Почки выделяют большие объемы гипотонической мочи с низкой концентрацией солей. Мочеотделение может достигать 15 % от объема жидкости, профильтровавшейся в клубочках, т.е. возрастает до 18 мл*мин-1*1,73 м-2 поверхности тела, а осмоляльность мочи снижается до 70—50 мосмоль*кг-1 H2O.
В условиях дефицита жидкости в организме, при повышении осмоляльности крови наступает секреция АДГ, и почка осуществляет осмотическое концентрирование мочи. Мочеотделение уменьшается до 0,5 мл*мин-1*1,73 м-2 поверхности тела, осмоляльность мочи у человека может возрастать до 1200—1400 мосмоль*кг-1 H2O.
Сущность этого процесса в общих чертах может быть представлена следующим образом. После реабсорбции 65 % профильтровавшейся жидкости в проксимальном канальце в тонкий нисходящий отдел петли Генле поступает изотоничная плазме крови жидкость. Содержимое тонкого отдела петли становится более концентрированным, так как из его просвета в межклеточное вещество по осмотическому градиенту всасывается вода, а осмотически активные вещества остаются внутри канальца. Чем дальше от коры по продольной оси мозгового вещества находится жидкость в нисходящем колене петли Генле, тем выше ее осмолярная концентрация. Таким образом, в каждых соседних участках нисходящего отдела петли наблюдается лишь небольшое нарастание осмотического давления, но по длиннику мозгового слоя осмотическая концентрация в почке человека увеличивается, постепенно повышаясь от 300 до 1200—1500 мосмоль*кг-1 H2O.
На вершине петли Генле не только в несколько раз возрастает осмотическая концентрация канальцевой жидкости, но и значительно уменьшается ее объем. При дальнейшем движении жидкость проходит по непроницаемому для воды восходящему отделу петли Генле и дистальному канальцу, в которых продолжается реабсорбция ионов хлора и натрия, вода же остается в их просвете. В собирательных трубках коры почки под влиянием АДГ возрастает проницаемость стенки для воды, она начинает реабсорбироваться по осмотическому градиенту. При протекании мочи по собирательным трубкам в мозговом веществе продолжается концентрирование мочи. Поскольку все выше становится осмолярность окружающего собирательные трубки интерстиция, то из просвета всасывается вода, в конечном счете образуется и выделяется гиперосмотическая моча, в которой осмотическое давление так же велико, как в интерстициальной жидкости на вершине почечной пирамиды.
В механизме осмотического концентрирования мочи особую роль играет мочевина. В отличие от наружной зоны мозгового вещества, где повышение осмолярности обусловлено главным образом накоплением солей натрия, во внутреннем мозговом веществе наряду с солями натрия важное значение имеет мочевина. В мозговом веществе почки функционирует специальная система, обеспечивающая кругооборот мочевины и ее удержание в почке. Центральную роль в этом процессе играет неодинаковая проницаемость различных частей канальцев для мочевины и особенно способность АДГ увеличивать проницаемость для мочевины стенки тех участков собирательных трубок, которые расположены во внутреннем мозговом веществе почки. Вследствие реабсорбции воды в вышележащих отделах собирательных трубок в их просвете повышается концентрация мочевины, однако она не может выйти из канальца. Когда же моча достигает того участка собирательных трубок, где АДГ увеличивает проницаемость и для воды, и для мочевины (зона внутреннего слоя мозгового вещества), большие количества обоих веществ реабсорбируются в мозговое вещество. Мочевина увеличивает осмолярную концентрацию в интерстиции мозгового вещества, создавая условия для реабсорбции дополнительных количеств воды. Войдя в ткань мозгового вещества, мочевина диффундирует по межклеточному веществу, проникает в просвет тонкого восходящего отдела петли Генле и движется по канальцу. Общее количество входящей в просвет нефрона мочевины настолько значительно, что при антидиурезе в дистальный извитой каналец поступает больше мочевины, чем профильтровалось в клубочках. Мочевина снова реабсорбируется под влиянием АДГ в собирательных трубках, что и обеспечивает непрестанный ее кругооборот в почке и объясняет важную роль мочевины в процессе осмотического концентрирования мочи.
Эффективность осмотического концентрирования мочи зависит от многих причин. Важное значение имеет соотношение между количеством нефронов с длинной и короткой петлями Генле. Юкстамедуллярные нефроны, петли Генле которых глубоко спускаются в мозговое вещество почки, обеспечивают его высокую осмоляльность и благодаря этому наибольшее осмотическое концентрирование мочи. Очевидно, что степень поражения тех или иных групп нефронов в условиях патологии определяет и дефект процесса осмотического концентрирования мочи.
Увеличение скорости движения жидкости по прямым кровеносным сосудам способствует вымыванию осмотически активных веществ из мозгового вещества почки, а ускорение потока мочи по собирательным трубкам снижает уровень всасывания мочевины, что также ухудшает работу концентрирующего механизма. К этому же приводит питание малобелковой пищей, так как меньше образуется мочевины и не удается достичь высокого осмотического градиента в мозговом веществе почки. В этой же зоне почки образуются простагландины, некоторые из них стимулируют движение крови по прямым сосудам мозгового вещества, а также снижают действие АДГ на проницаемость для воды клеток собирательных трубок.
Оценка состояния осморегулирующей функции почки имеет важное значение для клиницистов. Осмотическое концентрирование мочи требует участия почти всех элементов почки — сосудистой системы, почечных канальцев, интерстиция. Поэтому изменение осморегулирующей функции почки может зависеть от многих причин, их выяснение будет способствовать постановке диагноза. Роль этой функции почки была известна клиницистам еще в начале нашего столетия, когда были предложены тесты на разведение и концентрирование мочи; до наших дней сохранили значение пробы Фольгарда (F.Volhard) и Зимницкого. Нарушение процесса осмотического концентрирования, выделение мочи с низкой относительной плотностью после водной депривации могут быть обусловлены изменением работы любого элемента, описанного выше. Вероятно, для клинициста целесообразно не только рассмотреть данные физиологических исследований, показывающих значение каждого из компонентов системы концентрирования мочи, но и проанализировать особенности работы почки при таких патологических состояниях, которые позволяют глубже оценить роль основных элементов концентрирования мочи и могут быть полезны при выяснении причин полиурии и нарушения концентрационной способности почки. Изменение способности почки к осмотическому разведению и концентрированию мочи может быть обусловлено экстраренальными факторами либо процессами, происходящими в почке.
Описаны случаи нарушения функции осморецепторов, когда почки при сухоядении не концентрировали мочу; это было обусловлено не нарушением функции пептидергических нейронов, как при истинном несахарном диабете, а тем, что нейрогипофиз сохранял способность секретировать АДГ только после инъекции никотина. Полиурия при нормальном состоянии осморецепторов может быть обусловлена повышенной возбудимостью центра жажды, вызывающей увеличенное потребление воды при более низкой осмоляльности плазмы крови, чем у здорового человека. В этих случаях осмоляльность крови ниже, чем в норме (269 мосмоль*кг-1 H2O), в то время как при несахарном диабете она выше, чем в норме (280— 295 мосмоль*кг-1 H2O), и составляет более 295 мосмоль*кг-1 H2O. Во всех этих случаях сохраняется нормальная реакция почки на инъекцию препаратов гормонов задней доли гипофиза или синтетического вазопрессина, что свидетельствует о сохранности осморегулирующей функции почки.
Значительное снижение клубочковой фильтрации и почечного кровотока независимо от вызвавшей их причины приводит к уменьшению концентрационной функции почки из-за недостаточной доставки осмотически активных веществ и нарушения нормального движения жидкости.
Большое значение имеет и сохранение достаточного кровоснабжения мозгового вещества почки. При серповидно-клеточной анемии нарушение концентрационной способности почки связано с тем, что патологически измененные эритроциты, входящие с током крови в прямые сосуды мозгового вещества, резко изменяют свою форму, соприкасаясь с гипертонической средой. Это уменьшает кровоток в узких сосудах мозгового слоя; ишемия только этой зоны снижает в ней накопление натрия, хлора, мочевины, в конечном счете нарушается функция концентрирования мочи. После обменного переливания крови концентрационная способность почки у этих больных временно восстанавливается до нормы. Другим примером может служить питрессинрезистентный ноктуральный нефрогенный несахарный диабет, описанный при пароксизмальной гипертензии. Он обусловлен усилением кровотока по прямым сосудам мозгового вещества; увеличение кровотока вызывает вымывание осмотически активных веществ из мозгового вещества почки в период пароксизмальной гипертензии, что сопровождается снижением осмоляльности мочи.
Процесс осмотического концентрирования мочи представляет собой совокупную работу всех составляющих почку элементов. Поэтому для эффективного концентрирования важное значение имеют количество функционирующих нефронов, тесная связь их друг с другом, способствующая деятельности противоточной системы, нормальные размеры отдельных сегментов нефронов. Снижение концентрационной способности при хронической почечной недостаточности (ХПН), в частности, зависит от резкого уменьшения количества функционирующих нефронов, увеличения расстояния между отдельными нефронами. Любые факторы, нарушающие соотношение между структурами мозгового слоя почки, приводят к снижению процесса осмотического концентрирования. Это может наблюдаться, например, при поликистозе или поражении мозгового вещества амилоидом.
Значительное снижение реабсорбции жидкости в проксимальном канальце вызывает усиление потока жидкости по петле Генле и вымывание из нее осмотически активных веществ. Это наблюдается при врожденном дефекте нефрона — укороченном проксимальном канальце, осмотическом диурезе любой этиологии (сахарный диабет, ХПН, вливание маннита и других осмотических диуретиков). Активный транспорт солей клетками толстого восходящего отдела петли Генле нарушается при гипокалиемии из-за ухудшения работы ионных насосов. Гиперкальциемия и избыток кальция в клетке снижают накопление натрия в мозговом веществе, угнетая его активный транспорт.
Увеличение проницаемости для воды стенки собирательных трубок инициируется АДГ. Из русла крови он проникает в межклеточную жидкость, достигает внешней поверхности плазматических мембран базальной и латеральной поверхности клетки. В этих мембранах находятся У2-рецепторы, АДГ взаимодействует с ними, и при участии G-белков активируется аденилатциклаза, способствующая преобразованию АТФ в цАМФ. Последний перемещается в область апикальной части клетки, и вследствие стимуляции протеинкиназы и ряда биохимических реакций осуществляется перестройка люминальной плазматической мембраны, увеличивается ее проницаемость для воды, в нее встраиваются водные каналы — аквапорины 2. Сказанное не отражает известной уже в настоящее время сложности внутриклеточных биохимических и ультраструктурных преобразований, наступающих после активации У2-рецептора, однако позволяет понять возможные причины нарушения осморегулирующей функции почки при некоторых видах фармакотерапии, нарушении ионного состава внутренней среды организма, эндокринопатиях.
Нарушение концентрационной способности почки наблюдается при гипокортицизме, гипопитуитаризме и гипотиреоидизме. Изменение ионного состава внутренней среды оказывает влияние на реакцию клеток собирательных трубок на АДГ. Взаимодействие гормона с клеткой ослабевает при гиперкальциемии, дефицит калия в организме сопровождается нарушением хода внутриклеточных процессов, активируемых АДГ и происходящих после образования цАМФ. Различные фармакологические средства, применяемые в клинике, могут вмешиваться в биохимические процессы, участвующие в осмотическом концентрировании. Среди них можно упомянуть анальгетики, некоторые диуретики, винкристин. Оказалось, что в увеличении проницаемости люминальной мембраны участвует цитоскелет, поэтому фармакологические средства, влияющие на состояние цитоскелета, сборку микрофиламентов и микротрубочек, изменяют реакцию клеток на АДГ.
Существенное значение в механизме действия этого гормона имеет его способность активировать образование ряда простагландинов в мозговом веществе почки. Их функциональное назначение состоит в снижении чувствительности клеток к АДГ, уменьшении реакции на АДГ. Казалось бы, складывается парадоксальная ситуация — один и тот же гормон увеличивает проницаемость собирательных трубок для воды и способствует секреции веществ, угнетающих собственную реакцию. Этот факт можно объяснить тем, что АДГ является основным (а возможно, и единственным) регулятором водного обмена, поэтому была необходимость создать систему снижения реакции на этот гормон. В этом и заключается двойственность его эффекта: он увеличивает реабсорбцию воды и способствует выработке вещества, снижающего чувствительность рецепторов к вазопрессину, тем самым противодействующего возрастанию осмотической проницаемости. Гормон быстро разрушается, и пока в кровь поступают все новые количества АДГ, сохраняется увеличенная реабсорбция воды, однако снижение секреции этого гормона быстро приводит к восстановлению водонепроницаемости стенки канальца. Влияние на эффект АДГ могут оказывать и лекарственные препараты, влияющие на синтез и инактивацию простагландинов.
Данные об увеличении АДГ проницаемости канальцев для мочевины позволяют понять давно известный в клинике факт, что очищение от мочевины зависит от величины диуреза — оно меньше при низком диурезе и значительно возрастает при увеличении мочеотделения, достигая 65 % от одновременно измеряемого очищения от креатинина или инулина при водном диурезе. Малый уровень мочеотделения обычно обусловлен значительной концентрацией в крови АДГ и, следовательно, большей реабсорбцией в канальцах воды и мочевины; обратные процессы наблюдаются при большой скорости диуреза, когда нет АДГ. Нельзя не учитывать и рациона, в котором должно быть достаточное количество не только солей, но и белка. При потреблении малобелковой пищи образуется недостаточное количество мочевины и вследствие этого не создается необходимого уровня ее накопления в мозговом слое почки. Все сказанное должно помочь в воссоздании «целостного образа» процесса осмотического концентрирования и лечь в основу последующего анализа причин, вызывающих нарушение одной из основных функций почки, связанных с ее участием в водно-солевом обмене и важных в клинике для характеристики функционального состояния почки.
источник
Осмотическое концентрирование и разведение мочи — процесс, обеспечивающий постоянство концентрации осмотически активных веществ в крови. Процесс обеспечивается функцией петли нефрона и собирательных трубочек как «противоточного умножителя». Принцип противотока — движение первичной мочи по коленам петли нефрона и собирательным трубочкам навстречу друг другу — создает возможность уравновешивания концентрации осмотически активных веществ в моче и интерстиции почек посредством пассивного движения воды по осмотическому градиенту.
Принцип «умножителя» обеспечивается благодаря активному транспорту хлорида натрия в интерстиции из толстого отдела восходящего колена петли нефрона, который непроницаем для воды. Этот процесс создает высокий осмотический градиент в наружной зоне мозгового вещества почки и разницу в осмотической концентрации в просвете нисходящего и восходящего колена петли нефрона.
Активный транспорт натрия и хлора обеспечивает увеличение осмотической концентрации по направлению к сосочку почки в наружной зоне мозгового вещества почки. В зоне внутреннего мозгового вещества осмотическая концентрация интерстиция дополнительно возрастает за счет транспорта мочевины — внутрипочечный кругооборот мочевины. Способствуют созданию и поддержанию высокого осмотического градиента интерстиция артериальные и венозные прямые кровеносные сосуды, кровоснабжающие мозговое вещество почки, которые повторяют ход колен петли нефрона.
Осмотическая концентрация первичной мочи (ультрафильтрат плазмы), поступившей в нисходящий отдел петли нефрона, равнозначна плазменной 280—300 мосмль/кг Н20. По ходу продвижения по нисходящему колену петли нефрона, стенка которого проницаема для воды, последняя по осмотическому градиенту переходит из просвета петли в окружающую межуточную ткань, и осмотическая концентрация мочи в нисходящем колене петли, уравновешиваясь с осмотической концентрацией интерстиция, постепенно возрастает, достигая максимума (1400—1450 мосмоль/кг Н20) в месте перегиба петли в зоне сосочка почки. В восходящем колене петли нефрона по направлению к корковому веществу почки осмотическая концентрация мочи постепенно уменьшается и в зоне толстого восходящего отдела петли нефрона составляет 200—250 мосмоль/кг Н20. С такой осмотической концентрацией моча поступает в дистальный каналец нефрона и далее в собирательные трубочки. Окончательная осмоляльность мочи зависит от степени проницаемости собирательных трубочек для воды, которая определяется секрецией антидиуретического гормона (АДГ). В то же время уровень секреции АДГ зависит от степени гидратации организма. При избытке воды в организме секреция АДГ тормозится, собирательные трубочки становятся непроницаемыми для воды, и в результате почки выделяют большой объем гипотонической мочи с низкой концентрацией солей. При дефиците воды в организме секреция АДГ повышена, собирательные трубочки проницаемы для воды; по осмотическому градиенту вода из собирательных трубочек переходит в гиперосмолярный интерстиции, и осмотическая концентрация протекающей по собирательным трубочкам мочи уравновешивается с осмотической концентрацией интерстиция. В результате выделяется небольшой объем мочи с высокой осмотической концентрацией. Максимальные значения осмоляльности мочи достигают максимальных значений осмотической концентрации интерстиция, составляя 1450 мосмоль/кг Н20.
Осмолярность и осмоляльность представляют собой общую концентрацию растворенных частиц в 1 л раствора (осмолярность) или в 1 кг воды (осмоляльность). Осмоляльность крови в значительной степени зависит от концентрации ионов натрия и хлора, в меньшей степени глюкозы и мочевины.
Чаще развивается как осложнение инфекционного заболевания: эпидемического паротита, гриппа, пневмонии, тифа, туберкулеза, бруцеллеза, травмы. Инфекция распространяется гематогенно или лимфогенно.
Опухоли лоханки встречаются сравнительно редко, в возрасте 40—60 лет, чаще у мужчин. Выделяют доброкачественные (папиллома, ангиома) и злокачественные (папиллярный рак, плоскоклеточный рак, слизисто-железистый рак, саркома) опухоли. Метастазы опухоли по лимфатическим сосудам подслизистого слоя в мочеточник и мочевой пузырь.
источник
| Механизмы мочеобразования |
Представление о почке только, как об органе выделения никоим образом не соответствует современным данным о широком круге функций, выполняемых ею в организме. Почки – полифункциональный орган.
Они участвуют: в регуляции объема жидкостей внутренней среды, концентрации отдельных ионов, суммарной концентрации осмотически активных веществ, рН крови. Почки обеспечивают экскрецию конечных продуктов азотистого обмена, чужеродных веществ, избытка органических и неорганических веществ. Важное значение для организма имеет выработка в почке физиологически активных веществ (ренина, активной формы витамина D3, эритропоэтина) и ее метаболическая функция. Основные функции почек представлены в таблице 1
Функции почек
| Функция |
| Регуляция объема крови |
| Регуляция осмотической концентрации крови |
| Регуляция ионного состава крови |
| Регуляция кислотно-основного состояния крови |
| Регуляция артериального давления |
| Выведение конечных продуктов азотистого обмена |
| Регуляция эриропоэза |
| Регуляция свертывания крови |
| Регуляция обмена кальция |
| Регуляция обмена белков, липидов, углеводов |
| Выработка биологически активных веществ |
Нефрон и его кровоснабжение
Почка млекопитающих структурно состоит из двух слоев: внешнего, коркового, и лежащего под ним мозгового слоя, содержащего наружную и внутреннюю части.
Структурной единицей почки является нефрон, в почке у человека их насчитывается около 1 млн. (схема одного из нефронов представлена на рис.1). Каждый нефрон начинается с двустенной капсулы Шумлянского- Боумена, внутри которой находится клубочек капилляров- гломерула.
Между стенками капсулы имеется полость, от которой начинается проксимальный каналец (ПК). Следующий за проксимальным канальцем отдел нефрона — нисходящая часть петли Генле; она заканчивается шпилькообразным коленом и далее переходит в восходящую часть петли, расположенную параллельно нисходящей; затем идет дистальный каналец (ДК), который возвращается к капсуле своего нефрона и ложится между приносящей и выносящей артериолами, так что его граница с толстой восходящей петлей Генле (область плотного пятна-macula densa) оказывается вблизи приносящей артериолы. Далее моча поступает в собирательные трубки (СТ), которые транзитом проходят через все слои почки и располагаются параллельно петлям Генле. Строго говоря, СТ не являются частью нефрона, так как имеют другое эмбриональное происхождение, но с физиологической точки зрения они рассматриваются как составная часть нефрона.
Рисунок 1 Схема строения нефрона
Запомните: расположение каждой из частей нефрона в почке, так же как и их взаимное расположение, важно для понимания их участия в процессе мочеобразования.
В почке человека и млекопитающих существует несколько типов нефронов, отличающихся по расположению клубочков: поверхностные, интракортикальные (лежащие внутри коркового слоя) и юкстамедуллярные (их клубочки находятся у границы коры мозгового вещества (рис.2). Различие между ними заключается в топографии, длине петли Генле и особенностях кровоснабжения. Так, юкстамедуллярные нефроны имеют длинную петлю Генле, спускающуюся глубоко во внутреннее мозговое вещество. В силу этих особенностей они будут принимать участие в процессе концентрирования мочи.
Рисунок 2 Виды нефронов
Кровоснабжение почки
Займемся теперь кровоснабжением почек. Кровоснабжение в почке играет особую роль, поскольку не только обеспечивает клеточный метаболизм, но и принимает непосредственное участие в мочеобразовании.
В 1 минуту через сосуды обеих почек у человека проходит около 1200 мл крови, т.е. около 20-25% крови, выбрасываемой сердцем в аорту. Так как масса почек у человека составляет всего лишь 0,43% массы тела,очевиден исключительно высокий уровень органного кровотока (рис.3) Величина почечного плазмотока и кровотока определяется методом очищения по ПАГ (руководство к проведению лабораторных работ).
Через сосуды коры почки протекает 91-93% крови, поступающей в почку, остальное ее количество снабжает мозговое вещество почки. Кровоток в коре почки в норме составляет 4-5 мл/г ткани. Важной особенностью почечного кровотока является высокий уровень саморегуляции – кровоток остается постоянным при изменении артериального давления боле, чем в два раза (например, с 90 до 190 мм рт.ст.).
Рисунок 3 Сравнение почечного и коронарного кровотока
Артерии почки отходят от брюшного отдела аорты, что обеспечивает высокий уровень артериального давления в приносящих артериолах, по которым кровь поступает в клубочек, содержащий разветвленную капиллярную сеть. Кровь от клубочка оттекает по выносящей артериоле, которая вновь распадается на вторичную сеть капилляров,оплетающих проксимальные и дистальные канальцы (перитубулярные капилляры). Далее по венам кровь покидает почку и поступает в нижнюю полую вену. Из клубочков юкстамедуллярных нефронов выносящая артериола доставляет кровь в мозговое вещество, где образуются прямые сосуды (vasa recta), глубоко спускающиеся в него вместе с петлями Генле и участвующие в осмотическом концентрировании мочи. Таким образом, кровоснабжение почек устроено по типу двух последовательных систем сосудов с регулируемым сопротивлением.
Основные этапы процесса мочеобразования
Мочеобразование складывается из трех основных процессов, представленных на рис.4.
Клубочковой или гломерулярной фильтрации.
Клубочковая фильтрация
Образование мочи в почке начинается с ультрафильтрации плазмы крови в почечных клубочках. Жидкость проходит из просвета кровеносных капилляров в полость капсулы клубочка через клубочковый фильтр.
Рисунок 4 Основные процессы, обеспечивающие образование мочи
Рассмотрим подробнее структуру этого фильтра и силы, обеспечивающие процесс фильтрации.
Фильтрующая мембрана. Фильтрующая мембрана состоит из трех слоев: эндотелия капилляров, базальной мембраны и внутреннего листка капсулы Шумлянского — Боумена, который образован эпителиальными клетками – подоцитами. (Рис.5).
Клетки эндотелия капилляров имеют очень тонкие периферические участки, в просвет сосуда выступает лишь область клетки, где находится ядро. Боковые части клетки пронизаны довольно крупными отверстиями, обычно затянутыми тонкими диафрагмами. При нормальной скорости кровотока крупные молекулы белка образуют над этими порами барьерный слой, что служит препятствием для прохождения через поры не только глобулинов, но и альбуминов.
Таким образом, фенестрированный эндотелий капилляров ограничивает прохождение через клубочковый фильтр форменных элементов и белков, но свободно пропускает низкомолекулярные вещества, растворенные в плазме крови.
Следующий барьер гломерулярного фильтра – базальная мембрана. Ее «поры» ограничивают прохождение молекул в зависимости от размера, формы и заряда. Так как мембрана имеет сетчатую структуру, образованную тонкими нитями, происходит ограничение прохождения молекул размером более 3,4 нм. Отрицательно заряженная стенка пор затрудняет прохождение молекул с одноименным зарядом. Поры не являются круглыми, что также существенно для ограничения фильтрации альбуминов.
Рисунок 5 Структура клубочкового фильтра
Последним барьером на пути фильтруемых веществ служат подоциты. Их отростки («ножки») прилегают к базальной мембране со стороны капсулы клубочка, между ножками подоцитов находятся пространства, по которым течет фильтруемая жидкость. Однако и в этом случае существует заслон на пути фильтруемых веществ – щелевые мембраны, перегораживающие пространство между ножками подоцитов. Они ограничивают прохождение альбуминов и других молекул с большой молекулярной массой. Поверхность ножек соседних отростков покрыта отрицательно заряженными сиалогликопротеинами, ограничивающими прохождение отрицательно заряженных частиц. Поскольку подоциты содержат внутри отростков актомиозиновые миофибриллы, они могут сокращаться и расслабляться, действуя как микронасосы, откачивающие фильтрат в полость капсулы.
Такой многослойный фильтр обеспечивает сохранение белков в крови и образование практически безбелковой первичной мочи, в которой содержится большинство неорганических ионов и растворенных низкомолекулярных органических веществ почти в той же концентрации, что и в плазме.
Перейдем к рассмотрению тех сил, которые обеспечивают процесс фильтрации. Движущей силой фильтрации является эффективное фильтрационное давление (Рф). Оно создаётся разностью между гидростатическим давлением крови в капиллярах клубочка (Pг) и противодействующими ему силами – онкотическим давлением белков плазмы крови (Рон) и гидростатическим давлением жидкости в капсуле клубочка (Рк).
Соответственно, формула для расчета имеет следующий вид:
Подставим числовые значения давлений и произведем расчет:
Рф= 70 мм рт.ст. – (30мм рт.ст.+20мм рт.ст.)=20мм рт.ст.
Таким образом, эффективное фильтрационное давление равняется 20 мм рт.ст. Как мы уже сказали, образовавшийся безбелковый фильтрат по своему составу близок плазме крови и имеет такую же, как и плазма, концентрацию осмотически активных веществ – 300 мосм/л. В обеих почках человека за 1 минуту образуется 110-130 мл ультрафильтрата. Таким образом, каждый мл плазмы из 600 мл, проходящих через сосуды почки за 1 минуту (величина почечного плазмотока), теряет примерно 1/5 часть своего объема. Объем профильтровавшейся за минуту первичной мочи принято называть скорость клубочковой фильтрации (СКФ). Метод определения СКФ и почечного плазмотока основан на принципе очищения (подробное описание метода смотри в руководстве к лабораторным работам). Фильтрация считается довольно стабильным процессом, однако СКФ может изменяться при различных физиологических состояниях и при патологии. Регуляция почечного кровотока и СКФ происходит при участии симпатических нервов, ренин-ангиотензиновой системы и других факторов.
За сутки образуется огромное количество первичной мочи – 180 л, окончательной мочи выделяется лишь 1,5-2,0 л. Остальная жидкость подвергается реабсорбции в почечных канальцах. В результате реабсорбции обратно в кровь возвращается большая часть воды и растворенных в ней веществ, «провалившихся» через фильтр и представляющих ценность для организма. Результатом сложной работы канальцев, в которых, как мы увидим дальее, существует своеобразное «разделение труда», и явится образование окончательной мочи, состав и количество которой будет определятся водно-солевым балансом организма. Перейдем к описанию процессов, происходящих в канальцах.
Механизмы канальцевой реабсорбции.
В канальцах почки происходят два следующих этапа мочеобразования – процессы реабсорбции и секреции. Реабсорбция – процесс обратного всасывания веществ из просвета канальцев в кровь, при этом их выделение с мочой уменьшается. Секреция – процесс, обратный реабсорбции, в результате которого продукты, подлежащие выведению (экскреции),транспортируются в просвет канальцев; при этом их выделение с мочой увеличивается. Локализация важнейших транспортных процессов представлена на рис. 6.
Обращаем ваше внимание на то, что в основе реабсорбции и секреции лежат процессы мембранного транспорта через стенки канальцев. Они универсальны, и в принципе те же, что и действующие при переносе веществ через другие плазматические мембраны (при всасывании в кишечнике, транспорте в капиллярах).
Рисунок 6 Реабсорбция и секреция в почечных канальцах.
Направление стрелок указывает на реабсорбцию и секрецию
По многообразию транспортных процессов, их интенсивности, специфичности, избирательности — почки можно назвать уникальным органом. Перейдем к рассмотрению конкретных механизмов реабсорбции.
Проксимальная реабсорбция
Образовавшийся в клубочках ультрафильтрат далее поступает в проксимальные канальцы. Эпителиальные клетки, образующие стенки проксимальных канальцев, как и все клетки, способные транспортировать вещества, имеют асимметричное строение, то есть, характеризуются направленностью процессов от апикальной к базальной поверхности клетки. Апикальная мембрана клетки, обращенная в просвет канальца, имеет щеточную каемку, почти в 40 раз увеличивающую поверхность всасывания и обладающую большой сорбционной способностью. Базальная мембрана клеток образует складки, пространство между которыми называется базальным лабиринтом. Именно туда и поступает реабсорбированная жидкость, прежде чем попасть в перитубулярные капилляры. Между собой клетки соединяются так называемыми плотными контактами или плотными соединениями. На всем остальном протяжении они разделены довольно широким межклеточным пространством — базолатеральным лабиринтом.
Рисунок 7 Схема строения эпителия проксимальных канальцев
Посмотрите на рис.7. и Вы увидите, что для реабсорбции растворённых веществ и воды из просвета канальца в базальный лабиринт и далее в кровь, есть два пути: под номером 1 показан первый путь — трансцеллюлярный – через клетку. В этом случае вещество на своем пути должно преодолеть две плазматические мембраны (апикальную и базальную) и цитоплазму клетки. Второй путь реабсорбции — парацеллюлярный, между клетками — показан под номером 2. Он проходит через зоны плотных контактов. При таком транспорте могут быть использованы механизмы диффузии, осмоса и перенос вещества вместе с растворителем.
Рассмотрение реабсорбции в проксимальном канальце следует начать с механизмов реабсорбции Nа, поскольку именно с Nа прямо или косвенно связана реабсорбция других веществ. Процесс реабсорбции натрия можно разделить на 3 этапа: прохождение через апикальную мембрану, движение через клетку к базальной мембране и эвакуация из клетки через базальную мембрану в межклеточное пространство.
Апикальный транспорт. Вход Nа в клетку через апикальную мембрану представляет собой пассивный процесс. Он происходит по электрохимическому и концентрационному градиенту. Эти градиенты создаются благодаря активному транспорту натрия из клетки через базальные и базолатеральные мембраны (о чем мы расскажем ниже). В апикальной мембране клеток имеются Nа-каналы и Nа-переносчики, облегчающие пассивный вход Nа. Дело в том, что липидная основа мембраны непроницаема для гидрофильного иона Nа даже при наличии большого электрохимического градиента и отрицательного заряда на внутренней поверхности клеточной мембраны. Чтобы ионы Nа могли проникнуть через клеточную мембрану, в ней имеются гидрофильные белки — облегчители (пермеазы), образующие каналы, по которым проходит Nа. Схема транспорта Nа в клетках проксимальных канальцев представлена на рис.8.
Следующая группа механизмов апикального поступления Nа осуществляется с помощью вторично-активного транспорта. Котранспортёр (переносчик) может переносить Nа и какое-либо второе вещество в одном направлении по механизму симпорта. Примером такого вида транспорта является совместный перенос Nа с глюкозой и Nа с аминокислотами. По другому варианту вещество, например Н + , может выходить из клетки в обмен на ион Nа + , который движется в клетку: этот механизм называется противотранспорт или антипорт. Транспорт Na может быть сопряжён с транспортом бикарбоната и фосфатов. Вошедший в клетку Nа не смешивается с общим Nа клетки, а продвигается к местам эвакуации по специальной транспортной системе каналов, не нарушая клеточную внутреннюю среду.
Базальный транспорт. Через базальную и базолатеральную мембраны Nа транспортируется активно против электрохимического и концентрационного градиента с помощью Nа + –К + насосов. При этом ион Nа + обменивается на ион К + . Главная роль в работе насосов принадлежит ферменту Nа + /К + — АТФазе, которая вызывает распад молекулы АТФ, что и дает энергию, необходимую для реабсорбции. Такой вид транспорта называется первично-активный. То обстоятельство, что Nа + постоянно откачивается из клетки, весьма важно, т.к. благодаря этому концентрация Nа + в клетке остается низкой, что и обеспечивает совместно с электрохимическим потенциалом поступление в клетку новых порций натрия.
Рисунок 8 Схема транспорта натрия в клетках проксимального канальца
Мы рассмотрели как Nа + реабсорбируется через клетку (трансцеллюлярно), но некоторое количество Nа может проходить через зоны плотных контактов (парацеллюлярно) совместно с ионами Cl — .
Вслед за электролитами пассивно по осмотическому градиенту из канальцев устремляется вода, она переносится частично через зоны клеточных контактов, частично через клетку по специальным водным каналам. Двигаясь, вода захватывает и уносит в своем потоке растворенные в канальцевой жидкости вещества (главным образом Nа, Cl и мочевину). Этот механизм переноса называется «следование за растворителем» или «перенос веществ вместе с растворителем».
В проксимальном канальце реабсорбируется большая часть профильтровавшегося Nа (65-80%) и 80% воды. Отличительной особенностью реабсорбции в проксимальном канальце является то, что вслед за Nа и другими осмотически активными веществами в эквивалентных количествах реабсорбируется вода, поэтому жидкость в проксимальном канальце остается изоосмотичной плазме крови, и ее осмотическая концентрация составляет 300 мосм/л.
Реабсорбция глюкозы. Мы уже упоминали, что через апикальную мембрану глюкоза поступает посредством системы симпорта с Nа. Движение глюкозы опосредованно участием переносчика и является вторично-активным транспортом, поскольку энергия, необходимая для переноса глюкозы через апикальную мембрану, вырабатывается за счет транспортирующих Nа насосов. Через базальную мембрану глюкоза покидает клетку путем облегченной диффузии (рис 9).
Рисунок 9 Механизм реабсорбции глюкозы в проксимальном канальце
При нормальной концентрации глюкозы в крови (3,3-5,5 ммоль/л) вся фильтрируемая глюкоза практически полностью (100%) реабсорбируется клетками проксимальных канальцев и в окончательной моче она отсутствует.При повышении содержания глюкозы в крови с 5 до 10 ммоль/л глюкоза появляется в моче (глюкозурия). В этом случае оказывается превышен почечный порог — количество профильтровавшейся глюкозы превышает реабсорционную способность канальцев, транспортные системы максимально насыщаются, и избыток глюкозы выводится с мочой. Реабсорбционная способность канальцев определяется по глюкозе с использованием клиренсового метода (метод очищения, описание метода в руководстве к лабораторным работам).
Подобно глюкозе в проксимальных канальцах почти полностью реабсорбируются аминокислоты. Реабсорбция аминокислот осуществляется путем вторично-активного транспорта, совместно с Nа. Однако для аминокислот в апикальной мембране имеется не один переносчик, как для глюкозы, а 5-7 видов переносчиков, специфичных для различных групп аминокислот.
В проксимальных канальцах реабсорбируются низкомолекулярные белки, которые в небольшом количестве (примерно 1,8 г/сут.) фильтруются и поступают в проксимальные канальцы. Фактически весь профильтровавшийся белок реабсорбируется, и экскреция его с мочой ничтожно мала (до 100 мг/сут.). При заболевании почек количество белков в моче может возрастать до 50,0 г/сут. (протеинурия). Реабсорбция белка происходит путем эндоцитоза. Молекула белка адсорбируется на апикальной мембране, мембрана впячивается, образуя вакуоли. Эти вакуоли отщепляются от мембраны клетки, сливаются в клетке с лизосомами, где под действием лизосомальных ферментов белок расщепляется до аминокислот. Продукты расщепления затем покидают клетку. В ПК также реабсорбируются бикарбонат, калий, фосфаты, витамины.
Nа и другие реабсорбированные вещества, пройдя через стенку ПК, поступают в базальный и базолатеральный лабиринты. Затем жидкость эвакуируется в кровь перитубулярных капилляров, но механизм этот не совсем ясен. Существует гипотеза, согласно которой онкотическое давление в этих капиллярах значительно превышает онкотическое давление крови, поступившей в клубочки, поскольку в процессе фильтрации кровь теряет часть плазмы, и оттекающая от клубочка кровь, несколько сгущается. Другая гипотеза главное значение придает гидростатическому давлению, возникшему в базальном лабиринте из-за скопления в нем большого объема жидкости. Возможно, справедливы обе гипотезы.
Подведем некоторые итоги: посмотрите еще раз на рисунок 6 и удивитесь той огромной работе, которую совершают клетки ПК. В них реабсорбируется 100% глюкозы и аминокислот, белки, 80% Nа, 80% воды, 80% бикарбоната, витамины и другие вещества. Но при всей сложности и многообразии транспортных процессов в проксимальных канальцах они являют собой чудо экономичности и эффективности.
Запомните особенности проксимальной реабсорбции:
1. Большой объем (из 120 мл профильтровавшейся за 1 минуту жидкости на выходе их ПК остается 20 мл).
2. Возвращает в кровь биологически ценные органические и минеральные вещества.
3. Ведущим в реабсорбции является ион Nа, с которым сопряжена реабсорбция других веществ.
4. Реабсорбция в проксимальных канальцах называется изоосмотическая, т.к. вода и Nа реабсорбируются взаимосвязано. В результате химический состав канальцевой жидкости меняется, а осмотическая концентрация не изменяется (300мосм/л).
Рисунок 10 Взаимодействие петли Генле и собирательной
трубки при образовании концентрированной мочи.
В процессе осмотического концентрирования мочи принимают участие: петля Генле, дистальный каналец, собирательная трубка, сосуды и интерстиций мозгового вещества, которые функционируют как единая поворотно — противоточно-множительная система. Мы уже упоминали, что в концентрировании мочи участвуют юкстамедуллярные нефроны с длинными петлями Генле, которые, как и собирательные трубки, глубоко проникают в мозговой слой почки.
Сразу «раскроем карты» — процесс окончательного концентрирования мочи происходит в собирательных трубках, а условия для этого создаются работой всей поворотно – противоточно-множительной системы. Эта система создает гиперосмолярность мозгового вещества и при действии антидиуретического гормона (АДГ) заставляет воду переходить из собирательной трубки в интерстиций, а затем в кровеносные сосуды мозгового вещества, в результате чего образуется концентрированная моча. Ключевым вопросом при осуществлении концентрирования мочи является вопрос о том, каким образом интерстициальная жидкость мозгового вещества становится гиперосмолярной. Попытаемся ответить на него. Следите за нашими рассуждениями по рис.10: из проксимального канальца жидкость, изоосмотическая плазме крови, с концентрацией 300 мосм/л ,поступает в тонкое нисходящее колено петли Генле и, продвигаясь по нему, начинает терять воду; в результате ее осмотическая концентрация прогрессивно нарастает и на изгибе петли в сосочке достигает своего максимума (1400мосм/л). Затем она поворачивает и течет по восходящему колену в противоположном направлении (отсюда название поворотно-противоточная система), при этом происходит ее разбавление и уменьшение осмолярности до 100 мосм/л.Эти процессы обусловлены разными функциональными свойствами стенок этих участков петли: «маховиком» этой системы является толстый восходящий отдел петли, который совершенно непроницаем для воды, но активно реабсорбирует Nа и Cl. В апикальной мембране клеток этого отдела транспорт Nа осуществляется одновременно с ионами К и двумя ионами Cl с помощью Nа, К,2Cl, котранспортера. Через базальную мембрану клеток Nа переносится активно.
NаCl поступает в интерстиций и обуславливает выход воды из нисходящего колена петли, стенки которого, напротив, обладают высокой проницаемостью для воды, но не пропускает ионы Nа. Таким образом, реабсорбция хлорида натрия восходящей частью петли “отвечает” за реабсорбцию воды в нисходящей части. Давайте разберем это сначала на простой схеме (рис.11).
Представим себе, что петля Генле заполнена неподвижной жидкостью, которая поступила из проксимального канальца, тогда осмотическая концентрация в любой части петли Генле равна 300 мосм/л. (1). Теперь допустим (2), что активная транспортная система в восходящей части петли осуществляет реабсорбцию хлорида натрия в интерстициальное пространство до тех пор, пока не установится предельный градиент (скажем 200 мосм/л) между жидкостью, находящейся в восходящем колене петли Генле и жидкостью интерстициального пространства. Вспомните, что стенки этой части петли непроницаема для воды.
Обратите внимание на то, что теперь существует разница в осмолярности между жидкостью в нисходящем колене (300 мосм/л) и окружающей каналец интерстициальной жидкостью (400 мосм/л). Поскольку стенки нисходящего колена петли хорошо проницаемы для воды, вода пассивно выходит из его просвета в интерстициальное пространство, в котором существует более высокая осмолярность, возникшая вследствие реабсорбции хлорида натрия в восходящем колене, и осмолярность жидкости в нисходящем колене увеличивается до 400 мосм/л. (3).
Теперь усложним схему: пусть жидкость в петле не стоит на месте, а непрерывно движется, тогда по мере продвижения вниз по нисходящему колену из нее уходит все больше воды, концентрация внутриканальцевой жидкости все больше увеличивается и, поскольку устанавливается осмотическое равновесие, концентрация интерстициальной жидкости увеличивается на ту же величину (200 мосм/л). Градиент в 200 мосм/л, так называемый поперечный или горизонтальный градиент, поддерживается на каждом из «этажей» мозгового вещества.
Рисунок 11 Схема взаимодействия нисходящего и восходящего колена в процессе концентрирования канальцевой жидкости.
Таким образом, между соседними участками нисходящего и восходящего колена разность осмотической концентрации невелика, но по ходу петли и длине почечного сосочка – по вертикали – этот одиночный эффект нарастает, суммируется (умножается), и в результате формируется значительно больший перепад осмотического давления – так называемый корково-сосочковый вертикальный осмотический градиент.
600 мосм/л
Теперь Вам понятно, почему система называется ещё и множительная. Таким образом, нисходящее и восходящее колено петли тесно соприкасаются друг с другом, расположены параллельно, оказывают друг на друга влияние и функционируют как единый сопряженный механизм – противоточно-поворотно-множительная система. Благодаря работе этой системы в интерстиции мозгового вещества создается корково-сосочковый осмотический градиент.
Следует отметить, что осмолярность интерстиция создается не только ионами хлорида натрия. Примерно половина осмолярности обусловлена присутствием в нем мочевины. У мочевины имеется свой кругооборот в почке, в частности из собирательной трубки она пассивно диффундирует в интерстиций мозгового вещества и тем самым, увеличивает его осмолярность.
Прямые сосуды мозгового вещества, подобно коленам петли Генле, тоже образуют поворотно-противоточную систему. Они расположены параллельно петлям Генле и в них происходят такие же изменения осмолярности, что и в петле. Это сохраняет продольный осмотический градиент в мозговом веществе, не позволяя ему вымываться.
Вернемся к нашим рассуждениям.
Приступая к изучению работы концентрирующего механизма почки, мы поставили перед собой задачу выяснить, каким образом в интерстиции мозгового вещества создается зона гиперосмолярности, и решили её. Но пока мы не решили проблему концентрирования мочи, которую поставили перед почкой: по мере того, как канальцевая жидкость двигалась по нисходящему колену, ее осмолярность нарастала и в районе изгиба достигала 1400 мосм/л, так же как и осмолярность интерстиция, но по мере движения по восходящему колену она вновь разбавилась до 100 мосм/л. Далее в дистальном канальце происходит реабсорбция NаCl, воды и др. веществ и осмотическая концентрация вновь становится – 300 мосм/л, но по-прежнему канальцевая жидкость изосмотична крови,т.е.,в петле концентрирование не произошло. А где же будет образовываться концентрированная моча?
Помните, мы вначале “раскрыли карты”. Да, решающим обстоятельством станет то, что из дистального канальца жидкость поступает в собирательную трубку, где и будет происходить формирование окончательной мочи и процесс ее концентрирования. Неслучайно собирательные трубки расположены параллельно петлям Генле и прямым сосудам. Они транзитом проходят через все зоны почки и на всем протяжении окружены интерстицием с прогрессивно нарастающим в направлении от коры к сосочку осмотическим давлением. Обратите внимание на рисунок 10, осмолярность интерстициальной жидкости на каждом уровне идентична этой величине в нисходящем колене и СТ. Другими словами вокруг СТ на каждом “этаже” мозгового вещества имеется горизонтальный осмотический градиент в 200 мосм/л, а по вертикали — мощный корково-сосочковый осмотический градиент, созданный поворотно — противочной системой петли Генле. Таким образом, можно сказать, что петля Генле «работает» на собирательную трубку, создавая в интерстиции мозгового вещества зону гиперосмии. Это и будет та сила, которая способна вытянуть воду из собирательной трубки и произвести концентрирование мочи. Когда канальцевая жидкость поступает в собирательную трубку, ее осмолярность находится на том же уровне, что и осмолярность интерстициальной жидкости в этой зоне почки. В районе сосочка величина осмолярности достигает максимума (у человека она равна 1400 мосм/л), поэтому максимальная осмотическая концентрация мочи у человека тоже может достигать 1400 мосм/л.
Резюмируя вышеизложенное, можно представить следующую схему основных процессов, обеспечивающих осмотическое концентрирование мочи.
Основным элементарным актом в концентрирующей системе почки является создание поперечного (горизонтального) осмотического градиента между восходящим и нисходящим коленами петли Генле. В результате их взаимодействия, и за счет противоточного перемещения канальцевой жидкости и крови, устанавливается определенная величина продольного (вертикального) осмотического градиента.
Но это одна часть концентрирующего механизма, теперь рассмотрим вторую — осмолярность окончательной мочи будет зависеть от проницаемости стенок собирательных трубок для воды, основным регулятором которой является АДГ. Если АДГ много, проницаемость стенок собирательной трубки для воды увеличивается и вода, подчиняясь осмотическому градиенту, существующему в интерстиции мозгового вещества, реабсорбируется и поступает в интерстиций и далее в кровь. Жидкость в собирательных трубках приходит в состояние равновесия с окружающим гиперосмолярным интерстицием, выделяется концентрированная моча. Если АДГ мало, стенки собирательных трубок становятся водонепроницаемыми, образуется гипотоническая моча, диурез увеличивается.
Запомните: Окончательный объём и состав мочи обусловлен функцией СТ. Их роль в осмотическом концентрировании и разведении мочи определяется как особенностями их анатомического расположения в почке, так и воздействием АДГ на проницаемость их стенок для воды. Другими словами, то, что произойдет с мочой в собирательной трубке и определит окончательное ее концентрирование.
Прежде чем перейти к механизму действия АДГ, обратим ваше внимание на то обстоятельство, что в отличие от проксимального канальца, где Nа и вода реабсорбировались вместе, в дистальном канальце и собирательной трубке вода и Nа реабсорбируются независимо. Именно это обстоятельство и позволяет дистальному отделу нефрона производить как концентрированную, так и разбавленную мочу. Дистальная реабсорбция называется факультативной (необязательной).
1. В процессе осмотического концентрирования мочи принимают участие петля Генле, дистальный каналец, собирательная трубка, сосуды и интерстиций мозгового вещества. Их оъединение в единый концентрирующий аппарат почки обусловлено их взаимным расположением и общностью протекающих в них процессов.
2. Процесс окончательного концентрирования мочи происходит в собирательной трубке за счет факультативной реабсорбции воды.
3. Условия для нее создает корково –сосочковый осмотический градиент мозгового вещества , созданный поворотно-противоточно-множительной системой петли Генле.
4. Факультативная реабсорбция воды в собирательной трубке регулируетсяАДГ.
5. В дистальном сегменте нефрона натрий и вода реабсорбируются независимо.
Рисунок 12 Механизм действия АДГ на клетки собирательных трубок
Суммируем на схеме эффекты АДГ:
Существует заболевание, связанное с недостаточной секрецией АДГ. Оно называется несахарный диабет и характеризуется выделением зна
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
источник