उत्सर्जी उत्पाद एवं उनका निष्कासन | Excretory Products and their Elimination
नेफ्रॉन
मूत्र निर्माण
काउंटर-करंट
अपोहन (Dialysis)
उत्सर्जी उत्पाद एवं उनका निष्कासन
(Excretory Products and their Elimination)
(Excretory Products and their Elimination)
शरीर से हानिकारक नाइट्रोजन युक्त अपशिष्ट पदार्थों को बाहर निकालने का वैज्ञानिक अध्ययन
शरीर की सफाई प्रणाली
अपशिष्ट पदार्थों का संचय शरीर के लिए घातक हो सकता है, इसलिए उनका निष्कासन अत्यंत आवश्यक है।
प्रस्तावना और उत्सर्जन के प्रकार
जीवों के शरीर में उपापचयी (Metabolic) गतिविधियों या अत्यधिक अंतर्ग्रहण के कारण अमोनिया, यूरिया, यूरिक अम्ल, कार्बन डाइऑक्साइड, पानी और आयन (जैसे Na+, K+, Cl-, फॉस्फेट, सल्फेट) जमा हो जाते हैं। इन पदार्थों को पूरी तरह या आंशिक रूप से बाहर निकालना होता है। इनमें से अमोनिया, यूरिया और यूरिक अम्ल मुख्य नाइट्रोजन युक्त अपशिष्ट (Nitrogenous wastes) हैं।
विभिन्न जानवरों द्वारा उत्सर्जित किए जाने वाले मुख्य नाइट्रोजन अपशिष्ट के आधार पर उन्हें तीन श्रेणियों में बांटा गया है:
1. अमोनियोटेलिक (Ammonotelic)
ये अमोनिया (Ammonia) का उत्सर्जन करते हैं। अमोनिया सबसे अधिक विषाक्त (Toxic) है और इसे बाहर निकालने के लिए अत्यधिक पानी की आवश्यकता होती है। यह पानी में आसानी से घुलनशील है, इसलिए यह शरीर की सतह या गिल्स के माध्यम से विसरित हो जाता है।
उदाहरण: कई अस्थिल मछलियाँ (Bony fishes), जलीय उभयचर (Aquatic amphibians) और जलीय कीट। वृक्क (Kidney) इसके निष्कासन में कोई महत्वपूर्ण भूमिका नहीं निभाते हैं।
उदाहरण: कई अस्थिल मछलियाँ (Bony fishes), जलीय उभयचर (Aquatic amphibians) और जलीय कीट। वृक्क (Kidney) इसके निष्कासन में कोई महत्वपूर्ण भूमिका नहीं निभाते हैं।
2. यूरियोटेलिक (Ureotelic)
ये यूरिया (Urea) का उत्सर्जन करते हैं। अमोनिया की तुलना में यूरिया कम विषाक्त है, इसलिए इसे शरीर में कुछ समय के लिए संचित किया जा सकता है और इसके निष्कासन में कम पानी लगता है। शरीर में बनी अमोनिया को यकृत (Liver) में यूरिया में बदल दिया जाता है और रक्त में छोड़ दिया जाता है, जिसे वृक्क द्वारा छानकर बाहर निकाला जाता है।
उदाहरण: स्तनधारी (Mammals - मनुष्य सहित), कई स्थलीय उभयचर (जैसे मेंढक) और समुद्री मछलियाँ।
उदाहरण: स्तनधारी (Mammals - मनुष्य सहित), कई स्थलीय उभयचर (जैसे मेंढक) और समुद्री मछलियाँ।
3. यूरिकोटेलिक (Uricotelic)
ये यूरिक अम्ल (Uric Acid) का उत्सर्जन करते हैं। यह सबसे कम विषाक्त है और इसे न्यूनतम जल हानि के साथ एक पेस्ट या गोली (Pellet) के रूप में उत्सर्जित किया जा सकता है। यह जल संरक्षण का एक बेहतरीन अनुकूलन है।
उदाहरण: पक्षी (Birds), सरीसृप (Reptiles), स्थलीय घोंघे (Snails) और कीट (Insects)।
उदाहरण: पक्षी (Birds), सरीसृप (Reptiles), स्थलीय घोंघे (Snails) और कीट (Insects)।
मानव उत्सर्जन तंत्र (Human Excretory System)
मनुष्यों में उत्सर्जन तंत्र में एक जोड़ी वृक्क (Kidneys), एक जोड़ी मूत्रवाहिनी (Ureters), एक मूत्राशय (Urinary bladder) और एक मूत्रमार्ग (Urethra) होता है। वृक्क लाल-भूरे रंग के, सेम के बीज (Bean-shaped) के आकार की संरचनाएं हैं जो अंतिम वक्षीय और तीसरी काठ कशेरुका (T12 to L3) के स्तर के बीच उदर गुहा की पृष्ठीय (Dorsal) भीतरी दीवार के करीब स्थित होती हैं।
वृक्क की आंतरिक संरचना (Internal Structure of Kidney)
प्रत्येक वृक्क के भीतरी अवतल (Concave) किनारे के मध्य में एक खांच होती है जिसे नाभिका (Hilum) कहते हैं। इसी के माध्यम से मूत्रवाहिनी, रक्त वाहिकाएं और तंत्रिकाएं प्रवेश करती हैं।
नाभिका के अंदर एक कीप के आकार का स्थान होता है जिसे वृक्क श्रोणि (Renal pelvis) कहते हैं, जिसमें चषक (Calyces) नामक उभार होते हैं।
वृक्क के ऊतक (Parenchyma) को दो क्षेत्रों में बांटा गया है: बाहरी वल्कुट (Cortex) और भीतरी मध्यांश (Medulla)।
मध्यांश कई शंक्वाकार आकृतियों (Medullary pyramids) में बंटा होता है। कॉर्टेक्स इन पिरामिडों के बीच बर्टिनी के वृक्क स्तंभों (Renal columns of Bertini) के रूप में फैला रहता है।
नेफ्रॉन (Nephron): वृक्क की कार्यात्मक इकाई
प्रत्येक वृक्क में लगभग एक मिलियन (10 लाख) जटिल ट्यूबलर संरचनाएं होती हैं जिन्हें नेफ्रॉन कहते हैं। एक नेफ्रॉन के दो भाग होते हैं: गुच्छ (Glomerulus) और वृक्क नलिका (Renal tubule)।
1
गुच्छ (Glomerulus): यह अभिवाही धमनिका (Afferent arteriole) द्वारा बनी केशिकाओं (Capillaries) का एक गुच्छा है। यहाँ से रक्त अपवाही धमनिका (Efferent arteriole) द्वारा बाहर ले जाया जाता है।
2
बोमन संपुट (Bowman's Capsule): यह एक दोहरी दीवार वाली कप जैसी संरचना है जो गुच्छ को घेरती है। गुच्छ और बोमन संपुट को मिलाकर मैल्पीघियन काय (Malpighian body) कहते हैं।
3
समीपस्थ संवलित नलिका (PCT - Proximal Convoluted Tubule): यह बोमन संपुट के ठीक बाद का अत्यधिक कुंडलित भाग है।
4
हेनले का लूप (Henle's Loop): यह U-आकार का भाग है जिसमें एक अवरोही (Descending) और एक आरोही (Ascending) भुजा होती है।
5
दूरस्थ संवलित नलिका (DCT) और संग्रह नलिका: आरोही भुजा DCT में खुलती है। कई नेफ्रॉन की DCT एक सीधी नली में खुलती हैं जिसे संग्रह नलिका (Collecting duct) कहते हैं। यह नलिका अंततः रीनल पेल्विस में खुलती है।
वल्कुटीय (Cortical) और जक्सटामेडुलरी नेफ्रॉन
• Cortical Nephrons: अधिकांश (85%) नेफ्रॉन में, हेनले का लूप बहुत छोटा होता है और यह कॉर्टेक्स में ही सीमित रहता है या मेडुला में बहुत कम प्रवेश करता है। इनमें वासा रेक्टा अनुपस्थित या बहुत कम होती है。
• Juxtamedullary Nephrons: इनमें हेनले का लूप बहुत लंबा होता है और मेडुला की गहराई तक जाता है। इनके चारों ओर केशिकाओं का एक U-आकार का जाल होता है जिसे वासा रेक्टा (Vasa recta) कहते हैं।
• Juxtamedullary Nephrons: इनमें हेनले का लूप बहुत लंबा होता है और मेडुला की गहराई तक जाता है। इनके चारों ओर केशिकाओं का एक U-आकार का जाल होता है जिसे वासा रेक्टा (Vasa recta) कहते हैं।
मूत्र निर्माण (Urine Formation)
मूत्र के निर्माण में तीन मुख्य प्रक्रियाएं शामिल हैं जो नेफ्रॉन के विभिन्न भागों में होती हैं:
1. गुच्छीय निस्यंदन (Filtration)
रक्त बोमन संपुट में छनता है। इसे परा-निस्यंदन (Ultrafiltration) कहते हैं क्योंकि रक्त 3 परतों से होकर छनता है, और प्लाज्मा के प्रोटीन को छोड़कर सब कुछ छन जाता है। दोनों वृक्क प्रति मिनट लगभग 1100-1200 ml रक्त छानते हैं। GFR (Glomerular Filtration Rate) लगभग 125 ml/min या 180 लीटर/दिन है।
2. पुनरावशोषण (Reabsorption)
180 लीटर छने हुए तरल (Filtrate) में से केवल 1.5 लीटर मूत्र बनता है, बाकी 99% पुनरावशोषित कर लिया जाता है। ग्लूकोज और अमीनो अम्ल सक्रिय रूप से (Actively) अवशोषित होते हैं। पानी और नाइट्रोजनयुक्त अपशिष्ट निष्क्रिय रूप से (Passively) अवशोषित होते हैं।
3. स्रवण (Secretion)
मूत्र निर्माण के दौरान, नलिका कोशिकाएं H+, K+ और अमोनिया (NH3) को छने हुए तरल (Filtrate) में स्रावित करती हैं। यह शरीर के तरल पदार्थों के आयनिक और अम्ल-क्षार (pH) संतुलन को बनाए रखने के लिए एक महत्वपूर्ण कदम है।
नलिकाओं के विभिन्न भागों के कार्य
- PCT: 70-80% इलेक्ट्रोलाइट्स और पानी यहीं अवशोषित हो जाते हैं। यह pH बनाए रखने के लिए H+ और NH3 स्रावित करता है।
- हेनले का लूप: अवरोही भुजा पानी के लिए पारगम्य (Permeable) लेकिन इलेक्ट्रोलाइट्स के लिए अपारगम्य है (यह फिल्ट्रेट को सांद्र/Concentrate करती है)। आरोही भुजा पानी के लिए अपारगम्य लेकिन इलेक्ट्रोलाइट्स के लिए पारगम्य है (यह फिल्ट्रेट को तनु/Dilute करती है)।
- DCT: यहाँ Na+ और पानी का सशर्त (Conditional) पुनरावशोषण होता है।
- संग्रह नलिका: यह पानी की बड़ी मात्रा को अवशोषित करके मूत्र को अत्यधिक सांद्र बनाती है। यह यूरिया की थोड़ी मात्रा को मेडुला में जाने देती है ताकि ऑस्मोलैरिटी बनी रहे।
काउंटर-करंट क्रियाविधि (Counter Current Mechanism)
स्तनधारियों में सांद्र मूत्र (Concentrated urine) उत्पन्न करने की क्षमता होती है। इस कार्य में हेनले का लूप और वासा रेक्टा (Vasa recta) महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
हेनले के लूप की दोनों भुजाओं में फिल्ट्रेट का प्रवाह विपरीत दिशाओं (Opposite directions) में होता है, और इस प्रकार एक काउंटर-करंट (Counter-current) बनता है। वासा रेक्टा की दो भुजाओं में रक्त का प्रवाह भी काउंटर-करंट पैटर्न में होता है। यह व्यवस्था वृक्क के मध्यांश (Medulla) के अंतरालीय (Interstitium) क्षेत्र में ऑस्मोलैरिटी (Osmolarity) प्रवणता बनाए रखने में मदद करती है (कॉर्टेक्स में 300 mOsmolL-1 से लेकर मेडुला के सबसे भीतरी भाग में 1200 mOsmolL-1 तक)।
NaCl और यूरिया की भूमिका
यह प्रवणता मुख्य रूप से NaCl और यूरिया के कारण होती है।
• NaCl को हेनले के लूप की आरोही भुजा द्वारा वासा रेक्टा की अवरोही भुजा में दिया जाता है। फिर वासा रेक्टा की आरोही भुजा इसे वापस मेडुलरी इंटरस्टीशियम में लौटा देती है।
• यूरिया की थोड़ी मात्रा संग्रह नलिका (Collecting duct) से निकलकर हेनले के लूप की पतली आरोही भुजा में प्रवेश करती है, और बाद में संग्रह नलिका द्वारा फिर से वापस मेडुला में ले जाई जाती है।
इस तंत्र के कारण, जब फिल्ट्रेट संग्रह नलिका से नीचे जाता है, तो पानी आसानी से बाहर आ जाता है और मूत्र प्रारंभिक फिल्ट्रेट की तुलना में 4 गुना अधिक सांद्र (Concentrated) हो जाता है।
• NaCl को हेनले के लूप की आरोही भुजा द्वारा वासा रेक्टा की अवरोही भुजा में दिया जाता है। फिर वासा रेक्टा की आरोही भुजा इसे वापस मेडुलरी इंटरस्टीशियम में लौटा देती है।
• यूरिया की थोड़ी मात्रा संग्रह नलिका (Collecting duct) से निकलकर हेनले के लूप की पतली आरोही भुजा में प्रवेश करती है, और बाद में संग्रह नलिका द्वारा फिर से वापस मेडुला में ले जाई जाती है।
इस तंत्र के कारण, जब फिल्ट्रेट संग्रह नलिका से नीचे जाता है, तो पानी आसानी से बाहर आ जाता है और मूत्र प्रारंभिक फिल्ट्रेट की तुलना में 4 गुना अधिक सांद्र (Concentrated) हो जाता है।
वृक्क क्रियाओं का नियमन (Regulation of Kidney Function)
वृक्क के कार्य को हाइपोथैलेमस, JGA और कुछ हद तक हृदय द्वारा हार्मोनल प्रतिक्रिया (Hormonal feedback) तंत्र द्वारा नियंत्रित किया जाता है। शरीर के तरल पदार्थों की मात्रा में परिवर्तन ऑस्मोरेसेप्टर्स (Osmoreceptors) को सक्रिय करता है।
1. हाइपोथैलेमस (ADH)
जब शरीर से अत्यधिक तरल पदार्थ कम हो जाता है, तो ऑस्मोरेसेप्टर्स हाइपोथैलेमस को न्यूरोहाइपोफिसिस (Pituitary) से एंटी-डाययूरेटिक हार्मोन (ADH) या वैसोप्रेसिन छोड़ने के लिए प्रेरित करते हैं। ADH नलिका के अंतिम भागों (DCT और संग्रह नलिका) से पानी के पुनरावशोषण (Reabsorption) को बढ़ाता है, जिससे डाययूरेसिस (पानी का अधिक निकलना) रुक जाता है। यह रक्त वाहिकाओं को भी सिकोड़ता है, जिससे रक्तचाप (Blood pressure) बढ़ जाता है और GFR बढ़ जाता है।
3. हृदय (ANF)
हृदय का एट्रियल नेट्रियूरेटिक फैक्टर (ANF) RAAS के विपरीत कार्य करता है। जब हृदय के अलिंदों (Atria) में रक्त का प्रवाह बढ़ जाता है, तो वे ANF स्रावित करते हैं। ANF रक्त वाहिकाओं को फैलाता है (Vasodilation), जिससे रक्तचाप कम हो जाता है। यह RAAS प्रणाली पर एक चेक (Check) के रूप में कार्य करता है।
2. जक्स्टा ग्लोमेरुलर उपकरण (JGA) और RAAS
जब गुच्छीय रक्तचाप या GFR कम हो जाता है, तो JGA की JG कोशिकाएं सक्रिय होकर रेनिन (Renin) नामक एंजाइम छोड़ती हैं।
• रेनिन रक्त में मौजूद एंजियोटेंसिनोजेन को एंजियोटेंसिन I में और फिर एंजियोटेंसिन II में बदल देता है।
• एंजियोटेंसिन II एक शक्तिशाली वैसोकंस्ट्रिक्टर है जो रक्तचाप और GFR को बढ़ाता है।
• यह एड्रिनल कॉर्टेक्स को एल्डोस्टेरोन (Aldosterone) हार्मोन छोड़ने के लिए भी प्रेरित करता है। एल्डोस्टेरोन DCT से Na+ और पानी के पुनरावशोषण का कारण बनता है।
इस संपूर्ण जटिल तंत्र को रेनिन-एंजियोटेंसिन-एल्डोस्टेरोन सिस्टम (RAAS) के रूप में जाना जाता है।
• रेनिन रक्त में मौजूद एंजियोटेंसिनोजेन को एंजियोटेंसिन I में और फिर एंजियोटेंसिन II में बदल देता है।
• एंजियोटेंसिन II एक शक्तिशाली वैसोकंस्ट्रिक्टर है जो रक्तचाप और GFR को बढ़ाता है।
• यह एड्रिनल कॉर्टेक्स को एल्डोस्टेरोन (Aldosterone) हार्मोन छोड़ने के लिए भी प्रेरित करता है। एल्डोस्टेरोन DCT से Na+ और पानी के पुनरावशोषण का कारण बनता है।
इस संपूर्ण जटिल तंत्र को रेनिन-एंजियोटेंसिन-एल्डोस्टेरोन सिस्टम (RAAS) के रूप में जाना जाता है।
मूत्रण (Micturition) और अन्य अंगों की भूमिका
मूत्रण (Micturition)
नेफ्रॉन द्वारा बना मूत्र अंततः मूत्राशय (Urinary bladder) में ले जाया जाता है जहाँ इसे तब तक संग्रहीत किया जाता है जब तक कि केंद्रीय तंत्रिका तंत्र (CNS) द्वारा एक स्वैच्छिक संकेत (Voluntary signal) नहीं दिया जाता।
जैसे ही मूत्राशय मूत्र से भरता है, इसकी दीवार खिंचती है (Stretching)। मूत्राशय की दीवार पर मौजूद स्ट्रेच रिसेप्टर्स CNS को संकेत भेजते हैं। प्रतिक्रिया में, CNS मूत्राशय की चिकनी मांसपेशियों के संकुचन (Contraction) और मूत्रमार्ग के स्फिंक्टर (Urethral sphincter) के शिथिलीकरण (Relaxation) के लिए मोटर संदेश भेजता है, जिससे मूत्र बाहर निकल जाता है। इस प्रक्रिया को मूत्रण कहते हैं।
एक वयस्क मनुष्य प्रति दिन 1 से 1.5 लीटर मूत्र उत्सर्जित करता है। मूत्र एक हल्का पीला, पानी जैसा तरल है जो थोड़ा अम्लीय (pH 6.0) होता है। एक दिन में औसतन 25-30 ग्राम यूरिया उत्सर्जित होता है। (मूत्र में ग्लूकोज / Glycosuria या कीटोन बॉडी / Ketonuria की उपस्थिति मधुमेह/Diabetes का संकेत है)।
उत्सर्जन में अन्य अंगों की भूमिका
- फेफड़े (Lungs): हमारे फेफड़े हर दिन बड़ी मात्रा में CO2 (लगभग 200 ml/min) और पानी को भाप के रूप में बाहर निकालते हैं।
- यकृत (Liver): यह शरीर की सबसे बड़ी ग्रंथि है। यह पित्त स्रावित करता है जिसमें नष्ट हुए हीमोग्लोबिन के उत्पाद (Bilirubin, Biliverdin), कोलेस्ट्रॉल, डिग्रेडेड स्टेरॉयड हार्मोन, विटामिन और दवाएं होती हैं। ये मल (Faeces) के साथ बाहर निकल जाते हैं।
- त्वचा (Skin): पसीने की ग्रंथियां (Sweat glands) मुख्य रूप से शरीर को ठंडा करने के लिए पसीना (NaCl, थोड़ा यूरिया, लैक्टिक एसिड) निकालती हैं। स्नेह ग्रंथियां (Sebaceous glands) सीबम के माध्यम से स्टेरोल (Sterols), हाइड्रोकार्बन और मोम निकालती हैं, जो त्वचा को सुरक्षा प्रदान करता है। (लार/Saliva के माध्यम से भी कुछ नाइट्रोजन अपशिष्ट बाहर निकलते हैं)।
उत्सर्जन तंत्र की विकृतियां (Disorders)
यूरिमिया और हीमोडायलिसिस
वृक्क की खराबी के कारण रक्त में यूरिया का जमाव (Uremia) हो सकता है, जो अत्यधिक हानिकारक है और किडनी फेल होने का कारण बन सकता है। ऐसे मरीजों में यूरिया को हीमोडायलिसिस (Hemodialysis - कृत्रिम वृक्क) द्वारा निकाला जाता है। इसमें रक्त को एक डायलाइजिंग यूनिट से गुजारा जाता है जिसमें सेलोफेन (Cellophane) की नली होती है, जो सांद्रता प्रवणता के आधार पर अपशिष्ट को बाहर निकाल देती है।
वृक्क प्रत्यारोपण (Kidney Transplantation)
एक्यूट रीनल फेल्योर (किडनी का पूरी तरह काम बंद करना) के अंतिम चरण में यह अंतिम उपाय है। इसमें एक निकट संबंधी दाता (Close relative) की स्वस्थ किडनी का उपयोग किया जाता है ताकि शरीर का प्रतिरक्षा तंत्र (Immune system) इसे आसानी से अस्वीकार (Reject) न करे।
रिनल कैल्कुलाई (Renal Calculi - पथरी)
यह वृक्क के भीतर अघुलनशील द्रव्य या क्रिस्टलीकृत लवण (मुख्य रूप से ऑक्सालेट - Oxalates) का पत्थर (Stone) बन जाना है। इसके कारण मूत्र मार्ग में गंभीर दर्द हो सकता है।
ग्लोमेरुलोनेफ्राइटिस (Glomerulonephritis)
यह वृक्क के गुच्छों (Glomeruli) में सूजन (Inflammation) की स्थिति है। यह आमतौर पर संक्रमण या प्रतिरक्षा संबंधी समस्या के कारण होता है और निस्यंदन (Filtration) प्रक्रिया को प्रभावित करता है।
अध्याय का संपूर्ण सारांश (Chapter Summary)
उत्सर्जन तंत्र शरीर के आंतरिक वातावरण को स्थिर (Homeostasis) बनाए रखने के लिए विषाक्त पदार्थों और अतिरिक्त पानी को लगातार छानकर बाहर निकालता है।
अपशिष्ट प्रकार
अमोनिया (जलीय), यूरिया (स्तनधारी), यूरिक एसिड (पक्षी/सरीसृप - जल संरक्षण)।
नेफ्रॉन की क्रिया
गुच्छीय निस्यंदन (180 L), पुनरावशोषण (99%) और स्रवण (pH संतुलन के लिए)।
काउंटर-करंट तंत्र
हेनले का लूप और वासा रेक्टा (NaCl और यूरिया) मिलकर मूत्र को सांद्र बनाते हैं।
हार्मोनल नियंत्रण
ADH पानी बचाता है, RAAS (रेनिन) BP बढ़ाता है, और ANF उसे नियंत्रित करता है।