование темы. Преподаватель знакомит студентов с организацией и правилами ведения учебных тетрадей.

3.Выявление исходного уровня знаний студентов.

3.1.Вводный программированный контроль (выполняется дома). На занятии проверяется правильность ответов.

3.2.Фронтальный опрос.

Вопросы для самоподготовки

1. Какова роль выделительной системы в поддержании гомеостаза?

2. Каковы основные этапы развития выделительной системы у позвоночных?

3. Каковы основные эволюционные преобразования в выде­лительной системе позвоночных животных?

4. Как осуществляется связь с кровеносной системой у предпочки, первичной и вторичной почек?

5. Каковы прогрессивные черты в строении и функции нефрона первичной почки по сравнению с нефроном предпочки?

6. Каковы прогрессивные черты в строении и функции нефро; на вторичной почки по сравнению с нефроном первичной почки?

7. Какие признаки выделительной системы у разных классов позвоночных можно считать приспособительными?

8. Чем объяснить замещение (субституцию) предпочки более прогрессивными первичной, а затем вторичной почками?

9. В чем выражается связь выделительной системы с половой у позвоночных животных?

10. Какую функцию выполняет парамезонефральный проток (мюллеров канал) у самцов и самок анамний?

11. Какую функцию выполняет мезонефральный проток и па­рамезонефральный проток (вольфов и мюллеров каналы) у самцов и самок амниот?

12. Как объяснить развитие некоторых врожденных аномалий выделительной и половой систем?

Термины:

Выделительная система возникла у животных в связи с не­обходимостью поддержания постоянства внутренней среды пу­тем выведения из организма продуктов диссимиляции. У одно­клеточных животных и губок функцию выделения и осморегуляции выполняют сократительные вакуоли. У кишечнополост­ных специальных органов выделения не выявлено. У более вы­сокоорганизованных беспозвоночных животных в связи с ус­ложнением внутреннего строения и формирования плотных наружных покровов формируются сложные и разнообразные органы выделения. Несмотря на различия в их строении, прин­цип выделения продуктов диссимиляции у всех беспозвоноч­ных сходен и осуществляется благодаря двум основным про­цессам; ультрафильтрации и активному транспорту веществ. При ультрафильтрации жидкости через полупроницаемую мембрану органов выделения не проходят белки и другие круп­ные молекулы. Активный транспорт происходит в двух проти­воположных направлениях: с помощью секреции продукты диссимиляции переносятся из внутренней среды животного в просвет экскреторного органа, а при реабсорбции в обратном направлении происходит транспорт глюкозы, аминокислот, воды, анионов и катионов.

У позвоночных животных структурно-функциональной еди­ницей почек является нефрон, в котором происходят процессы фильтрации, реабсорбции и секреции. Такой способ выделения продуктов диссимиляции оказался наиболее выгодным, так как в результате ультрафильтрации любые чужеродные и большая часть токсичных веществ выводятся из организма. Последнее дает возможность животным расширять и изменять свою среду обитания и источники питания без создания специального ме­ханизма для выведения каждого нового, возможно токсичного, вещества, поступающего в организм.

Задание для студентов

Работа 1.Функции выделительной системы.

Запишите в рабочую тетрадь функции выделительной сис­темы:

1 - экскреторная - удаление продуктов диссимиляции и токсичных веществ;

2 - поддержание водно-солевого гомеостаза;

3 - поддержание кислотно-основного равновесия, уровня глюкозы, ионного состава;

4 - выведение половых продуктов (гамет);

5 - участие в регуляции кровяного давления.

Работа 2.Сравнительная характеристика выделительной системы беспозвоночных

Изучите данные табл. 1 и рис. 1.

Работа 3.Эволюционные преобразования в выделительной системе позвоночных животных.

Изучите основные направления эволюционных преобразо­ваний и запишите в рабочую тетрадь.

1. Субституция - замещение предпочки первичной, а у выс­ших позвоночных - вторичной почкой.

2. Полимеризация однородных структур - увеличение ко­личества нефронов от 6-12 в предпочке до нескольких сотен в первичной и до одного миллиона и более во вторичной почке.

3. Усиление главной функции почек проявляется в значи­тельном возрастании уровня клубочковой фильтрации и канальцевой реабсорбции.

Таблица 1

Тип беспозво­ночных	Тип выделительной системы	Основные структуры
Подцарство Простейшие: тип Простейшие   тип Плоские черви   тип Круглые черви   тип Кольчатые черви   тип Членистоногие	Протонефридиальный   Видоизмененные протонефридии Метанефридиальный   Видоизмененные метанефридии и мальпигиевы сосуды	Сократительные вакуоли Система канальцев со звездчатыми клетками или соленоцитами   Гигантская экскреторная клетка Нефростом с коротким каналом   Целомический мешочек, извитой каналец, мочевой пузырь; многочисленные слепо замкнутые выросты кишечника на границе среднего и заднего отделов кишечника

Рис. 1. Выделительные системы беспозвоночных.

а - протонефридии плоских червей: 1 - терминальная клетка (А - ядро, Б - отростки клетки, В - «мерцательное пламя»), 2 - главный выделительный ка­нал. 3 - выделительная пора; б - метанефридии кольчатых червей: 1 - целом. 2 - нефростом, 3 - метанефридиальный канал, 4 - выделительная пора; в - выделительная система насекомых: 1 - мальпигиевы сосуды, 2- передняя кишка, 3 - средняя кишка. 4 - задняя кишка.

Это достигается рядом преобразований:

а) увеличением количества нефронов;

б) формированием почечного тельца и редукцией воронки, что приводит к установлению непосредственного контакта вы­делительных канальцев с кровеносной системой и к утрате свя­зи с целомом;

в) увеличением размеров почечных телец и усилением по­чечного кровотока;

г) удлинением и дифференцировкой извитых канальцев, об­разованием петли нефрона.

4. Разделение функций. Формирование яйцевода из парамезонефрального канала и семяпровода из мезонефрального ка­нала.

Работа 4.Сравнительная характеристика нефронов в ряду позвоночных.

Изучите строение нефронов головной (предпочки), туло­вищной (первичной) и тазовой (вторичной) почек и зарисуйте их в рабочую тетрадь (рис. 2).

Перепишите в рабочую тетрадь табл. 2.

Рис. 2. Эволюция нефрона позвоночных животных.

а - нефрон предпочки; б - нефрон первичной почки; в - нефрон вторичной почки. 1 - нефрон; 2 - нефростом; 3 - наружный клубочек капилляров; 4 - короткий почечный каналец; 5 - собирательная трубочка; 6 - внутренний губочек капилляров в почечном тельце; 7 - капсула почечного тельца; 8 - почечное тельце; 9 - длинный извитой каналец первичной почки; 10 - проксимальный извитой каналец: 11 - петля нефрона; 12 - дистальный извитой каналец; 13 - приносящая артериола; 14 - выносящая артериола.

Таблица 2. Структура и функция нефрона тазовой почки млекопитающих

Структурные компоненты нефрона

Функция отделов нефрона

Почечное тельце, состоящее из боуменовой капсулы и клубочка капилляров.   Проксимальный извитой каналец.   Петля нефрона.   Дистальный извитой каналец.

Ультрафильтрация из клубочка капилляров в полость боуменовой капсулы глюкозы, амино­кислот, витаминов, некоторых гормонов, моче­вины, мочевой кислоты, креатинина и воды, белков с молекулярной массой менее 68 000 Да. Избирательная реабсорбция в кровоток из пер­вичного фильтрата наибольшего количества его компонентов: глюкозы, витаминов, гормонов, аминокислот, 85 %хлористого натрия, воды и 1/3мочевины. Секреция мочевой и щавелевой кислот, лекарственных препаратов (антибиоти­ков, сульфаниламидов, мочегонных и др.) и токсичных веществ. Реабсорбция в кровь воды, ионов натрия и хло­ра. В результате этого процесса моча по отно­шению к плазме крови становится гипертони­ческим раствором. Тонкая регуляция реабсорбции ионов натрия, хлора, кальция под действием гормонов (альдостерона, антидиуретического гормона гипофиза и др.) и секреция токсичных веществ, избытков ионов: калин, водорода и NH4+.

Таблица 3

Классы и отряды позвоночных	Среда обитания	Главный конечный про­дукт белкового обмена
Класс Костные рыбы: отряд Костистые   Класс Амфибии: личинки взрослые   Класс Рептилии: отряд Крокодилы   отряд Черепахи   отряд Чешуйчатые (ящерицы, змеи)   Класс Млекопитающие	Водная     Водная Полуводная     Полуводная   Наземная   Наземная     Наземная, вторично-полуводная, водная	Аммиак, некоторое количество мочевины   Аммиак Мочевина     Аммиак, некоторое количество мочевой кислоты Мочевина и мочевая кислота   Мочевая кислота     Мочевина

Работа 5.Эволюция конечных продуктов обмена у позво­ночных животных.

Форма выведения белкового азота - в виде аммиака, моче­вины или мочевой кислоты - тесно связана с условиями жизни животного и наличием воды.

Изучите и перепишите в рабочую тетрадь табл. 3.

Работа 6.Связь выделительной системы с половой у позво­ночных животных.

Проследите преобразование почечных каналов в различные структуры мочеполовой системы у анамний и амниот (рис. 3) Заполните табл. 4 в рабочей тетради.

Рис. 3. Эволюция почки и мочеполовых каналов у позвоночных.

а, б - самец и самка рыб и амфибий; в, г - самка и самец плацентарных мле­копитающих: 1 - предпочка, 2 - семенник, 3 - семявыносящий проток, 4 - первичная почка, 5 - канал первичной почки, 6 - задняя кишка, 7 - мочевой пузырь, 8 - клоака, 9 - воронка яйцевода, 10 - яичник, 11 - парамезонефральный проток, 12 - придаток семенника, 13 - семяпровод, 14 - вторичная почка, 15 - вторичный мочеточник, 16 - яйцевод, 17 - матка, 18 - зародыш в матке, 19 - влагалище, 20 - предстательная железа, 21 - семенной пузырек, 22 - рудимент парамезонефрального протока, 23 - анальное отверстие.

Таблица 4. Связь выделительной системы с половой в ряду позвоночных животных.

Позвоночные животные	Функции каналов
парамезонефральный проток (мюллеров канал)	мезонефральный проток (вольфов канал)
Анамнии: самка самец Амниоты: самка самец

Работа 7. Онто- и филогенетически обусловленные пороки развития выделительной и половой систем у человека.

Используя материал учебника, лекций, приложения 1, изу­чите указанные пороки развития мочеполовой системы у чело­века и перепишите их в рабочую тетрадь.

1. Аномалии количества почек:

а) аплазия - отсутствие одной почки;

б) удвоение почки.

2. Гипоплазия почки - уменьшение ее в размере.

3. Дистопия почек - изменение положения:

а) подвздошная;

б) тазовая.

4. Поликистоз почек.

5. Гартнеров канал - сохранение мезонефрального канала у женщин - источник кист и злокачественных перестроек. У 30 % девочек он облитерируется.

6. Различные аномалии развития матки и влагалища (двой­ная, седловидная, двурогая, разделенная, асимметричная мат­ка; двойное или разделенное перегородками влагалище).

7. Крипторхизм - неопущение яичек. Незаращение пахово­го канала - предрасположенность к грыжам.

8. Неразделение клоаки (в норме на 7-й неделе она делится на мочеполовой синус и прямую кишку) - различные свищи между прямой кишкой и мочеполовой системой (ректовезикальный свищ; ректовагинальный свищ).

Тестовые задания

1. Установите соответствие.

ТИПЫ ОРГАНИЗМОВ:

1. Простейшие.

2. Плоские черви.

3. Круглые черви.

ВЫДЕЛИТЕЛЬНЫЕ СТРУКТУРЫ:

а) протонефридии;

б) сократительные вакуоли;

в) метанефридии;

г) мальпигиевы сосуды;

д) гигантская экскреторная клетка.

2. Выберите несколько правильных ответов.

МЕТАНЕФРИДИАЛЬНАЯ ВЫДЕЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ХАРАКТЕРНА ДЛЯ ТИПОВ:

1. Плоские черви.

2. Круглые черви.

3. Кольчатые черви.

4. Членистоногие.

5. Моллюски.

3. Установите соответствие.

СПОСОБЫ ПРЕОБРАЗО­ВАНИЯ ПОЧЕК В ФИЛО­ГЕНЕЗЕ ПОЗВОНОЧНЫХ:

1. Усиление главной функ­ции.

2. Увеличение количества од­нородных структур.

3. Субституция.

СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕ­НИЯ:

а) утрата связи с целомом, установление связи с кро­веносной системой, дифференцировка извитых канальцев;

б) замена предпочки первич­ной, а затем вторичной почкой;

в) увеличение количества нефронов;

г) формирование яйцевода из парамезонефрального про­тока.

4.Выберите несколько правильных ответов.

ПОЧКА ПОЗВОНОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ - МУЛЬТИФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ОРГАН, ТАК КАК УЧАСТВУЕТ В ПРОЦЕССАХ:

1. Выделения продуктов диссимиляции.

2. Поддержания водно-солевого гомеостаза.

3. Регуляции кровяного давления.

4. Поддержания постоянной температуры тела.

5. Выделения продуктов пищеварения.

5. Выберите несколько правильных ответов.

ПРОГРЕССИВНЫЕ ПРИЗНАКИ ПЕРВИЧНОЙ ПОЧКИ ПО СРАВНЕНИЮ С ПРЕДПОЧКОЙ:

1. Формирование капсулы Шумлянского - Боумена.

2. Увеличение количества нефронов.

3. Установление прямой связи с кровеносной системой.

4. Образование петли нефрона.

5. Усиление реабсорбции.

6. Редукция нефростома.

6. Выберите несколько правильных ответов.

ПРОГРЕССИВНЫЕ ПРИЗНАКИ В СТРОЕНИИ ВТОРИЧ­НОЙ ПОЧКИ ПО СРАВНЕНИЮ С ПЕРВИЧНОЙ:

1. Редукция нефростома.

2. Уменьшение количества нефронов.

3. Увеличения количества нефронов.

4. Удлинение и дифференцировка почечного канальца.

5. Усиление осморегулирующей и экскреторной функций.

6. Увеличение размеров почечных телец.

7. Установите соответствие.

СТРУКТУРНЫЕ КОМПОНЕНТЫ НЕФРОНА ВТО­РИЧНОЙ ПОЧКИ:

1. Почечное тельце.

2. Проксимальный извитой каналец.

3. Петля нефрона.

ИХ ФУНКЦИИ:

а) избирательная реабсорбция в кровь воды ионов натрия и хлора;

б) ультрафильтрация из крови глюкозы, низкомолекулярных белков, мочевины и воды;

в) реабсорбция в кровь глюкозы, мочевины, аминокислот;

г) диффузия высокомолекуляр­ных белков и углеводов.

8.Выберите несколько правильных ответов.

У МЛЕКОПИТАЮЩИХ В ПОДДЕРЖАНИИ ВОДНО-СОЛЕВОГО ГОМЕОСТАЗА УЧАСТВУЮТ:

1. Почки.

2. Сальные железы.

3. Потовые железы.

4. Поджелудочная железа.

5. Гипофиз.

9. Выберите один правильный ответ.

У САМОК ПОЗВОНОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ ПАРАМЕЗОНЕФРАЛЬНЫЙ (МЮЛЛЕРОВ) ПРОТОК ВЫПОЛНЯЕТ ФУНКЦИЮ:

1. Мочеточника.

2. Семяпровода.

3. Яйцевода.

4. Редуцируется.

10. Выберите несколько правильных ответов.

МЕЗОНЕФРАЛЬНЫЙ (ВОЛЬФОВ) ПРОТОК ПОЗВО­НОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ ФУНКЦИОНИРУЕТ КАК МОЧЕ­ТОЧНИК У:

1. Самок анамний.

2. Самок амниот.

3. Самцов анамний.

4. Самцов амниот.

Основная литература

1. Биология / Под ред. В.Н. Ярыгина. - М.: Высшая школа, 2001. - Кн. 2. -С. 125-131.

2. Пехов А.П. Биология и общая генетика. - М.: Изд-во РУДН, 1993. - С. 378-380.

Дополнительная литература

1. Грин И., Стаут У, Тейлор Д. Биология. - М.: Мир, 1990.

2. Игнатова М.С., Вельтищев Ю.Е. Наследственные и врожденные нефропатии у детей. - Л.: Медицина, 1978.

3. Чебышев Н.В., Козарь М.В., Беречикидзе И.А. Филогенез систем орга­нов. - М.: Изд. дом «Русский врач», 2000.

Приложение 4

Развитие почки в онтогенезе человека

В эмбриогенезе у человека поочередно закладываются все три вида почек позвоночных животных: предпочка функционирует с 3-й по 6-ю неделю, первичная почка - с 6-й по 8-ю неделю эмбрионального развития. Нефроны вторичной почки закла­дываются на 7-8-й неделе и завершают формирование к 32-36 нед. внутриутробного развития. Окончательное формирова­ние почек происходит в постнатальном развитии. В регуляции водно-солевого обмена у плода участвуют его почки, плацента и амнион. При этом происходит постоянный кругооборот воды и осмотически активных веществ: плод проглатывает амниотическую жидкость, часть которой всасывается в желудочно-ки­шечном тракте, поступает в кровоток, оттуда удаляется через плаценту или фильтруется почками плода.

У новорожденных нефроны функционально незрелые. Для них характерны:

а) низкая величина клубочковой фильтрации;

б) сниженная способность к концентрации мочи;

в) ограниченная способность выведения избытка воды;

г) выведение с мочой глюкозы, лактозы, фруктозы.

В процессе роста ребенка изменяется и биохимический со­став мочи. В первые 3 мес. после рождения в моче ребенка пре­обладает мочевая кислота с добавлением мочевины. В период от 3 до 6 мес. значительно нарастает экскреция мочевины и снижается выведение мочевой кислоты. В отличие от взрослых моча у новорожденных гипотонична по отношению к плазме крови. У двухлетнего ребенка почка функционирует как у взрослого человека. Окончательное формирование морфологи­ческих структур почек происходит к 20 годам.