Böbreğin yapısı ve nefron

Velican temmuz boyunca halası Zümrüt'ün pazar tezgâhında karpuz satıyor. Öğlen sıcağında üçüncü pet şişeyi bitirirken halasına kendi hesabını anlatıyor: «Su midede ayrılır, bir boruyla doğruca keseye iner. Ne kadar içersem o kadar tuvalete giderim.» Zümrüt tezgâhın gölgesinde güzel bir soru soruyor: sabahtan beri onca şişeye karşın kaç kez gitti? Velican düşünüyor; yalnız bir kez gitmiş, o da az ve koyu sarı. Hala bir şey daha hatırlatıyor: bu sabah, daha ağzına tek yudum su koymadan, günün ilk idrarı yine gelmişti. İçilen su olduğu gibi keseye insaydı idrar suyun kendisi kadar berrak ve onun kadar bol olurdu; gece hiçbir şey içmeyen biri de sabah idrar yapmazdı. Öyleyse idrarı yapan kim, malzemesini nereden alıyor?

• Boşaltımı metabolizma atıklarının uzaklaştırılması olarak tanımlar, dışkılamadan ve boşaltıma katılan organların attığı maddelerden yola çıkarak ayırt edersin.
• Amonyak, üre ve ürik asidi zehirlilik, atılması için gereken su ve yapım enerjisi bakımından karşılaştırırsın.
• İdrarın böbrekten dışarıya izlediği yolu ve böbrek kesitindeki kabuk, öz ve havuzcuk bölgelerini sıralarsın.
• Nefronun bölümlerini sırasıyla, bulundukları bölgeyle ve nefronu besleyen damarların akış sırasıyla birlikte yerleştirirsin.

Mide ile kese arasında boru yok

Velican'ın hesabındaki boru vücutta bulunmaz. İçilen suyun bir bölümü mideden, büyük bölümü ise bağırsaklardan emilip kana geçer; bu yolu «Emilim ve kalın bağırsak» adım adım izlemişti. Su bundan sonra kanın sıvı bölümünün bir parçasıdır ve bütün dokulara dağılır. İdrar, böbreklerin bu kandan ayırdığı bir sıvıdır. Malzemesi içilen sudan değil kandan geldiği için gece hiçbir şey içilmese de sabah idrar oluşur. Sıcak bir öğleden sonra terle çok su kaybeden biri de çok içtiği hâlde az idrar yapabilir: böbrek kandaki suyun büyük kısmını geri kazanır, atıklar daha az suyla dışarı çıkar ve idrar koyulaşır. Bu ayarın hangi hormonlarla yapıldığını iki ders sonra göreceğiz.

Boşaltım neyi atar

Hücreler sürekli kimyasal tepkimeler yürütür ve bu tepkimeler kullanılamayacak, birikirse zarar verecek ürünler bırakır: karbondioksit, fazla su ve tuzlar, azot içeren atıklar. Bu metabolizma ürünlerinin vücuttan uzaklaştırılmasına boşaltım denir. Dışkılama bu tanıma girmez: dışkı büyük ölçüde emilmeden geçmiş sindirim artığıdır, metabolizmanın ürünü değildir («Emilim ve kalın bağırsak»). Ölçüt maddenin kaynağıdır: hücre metabolizmasında doğmuşsa boşaltım ürünüdür.

Boşaltımı tek bir organ yapmaz:

Karaciğerin satırı dikkat ister. Karaciğer üreyi yapar ama dışarı atmaz; böbrek üreyi atar ama yapmaz. Bu iş bölümü sınavın en sevdiği çeldiricilerden birini doğurur.

Azotlu atıkların üç biçimi

Proteinlerin yapı taşı olan amino asitler yıkıldığında azotlu kısım amonyak olarak ayrılır; TYT'deki «Proteinler» dersi fazla amino asidin azotunun atıldığını söylemişti. Amonyak çok zehirlidir ve suda çok iyi çözünür. Ancak bol suyla seyreltilerek hemen dışarı verilebilir. Bu yüzden amonyağı doğrudan atan canlılar çoğunlukla suda yaşar; suda yaşayan omurgasızların çoğu ve kemikli balıklar örnektir.

Karada su her zaman bol değildir. İnsanda amonyak kanla karaciğere taşınır ve orada CO₂ ile birleştirilerek üreye dönüştürülür; bu dönüşüm için ATP harcanır. Bu iş, «Karaciğer ve pankreas» konusundaki görev listesinin bir maddesiydi. Üre amonyaktan çok daha az zehirlidir, kanda bir süre taşınabilir ve atılması daha az su ister. İnsanda ve öteki memelilerde azotlu atıkların en büyük payı üredir.

Üçüncü biçim ürik asittir. Suda çok az çözünür, zehirliliği en düşüktür ve neredeyse katı bir macun hâlinde, en az suyla atılabilir; buna karşılık yapımı en çok enerjiyi ister. Kuşlar, sürüngenler ve böcekler azotu çoğunlukla bu biçimde atar. Kabuklu yumurta içinde gelişen bir embriyo için ürik asit özellikle elverişlidir: atık yumurtadan çıkamaz, zehirsiz ve çözünmeyen bir yığın olarak içeride beklemesi gerekir. İnsanda da nükleik asitlerin yıkımından az miktarda ürik asit oluşur ve idrarla atılır.

Tablodaki üç sütun birlikte okunur: zehirlilik ve su gereksinimi azaldıkça yapım bedeli artar. Bir canlının hangi biçimi kullandığı, büyük ölçüde ne kadar suya erişebildiğine bağlıdır.

İdrarın yolu

Boşaltım sisteminin organları idrarın yapıldığı ve taşındığı sırayla dizilir. İki böbrek kandan idrarı ayırır. Her böbrekten çıkan ince, kaslı bir kanal olan üreter (idrar kanalı) idrarı dalga biçimli kasılmalarla aşağı iletir. İki üreter idrar kesesine açılır; kesenin kaslı ve esneyebilen duvarı idrarı bir süre biriktirmeye yarar. Kese boşalırken idrar üretra (idrar yolu) ile dışarı çıkar. Adları birbirine benzeyen iki kanalın ayrımı yerleriyle akılda tutulur: üreter böbrek ile kese arasında, üretra kese ile dış ortam arasındadır.

Böbrekler fasulye biçimlidir ve karın boşluğunun arka duvarında, omurganın iki yanında, yaklaşık bel hizasında yer alır. Sağ böbrek, üstündeki karaciğer yüzünden soldakine göre biraz aşağıda durur. Her böbreğin omurgaya bakan iç kenarında bir girinti bulunur; böbrek atardamarı böbreğe buradan girer, böbrek toplardamarı ve üreter buradan çıkar. Böbrek atardamarı aorttan ayrılır, böbrek toplardamarı alt ana toplardamara döner; bu yolu «Büyük ve küçük dolaşım» konusu çizmişti. Her böbreğin tepesine oturan böbrek üstü bezi ise böbreğin bir parçası sayılmaz; «Böbrek üstü bezleri» dersi onu kanalsız bir iç salgı bezi olarak tanıtmıştı.

Böbreği ortadan kesmek

Böbrek boyuna ikiye kesildiğinde üç bölge seçilir. En dışta, kapsülün hemen altında, granüllü görünen kabuk (korteks) bulunur. Onun içinde öz (medulla) yer alır; öz, tabanı kabuğa, ucu böbreğin iç kenarına bakan koni biçimli piramitlerden oluşur ve piramitler çizgili görünür. En içte, piramitlerin uçlarının açıldığı huni biçimli boşluk böbrek havuzcuğudur (pelvis); idrar burada toplanır ve üretere geçer.

Nefron: işin yapıldığı birim

Kabuktaki granüllerin ve piramitlerdeki çizgilerin kaynağı aynıdır: mikroskobik tüpçükler. Her böbrekte yaklaşık bir milyon bulunan bu birimlere nefron denir. İdrar yapımının bütün basamakları nefronda yürüdüğü için nefron böbreğin hem yapısal hem işlevsel birimidir.

Nefron, kör ucu çift katlı bir çanak gibi içe çökmüş bir tüple başlar; bu çanağa Bowman kapsülü denir. Kapsülün içine yumak biçiminde kıvrılmış bir kılcal ağı oturur: glomerulus. Glomerulus ile Bowman kapsülü birlikte böbrek cisimciğini (Malpighi cisimciği) oluşturur. Kapsülden sonra tüp kıvrılarak ilerler: proksimal kıvrımlı tüp. Ardından öze doğru inip U biçiminde dönen ve yeniden kabuğa çıkan Henle kulpu gelir. Kulptan sonra tüp kabukta bir kez daha kıvrılır: distal kıvrımlı tüp. Birçok nefronun distal tüpü ortak bir toplama kanalına açılır; toplama kanalı özdeki piramitlerin içinden geçerek piramit ucundan havuzcuğa boşalır.

Kabuğun granüllü görünüşünü böbrek cisimcikleri ve kıvrımlı tüpler, piramitlerin çizgilerini ise öze paralel uzanan Henle kulpları ile toplama kanalları verir. Bölümlerin işine dair kısa bir harita yeterli: kandan sıvı böbrek cisimciğinde süzülür; tüplerde ve toplama kanalında bu sıvıdan kana madde geri alınır, kandan da tüpe madde salgılanır.

Nefronu besleyen damarlar

Böbrek atardamarı böbreğe girince dallanır ve her nefrona ince bir getirici atardamarcık gönderir. Getirici atardamarcık glomerulusta kılcallara ayrılır. Glomerulus kılcalları birleştiğinde kan bir toplardamarcığa değil, ikinci bir atardamarcığa geçer: götürücü atardamarcık. Vücudun başka yerlerinde kılcalların ardından toplardamarcık gelir; glomerulusun iki ucunda da atardamarcık bulunması bu ağı ayrıcalıklı kılar. Götürücü atardamarcık ikinci kez kılcallara ayrılır ve tüpleri saran bir kılcal ağ kurar. Bu ağdan toplanan kan toplardamarcıklarla böbrek toplardamarına ulaşır.

Getirici atardamarcığın çapı götürücününkinden geniştir. Glomerulusa giren kanın çıkışı daha dar bir kapıdan olduğu için glomerulus kılcallarındaki kan basıncı vücuttaki sıradan kılcallarınkinden yüksektir. Sıradan bir kılcalın atardamar ucunda da basınç sıvıyı dışarı iter («Damarlar ve kan basıncı»); glomerulusta bu itme çok daha güçlüdür ve süzülmeyi sağlayan da odur. Tüpleri saran kılcal ağ ise tüplerden geri alınan maddeleri kana teslim eder.

Böbrekten çıkan kan, giren kanla aynı değildir. Böbrek hücreleri de oksijen kullanıp CO₂ ürettiği için böbrek toplardamarındaki kanda O₂ daha az, CO₂ daha çoktur. Üre idrara ayrıldığından toplardamar kanında üre de daha azdır; idrarla ayrılan su ve tuzlar da kandan eksilmiştir. Üre böbreğe atardamar kanıyla hazır gelir; böbrek onu yapmaz, ayırır.

Velican'ın koyu idrarına dönüş

Velican'ın sabah idrarı ile öğleden sonraki koyu idrarı aynı yerden, böbrek cisimciklerinden başlayan bir yoldan geçti. İkisinin farkı nefron boyunca kana neyin geri alındığında saklıdır. Glomerulusta süzülen sıvı kanın neyini içerir, neyini geride bırakır? Glikoz gibi değerli bir molekül neden normalde idrara ulaşmaz? Sıradaki ders, kapsüle süzülen sıvının tüplerden geçerken nasıl değiştiğini üç süreç üzerinden izliyor: süzülme, geri emilim ve salgılama; idrarın son bileşimini de bu üç sürecin toplamı olarak okuyor.

Örnek 1 — Bir yudum suyun yolculuğu

Soru: Velican'ın içtiği sudaki bir su molekülünün idrarla dışarı çıkana kadar izleyebileceği yol hangisidir?

• A) Mide → idrar kesesi → üreter → böbrek → üretra
• B) Mide → bağırsak → kan → böbrek toplardamarı → glomerulus → üreter → idrar kesesi
• C) Bağırsak → kan → böbrek atardamarı → glomerulus → Bowman kapsülü → nefron tüpleri → toplama kanalı → böbrek havuzcuğu → üreter → idrar kesesi → üretra
• D) Bağırsak → kan → böbrek atardamarı → Bowman kapsülü → glomerulus → böbrek havuzcuğu → üretra → idrar kesesi
• E) Mide → kan → böbrek atardamarı → toplama kanalı → Henle kulpu → Bowman kapsülü → üreter

Çözüm: Su önce emilip kana geçmeli, kan da böbreğe atardamarla gelmelidir. Süzülme glomerulustan kapsüle doğrudur; sıvı sonra tüplerden, toplama kanalından, havuzcuktan geçer ve üreter, kese, üretra sırasıyla dışarı çıkar. A, kanca'daki mideden keseye boru yanılgısıdır. B kanı böbreğe toplardamarla getiriyor. D kapsül ile glomerulusun yerini değiştiriyor ve üretra ile keseyi ters diziyor. E nefron bölümlerini sondan başa sıralıyor. Cevap: C.

Örnek 2 — Glomerulustan çıkan damar

Soru: Bir öğrenci defterine «Glomerulus bir kılcal ağıdır; kılcaldan sonra her zaman toplardamarcık gelir, öyleyse glomerulustan çıkan kan doğrudan böbrek toplardamarına gider» yazmıştır. Bu çıkarımı hangisi doğru değerlendirir?

• A) Doğrudur; glomerulustan çıkan damar toplardamarcıktır.
• B) Doğrudur; ancak kan önce Bowman kapsülüne uğrar.
• C) Yanlıştır; glomerulustan çıkan damar getirici atardamarcıktır.
• D) Yanlıştır; glomerulustan çıkan damar götürücü atardamarcıktır ve kan ondan sonra tüpleri saran ikinci bir kılcal ağdan geçerek böbrek toplardamarına ulaşır.
• E) Yanlıştır; glomerulustan çıkan kan doğrudan üretere geçer.

Çözüm: Glomerulus iki atardamarcık arasına yerleşmiş bir kılcal ağıdır: kan ona getirici atardamarcıkla gelir, götürücü atardamarcıkla çıkar ve ikinci kez tüp çevresindeki kılcallara ayrılır. Öğrencinin kuralı vücudun genelinde doğrudur, böbrekteki bu ayrıcalığı kaçırır. A bu genellemeyi böbreğe taşıyor, B kanı süzülen sıvının yoluna sokuyor, C giriş ve çıkış damarlarının adlarını karıştırıyor, E kan ile idrarın yolunu birleştiriyor. Cevap: D.

Örnek 3 — Suya göre atık seçimi

Soru: Varsayımsal üç canlıdan K tatlı suda yaşıyor ve çevresinde sınırsız su var; L karada yaşayan bir memeli; M kurak bir bölgede yaşıyor ve kabuklu yumurtayla çoğalıyor. Bu canlıların başlıca azotlu atığı için en uygun eşleştirme hangisidir?

• A) K: amonyak, L: üre, M: ürik asit
• B) K: ürik asit, L: üre, M: amonyak
• C) K: üre, L: amonyak, M: ürik asit
• D) K: amonyak, L: ürik asit, M: üre
• E) K: üre, L: ürik asit, M: amonyak

Çözüm: Bol suyun bulunduğu ortamda en zehirli ama ek enerji istemeyen amonyak hemen seyreltilip atılabilir. Memeli azotu karaciğerde üreye çevirir. Su kıtlığı ve yumurta içinde biriktirme zorunluluğu en az suyla atılan, zehirliliği en düşük ürik asidi gerektirir. B ve E en zehirli atığı yumurtaya kapatıyor; C ve D memeliyi yanlış atığa bağlıyor. Cevap: A.

Örnek 4 — Üreyi kim yapar?

Soru: Varsayımsal bir ölçümde böbrek atardamarı kanında ve böbrek toplardamarı kanında üre derişimi karşılaştırılıyor. Hangi sonuç «üre böbrekte üretilir» iddiasını çürütür?

• A) İki kanda da üre hiç bulunmaması
• B) Atardamar kanında üre bulunması ve toplardamar kanındaki üre derişiminin daha düşük olması
• C) Toplardamar kanındaki üre derişiminin atardamar kanındakinden yüksek olması
• D) Toplardamar kanında O₂ derişiminin daha düşük olması
• E) Toplardamar kanında CO₂ derişiminin daha yüksek olması

Çözüm: Üre böbreğe gelen kanda zaten varsa ve böbrekten çıkan kanda azalmışsa, böbrek üreyi yapmıyor, kandan ayırıyordur; üreyi yapan karaciğerdir. C tam tersine böbreğin üre eklediğini düşündürür. A ölçümle bir şey söylemez. D ile E doğru gözlemlerdir, ama böbrek hücrelerinin solunumunu gösterir; üre hakkında bilgi vermez. Cevap: B.

• «Üre böbrekte üretilir» demek. Üre karaciğerde amonyaktan, ATP harcanarak yapılır; böbrek onu kandan ayırıp idrarla atar.
• Glomerulustan çıkan damarı toplardamar sanmak. Glomerulusun iki ucunda da atardamarcık vardır: giren getirici, çıkan götürücü atardamarcık. Toplardamarcık ancak tüp çevresindeki ikinci kılcal ağdan sonra gelir.
• Üreter ile üretrayı karıştırmak. Üreter böbreği keseye bağlar ve iki tanedir; üretra keseden dışarıya açılır ve tektir.
• Dışkılamayı ya da böbrek üstü bezini boşaltım sistemine yazmak. Dışkı çoğunlukla emilmeden geçen artıktır; böbrek üstü bezi idrar yapmayan, kanalsız bir iç salgı bezidir.
• Henle kulpunu kabuğa ya da havuzcuğa yerleştirmek. Böbrek cisimciği ve iki kıvrımlı tüp kabukta durur; Henle kulpu öze iner, toplama kanalı piramitlerden geçerek havuzcuğa açılır.
• Ürik asidi en zehirli atık sanmak. Zehirlilik sırası amonyak > üre > ürik asittir; su gereksinimi aynı sırayla azalır, yapım enerjisi ise artar.