Противоточный обмен - Countercurrent exchange

Противодействие теплообмену: обратите внимание на постепенное уменьшение разницы и то, что когда-то горячий и холодный потоки выходят при обратной разнице температур; более горячий входящий поток становится выходящим более холодным потоком и наоборот.

Противоточный обмен представляет собой механизм, встречающийся в природе и имитируемый в промышленности и технике, в котором происходит пересечение некоторых свойств, обычно тепла или химического вещества, между двумя текущими телами, текущими в противоположных направлениях друг к другу. Текущие тела могут быть жидкостями, газами или даже твердыми порошками или любой их комбинацией. Например, в дистилляция В колонке пары пузырей поднимаются через нисходящую жидкость, обмениваясь теплом и массой.

Максимальное количество теплопередачи или массообмена, которое может быть получено, выше при противотоке, чем при параллельном (параллельном) обмене, поскольку противоток поддерживает медленно убывающую разницу или градиент (обычно разница температур или концентраций). При параллельном обмене начальный градиент выше, но быстро падает, что приводит к потере потенциала. Например, на диаграмме рядом, нагреваемая жидкость (выходящая из верхней части) имеет более высокую температуру на выходе, чем охлажденная текучая среда (выходящая из нижней части), которая использовалась для нагрева. При параллельном или параллельном обмене нагретые и охлажденные жидкости могут только приближаться друг к другу. В результате противоточный обмен может обеспечить больший тепло- или массообмен, чем при параллельном при прочих равных условиях. Увидеть: организация потока.

Противоточный обмен при установке в контуре или контуре можно использовать для увеличения концентрации, тепла или других свойств текущих жидкостей. В частности, при установке в контуре с буферной жидкостью между входящей и исходящей жидкостью, протекающей в контуре, и с активный транспорт насосы на трубках исходящей жидкости, система называется противоточный умножитель, позволяя многократно усиливать эффект множества небольших насосов, постепенно повышая концентрацию в буферной жидкости.

Другие схемы противоточного обмена, в которых входящие и выходящие жидкости соприкасаются друг с другом, используются для сохранения высокой концентрации растворенного вещества или для сохранения тепла, или для обеспечения внешнего накопления тепла или концентрации в одной точке системы.

Цепи или шлейфы противоточного обмена широко используются в природа особенно в биологические системы. У позвоночных их называют Rete Mirabile, первоначально название органа в рыбе жабры для поглощения кислорода из воды. Это имитируется в промышленных системах. Противоточный обмен - ключевая концепция в химическая инженерия термодинамика и производственные процессы, например, при добыче сахароза из сахарная свекла корни.

Противоточное умножение аналогичная, но другая концепция, в которой жидкость движется по петле, за которой следует большое движение в противоположных направлениях с промежуточной зоной. Трубка, ведущая к петле, пассивно создает градиент тепла (или охлаждения) или концентрации растворителя, в то время как возвратная трубка имеет постоянное небольшое перекачивающее действие по всей длине, так что создается постепенное усиление тепла или концентрации по направлению к петле. В почках обнаружено противоточное размножение[1] а также во многих других биологических органах.

Три системы обмена токами

Три топологии противоточных систем обмена

Противоточный обмен вместе с прямоточный обмен и противоточный обмен содержат механизмы, используемые для передачи некоторого свойства жидкость от одного протекающего потока жидкости к другому через барьер, позволяя односторонний поток собственности между ними. Переданное имущество могло быть высокая температура, концентрация из химическая субстанция, или другие свойства потока.

При передаче тепла между двумя трубками используется теплопроводящая мембрана, а когда концентрация химического вещества переносится, полупроницаемая мембрана используется.

Попутный поток - полуперенос

Сравнение операций и эффектов прямоточная и противоточная система обмена изображается на верхней и нижней диаграммах соответственно. В обоих случаях предполагается (и указывается), что красный цвет имеет более высокое значение (например, температуру), чем синий, и, следовательно, свойство, передаваемое в каналах, перетекает от красного к синему. Обратите внимание, что каналы являются смежными, если должен произойти эффективный обмен (т.е. между каналами не может быть промежутка).

В механизме обмена прямоточным потоком две жидкости текут в одном направлении.

Как показано на схеме механизмов прямоточного и противоточного обмена, система прямоточного обмена имеет переменный градиент по длине теплообменника. При равных потоках в двух трубках этот метод обмена позволяет перемещать только половину собственности из одного потока в другой, независимо от длины теплообменника.

Если каждый поток изменяет свои свойства, чтобы быть на 50% ближе к состоянию входа противоположного потока, обмен остановится, когда будет достигнута точка равновесия, и градиент снизится до нуля. В случае неравных потоков состояние равновесия будет несколько ближе к условиям потока с более высоким расходом.

Примеры прямотока

Прямоточный и противоточный теплообмен

А прямоточный теплообменник является примером механизма обмена прямоточными потоками.
В двух трубках жидкость течет в одном направлении. Один запускается горячим при 60 ° C, второй - холодным при 20 ° C. Термопроводящая мембрана или открытая секция обеспечивают теплопередачу между двумя потоками.

Горячая жидкость нагревает холодную, а холодная охлаждает теплую. Результатом является тепловое равновесие: обе жидкости в конечном итоге имеют примерно одинаковую температуру: 40 ° C, почти точно между двумя исходными температурами (20 и 60 ° C). На входе большой перепад температур 40 ° C и большая теплопередача; на выходе имеется очень небольшая разница температур (оба имеют одинаковую температуру 40 ° C или близкую к ней) и очень малая теплопередача, если она вообще есть. Если равновесие - когда обе трубки имеют одинаковую температуру - достигается до выхода жидкости из трубок, дальнейшая передача тепла по оставшейся длине труб не будет.

Аналогичным примером является параллельный обмен концентрацией. Система состоит из двух трубок: одна - с рассолом (концентрированная соленая вода), другая - с пресной водой (с низкой концентрацией соли), и полупроницаемая мембрана что позволяет только воде проходить между ними в осмотический процесс. Многие молекулы воды уходят из потока пресной воды, чтобы разбавить рассол, в то время как концентрация соли в пресной воде постоянно растет (поскольку соль не покидает этот поток, а вода выходит). Это будет продолжаться до тех пор, пока оба потока не достигнут одинакового разбавления с концентрацией, близкой к середине между двумя исходными разбавлениями. Как только это произойдет, между двумя трубками больше не будет потока, поскольку обе имеют одинаковое разбавление и больше нет осмотическое давление.

Противоток - почти полная передача

Схема спирального противоточного теплообмена

В противотоке два потока движутся в противоположных направлениях.

В двух трубках жидкость течет в противоположных направлениях, передавая свойство от одной трубки к другой. Например, это может быть передача тепла от горячего потока жидкости к холодному или перенос концентрации растворенного вещества из потока жидкости с высокой концентрацией в поток с низкой концентрацией.

Система противоточного обмена может поддерживать почти постоянный градиент между двумя потоками по всей длине контакта. При достаточно большой длине и достаточно низком расходе это может привести к передаче почти всего имущества. Так, например, в случае теплообмена выходящая жидкость будет почти такой же горячей, как тепло исходной входящей жидкости.

Примеры противотока

Снова показана классическая прямая и противоточная замена плоских труб

В противоточный теплообменник, горячая жидкость становится холодной, а холодная жидкость становится горячей.

В этом примере горячая вода с температурой 60 ° C поступает в верхнюю трубу. Он нагревает воду в нижней трубе, которая была подогрета по пути, почти до 60 ° C. Минуту, но существующая разница тепла все еще существует, и передается небольшое количество тепла, так что вода, выходящая из нижней трубы, имеет температуру около 60 ° C. Поскольку максимальная температура на входе горячей воды составляет 60 ° C, а температура воды на выходе из нижней трубы почти равна этой температуре, но не совсем, вода в верхней трубе может нагреть воду в нижней трубе почти до своей температуры. . На холодном конце - выход воды из верхней трубы, поскольку холодная вода, поступающая в нижнюю трубу, все еще остается холодной при 20 ° C, она может отбирать остатки тепла из уже остывшей горячей воды в верхней трубе, в результате чего его температура снижается почти до уровня охлаждающей жидкости (21 ° C).

В результате из верхней трубы, в которую поступала горячая вода, теперь выходит холодная вода с температурой 20 ° C, а из нижней трубы, в которую поступала холодная вода, теперь выделяется горячая вода с температурой около 60 ° C. Фактически, большая часть тепла передавалась.

Условия получения более высоких результатов перевода

Практически полная передача в системах, реализующих противоточный обмен, возможна только в том случае, если два потока в некотором смысле «равны».

Для максимальной передачи концентрации вещества требуется равный расход растворителей и растворов. Для максимальной теплоотдачи средний удельная теплоемкость и массовый расход должен быть одинаковым для каждого потока. Если два потока не равны, например, если тепло передается от воды к воздуху или наоборот, то, как и в системах параллельного обмена, ожидается изменение градиента из-за неправильной передачи нарастания свойства.[2]

Противоточный обмен в биологических системах

Rete Mirabile = RM

Противоточный обмен в биологических системах произошел после открытия противоточных систем размножения. Вернер Кун.

Противоточный обмен широко используется в биологических системах для самых разных целей. Например, рыбы использовать это в своих жабры переносить кислород из окружающей воды в свою кровь, и птицы использовать противоток теплообменник между кровеносными сосудами в ногах, чтобы тепло удерживалось внутри их тела. У позвоночных этот тип органа называют Rete Mirabile (первоначально название органа в жабрах рыб). Млекопитающее почки используйте противоточный обмен для удаления воды из мочи, чтобы организм мог удерживать воду, используемую для перемещения азотистых отходов (см. противоточный умножитель ).

Противоточная петля умножения

Схема контура умножения противотока

Контур противоточного размножения - это система, в которой жидкость течет по петле, так что вход и выход имеют одинаковую низкую концентрацию растворенного вещества, но на дальнем конце петли наблюдается высокая концентрация этого вещества. Буферная жидкость между входящей и выходной трубками принимает концентрированное вещество. Входящие и исходящие трубки не касаются друг друга.

Система позволяет постепенно наращивать высокую концентрацию, позволяя естественное наращивание концентрации по направлению к наконечнику внутри входной трубы (например, используя осмос воды из входной трубы в буферную жидкость), и используя из многих активный транспорт перекачивает каждую перекачку только против очень небольшого градиента на выходе из контура, возвращая концентрацию внутри выпускной трубы к исходной концентрации.

Входящий поток, начинающийся с низкой концентрации, имеет полупроницаемая мембрана с переходом воды в буферную жидкость через осмос при небольшом уклоне. Внутри петли происходит постепенное нарастание концентрации, пока кончик петли не достигает своего максимума.

Теоретически подобная система может существовать или быть построена для теплообмена.

В примере, показанном на изображении, вода поступает с концентрацией 299 мг / л (NaCl / H2О). Вода проходит из-за небольшого осмотическое давление к буферной жидкости в этом примере при 300 мг / л (NaCl / H2О). Далее вверх по петле происходит непрерывный поток воды из пробирки в буфер, постепенно повышая концентрацию NaCl в пробирке до тех пор, пока она не достигнет 1199 мг / л на конце. Буферная жидкость между двумя трубками имеет постепенно возрастающую концентрацию, всегда немного выше поступающей жидкости, в этом примере достигая 1200 мг / л. Это регулируется перекачивающим действием на возвратной трубе, как будет сразу объяснено.

Кончик петли имеет самую высокую концентрацию соли (NaCl) во входящей трубке - в примере 1199 мг / л, а в буфере - 1200 мг / л. Возвратная трубка имеет активные транспортные насосы, перекачивающие соль в буферную жидкость при небольшой разнице концентраций, до 200 мг / л больше, чем в трубке. Таким образом, когда в буферной жидкости против 1000 мг / л, концентрация в пробирке составляет 800, и нужно откачать только 200 мг / л. Но то же самое верно в любом месте на линии, так что на выходе из контура также необходимо закачать только 200 мг / л.

Фактически, это можно рассматривать как постепенно усиливающийся эффект - отсюда и название явления: «противоточный умножитель» или механизм: противоточное умножение, но в текущих технических терминах противоточное умножение - это любой процесс, в котором требуется лишь небольшая накачка, из-за постоянной небольшой разницы в концентрации или тепла в процессе, постепенно повышаясь до максимума. Нет необходимости в буферной жидкости, если желаемый эффект достигается при получении высокой концентрации на выходе из трубы.[3]

В почках

Схема потока ионов нефрона
Петля Генле (Анатомия Грея книга)

Контур жидкости в Петля Генле - важная часть почек позволяет постепенно наращивать концентрацию мочи в почках с помощью активный транспорт на выходе нефроны (канальцы, несущие жидкость в процессе постепенной концентрации мочевины). Активным транспортным насосам необходимо только преодолеть постоянный и низкий градиент концентрации из-за противоточного механизма умножения.[4]

Различные вещества проходят от жидкости, входящей в нефроны, до выхода из петли (см. Диаграмму потока нефрона). Последовательность течения следующая:

  • Почечное тельце: Жидкость попадает в систему нефронов в Капсула Боумена.[5]
  • Проксимальный извитый каналец: Затем он может реабсорбировать мочевину в нисходящая конечность.[6] Вода удаляется из нефронов осмос (а глюкоза и другие ионы откачиваются вместе с активный транспорт ), постепенно повышая концентрацию в нефронах.[7]
  • Петля Генле по убыванию: Жидкость переходит от тонкой нисходящей конечности к толстой восходящей конечности. Вода постоянно выделяется через осмос.[8][нужна цитата ] Постепенно происходит нарастание осмотической концентрации до тех пор, пока на конце петли не будет достигнуто 1200 мОсм, но разница на мембране остается небольшой и постоянной.
Например, жидкость в одной секции внутри тонкого нисходящего плеча составляет 400 мОсм, а снаружи - 401. Далее по нисходящему краю внутренняя концентрация составляет 500, а снаружи - 501, поэтому постоянная разница в 1 мОсм сохраняется. через мембрану, хотя концентрация внутри и снаружи постепенно увеличивается.[нужна цитата ]
Например, насосы на участке, близком к изгибу, откачивают от 1000 мОсм внутри восходящей ветви до 1200 мОсм вне ее при диаметре 200 мОсм. Перекачивает вверх по тонкой восходящей ветви, откачивает 400 мОсм в жидкость при 600 мОсм, так что снова сохраняется разница на уровне 200 мОсм изнутри наружу, в то время как концентрация внутри и снаружи постепенно уменьшается по мере продвижения потока жидкости. .
Жидкость, наконец, достигает низкой концентрации 100 мОсм при выходе из тонкий восходящая конечность и проходящая через толстый один[11]
  • Дистальный извитый каналец: После выхода из петли Генле толстая восходящая конечность может при желании реабсорбироваться и повторно увеличивать концентрацию в нефронах.[12]
  • Сборный воздуховод: В сборный канал поступает жидкость от 100 мОсм, если реабсорбция не производится, до 300 или выше, если использовалась реабсорбция. При необходимости собирающий канал может продолжать повышать концентрацию, постепенно откачивая те же ионы, что и из дистального извитого канальца, используя тот же градиент, что и у восходящих конечностей в петле Генле, и достигая той же концентрации.[13]
  • Мочеточник: Жидкая моча уходит в Мочеточник.
  • Тот же принцип используется при гемодиализе в аппаратах искусственной почки.

История

Первоначально механизм противоточного обмена и его свойства были предложены в 1951 г. профессором Вернер Кун и двое его бывших студентов, которые назвали механизм, обнаруженный в Петля Генле у млекопитающих почки а Противоточный умножитель[14] и подтверждено лабораторными данными в 1958 г. профессором Карл В. Готтшалк.[15] Эта теория получила признание через год после того, как тщательное исследование показало, что осмотические различия между жидкостями по обе стороны нефронов практически отсутствуют.[16] Гомер Смит, значительный современный авторитет в области физиологии почек, противостоял модельной противоточной концентрации в течение 8 лет, пока в 1959 году не уступил.[17] С тех пор в биологических системах было обнаружено много подобных механизмов, наиболее заметные из них: Rete Mirabile в рыбе.

Противоточный обмен тепла в организмах

Артериальное кровоснабжение и кровоснабжение глубоких вен руки человека. Поверхностные (подкожные) вены не показаны. Глубокие вены охватывают артерии, и последующий противоток позволяет руке значительно охладиться без потери тепла тела, которое замыкается противотоком.[18][19]

В холодную погоду приток крови к конечностям птиц и млекопитающих снижается при воздействии холодных условий окружающей среды и возвращается в туловище через глубокие вены, расположенные рядом с артериями (формируя Venae Comitantes ).[19][20][21] Это действует как противоточная система обмена, которая переключает тепло из артериальной крови непосредственно в венозную кровь, возвращающуюся в туловище, вызывая минимальные потери тепла конечностями в холодную погоду.[18][19] Подкожные вены конечностей сильно сужены, тем самым уменьшая потерю тепла по этому пути и заставляя кровь возвращаться от конечностей в системы противотока крови в центрах конечностей. Птицы и млекопитающие, которые регулярно опускают конечности в холодную или ледяную воду, имеют особенно хорошо развитую систему противотока крови к конечностям, позволяющую длительное воздействие холода на конечности без значительной потери тепла тела, даже когда конечности такие тонкие. как голени, или лапки, например, птицы.[20]

Когда животные любят кожистая черепаха и дельфины находятся в более холодной воде, к которой они не акклиматизированы, они используют этот механизм CCHE, чтобы предотвратить потерю тепла из-за ласты, хвостовые двуустки и спинные плавники. Такие системы CCHE состоят из сложной сети периартериальных венозных сплетения, или venae comitantes, которые проходят через подкожный жир от их минимально изолированных конечностей и тонких обтекаемых бугорков.[20] Каждое сплетение состоит из центральной артерии, содержащей теплую кровь из сердца, окруженную пучком вен, содержащих холодную кровь с поверхности тела. Когда эти жидкости протекают друг мимо друга, они создают тепловой градиент, при котором тепло передается и удерживается внутри тела. Теплая артериальная кровь передает большую часть своего тепла холодной венозной крови, поступающей извне. Это сохраняет тепло, рециркулируя его обратно к сердцевине тела. Поскольку артерии отдают большую часть своего тепла в этом обмене, меньше тепла теряется через конвекция на периферийной поверхности.[18]

Другой пример - ноги Арктическая лиса наступая на снег. Лапы обязательно должны быть холодными, но кровь может циркулировать, доставляя питательные вещества к лапам, не теряя при этом большого количества тепла от тела. Близость артерий и вен в ноге приводит к теплообмену, поэтому по мере того, как кровь течет вниз, она становится холоднее и не теряет много тепла в снег. Когда (холодная) кровь течет обратно вверх от лап по венам, она забирает тепло от крови, текущей в противоположном направлении, так что она возвращается к туловищу в теплом состоянии, позволяя лисе поддерживать комфортную температуру. не потеряв его в снег. Эта система настолько эффективна, что песец не начинает дрожать, пока температура не упадет до -70 ° C (-94 ° F).

Противоточный обмен у морских и пустынных птиц для экономии воды

Было обнаружено, что морские и пустынные птицы имеют соляная железа рядом с ноздрями, в которых концентрируется рассол, который позже «чихает» в море, фактически позволяя этим птицам пить морскую воду без необходимости искать ресурсы пресной воды. Это также позволяет морским птицам удалять излишки соли, попадающие в организм во время еды, плавания или ныряния в море в поисках пищи. Почки не могут удалить такое количество и концентрацию соли.

Солевыделительная железа была обнаружена у морских птиц, таких как пеликаны, буревестники, альбатросы, чайки, и крачки. Он также был обнаружен у намибийских страусов и других пустынных птиц, где накопление концентрации соли происходит из-за обезвоживания и нехватки питьевой воды.

У морских птиц соляная железа находится над клювом и ведет к основному каналу над клювом, и вода выдувается из двух маленьких ноздрей на клюве, чтобы опорожнить его. В солевой железе работают два противоточных механизма:

а. Система извлечения соли с противоточным механизмом размножения, при котором соль активно перекачивается из кровеносных венул (мелких вен) в канальцы железы. Хотя жидкость в канальцах имеет более высокую концентрацию соли, чем кровь, поток организован в противотоке, так что кровь с высокой концентрацией соли попадает в систему рядом с местом выхода канальцев железы и соединяется с ней. главный канал. Таким образом, вдоль всей железы есть только небольшой градиент, по которому нужно подняться, чтобы вытолкнуть соль из крови в соленую жидкость с активный транспорт питаться от АТФ.

б. В системе кровоснабжения железы установлен механизм петли противоточного обмена для поддержания высокой концентрации соли в крови железы, чтобы она не попадала обратно в систему крови.

Железы эффективно удаляют соль и, таким образом, позволяют птицам пить соленую воду из окружающей среды, находясь за сотни миль от земли.[22][23]

Противоточный обмен в промышленности и научных исследованиях

Hardendale Lime Works в Великобритании использует противоточные печи для достижения высоких температур

Противоточная хроматография - это метод разделения, основанный на дифференциальном разделении аналитов между двумя несмешивающимися жидкостями с использованием противотока или прямотока.[24] Являясь развитием противоточного распределения (CCD) Крейга, наиболее широко используемым термином и сокращением является противоточная хроматография или CCC,[25] особенно при использовании гидродинамических приборов CCC. Термин распределительная хроматография в значительной степени является синонимом и преимущественно используется для гидростатических приборов CCC.

  • Дистилляция химикатов, таких как нефтепереработка, производится в башнях или колоннах с перфорированными тарелками. Пар из низкокипящих фракций пузырится вверх через отверстия в тарелках, контактируя с нисходящими потоками высококипящих фракций. Концентрация низкокипящей фракции увеличивается на каждой тарелке вверх по башне по мере ее «отпарки». Низкокипящая фракция отводится сверху башни, а высококипящая фракция - снизу. Процесс в лотках представляет собой комбинацию теплопередача и массообмен. Тепло подается снизу, известное как «ребойлер», а охлаждение осуществляется конденсатором вверху.
Противоток в жидкость-жидкостная экстракция
Противоточный теплообменник печи (печи)
  • Лайм может изготавливаться противотоком печи позволяя теплу достигать высоких температур, используя дешевое топливо с низкой температурой горения. Исторически это было развито японцами в определенных типах Печь Анагама. Печь построена поэтапно: свежий воздух, поступающий к топливу, направляется вниз, а дым и тепло выталкиваются вверх и наружу. Тепло не покидает печь, а передается обратно входящему воздуху и, таким образом, медленно достигает 3000 ° C и более.
Противоточная вращающаяся печь для цемента
  • Цемент может быть создан с использованием противоточной печи, в которой тепло передается цементу и выхлопу вместе, в то время как тяга поступающего воздуха проходит по обоим, поглощая тепло и удерживая его внутри печи, в конечном итоге достигая высоких температур.
  • Газификация: процесс создания метан и монооксид углерода из органических или ископаемых веществ, можно сделать с помощью Противоточный газогенератор с неподвижным слоем (с восходящей тягой) который построен аналогично обжиговой печи Анагама и поэтому должен выдерживать более суровые условия, но обеспечивает более высокую эффективность.
  • На атомных электростанциях вода, покидающая станцию, не должна содержать даже микрочастиц урана. Противоточная декантация (CCD) используется на некоторых предприятиях для извлечения воды, полностью очищенной от урана.
Обменно-текущая декантация, изображенная в центробежных экстракторах как 1-я ступень
  • Центрифуги типа Zippe используйте умножение противотока между восходящими и падающими конвекционными токами, чтобы уменьшить количество ступеней, необходимых в каскаде.
  • Немного Центробежные экстракторы использовать противоточные механизмы обмена для извлечения желаемого материала с высокой скоростью.
  • Немного протеиновые скиммеры: устройство для очистки бассейнов с морской водой и рыбных прудов от органических веществ - использование противоточные технологии.
  • Противоточные процессы также использовались для изучения поведения мелких животных и изоляции людей с измененным поведением из-за генетических мутаций.[26][27][28]

Смотрите также

внешняя ссылка

использованная литература

  1. ^ В почках обнаружены как противоточная система обмена, так и противоточная система размножения. Последний в петле Генле, первый в петле прямая ваза
  2. ^ Удельную теплоемкость следует рассчитывать на основе массы, усредненной по соответствующему диапазону температур. Это соответствует второму закону термодинамики.
  3. ^ Сюань Юнг Хуанг, Пэйсинь Хэ, Фолкнер Ларри Р. (1986). «Умножитель тока для использования с ультрамикроэлектродами». Аналитическая химия. 58 (13): 2889–2891. Дои:10.1021 / ac00126a070.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  4. ^ Увидеть противоточная мультипликаторная анимация В архиве 2011-06-06 на Wayback Machine на Колорадский университет интернет сайт.
  5. ^ Начиная с афферентная артериола, а кровеносный сосуд ведущий к Клубочки Отфильтрованная кровь поступает к нефронам в капсуле Боумена, которая окружает клубочки. (Кровь покидает клубочки в эфферентная артериола ).
  6. ^ Жидкость из капсулы Боумена достигает толстой нисходящей конечности. Мочевина может реабсорбироваться в низком (300 мОсм ) осмотическая концентрация в нефронах конечностей. Всасывание мочевины в толстой нисходящей конечности ингибируется Сартаны и катализируется лактаты и кетоны.
  7. ^ Глюкоза, аминокислоты, различный ионы и органический материал покидает конечность, постепенно повышая концентрацию в нефронах. Допамин подавляет секрецию толстой нисходящей конечности, и Ангиотензин II катализирует это
  8. ^ Полупроницаемая мембрана тонкой нисходящей конечности не пропускает ионы или большие растворенные молекулы.
  9. ^ Тонкая мембрана восходящей конечности не допускает свободного прохождения каких-либо веществ, включая воду.
  10. ^ Фуросемид подавляет секрецию соли из тонкой восходящей конечности, при этом альдостерон катализирует секрецию.
  11. ^ Вода или жидкость с очень низкой осмотической концентрацией, покидающая нефроны, реабсорбируется в Перитубулярные капилляры и вернулся в кровь.
  12. ^ Реабсорбция и увеличение концентрации осуществляется путем необязательного поглощения калий (K+) и водород (ЧАС+) катионов, выделяя воду и продолжая откачивать кальций (Ca+) и соль (Na+ и Cl− ионы). Повторное концентрирование за счет секреции ионов кальция и соли ингибируется тиазиды и катализируется Антидиуретический гормон и альдостерон
  13. ^ Предсердный натрийуретический пептид и уродилатин подавляют секрецию водной соли и кальция из собирательных трубок, в то время как антидиуретический гормон и альдостерон катализируют это.
  14. ^ Оригинальная лекция была опубликована в 1951 году на немецком языке. Согласно книге о еврейских ученых при Рейхе Кун предположил и изучил этот механизм еще в начале 1940-х годов. Это было подтверждено в 2001 г. перевод оригинальной лекции опубликовано с замечаниями профессора Барта Харгитея, в то время одного из двух бывших помощников студентов. Харбитей говорит: Прежде чем обосноваться в Базеле, Кун проделал фундаментальную работу в Киле, разделив изотопы на центрифуге. Это заставило его быть очарованным эффектом противотока в умножении очень небольшого единичного эффекта на значительные расстояния. (Журнал веб-сайта Американского общества нефрологов)
  15. ^ Готшальк, К.; Mylle, M. (1958), "Доказательства того, что нефрон млекопитающих функционирует как противоточная система умножения", Наука, 128 (3324): 594, Bibcode:1958Научный ... 128..594Г, Дои:10.1126 / science.128.3324.594, PMID  13580223, S2CID  44770468.
  16. ^ Готшальк, К.; Mylle, M. (1959), "Исследование микропунктурного механизма концентрации мочи у млекопитающих: доказательства противоточной гипотезы", Американский журнал физиологии, 196 (4): 927–936, Дои:10.1152 / ajplegacy.1959.196.4.927, PMID  13637248. Смотрите также История механизма концентрации мочи статья в «Почки» - Журнал Международного общества нефрологов, где профессор Готтшалк указывает на горячие споры, предшествовавшие принятию теории противоточного множительного действия почек.
  17. ^ Смит, Гомер У., Судьба натрия и воды в почечных канальцах, Bull. Нью-Йоркская медицинская академия 35: 293–316, 1959.
  18. ^ а б c Шмидт-Нильсен, Кнут (1981). «Противоточные системы у животных». Scientific American. 244 (Май): 118–128. Bibcode:1981SciAm.244e.118S. Дои:10.1038 / scientificamerican0581-118. PMID  7233149.
  19. ^ а б c Уильямс, Питер Л .; Уорик, Роджер; Дайсон, Мэри; Баннистер, Лоуренс Х. (1989). Анатомия Грея (Тридцать седьмое изд.). Эдинбург: Черчилль Ливингстон. С. 691–692, 791, 10011–10012. ISBN  0443-041776.
  20. ^ а б c Шоландер, П. Ф. (1957). «Чудесная сеть». Scientific American. 196 (Апрель): 96–110. Bibcode:1957SciAm.196d..96S. Дои:10.1038 / scientificamerican0457-96.
  21. ^ Гилрой, Энн М .; Макферсон, Брайан Р .; Росс, Лоуренс М. (2008). Атлас анатомии. Штутгарт: Thieme Medical Publishers. С. 318, 349. ISBN  978-1-60406-062-1.
  22. ^ Proctor, Noble S .; Линч, Патрик Дж. (1993). Руководство по орнитологии. Издательство Йельского университета.
  23. ^ Ричисон, Гэри. «Птичья осморегуляция». Получено 16 апреля 2011.
  24. ^ «Жидкая фаза». Архивировано из оригинал 5 сентября 2008 г.. Получено 16 апреля 2011.
  25. ^ «Противоточная хроматография». Иллинойский университет в Чикаго. Получено 16 апреля 2011.
  26. ^ Бензер Сеймур (1967). «Поведенческие мутанты дрозофилы, изолированные путем противоточного распространения» (PDF). Труды Национальной академии наук США. 58 (3): 1112–1119. Bibcode:1967PNAS ... 58.1112B. Дои:10.1073 / pnas.58.3.1112. ЧВК  335755. PMID  16578662.
  27. ^ Дюзенбери Дэвид Б. (1973). «Противоточная сепарация: новый метод изучения поведения мелких водных организмов». Труды Национальной академии наук США. 70 (5): 1349–1352. Bibcode:1973PNAS ... 70.1349D. Дои:10.1073 / пнас.70.5.1349. ЧВК  433494. PMID  4514305.
  28. ^ Дузенбери Дэвид Б., Шеридан Роберт Э., Рассел Ричард Л. (1975). "Хемотаксис-дефектные мутанты нематоды" Caenorhabditis elegans". Генетика. 80 (2): 297–309. ЧВК  1213328. PMID  1132687.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  29. ^ По данным компании, почти половина электроэнергии в США используется для вентиляции сточных вод. Метод противоточного обмена позволяет экономить до 50% электроэнергии.