Нормальная физиология почек. Физиология выделения. Нейрогуморальная регуляция деятельности почек

Почки играют ведущую роль в выведении продуктов обмена, в которых организм более не нуждается. Такими продуктами являются следующие метаболиты: мочевина (обмен аминокислот), креатинин (источник - креатин мышечной ткани), мочевая кислота (источник - нуклеиновые кислоты), конечные продукты расщепления гемоглобина (например, билирубин) и различные продукты метаболизма гормонов. Эти вещества необходимо вывести из организма сразу после их образования. Почки также выводят большинство токсинов и других чужеродных веществ, которые либо образуются в организме, либо попадают в него через пищеварительный тракт (например, пестициды, лекарственные препараты, пищевые добавки).

Регуляция водного и электролитного баланса . Для поддержания гомеостаза выделение воды и электролитов должно в точности соответствовать их поступлению. Если поступление превышает выделение, количество данного вещества в организме будет возрастать. Если же вещества поступает меньше, чем выводится, то его количество уменьшится.

Поступление воды и многих электролитов определяется в основном индивидуальными особенностями питьевого и пищевого поведения субъекта. Почки приводят в соответствие скорость выведения различных веществ скорости их поступления в организм. На рисунке показана реакция почек на резкое десятикратное возрастание поступления натрия: от низкого уровня в 30 мэкв/сут до высшего значения в 300 мэкв/сут. В течение 2-3 сут после повышения потребления натрия выделение его почками также возрастает до 300 мэкв/сут. Таким образом, между поступлением и выведением натрия вновь установится равновесие. Однако во время 2-3-дневной адаптации к высокому потреблению натрия наблюдается его незначительное накопление, которое приводит к небольшому увеличению объема внеклеточной жидкости, активирует гормональные реакции и другие компенсаторные ответы, оповещая почки о необходимости вывести натрий.

Способность почек изменять выделение натрия велика . В эксперименте показано, что у многих лиц его поступление может быть увеличено до 1500 мэкв/сут (в 10 раз выше нормы) или уменьшено до 10 мэкв/сут (менее 1/10 от нормы). При этом объем внеклеточной жидкости или концентрация ионов Na+ в плазме изменяется незначительно. Это также справедливо для воды и большинства таких электролитов, как хлориды, калий, кальций, протоны, магний, фосфат-ион. В следующих главах мы рассмотрим особые механизмы, которые позволяют почкам проявлять поистине удивительные способности поддерживать гомеостаз.

Регуляция артериального давления . Почкам принадлежит ведущая роль в долговременной регуляции артериального давления, осуществляемая с помощью изменения выделения натрия и воды. Почки также вносят вклад в систему быстрой регуляции артериального давления путем секреции факторов или веществ, влияющих на сосуды, например ренина, приводящего к образованию ангиотензина II.

Регуляция кислотно-щелочного равновесия . Путем выделения кислых продуктов и регуляции буферной емкости жидких сред почки совместно с дыхательной системой принимают участие в регуляции кислотно-щелочного равновесия. Почки являются единственными органами, выделяющими определенные виды кислот, например серную и фосфорную, образовавшихся в результате обмена белков.

Регуляция образования эритроцитов . Почки вырабатывают эритропоэтин, который стимулирует образование эритроцитов. Одним из главных стимулов выработки эритропоэтина служит гипоксия. Практически весь выделяемый в кровоток эритропоэтин приходится на долю почек, поэтому у лиц с тяжелыми урологическими заболеваниями или с удаленными почками и проходящими процедуру гемодиализа в результате недостатка эритропоэтина развивается тяжелая анемия.

Участие в образовании витамина D3 . Почками синтезируется активная форма витамина D: 1,25-дигидроксивитамин D3 (кальцитриол). Он образуется вследствие гидроксилирования молекулы данного витамина в первом положении. Кальцитриол необходим для процесса депонирования кальция в костях и его реабсорбции в пищеварительном тракте. Кальцитриол играет важную роль в регуляции содержания кальция и фосфатов.

Синтез глюкозы . При продолжительном воздержании от пищи почки вырабатывают глюкозу из аминокислот и других веществ. Данный процесс относится к глюконеогенезу. При длительном голодании способность почек к выработке глюкозы соперничает с печенью.

При хронической почечной патологии эти гомеостатические функции нарушаются, при этом быстро возникают тяжелые нарушения объема и состава жидких сред организма. В терминальной стадии почечной недостаточности калий, кислоты, жидкость и другие вещества в большом количестве накапливаются в организме в течение нескольких дней, пока с помощью гемодиализа хотя бы частично не будет восстановлен баланс жидкости и электролитов.

Почкам принадлежит исключительная роль в осуществлении нормальной жизнедеятельности организма. Удаляя продукты распада, излишки воды, солей, вредные вещества и некоторые лекарственные препараты, почки выполняют тем самым выделительную функцию.

Кроме экскреторной, почкам присущи и другие, не менее важные функции. Удаляя из организма излишки воды и солей, главным образом хлорид натрия, почки поддерживают тем самым осмотическое давление внутренней среды организма. Таким образом, почки принимают участие в водно-солевом обмене и осморегуляции.

Почки наряду с другими механизмами обеспечивают постоянство реакции (рН) крови за счет изменения интенсивности выделения кислых или щелочных солей фосфорной кислоты при сдвигах рН крови в кислую или щелочную сторону.

Почки участвуют в образовании (синтезе) некоторых веществ, которые они же впоследствии и выводят. Почки осуществляют и секреторную функцию. Они обладают способностью к секреции органических кислот и оснований, ионов К + и Н + . Эта особенность почек секретировать различные вещества играет значительную роль в осуществлении их экскреторной функции. И, наконец, установлена роль почек не только в минеральном, но и в липидном, белковом и углеводном обмене.

Таким образом, почки, регулируя осмотическое давление в организме, постоянство реакции крови, осуществляя синтетическую, секреторную и экскреторную функции, принимают активное участие в поддержании постоянства состава внутренней среды организма (гомеостаза).

Строение почек . Для того чтобы яснее представить работу почек, необходимо познакомиться с их строением, так как функциональная активность органа тесно связана с его структурными особенностями. Почки располагаются по обеим сторонам поясничного отдела позвоночника. На внутренней их стороне имеется углубление, в котором находятся сосуды и нервы, окруженные соединительной тканью. Почки покрыты соединительнотканной капсулой. Размеры почки взрослого человека около 11·10 -2 × 5·10 -2 м (11×5 см), масса в среднем 0,2-0,25 кг (200-250 г).

На продольном разрезе почки видны два слоя: корковый - темно-красный и мозговой - более светлый (рис. 39).

При микроскопическом исследовании структуры почек млекопитающих видно, что они состоят из большого количества сложных образований - так называемых нефронов. Нефрон является функциональной единицей почки . Количество нефронов варьирует в зависимости от вида животного. У человека общее количество нефронов в почке достигает в среднем 1 млн.

Нефрон представляет собой длинный каналец, начальный отдел которого в виде двухстенной чаши окружает артериальный капиллярный клубочек, а конечный впадает в собирательную трубку.

В нефроне выделяют следующие отделы: 1) мальпигиево тельце состоит из сосудистого клубочка Шумлянского и окружающей его капсулы Боумена (рис. 40); 2) проксимальный сегмент включает проксимальный извитой и прямой канальцы; 3) тонкий сегмент состоит из тонких восходящего и нисходящего колен петли Генле; 4) дистальный сегмент слагается из толстого восходящего колена петли Генле, дистального извитого и связующего канальцев. Выводной проток последнего впадает в собирательную трубку.

Различные сегменты нефрона располагаются в определенных зонах почки. В корковом слое находятся сосудистые клубочки, элементы проксимального и дистального сегментов мочевых канальцев. В мозговом веществе располагаются элементы тонкого сегмента канальцев, толстые восходящие колена петель Генле и собирательные трубки (рис. 41).

Собирательные трубки, сливаясь, образуют общие выводные протоки, которые проходят через мозговой слой почки к верхушкам сосочков, выступающим в полость почечной лоханки. Почечные лоханки открываются в мочеточники, которые в свою очередь впадают в мочевой пузырь.

Кровоснабжение почек . Почки получают кровь из почечной артерии, которая является одной из крупных ветвей аорты. Артерия в почке делится на большое количество мелких сосудов - артериол, приносящих кровь к клубочку (приносящая артериол а), которые затем распадаются на капилляры (первая сеть капилляров). Капилляры сосудистого клубочка, сливаясь, образуют выносящую артериолу, диаметр которой в 2 раза меньше диаметра приносящей. Выносящая артериола вновь распадается на сеть капилляров, оплетающих канальцы (вторая сеть капилляров).

Таким образом, для почек характерно наличие двух сетей капилляров: 1) капилляры сосудистого клубочка; 2) капилляры, оплетающие почечные канальцы.

Артериальные капилляры переходят в венозные, которые в дальнейшем, сливаясь в вены, отдают кровь в нижнюю полую вену.

Давление крови в капиллярах сосудистого клубочка выше, чем во всех капиллярах тела. Оно равняется 9,332-11,299 кПа (70-90 мм рт. ст.), что составляет 60-70% от величины давления в аорте. В капиллярах, оплетающих канальцы почки, давление невелико - 2,67-5,33 кПа (20-40 мм рт. ст.).

Через почки вся кровь (5-6 л) проходит за 5 мин. В течение суток через почки протекает около 1000-1500 л крови. Такой обильный кровоток позволяет полностью удалять все образующиеся ненужные и даже вредные для организма вещества.

Лимфатические сосуды почек сопровождают кровеносные сосуды, образуя у ворот почки сплетение, окружающее почечную артерию и вену.

Иннервация почек . По богатству иннервации почки занимают второе место после надпочечников. Эфферентная иннервация осуществляется преимущественно за счет симпатических нервов.

Парасимпатическая иннервация почек выражена незначительно. В почках обнаружен рецепторный аппарат, от которого отходят афферентные (чувствительные) волокна, идущие главным образом в составе чревных нервов.

Большое количество рецепторов и нервных волокон обнаружено в капсуле, окружающей почки. Возбуждение указанных рецепторов может вызвать болевые ощущения.

В последнее время изучение иннервации почек привлекает особое внимание в связи с проблемой их пересадки.

Юкстагломерулярный аппарат . Юкстагломерулярный, или околоклубочковый, аппарат (ЮГА) состоит из двух основных элементов: миоэпителиальных клеток, располагающихся главным образом в виде манжетки вокруг приносящей артериолы клубочка, и клеток так называемого плотного пятна (macula densa) дистального извитого канальца.

ЮГА участвует в регуляции водно-солевого гомеостаза и поддержании постоянства артериального давления. Клетки ЮГА секретируют биологически активное вещество - ренин. Секреция ренина находится в обратной зависимости от количества крови, притекающей по приносящей артериоле, и от количества натрия в первичной моче. При уменьшении количества притекающей к почкам крови и снижении в ней количества солей натрия выделение ренина и его активность возрастают.

В крови ренин взаимодействует с белком плазмы - гипертензиногеном. Под влиянием ренина этот белок переходит в активную форму - гипертензин (ангиотонин). Ангиотонин оказывает сосудосуживающее действие, благодаря этому он является регулятором почечного и общего кровообращения. Кроме того, ангиотонин стимулирует секрецию гормона коркового слоя надпочечников - альдостерона, участвующего в регуляции водно-солевого обмена.

В здоровом организме образуются лишь небольшие количества гипертензина. Он разрушается специальным ферментом (гипертензиназа). При некоторых заболеваниях почек увеличивается секреция ренина, что может привести к стойкому повышению артериального давления и нарушению водно-солевого обмена в организме.

Механизмы мочеобразования

Моча образуется из плазмы крови, протекающей через почки, и является сложным продуктом деятельности нефронов.

В настоящее время мочеобразование рассматривают как сложный процесс, состоящий из двух этапов: фильтрации (ультрафильтрация) и реабсорбции (обратное всасывание).

Клубочковая ультрафильтрация . В капиллярах мальпигиевых клубочков происходит фильтрация из плазмы крови воды со всеми растворенными в ней неорганическими и органическими веществами, имеющими низкую молекулярную массу. Эта жидкость поступает в капсулу клубочка (капсула Боумена), а оттуда в канальцы почек. По химическому составу она сходна с плазмой крови, но почти не содержит белков. Образующийся клубочковый фильтрат получил название первичной мочи .

В 1924 г американским ученым Ричардсом в опытах на животных было получено прямое доказательство клубочковой фильтрации. Он использовал в своей работе микрофизиологические методы исследования. У лягушек, морских свинок и крыс Ричарде обнажал почку и пол микроскопом в одну из капсул Боумена вводил тончайшую микропипетку, при помощи которой собирал образующийся фильтрат. Анализ состава этой жидкости показал, что содержание неорганических и органических веществ (за исключением белка) в плазме крови и первичной моче совершенно одинаково.

Процессу фильтрации способствует высокое давление крови (гидростатическое) в капиллярах клубочков - 9,33-12,0 кПа (70-90 мм рт. ст.).

Более высокое гидростатическое давление в капиллярах клубочков по сравнению с давлением в капиллярах других областей организма связано с тем, что почечная артерия отходит от аорты, а приносящая артериола клубочка шире выносящей. Однако плазма в капиллярах клубочков фильтруется не под всем этим давлением. Белки крови удерживают воду и тем самым препятствуют фильтрации мочи. Давление, создаваемое белками плазмы (онкотическое давление), равно 3,33-4,00 кПа (25-30 мм рт. ст.). Кроме того, сила фильтрации уменьшается также на величину давления жидкости, находящейся в полости капсулы Боумена, составляющего 1,33-2,00 кПа (10-15 мм рт. ст.).

Таким образом, давление, под влиянием которого осуществляется фильтрация первичной мочи, равно разности между давлением крови в капиллярах клубочков, с одной стороны, и суммой давления белков плазмы крови и давления жидкости, находящейся в полости капсулы Боумена, - с другой. Следовательно, величина фильтрационного давления равна 9,33-(3,33+2,00)=4,0 кПа . Фильтрация мочи прекращается, если артериальное давление крови ниже 4,0 кПа (30 мм рт. ст.) (критическая величина).

Изменение просвета приносящего и выносящего сосудов обусловливает или увеличение фильтрации (сужение выносящего сосуда), или ее снижение (сужение приносящего сосуда). На величину фильтрации влияет также изменение проницаемости мембраны, через которую происходит фильтрация. Мембрана включает эндотелий капилляров клубочка, основную (базальную) мембрану и клетки внутреннего слоя капсулы Боумена.

Канальцевая реабсорбция . В почечных канальцах происходит обратное всасывание (реабсорбция) из первичной мочи в кровь воды, глюкозы/части солей и небольшого количества мочевины. В результате этого процесса образуется конечная, или вторичная, моча , которая по своему составу резко отличается от первичной. В ней нет глюкозы, аминокислот, некоторых солей и резко повышена концентрация мочевины (табл. 11).

За сутки в почках образуется 150-180 л первичной мочи. Благодаря обратному всасыванию в канальцах воды и многих растворенных в ней веществ за сутки почками выделяется всего 1-1,5 л конечной мочи.

Обратное всасывание может происходить активно или пассивно. Активная реабсорбция осуществляется благодаря деятельности эпителия почечных канальцев при участии специальных ферментных систем с затратой энергии. Активно реабсорбируются глюкоза, аминокислоты, фосфаты, соли натрия. Эти вещества полностью всасываются в канальцах и в конечной моче отсутствуют. За счет активной реабсорбции возможно и обратное всасывание веществ из мочи в кровь даже в том случае, когда их концентрация в крови равна концентрации в жидкости канальцев или выше.

Пассивная реабсорбция происходит без затраты энергии за счет диффузии и осмоса. Большая роль в этом процессе принадлежит разнице онкотического и гидростатического давления в капиллярах канальцев. За счет пассивной реабсорбции осуществляется обратное всасывание воды, хлоридов, мочевины. Удаляемые вещества проходят через стенку канальцев только тогда, когда концентрация их в просвете достигает определенной пороговой величины. Пассивной реабсорбции подвергаются вещества, подлежащие выведению из организма. Они всегда встречаются в составе мочи. Наиболее важным веществом этой группы является конечный продукт азотистого обмена - мочевина, которая реабсорбируется в незначительном количестве.

Обратное всасывание веществ из мочи в кровь в различных частях нефрона неодинаково. Так, в проксимальном отделе канальца всасываются глюкоза, частично ионы натрия и калия, в дистальном - хлорид натрия, калий и другие вещества. На протяжении всего канальца всасывается вода, причем в дистальной его части в 2 раза больше, чем в проксимальной. Особое место в механизме реабсорбции воды и ионов натрия занимает петля Генле за счет так называемой поворотно-противоточной системы . Рассмотрим ее сущность. Петля Генле имеет два колена: нисходящее и восходящее. Эпителий нисходящего отдела пропускает воду, а эпителий восходящего колена не проницаем для воды, но способен активно всасывать ионы натрия и переводить их в тканевую жидкость, а через нее обратно в кровь (рис. 42).

Проходя через нисходящий отдел петли Генле, моча отдает воду, сгущается, становится более концентрированной. Отдача воды происходит пассивно за счет того, что одновременно в восходящем отделе осуществляется активная реабсорбция ионов натрия. Поступая в тканевую жидкость, ионы натрия повышают в ней осмотическое давление и тем самым способствуют притягиванию в тканевую жидкость воды из нисходящего колена. В свою очередь повышение концентрации мочи в петли Генле за счет обратного всасывания воды облегчает переход ионов натрия из мочи в тканевую жидкость. Таким образом, в петле Генле происходит обратное всасывание больших количеств воды и ионов натрия.

В дистальных извитых канальцах осуществляется дальнейшее всасывание ионов натрия, калия, воды и других веществ. В отличие от проксимальных извитых канальцев и петли Генле, где реабсорбция ионов натрия и калия не зависит от их концентрации (обязательная реабсорбция ), величина обратного всасывания указанных ионов в дистальных канальцах изменчива и зависит от их уровня в крови (факультативная реабсорбция ). Следовательно, дистальные отделы извитых канальцев регулируют и поддерживают постоянство концентрации ионов натрия и калия в организме.

Кроме реабсорбции, в канальцах осуществляется процесс секреции . При участии специальных ферментных систем происходит активный транспорт некоторых веществ из крови в просвет канальцев. Из продуктов белкового обмена активной секреции подвергается креатинин, парааминогиппуровая кислота. В полную силу этот процесс проявляется при введении в организм чужеродных ему веществ.

Таким образом, в почечных канальцах, особенно в их проксимальных сегментах, функционируют системы активного транспорта. В зависимости от состояния организма эти системы могут менять направление активного переноса веществ, т. е. обеспечивают или их секрецию (выделение), или обратное всасывание.

Кроме осуществления фильтрации, реабсорбции и секреции, клетки почечных канальцев способны синтезировать некоторые вещества из различных органических и неорганических продуктов. Так, в клетках почечных канальцев синтезируются гиппуровая кислота (из бензойной кислоты и гликокола), аммиак (путем дезаминирования некоторых аминокислот). Синтетическая активность канальцев осуществляется также при участии ферментных систем.

Функция собирательных трубок . В собирательных трубках происходит дальнейшее всасывание воды. Этому способствует то, что собирательные трубки проходят через мозговой слой почки, в котором тканевая жидкость имеет высокое осмотическое давление и поэтому притягивает к себе воду.

Таким образом, мочеобразование - сложный процесс, в котором наряду с явлениями фильтрации и реабсорбции большую роль играют процессы активной секреции и синтеза. Если процесс фильтрации протекает в основном за счет энергии кровяного давления, т. е. в конечном итоге за счет функционирования сердечно-сосудистой системы, то процессы реабсорбции, секреции и синтеза являются результатом активной деятельности клеток канальцев и требуют затраты энергии. С этим связана большая потребность почек в кислороде. Они используют кислорода в 6-7 раз больше, чем мышцы (на единицу массы).

Регуляция деятельности почек

Регуляция деятельности почек осуществляется нейрогуморальными механизмами.

Нервная регуляция . В настоящее время установлено, что вегетативная нервная система регулирует не только процессы клубочковой фильтрации (за счет изменения просвета сосудов), но и канальцевой реабсорбции.

Симпатические нервы, иннервирующие почки, в основном сосудосуживающие. При их раздражении уменьшается выделение воды и увеличивается выведение натрия с мочой. Это обусловлено тем, что количество притекающей к почкам крови уменьшается, давление в клубочках падает, а, следовательно, снижается и фильтрация первичной мочи. Перерезка чревного нерва приводит к увеличению отделения мочи денервированной почкой.

Парасимпатические (блуждающие) нервы действуют на почки двумя путями: 1) косвенно, изменяя деятельность сердца, вызывают уменьшение силы и частоты сердечных сокращений, вследствие этого понижается величина артериального давления и изменяется интенсивность диуреза; 2) регулируя просвет сосудов почек.

При болевых раздражениях рефлекторно уменьшается диурез вплоть до полного его прекращения (болевая анурия). Это связано с тем, что происходит сужение почечных сосудов вследствие возбуждения симпатической нервной системы и увеличения секреции гормона гипофиза - вазопрессина.

Нервная система оказывает трофическое влияние на почки. Односторонняя денервация почки не сопровождается значительными затруднениями в ее работе. Двусторонняя перерезка нервов вызывает нарушение обменных процессов в почках и резкое снижение их функциональной активности. Денервированная почка не может быстро и тонко перестраивать свою деятельность и приспосабливаться к изменениям уровня водно-солевой нагрузки. После введения в желудок животного 1 л воды увеличение диуреза в денервированной почке наступает позже, чем в здоровой.

В лаборатории К. М. Быкова путем выработки условных рефлексов было показано выраженное влияние высших отделов центральной нервной системы на работу почек. Установлено, что кора головного мозга вызывает изменения в работе почек или непосредственно через вегетативные нервы, или через гипофиз, изменяя выделение в кровоток вазопрессина.

Гуморальная регуляция осуществляется главным образом за счет гормонов - вазопрессина (антидиуретический гормон) и альдостерона.

Гормон задней доли гипофиза вазопрессин увеличивает проницаемость стенки дистальных извитых канальцев и собирательных трубок для воды и тем самым способствует ее реабсорбции, что приводит к уменьшению мочеотделения и повышению осмотической концентрации мочи. При избытке вазопрессина может наступить полное прекращение мочеобразования (анурия). Недостаток этого гормона в крови приводит к развитию тяжелого заболевания - несахарного мочеизнурения. При этом заболевании выделяется большое количество светлой мочи с небольшой относительной плотностью, в которой отсутствует сахар.

Альдостерон (гормон коркового вещества надпочечников) способствует реабсорбции ионов натрия и выведению ионов калия в дистальных отделах канальцев и тормозит обратное всасывание кальция и магния в их проксимальных отделах.

Количество, состав и свойства мочи

За сутки человек выделяет в среднем около 1,5 л мочи, однако это количество непостоянно. Так, например, диурез возрастает после обильного питья, потребления белка, продукты распада которого стимулируют мочеобразование. Наоборот, мочеобразование снижается при потреблении небольшого количества воды, белка, при усиленном потоотделении, когда значительное количество жидкости выделяется с потом.

Интенсивность мочеобразования колеблется в течение суток. Днем мочи образуется больше, чем ночью. Уменьшение мочеобразования ночью связано с понижением деятельности организма во время сна, с некоторым падением величины артериального давления. Ночная моча темнее и более концентрированная.

Физическая нагрузка оказывает выраженное влияние на образование мочи. При длительной работе происходит снижение выделения мочи из организма. Это объясняется тем, что при повышенной физической активности кровь в большем количестве притекает к работающим мышцам, вследствие чего уменьшается кровоснабжение почек и снижается фильтрация мочи. Одновременно физическая нагрузка обычно сопровождается усиленным потоотделением, что также способствует уменьшению диуреза.

Цвет мочи . Моча - прозрачная жидкость светло-желтого цвета. При отстаивании в моче выпадает осадок, который состоит из солей и слизи.

Реакция мочи . Реакция мочи здорового человека преимущественно слабокислая, рН ее колеблется от 4,5 до 8,0. Реакция мочи может изменяться в зависимости от питания. При употреблении смешанной пищи (животного и растительного происхождения) моча человека имеет слабокислую реакцию. При питании преимущественно мясной пищей и другими продуктами, богатыми белками, реакция мочи становится кислой; растительная пища способствует переходу реакции мочи в нейтральную или даже щелочную.

Относительная плотность мочи . Плотность мочи равна в среднем 1,015-1,020 и зависит от количества принятой жидкости.

Состав мочи . Почки являются основным органом выведения из организма азотистых продуктов распада белка - мочевины, мочевой кислоты, аммиака, пуриновых оснований, креатинина, индикана.

Мочевина является главным продуктом белкового распада. До 90% всего азота мочи приходится на долю мочевины. В нормальной моче белок отсутствует или определяются только его следы (не более 0,03%о). Появление белка в моче (протеинурия) свидетельствует обычно о заболеваниях почек. Однако в некоторых случаях, а именно во время напряженной мышечной работы (бег на длинные дистанции), белок может появиться в моче здорового человека вследствие временного увеличения проницаемости мембраны сосудистого клубочка почек.

Среди органических соединений небелкового происхождения в моче встречаются: соли щавелевой кислоты, поступающие в организм с пищей, особенно растительной; молочная кислота, выделяющаяся после мышечной деятельности; кетоновые тела, образующиеся при превращении в организме жиров в сахар.

Глюкоза появляется в моче лишь в тех случаях, когда ее содержание в крови резко увеличено (гипергликемия). Выведение сахара с мочой называют глюкозурией.

Появление эритроцитов в моче (гематурия) наблюдается при заболеваниях почек и мочевыводящих органов.

В моче здорового человека и животных содержатся пигменты (уробилин, урохром), от которых зависит ее желтый цвет. Эти пигменты образуются из билирубина желчи в кишечнике, почках и выделяются ими.

С мочой выводится большое количество неорганических солей - около 15·10 -3 -25·10 -3 кг (15-25 г) в сутки. Из организма экскретируется хлорид натрия, хлорид калия, сульфаты и фосфаты. От них также зависит кислая реакция мочи (табл. 12).

Выведение мочи . Конечная моча поступает из канальцев в лоханку и из нее в мочеточник. Передвижение мочи по мочеточникам в мочевой пузырь осуществляется под влиянием силы тяжести, а также за счет перистальтических движений мочеточников. Мочеточники, косо входя в мочевой пузырь, образуют у его основания своеобразный клапан, препятствующий обратному поступлению мочи из мочевого пузыря.

Моча скапливается в мочевом пузыре и периодически выводится из организма за счет акта мочеиспускания.

В мочевом пузыре имеются так называемые сфинктеры, или жомы (кольцеобразные мышечные пучки). Они плотно закрывают выход из мочевого пузыря. Первый из сфинктеров - сфинктер мочевого пузыря - находится у его выхода. Второй сфинктер - сфинктер мочеиспускательного канала - расположен несколько ниже первого и закрывает мочеиспускательный канал.

Мочевой пузырь иннервируется парасимпатическими (тазовыми) и симпатическими нервными волокнами. Возбуждение симпатических нервных волокон приводит к усилению перистальтики мочеточников, расслаблению мышечной стенки мочевого пузыря (детрузора) и повышению тонуса его сфинктеров. Таким образом, возбуждение симпатических нервов способствует накоплению мочи в пузыре. При возбуждении парасимпатических волокон стенка мочевого пузыря сокращается, сфинктеры расслабляются и моча изгоняется из пузыря.

Моча непрерывно поступает в мочевой пузырь, что ведет к повышению давления в нем. Увеличение давления в мочевом пузыре до 1,177-1,471 Па (12-15 см вод. ст.) вызывает потребность в мочеиспускании. После акта мочеиспускания давление в пузыре снижается почти до 0.

Мочеиспускание - сложный рефлекторный акт, заключающийся в одновременном сокращении стенки мочевого пузыря и расслаблении его сфинктеров. В результате этого моча изгоняется из пузыря.

Повышение давления в мочевом пузыре приводит к возникновению нервных импульсов в механорицепторах этого органа. Афферентные импульсы поступают в спинной мозг к центру мочеиспускания (II-IV сегменты крестцового отдела). От центра по эфферентным парасимпатическим (тазовым) нервам импульсы идут к детрузору и сфинктеру мочевого пузыря. Происходит рефлекторное сокращение его мышечной стенки и расслабление сфинктера. Одновременно от центра мочеиспускания возбуждение передается в кору головного мозга, где возникает ощущение позыва к мочеиспусканию. Импульсы от коры головного мозга через спинной мозг поступают к сфинктеру мочеиспускательного канала. Наступает акт мочеиспускания. Корковый контроль проявляется в задержке, усилении или даже произвольном вызывании мочеиспускания. У детей раннего возраста корковый контроль задержки мочеиспускания отсутствует. Он вырабатывается постепенно с возрастом.

• Структура и физиология почек в организме человека
• • Основные функции органов

Почки имеют большое значение в организме человека. Они выполняют ряд жизненно важных функций. У людей в норме два органа. Следовательно, выделяют виды почек – правую и левую. Человек может жить и с одной из них, однако жизнедеятельность организма будет под постоянной угрозой, ведь его сопротивляемость инфекциям снизится в десятки раз.

Почка – это парный орган. Это значит, что в норме у человека их две. Каждый орган имеет форму боба и относится к мочевыделительной системе. Вместе с тем основные функции почек не ограничиваются только выделительной функцией.

Органы располагаются в области поясницы справа и слева между грудным и поясничным отделами позвоночника. При этом расположение правой почки незначительно ниже, чем левой. Это объясняется тем, что над ней находится печень, которая не дает почке сместиться вверх.

Почки приблизительно одинаковы по размеру: они имеют длину от 11,5 до 12,5 см, толщину от 3 до 4 см, ширину от 5 до 6 см каждая и вес от 120 до 200 г. Правая, как правило, имеет немного меньшие размеры.

Какова же физиология почек? Орган снаружи покрывает капсула, которая надежно защищает его. Кроме того, каждая почка состоит из системы, функции которой сводятся к накоплению и выводу мочи, а также из паренхимы. Паренхиму составляют корковое вещество (его внешний слой) и мозговое вещество (его внутренний слой). Систему накопления мочи составляют малые почечные чашечки. Малые чашечки сливаются и образуют большие почечные чашечки. Последние тоже соединяются и образуют в совокупности почечную лоханку. А лоханка соединяется с мочеточником. У людей, соответственно, имеется два мочеточника, которые входят в мочевой пузырь.

Вернуться к оглавлению

Нефрон: единица, благодаря которой органы работают правильно

Кроме того, органы снабжены структурно функциональной единицей, которая называется нефрон. Нефрон считается важнейшей единицей почки. Каждый из органов содержит не один нефрон, а насчитывает их примерно 1 млн. Каждый нефрон отвечает за работу почек в человеческом организме. Именно нефрон отвечает за процесс мочеобразования. Больше всего нефронов находится в корковом веществе почки.

Каждая структурно функциональная единица нефрон представляет собой целую систему. Эту систему составляют капсула Шумлянского-Боумена, клубочек и переходящие друг в друга канальцы. Каждый клубочек – это система капилляров, которая осуществляет кровоснабжение почки. Петли этих капилляров находятся в полости капсулы, которая расположена между двумя ее стенками. Полость капсулы переходит в полость канальцев. Эти канальцы образуют петлю, проникающую из коркового вещества в мозговое. В последнем находятся нефроновые и выводящие канальцы. По вторым канальцам моча выводится в чашечки.

Мозговое вещество формирует пирамидки, имеющие вершины. Каждая вершина пирамиды заканчивается сосочками, а те входят в полость малой чашечки. В зоне сосочков все выводящие канальцы объединяются.

Структурно функциональная единица почки нефрон обеспечивает правильную работу органов. Если бы нефрон отсутствовал, органы не смогли бы выполнять возложенные на них функции.

Физиология почек включает не только нефрон, но и другие системы, которые обеспечивают работу органов. Так, от аорты отходят почечные артерии. Благодаря им происходит кровоснабжение почки. Нервная регуляция функции органов осуществляется при помощи нервов, которые проникают из чревного сплетения непосредственно в почки. Чувствительность капсулы почек тоже возможна благодаря нервам.

Вернуться к оглавлению

Функции почек в организме и механизм их работы

Чтобы стало понятно, как работают почки, в первую очередь нужно понимать, какие функции на них возложены. К ним относятся следующие:

• выделительная, или экскреторная;
• осморегулирующая;
• ионорегулирующая;
• внутрисекреторная, или эндокринная;
• метаболическая;
• кроветворящая (принимает непосредственное участие в этом процессе);
• концентрационная функция почек.

В течение суток они прокачивают весь объем крови. Количество повторений данного процесса огромно. За 1 минуту прокачивается около 1 л крови. При этом органы выбирают из прокачиваемой крови все продукты распада, шлаки, токсины, микробы и другие вредоносные для организма человека вещества. Затем все эти вещества попадают в плазму крови. Далее все это направляется в мочеточники, а оттуда – в мочевой пузырь. После этого вредоносные вещества покидают человеческий организм при опорожнении мочевого пузыря.

Когда токсины попадают в мочеточники, обратного хода в организм им уже нет. Благодаря специальному клапану, который находится в органах, абсолютно исключается повторное попадание токсинов в организм. Это становится возможным благодаря тому, что клапан открывается в одном лишь направлении.

Таким образом, прокачивая свыше 200 л крови в сутки, органы стоят на страже ее чистоты. Из зашлакованной токсинами и микробами кровь становится чистой. Это крайне важно, поскольку кровь омывает каждую клетку человеческого организма, поэтому жизненно необходимо, чтобы она была очищена.

Вернуться к оглавлению

Основные функции органов

Итак, основная функция, которую выполняют органы, выделительная. Ее также называют экскреторной. Экскреторная функция почек отвечает за фильтрацию и секрецию. Происходят эти процессы при участии клубочка и канальцев. В частности, в клубочке осуществляется процесс фильтрации, а в канальцах – процессы секреции и реабсорбции веществ, которые нужно вывести из организма. Выделительная функция почек является очень важной, поскольку отвечает за образование мочи и обеспечивает ее нормальный вывод (выделение) из организма.

Эндокринная функция состоит в синтезе определенных гормонов. В первую очередь это касается ренина, благодаря которому в организме человека задерживается вода и регулируется объем циркулирующей крови. Важен и гормон эритропоэтин, который стимулирует создание в костном мозге эритроцитов. И, наконец, органы синтезируют простагландины. Это вещества, регулирующие артериальное давление.

Метаболическая функция заключается в том, что именно в почках жизненно необходимые для работы организма микроэлементы и вещества синтезируются и превращаются в еще более важные. Например, витамин D превращается в D3. Оба витамина крайне важны для человека, но витамин D3 является более активной формой витамина D. Кроме того, благодаря этой функции в организме поддерживается оптимальный баланс белков, углеводов и липидов.

Ионорегулирующая функция подразумевает регуляцию кислотно-щелочного баланса, за который тоже отвечают эти органы. Благодаря им кислотный и щелочной компоненты плазмы крови поддерживаются в стабильном и оптимальном соотношении. Оба органа выделяют при необходимости избыток бикарбоната либо водорода, благодаря чему и поддерживается этот баланс.

Осморегулирующая функция заключается в сохранении концентрации осмотически активных кровяных веществ при различном водном режиме, которому может подвергаться организм.

Кроветворящая функция означает участие обоих органов в процессе кроветворения и очищения крови от токсинов, микробов, вредных бактерий и шлаков.

Концентрационная функция почек подразумевает то, что они концентрируют и разводят мочу посредством выделения воды и растворенных веществ (в первую очередь речь идет о мочевине). Органы должны делать это практически независимо друг от друга. Когда моча разводится, выделяется больший объем воды, а не растворенных веществ. Напротив, посредством концентрации выделяется больший объем растворенных веществ, а не воды. Концентрационная функция почек крайне важна для жизнедеятельности всего организма человека.

Таким образом, становится ясно, что значение почек и их роль для организма настолько велики, что их трудно переоценить.

Вот почему так важно при малейших расстройствах работы этих органов обратить на это должное внимание и обратиться к врачу. Поскольку от работы этих органов зависят многие процессы в организме, восстановление функций почек становится крайне важным мероприятием.

В процессе жизнедеятельности в организме человека образуются значительные количества продуктов обмена, которые уже не используются клетками и должны быть удалены из организма. Кроме того, организм должен быть освобожден от токсичных и чужеродных веществ, от избытка воды, солей, лекарственных препаратов. Иногда процессам выделения предшествует обезвреживание токсических веществ, например в печени. Так, такие вещества, как фенол, индол, скатол, соединяясь с глюкуроновой и серной кислотами, превращаются в менее вредные вещества.

Органы, выполняющие выделительные функции, называются выделительными, или экскреторными. К ним относят почки, легкие, кожу, печень и желудочно-кишечный тракт. Главное назначение органов выделения - это поддержание постоянства внутренней среды организма. Экскреторные органы функционально взаимосвязаны между собой. Сдвиг функционального состояния одного из этих органов меняет активность другого. Например, при избыточном выведении жидкости через кожу при высокой температуре снижается объем диуреза. Нарушение процессов выделения неизбежно ведет к появлению патологических сдвигов гомеостаза вплоть до гибели организма.

Легкие и верхние дыхательные пути удаляют из организма углекислый газ и воду. Кроме того, через легкие выделяется большинство ароматических веществ, как, например, пары эфира и хлороформа при наркозе, сивушные масла при алкогольном опьянении. При нарушении выделительной функции почек через слизистую оболочку верхних дыхательных путей начинает выделяться мочевина, которая разлагается, определяя соответствующий запах аммиака изо рта. Слизистая оболочка верхних дыхательных путей способна выделять йод из крови.

Печень и желудочно-кишечный тракт выводят с желчью из организма ряд конечных продуктов обмена гемоглобина и других порфиринов в виде желчных пигментов, конечные продукты обмена холестерина в виде желчных кислот. В составе желчи из организма экскретируются также лекарственные препараты (антибиотики), бромсульфалеин, фенолрот, маннит, инулин и др. Желудочно-кишечный тракт выделяет продукты распада пищевых веществ, воду, вещества, поступившие с пищеварительными соками и желчью, соли тяжелых металлов, некоторые лекарственные препараты и ядовитые вещества (морфий, хинин, салицилаты, ртуть, йод), а также красители, используемые для диагностики заболеваний желудка (метиленовый синий, или конгорот).

Кожа осуществляет выделительную функцию за счет деятельности потовых и в меньшей степени сальных желез. Потовые железы удаляют воду, мочевину, мочевую кислоту, креатинин, молочную кислоту, соли щелочных металлов, особенно натрия, органические вещества, летучие жирные кислоты, микроэлементы, пепсиноген, амилазу и щелочную фосфатазу. Роль потовых желез удалении продуктов белкового обмена возрастает при заболеваниях почек, особенно при острой почечной недостаточности. С секретом сальных желез из организма выделяются свободные жирные и неомыляемые кислоты, продукты обмена половых гормонов.

Функции, строение, кровоснабжение почек

Почки являются основным органом выделения. Они выполняют в организме много функций. Одни из них прямо или косвенно связаны с процессами выделения, другие - не имеют такой связи.

Выделительная, или экскреторная, функция. Почки удаляет из организма избыток воды, неорганических и органических веществ, продукты азотистого обмена и чужеродные вещества: мочевину, мочевую кислоту, креатинин, аммиак, лекарственные препараты.

Регуляция водного баланса и соответственно объема крови, вне- и внутриклеточной жидкости (волюморегуляция) за счет изменения объема выводимой с мочой воды.

Регуляция постоянства осмотического давления жидкостей внутренней среды путем изменения количества выводимых осмотически активных веществ: солей, мочевины, глюкозы (осморегуляция).

Регуляция ионного состава жидкостей внутренней среды и ионного баланса организма путем избирательного изменения экскреции ионов с мочой (ионная регуляция).

Регуляция кислотно-основного состояния путем экскреции водородных ионов, нелетучих кислот и оснований.

Образование и выделение в кровоток физиологически активных веществ: ренина, эритропоэтина, активной формы витамина D, простагландинов, брадикининов, урокиназы (инкреторная функция).

Регуляция уровня артериального давления путем внутренней секреции ренина, веществ депрессорного действия, экскреции натрия и воды, изменения объема циркулирующей крови.

Регуляция эритропоэза путем внутренней секреции гуморального регулятора эритрона - эритропоэтина.

Регуляция гемостаза путем образования гуморальных регуляторов свертывания крови и фибринолиза - урокиназы, тромбопластина, тромбоксана, а также участия в обмене физиологического антикоагулянта гепарина.

Участие в обмене белков, липидов и углеводов (метаболическая функция).

Защитная функция: удаление из внутренней среды организма чужеродных, часто токсических веществ.

Следует учитывать, что при различных патологических состояниях выделение лекарств через почки иногда существенно нарушается, что может приводить к значительным изменениям переносимости фармакологических препаратов, вызывая серьезные побочные эффекты вплоть до отравлений.

Строение нефрона

Основной структурно-функциональной единицей почки является нефрон, в котором происходит образование мочи. В зрелой почке человека содержится около 1 - 1,3 мл нефронов.

Нефрон состоит из нескольких последовательно соединенных отделов

Начинается нефрон с почечного (мальпигиева) тельца, которое содержит клубочек кровеносных капилляров. Снаружи клубочки покрыты двухслойной капсулой Шумлянского - Боумена.

Внутренняя поверхность капсулы выстлана эпителиальными клетками. Наружный, или париетальный, листок капсулы состоит из базальной мембраны, покрытой кубическими эпителиальными клетками, переходящими в эпителий канальцев. Между двумя листками капсулы, расположенными в виде чаши, имеется щель или полость капсулы, переходящая в просвет проксимального отдела канальцев.

Проксимальный отдел канальцев начинается извитой частью, которая переходит в прямую часть канальца. Клетки проксимального отдела имеют щеточную каемку из микроворсинок, обращенных в просвет канальца.

Затем следует тонкая нисходящая часть петли Генле, стенка которой покрыта плоскими эпителиальными клетками. Нисходящий отдел петли опускается в мозговое вещество почки, поворачивает на 180° и переходит в восходящую часть петли нефрона.

Дистальный отдел канальцев состоит из восходящей части петли Генле и может иметь тонкую и всегда включает толстую восходящую часть. Этот отдел поднимается до уровня клубочка своего же нефрона, где начинается дистальный извитой каналец.

Этот отдел канальца располагается в коре почки и обязательно соприкасается с полюсом клубочка между приносящей и выносящей артериолами в области плотного пятна.

Дистальные извитые канальцы через короткий связующий отдел впадают в коре почек в собирательные трубочки. Собирательные трубочки опускаются из коркового вещества почки в глубь мозгового вещества, сливаются в выводные протоки и открываются в полости почечной лоханки. Почечные лоханки открываются в мочеточники, которые впадают в мочевой пузырь.

По особенностям локализации клубочков в коре почек, строения канальцев и особенностям кровоснабжения различают 3 типа нефронов: суперфициальные (поверхностные), интракортикальные и юкстамедуллярные.

Кровоснабжение почек

Отличительной особенностью кровоснабжения почек является то, что кровь используется не только для трофики органа, но и для образования мочи. Почки получают кровь из коротких почечных артерий, которые отходят от брюшного отдела аорты. В почке артерия делится на большое количество мелких сосудов-артериол, приносящих кровь к клубочку. Приносящая (афферентная) артериола входит в клубочек и распадается на капилляры, которые, сливаясь, образуют выносящую (эфферентную) артериолу. Диаметр приносящей артериолы почти в 2 раза больше, чем выносящей, что создает условия для поддержания необходимого артериального давления (70 мм рт.ст.) в клубочке. Мышечная стенка у приносящей артериолы выражена лучше, чем у выносящей. Это дает возможность регуляции просвета приносящей артериолы. Выносящая артериола вновь распадается на сеть капилляров вокруг проксимальных и дистальных канальцев. Артериальные капилляры переходят в венозные, которые, сливаясь в вены, отдают кровь в нижнюю полую вену. Капилляры клубочков выполняют только функцию мочеобразования. Особенностью кровоснабжения юкстамедуллярного нефрона является то, что эфферентная артериола не распадается на околоканальцевую капиллярную сеть, а образует прямые сосуды, которые вместе с петлей Генле спускаются в мозговое вещество почки и участвуют в осмотическом концентрировании мочи.

Через сосуды почки в 1 мин проходит около 1/4 объема крови, выбрасываемого сердцем в аорту. Почечный кровоток условно делят на корковый и мозговой. Максимальная скорость кровотока приходится на корковое вещество (область, содержащую клубочки и проксимальные канальцы) и составляет 4-5 мл/мин на 1 г ткани, что является самым высоким уровнем органного кровотока. Благодаря особенностям кровоснабжения почки давление крови в капиллярах сосудистого клубочка выше, чем в капиллярах других областей тела, что необходимо для поддержания нормального уровня клубочковой фильтрации. Процесс мочеобразования требует создания постоянных условий кровотока. Это обеспечивается механизмами ауторегуляции. При повышении давления в приносящей артериоле ее гладкие мышцы сокращаются, уменьшается количество поступающей крови в капилляры и происходит снижение в них давления. При падении системного давления приносящие артериолы, напротив, расширяются. Клубочковые капилляры также чувствительны к ангиотензину II, простагландинам, брадикининам, вазопрессину. Благодаря указанным механизмам кровоток в почках остается постоянным при изменении системного артериального давления в пределах 100-150 мм рт. ст. Однако при ряде стрессовых ситуаций (кровопотеря, эмоциональный стресс и т.д.) кровоток в почках может уменьшаться.

Юкстагломерулярный аппарат

Юкстагломерулярный (ЮГА), или околоклубочковый, аппарат представляет собой совокупность клеток, синтезирующих ренин и другие биологически активные вещества. Морфологически и образует как бы треугольник, две стороны которого составляет подходящая к клубочку афферентная и выходящая эфферентная артериолы, а основание - специализированный участок стенки извитой части дистального канальца - плотное пятно (macula densa). В состав ЮГА входят гранулярные клетки (юкстагломерулярные), расположенные на внутренней поверхности афферентной артериолы, клетки плотного пятна и специальные клетки (юкставаскулярные), расположенные между приносящей выносящей артериолами и плотным пятном.

Механизмы мочеобразования

Мочеобразование осуществляется за счет трех последовательных процессов:

1) клубочковой фильтрации (ультрафильтрации) воды и низкомолекулярных компонентов из плазмы крови в капсулу почечного клубочка с образованием первичной мочи;

2) канальцевой реабсорбции - процесса обратного всасывания профильтровавшихся веществ и воды из первичной мочи в кровь;

3) канальцевой секреции - процесса переноса из крови в просвет канальцев ионов и органических веществ.

Клубочковая фильтрация

Фильтрация воды и низкомолекулярных компонентов из плазмы крови в полость капсулы происходит через клубочковый, или гломерулярный, фильтр. Гломерулярный фильтр имеет 3 слоя: эндотелиальные клетки капилляров, базальную мембрану и эпителий висцерального листка капсулы, или подоциты. Эндотелий капилляров имеет поры диаметром 50-100 нм, что ограничивает прохождение форменных элементов крови (эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов). Основным барьером для фильтрации является базальная мембрана.

Поры в базальной мембране составляют 3 - 7,5 нм. Эти поры изнутри содержат отрицательно законные молекулы (анионные локусы), что препятствует прошению отрицательно заряженных частиц, в том числе белков. Третий слой фильтра образован отростками подоцитов, между которыми имеются щелевые диафрагмы, которые ограничивают прохождение альбуминов и других молекул с большой молекулой массой. Эта часть фильтра также несет отрицательный заряд. Легко фильтроваться могут вещества с молекулярной массой более 5500, абсолютным пределом для прохождения частиц через фильтр в норме является молекулярная масса 80 000.

Таким образом, состав первичной мочи обусловлен свойствами гломерулярного фильтра. В норме вместе с водой фильтруются все низкомолекулярные вещества, за исключением большей части белков и форменных элементов крови. В остальном состав ультрафильтрата близок к плазме крови.

При нефропатиях, нефритах поры теряют отрицательный заряд, что приводит к прохождению через них многих белков. Такие вещества, как гепарин, способствуют восстановлению анионных локусов, а антибиотики, наоборот, уменьшают их наличие.

Основным фактором, способствующим процессу фильтрации, является давление крови (гидростатическое) в капиллярах клубочков. К силам, препятствующим фильтрации, относится онкотическое давление белков плазмы крови и давление жидкости в полости капсулы клубочка, т.е. первичной мочи. Следовательно, эффективное фильтрационное давление представляет собой разность между гидростатическим давлением крови в капиллярах и суммой онкотического давления плазмы крови и внутрипочечного давления:

Рфильтр. = Ргидр. - (Ронк. +Рмочи).

Таким образом, фильтрационное давление составляет:

70 - (30 + 20) = 20 мм рт.ст.

Количественной характеристикой процесса фильтрации является скорость клубочковой фильтрации, которая определяется путем сравнения концентрации определенного вещества в плазме крови и моче. Для этого используются вещества, которые являются физиологически инертными, нетоксичными, не связывающиеся с белками в плазме крови, не реабсорбирующиеся в почечных канальцах и выделяющиеся с мочой только путем фильтрации.

Таким веществом является полимер фруктозы инулин. В организме человека инулин не образуется, поэтому для измерения скорости клубочковой фильтрации его вводят внутривенно. Измеренная с помощью инулина скорость клубочковой фильтрации называется также коэффициентом очищения от инулина, или клиренсом инулина:

Cин = Mин Ч V/Пин,

где Син - клиренс инулина, Мин - концентрация инулина в конечной моче, Пин - концентрация инулина в плазме, V - объем мочи в 1 мин.

Клиренс показывает, какой объем плазмы (в мл) очистился целиком от данного вещества за 1 мин.

Сравнивая клиренсы других веществ с клиренсом инулина, можно определить процессы, участвующие в выделении этих веществ с мочой. Если клиренс вещества равен клиренсу инулина, следовательно это вещество только фильтруется. Если клиренс вещества больше клиренса инулина, значит это вещество выделяется не только за счет фильтрации, но и секреции. Если клиренс вещества меньше клиренса инулина, то вещество после фильтрации реабсорбируется.

В клинике для определения скорости клубочковой фильтрации обычно используют эндогенный метаболит креатинин, концентрация которого в крови довольно стабильна. Креатинин удаляется из крови в основном путем клубочковой фильтрации, но в очень малых количествах он секретируется, поэтому его клиренc - менее точный показатель, чем клиренс инулина. Тем не менee он широко используется в клинике, так как для его измерения не требуется внутривенное введение.

В норме у мужчин скорость клубочковой фильтрации составляет 125 мл/мин, а у женщин - 110 мл/мин.

Канальцевая реабсорбция

Первичная моча превращается в конечную благодаря процессам, которые происходят в почечных канальцах и собирательных бочках. В почке человека за сутки образуется 150 - 180 л фильма, или первичной мочи, а выделяется 1,0-1,5 л мочи. Остальная жидкость всасывается в канальцах и собирательных трубочках.

Канальцевая реабсорбция - это процесс обратного всасывания воды и веществ из содержащейся в просвете канальцев мочи в лимфу и кровь. Основной смысл реабсорбции состоит в том, чтобы сохранить организму все жизненно важные вещества в необходимых количествах. Обратное всасывание происходит во всех отделах нефрона. Основная масса молекул реабсорбируется в проксимальном отделе нефрона. Здесь практически полностью абсорбируются аминокислоты, глюкоза, витамины, белки, микроэлементы, значительное количество ионов Na+, C1-, HCO3- и многие другие вещества.

В петле Генле, дистальном отделе канальца и собирательных трубочках всасываются электролиты и вода. Ранее считали, что реабсорбция в проксимальной части канальца является обязательной и нерегулируемой. В настоящее время доказано, что она регулируется как нервными, так и гуморальными факторами.

Обратное всасывание различных веществ в канальцах может происходить пассивно и активно. Пассивный транспорт происходит без затраты энергии по электрохимическому, концентрационному или осмотическому градиентам. С помощью пассивного транспорта осуществляется реабсорбция воды, хлора, мочевины.

Активным транспортом называют перенос веществ против электрохимического и концентрационного градиентов. Причем различают первично-активный и вторично-активный транспорт. Первично-активный транспорт происходит с затратой энергии клетки. Примером служит перенос ионов Na+ с помощью фермента Na+, K+ - АТФазы, использующей энергию АТФ. При вторично-активном транспорте перенос вещества осуществляется за счет энергии транспорта другого вещества. Механизмом вторично-активного транспорта реабсорбируются глюкоза и аминокислоты.

Глюкоза. Она поступает из просвета канальца в клетки проксимального канальца с помощью специального переносчика, который должен обязательно присоединить ион Ма4". Перемещение этого комплекса внутрь клетки осуществляется пассивно по электрохимическому и концентрационному градиентам для ионов Na+. Низкая концентрация натрия в клетке, создающая градиент его концентрации между наружной и внутриклеточной средой, обеспечивается работой натрий-калиевого насоса базальной мембраны.

В клетке этот комплекс распадается на составные компоненты. Внутри почечного эпителия создается высокая концентрация глюкозы, поэтому в дальнейшем по градиенту концентрации глюкоза переходит в интерстициальную ткань. Этот процесс осуществляется с участием переносчика за счет облегченной диффузии. Далее глюкоза уходит в кровоток. В норме при обычной концентрации глюкозы в крови и, соответственно, в первичной моче вся глюкоза реабсорбируется. При избытке глюкозы в крови, а значит, в первичной моче может произойти максимальная загрузка канальцевых систем транспорта, т.е. всех молекул-переносчиков.

В этом случае глюкоза больше не сможет реабсорбироваться и появится в конечной моче (глюкозурия). Эта ситуация характеризуется понятием "максимальный канальцевый транспорт" (Тм). Величине максимального канальцевого транспорта соответствует старое понятие "почечный порог выведения". Для глюкозы эта величина составляет 10 ммоль/л.

Вещества, реабсорбция которых не зависит от их концентрации в плазме крови, называются непороговыми. К ним относятся вещества, которые или вообще не реабсорбируются, (инулин, маннитол) или мало реабсорбируются и выделяются с мочой пропорционально накоплению их в крови (сульфаты).

Аминокислоты. Реабсорбция аминокислот происходит также по механизму сопряженного с Na+ транспорта. Профильтровавшиеся в клубочках аминокислоты на 90% реабсорбируются клетками проксимального канальца почки. Этот процесс осуществляется с помощью вторично-активного транспорта, т.е. энергия идет на работу натриевого насоса. Выделяют не менее 4 транспортных систем для переноса различных аминокислот (нейтральных, двуосновных, дикарбоксильных и аминокислот). Эти же системы транспорта действуют и в кишечнике для всасывания аминокислот. Описаны генетические дефекты, когда определенные аминокислоты не реабсорбируются и не всасываются в кишечнике.

Белок. В норме небольшое количество белка попадает в фильтрат и реабсорбируется. Процесс реабсорбции белка осуществляется с помощью пиноцитоза. Эпителий почечного канальца активно захватывает белок. Войдя в клетку, белок подвергается гидролизу со стороны ферментов лизосом и превращается в аминокислоты. Не все белки подвергаются гидролизу, часть их переходит в кровь в неизмененном виде. Этот процесс активный и требует энергии. За сутки с конечной мочой уходит не более 20-75 мг белка. Появление белка в моче носит название протеинурии. Протеинурия может быть и в физиологических условиях, пример, после тяжелой мышечной работы. В основном протеинурия имеет место в патологии при нефритах, нефропатиях, при миеломной болезни.

Мочевина. Она играет важную роль в механизмах концентрирования мочи, свободно фильтруется в клубочках. В проксимальном канальце часть мочевины пассивно реабсорбируется за счет градиента концентрации, который возникает вследствие концентрирования мочи. Остальная часть мочевины доходит до собирательных трубочек. В собирательных трубочках под влиянием АДГ происходит реабсорбция воды и концентрация мочевины повышается. АДГ усиливает проницаемость стенки и для мочевины, и она переходит в мозговое вещество почки, создавая здесь примерно 50% осмотического давления.

Из интерстиция по концентрационному градиенту мочевина диффундирует в петлю Генле и вновь поступает в дистальные канальцы и собирательные трубочки. Таким образом совершается внутрипочечный круговорот мочевины. В случае водного диуреза всасывание воды в дистальном отделе нефрона прекращается, а мочевины выводится больше. Таким образом ее экскреция зависит от диуреза.

Слабые органические кислоты и основания. Реабсорбция слабых кислот и оснований зависит от того, в какой форме они находятся - в ионизированной или неионизированной. Слабые основания и кислоты в ионизированном состоянии не реабсорбируются и выводятся с мочой. Степень ионизации оснований увеличивается в кислой среде, поэтому они с большей скоростью экскретируются с кислой мочой, слабые кислоты, напротив, быстрее выводятся с щелочной мочой.

Это имеет большое значение, так как многие лекарственные вещества являются слабыми основаниями или слабыми кислотами. Поэтому при отравлении ацетилсалициловой кислотой или фенобарбиталом (слабыми кислотами) необходимо вводить щелочные растворы (NaHCO3), для того чтобы перевести эти кислоты в ионизированное состояние, тем самым способствуя их быстрому выведению из организма. Для быстрой экскреции слабых оснований необходимо вводить в кровь кислые продукты для закисления мочи.

Вода и электролиты. Вода реабсорбируется во всех отделах нефрона. В проксимальных извитых канальцах реабсорбируется около 2/3 всей воды. Около 15% реабсорбируется в петле Генле и 15% - в дистальных извитых канальцах и собирательных трубочках. Вода реабсорбируется пассивно за счет транспорта осмотически активных веществ: глюкозы, аминокислот, белков, ионов натрия, калия, кальция, хлора. При снижении реабсорбции осмотически активных веществ уменьшается и реабсорбция воды. Наличие глюкозы в конечной моче ведет к увеличению диуреза (полиурии).

Основным ионом, обеспечивающим пассивное всасывание воды, является натрий. Натрий, как указывалось выше, также необходим для транспорта глюкозы и аминокислот. Кроме Того, он играет важную роль в создании осмотически активной среды в интерстиции мозгового слоя почки, благодаря чему происходит концентрирование мочи. Реабсорбция натрия совершается во всех отделах нефрона. Около 65% ионов натрия реабсорбируется в проксимальных канальцах, 25% - в петле нефрона, 9% - в дистальном извитом канальце и 1% - в собирательных трубочках.

Поступление натрия из первичной мочи через апикальную мембрану внутрь клетки канальцевого эпителия происходит пассивно по электрохимическому и концентрационному градиентам. Выведение натрия из клетки через базолатеральные мембраны осуществляется активно с помощью Na+, K+ - АТФазы. Так как энергия клеточного метаболизма расходуется на перенос натрия, транспорт его является первично-активным. Транспорт натрия в клетку может происходить за счет разных механизмов. Один из них - это обмен Na+ на Н+ (противоточный транспорт, или антипорт). В этом случае ион натрия переносится внутрь клетки, а ион водорода - наружу.

Другой путь переноса натрия в клетку осуществляется с участием аминокислот, глюкозы. Это так называемый котранспорт, или симпорт. Частично реабсорбция натрия связана с секрецией калия.

Сердечные гликозиды (строфантин К, оубаин) способны угнетать фермент Na+, К+ - АТФазу, обеспечивающую перенос натрия из клетки в кровь и транспорт калия из крови в клетку.

Большое значение в механизмах реабсорбции воды и ионов натрия, а также концентрирования мочи имеет работа так называемой поворотно-противоточной множительной системы.

Поворотно-противоточная система представлена параллельно расположенными коленами петли Генле и собирательной трубочкой, по которым жидкость движется в разных направлениях (противоточно). Эпителий нисходящего отдела петли пропускает воду, а эпителий восходящего колена непроницаем для воды, но способен активно переносить ионы натрия в тканевую жидкость, а через нее обратно в кровь. В проксимальном отделе происходит всасывание натрия и воды в эквивалентных количествах и моча здесь изотонична плазме крови.

В нисходящем отделе петли нефрона реабсорбируется вода и моча становится более концентрированной (гипертонической). Отдача воды происходит пассивно за счет того, что в восходящем отделе одновременно осуществляется активная реабсорбция ионов натрия. Поступая в тканевую жидкость, ионы натрия повышают в ней осмотическое давление, тем самым способствуя притягиванию в тканевую жидкость воды из нисходящего отдела. В то же время повышение концентрации мочи в петле нефрона за счет реабсорбции воды облегчает переход натрия из мочи в тканевую жидкость. Так как в восходящем отделе петли Генле реабсорбируется натрий, моча становится гипотоничной.

Поступая далее в собирательные трубочки, представляющие собой третье колено противоточной системы, моча может сильно концентрироваться, если действует АДГ, повышающий проницаемость стенок для воды. В данном случае по мере продвижения по собирательным трубочкам в глубь мозгового вещества все больше и больше воды выходит в межтканевую жидкость, осмотическое давление которой повышено вследствие содержания в ней большого количества Na"1" и мочевины, и моча становится все более концентрированной.

При поступлении больших количеств воды в организм почки, наоборот, выделяют большие объемы гипотонической мочи.

Канальцевая секреция

Канальцевая секреция - это транспорт веществ из крови в просвет канальцев (мочу). Канальцевая секреция позволяет быстро экскретировать некоторые ионы, например калия, органические кислоты (мочевая кислота) и основания (холин, гуанидин), включая ряд чужеродных организму веществ, таких как антибиотики (пенициллин), рентгеноконтрастные вещества (диодраст), красители (феноловый красный), парааминогиппуровую кислоту - ПАГ.

Канальцевая секреция представляет собой преимущественно активный процесс, происходящий с затратами энергии для транспорта веществ против концентрационного или электрохимического градиентов. В эпителии канальцев существуют разные системы транспорта (переносчики) для секреции органических кислот и органических оснований. Это доказывается тем, что при угнетении секреции органических кислот пробенецидом секреция оснований не нарушается.

Транспортные секретирующие механизмы обладают свойством адаптации, т.е. при длительном поступлении вещества в кровоток количество транспортных систем за счет белкового синтеза постепенно увеличивается. Данный факт необходимо учитывать, например, при лечении пенициллином. Так как очищение крови от него постепенно возрастает, требуется увеличение дозировки для поддержания необходимой терапевтической концентрации.

Так как при невысоких концентрациях в крови ПАГ или диодраста они полностью удаляются из крови при однократном прохождении через почку путем секреции клетками проксимальных канальцев, это позволило, определяя клиренс этих веществ, получить значение объема плазмы крови, которое протекает по сосудам коркового вещества почки, т.е. эффективного почечного плазмотока. Зная гематокрит, можно рассчитать и величину коркового кровотока в почке.

Кроме того, канальцевый эпителий синтезирует и секретируют вещества, образующиеся в самих клетках эпителия, например, аммиак (путем дезаминирования некоторых аминокислот), гиппуровую кислоту (из бензойной кислоты и гликокола), которые выделяются с мочой, а также ренин, простагландины, глюкозу почек, поступающие в кровь.

Таким образом, состав конечной мочи зависит от процессов фильтрации, реабсорбции и секреции.

Количество, состав, свойства мочи. Регуляция

За сутки человек выделяет в среднем около 1,5 л мочи. После обильного питья, потребления белковой пищи диурез возрастает. При потреблении небольшого количества воды, при усиленном потоотделении диурез снижается. Интенсивность мочеобразования колеблется в течение суток. Ночью мочеобразование меньше, чем днем.

Моча представляет собой прозрачную жидкость светло-желтого цвета, с относительной плотностью 1005-1025, которая зависит от количества принятой жидкости.

Реакция мочи здорового человека обычно слабокислая. Однако рН ее колеблется от 5,0 до 7,0 в зависимости от характера питания. При питании преимущественно белковой пищей реакция мочи становится кислой, растительной - нейтральной или даже щелочной. В моче здорового человека белок отсутствует или определяются его следы.

Среди органических соединений небелкового происхождения в моче встречаются соли щавелевой кислоты, молочной кис лоты, кетоновые тела. Глюкозы в моче в обычных условиях не должно быть.

Эритроциты появляются в моче (гемотурия) при заболеваниях почек и мочевыводящих органов. В моче содержатся пигменты (уробилин, урохром), которые и определяют цвет мочи. С мочой выделяются электролиты (Na+, К+, С1-, Са2+, Мg2+, сульфаты и др.). В моче содержатся гормоны и их метаболиты, ферменты, витамины.

Регуляция осмотического давления крови

Почки играют важную роль в осморегуляции. При обезвоживании организма в плазме крови увеличивается концентрация осмотически активных веществ, что приводит к повышению ее осмотического давления. В результате возбуждения осморецепторов, которые расположены в области супраоптического ядра гипоталамуса, а также в сердце, печени, селезенке, почках и других органах усиливается выброс АДГ из нейрогипофиза. АДГ повышает реабсорбцию воды, что приводит к задержке воды в организме, выделению осмотически концентрированной мочи. Секция АДГ изменяется не только при раздражении осморецепторов, но и специфических натриорецепторов.

При избыточном содержании воды в организме, напротив, уменьшается концентрация растворенных осмотически активных веществ в крови, снижается ее осмотическое давление. Активность осморецепторов в данной ситуации уменьшается, что вызывает снижение продукции АДГ, увеличение выделения воды почкой и снижение осмолярности мочи.

Регуляция ионного состава крови

Почки, регулируя реабсорбцию и секрецию различных ионов в почечных канальцах, поддерживают их необходимую концентрацию в крови.

Реабсорбция натрия регулируется альдостероном и натрийуретическим гормоном, вырабатывающимся в предсердии. Альдостерон усиливает реабсорбцию натрия в дистальных отделах канальцев и собирательных трубочках. Секреция альдостерона увеличивается при снижении концентрации ионов натрия в плазме крови и при уменьшении объема циркулирующей крови. Натрийуретический гормон угнетает реабсорбцию натрия и усиливает его выведение. Выработка натрийуретического гормона возрастает при увеличении объема циркулирующей крови и объема внеклеточной жидкости в организме.

Концентрация калия в крови поддерживается за счет регуляции его секреции. Альдостерон усиливает секрецию калия в дистальном отделе канальцев и собирательных трубочках. Инсулин уменьшает выделение калия, увеличивая его концентрацию в крови, при алкалозе выделение калия увеличивается. При ацидозе - уменьшается.

Паратгормон паращитовидных желез увеличивает реабсорбцию кальция в почечных канальцах и высвобождение кальция из костей, что приводит к повышению его концентрации в крови. Гормон щитовидной железы тиреокальцитонин увеличивает выделение кальция почками и способствует переходу кальция в кости, что снижает концентрацию кальция в крови. В почках образуется активная форма витамина D, который участвует в регуляции обмена кальция.

В регуляции уровня хлоридов в плазме крови участвует альдостерон. При увеличении реабсорбции натрия возрастает и реабсорбция хлора. Выделение хлора может происходить и независимо от натрия.

Регуляция кислотно-основного состояния

Почки принимают участие в поддержании кислотно-основного равновесия крови, экскретируя кислые продукты обмена. Активная реакция мочи у человека может колебаться в достаточно широких пределах - от 4,5 до 8,0, что способствует поддержанию рН плазмы крови на уровне 7,36.

В просвете канальцев содержится бикарбонат натрия. В клетках почечных канальцев находится фермент карбоангидраза, под влиянием которой из углекислого газа и воды образуется угольная кислота.

Угольная кислота диссоциирует на ион водорода и анион НСО3-. Ион Н+ секретируется из клетки в просвет канальца и вытесняет натрий из бикарбоната, превращая его в угольную кислоту, а затем в Н2О и СО2. Внутри клетки НСО3- взаимодействует с реабсорбированным из фильтрата Na+. CO2 легко диффундирующий через мембраны по градиенту концентрации, поступает в клетку и вместе с СО2 образующимся в результате метаболизма клетки, вступает в реакцию образования угольной кислоты.

Секретируемые ионы водорода в просвете канальца связываются также с двузамещенным фосфатом (Na2HPO4), вытесняя из него натрий и превращая в одно замещенный - NaH2PO4.

В результате дезаминирования аминокислот в почках происходит образование аммиака и выход его в просвет канальца. Ионы водорода связываются в просвете канальца с аммиаком и образуют ион аммония NH4+. Таким образом происходит детоксикация аммиака.

Секреция иона Н+ в обмен на ион Nа+ приводит к восстановлению резерва оснований в плазме крови и выделению избытка ионов водорода.

При интенсивной мышечной работе, питании мясом моча становится кислой, при потреблении растительной пищи - щелочной.

Инкреторная функция. Регуляция АД. Нейрогуморальная регуляция почек

Инкреторная функция почки заключается в синтезе и выведении в кровоток физиологически активных веществ, которые действуют на другие органы и ткани или обладают преимущественно местным действием, регулируя почечный кровоток и метаболизм почки.

Ренин образуется в гранулярных клетках юкстагломерулярного аппарата. Ренин является протеолитическим ферментом, который приводит к расщеплению a2-глобулина - ангиотензиногена плазмы крови и превращению его в ангиотензин I. Под влиянием ангиотензинпревращающего фермента ангиотензин I превращается в активное сосудосуживающее вещество ангиотензин II. Ангиотензин II, суживая сосуды, повышает артериальное давление, стимулирует секрецию альдостерона, увеличивает реабсорбцию натрия, способствует формированию чувства жажды и питьевого поведения.

Ангиотензин II вместе с альдостероном и ренином составляет одну из важнейших регуляторных систем - ренин-ангиотензин-альдостероновую систему. Ренин-ангиотензин-альдостероновая система участвует в регуляции системного и почечного кровообращения, объема циркулирующей крови, водно-электролитного баланса организма.

Если давление в приносящей артериоле возрастает, то продукция ренина снижается и наоборот. Продукция ренина также регулируется плотным пятном. При большом количестве NaCI в дистальном отделе нефрона тормозится секреция ренина. Возбуждение b-адренорецепторов гранулярных клеток приводит к усилению секреции ренина, a-адренорецепторов - торможению.

Простагландины типа ПГИ-2, арахидоновая кислота стимулируют продукцию ренина, ингибиторы синтеза простагланди-нов, например салицилаты, уменьшают продукцию ренина.

В почке образуются эритропоэтины, которые стимулируют образование эритроцитов в костном мозге.

Почки извлекают из плазмы крови прогормон витамин D3, образующийся в печени, и превращают его в физиологически активный гормон - витамин D3. Этот стероидный гормон стимулирует образование кальцийсвязывающего белка в клетках кишечника, регулируя реабсорбцию кальция в почечных канальцах, и способствует его освобождению из костей.

Почки принимают участие в регуляции фибринолитической активности крови, синтезируя активатор плазминогена - урокиназу.

В мозговом веществе почки синтезируются Простагландины, которые участвуют в регуляции почечного и общего кровотока, увеличивают выделение натрия с мочой, уменьшают чувствительность клеток канальцев к АДГ.

В почке образуются кинины. Почечный кинин брадикинин является сильным вазодилататором, участвующим в регуляции почечного кровотока и выделения натрия.

Регуляция артериального давления

Регуляция артериального давления почкой осуществляется несколькими механизмами. Во-первых, как уже указывалось выше, в почке синтезируется ренин. Через ренин-ангиотензин-альдостероновую систему происходит регуляция сосудистого тонуса и объема циркулирующей крови.

В почках синтезируются вещества и депрессорного действия: депрессорный нейтральный липид мозгового вещества, Простагландины.

Почка участвует в поддержании водно-электролитного обмена, объема внутрисосудистой, вне- и внутриклеточной жидкости, что является важным для уровня артериального давления. Лекарственные вещества, повышающие выведение натрия и воды с мочой (диуретики), применяются в качестве гипотензивных средств.

Кроме того, почка экскретирует большинство гормонов и других физиологически активных веществ, которые являются гуморальными регуляторами артериального давления, поддерживая их необходимый уровень в крови.

Метаболическая функция почек

Метаболическая функция почек заключается в поддержании во внутренней среде организма постоянства определенного уровня и состава компонентов белкового, углеводного и липидного обмена.

Почки расщепляют фильтрующиеся в почечных клубочках низкомолекулярные белки, пептиды, гормоны до аминокислот и возвращают их в кровь.

Почка обладает способностью к глюконеогенезу. При длительном голодании половина поступающей в кровь глюкозы образуется почками.

Участие почки в обмене липидов заключается в том, что свободные жирные кислоты в ее клетках включаются в состав триацилглицеринов и фосфолипидов и в виде этих соединений поступают в кровь.

Нейрогуморальная регуляция деятельности почек

Нервная регуляция

Нервная система регулирует гемодинамику почки, работу юкстагломерулярного аппарата, а также фильтрацию, реабсорбцию и секрецию. Раздражение симпатических нервов, иннервирующих почку, которые являются преимущественно ветвями чревных нервов, приводит к сужению ее кровеносных сосудов. При сужении приносящих артериол уменьшаются фильтрационное давление и фильтрация.

Сужение выносящих артериол сопровождается повышением фильтрационного давления и ростом фильтрации. Стимуляция симпатических эфферентных волокон приводит к увеличению реабсорбции натрия, воды. Раздражение парасимпатических волокон, идущих в составе блуждающих нервов, вызывает усиление реабсорбции глюкозы и секреции органических кислот.

При болевых раздражениях диурез рефлекторно уменьшается вплоть до полного его прекращения (болевая анурия). Механизм этого явления заключается в сужении почечных сосудов в результате возбуждения симпатической нервной системы, усилении секреции катехоламинов надпочечниками и увеличении продукции антидиуретического гормона (вазопрессина).

Уменьшение и увеличение диуреза может быть вызвано условно-рефлекторным путем, что свидетельствует о выраженном влиянии высших отделов ЦНС на работу почек. ЦНС регулирует работу почек или непосредственно через вегетативные нервы, или через нейроны гипоталамуса, изменяя секрецию гормонов. В этом проявляется единство нервной и гуморальной регуляции.

Гуморальная регуляция

Ведущая роль в регуляции деятельности почек принадлежит гуморальной системе. На работу почек оказывают влияние многие гормоны, главными из которых являются антидиуретический гормон (АДГ), или вазопрессин, и альдостерон.

Антидиуретический гормон (АДГ), или вазопрессин, способствует реабсорбции воды в дистальных отделах нефрона путем увеличения проницаемости для воды стенок дистальных извитых канальцев и собирательных трубочек. Механизм действия АДГ заключается в активации фермента аденилатциклазы. который участвует в образовании цАМФ из АТФ. цАМФ активирует цАМФ-зависимые протеинкиназы, которые участвуют в фосфорилировании мембранных белков, что приводит к повышению проницаемости для воды мембраны и увеличению ее поверхности. Кроме того, АДГ активирует фермент гиалуронидазу, которая деполимеризует гиалуроновую кислоту межклеточного вещества, что обеспечивает пассивный межклеточный транспорт воды по осмотическому градиенту.

При избытке АДГ может наступить полное прекращение мочеобразования. Уменьшение секреции АДГ вызывает развитие тяжелого заболевания несахарного диабета (несахарного мочеизнурения). При этом заболевании выделяется большое количество светлой мочи с незначительной относительной плотностью (до 25 л в сутки).

АДГ имеет важное значение, как уже отмечалось выше, в поддержании осмотического давления крови, волюморегуляции.

Альдостерон увеличивает реабсорбцию ионов натрия и секрецию ионов калия и водорода клетками почечных канальцев. Одновременно возрастает реабсорбция воды, которая всасывается пассивно по осмотическому градиенту, создаваемому ионами Na+, что приводит к уменьшению диуреза. Гормон уменьшает реабсорбцию кальция и магния в проксимальных отделах канальцев.

Натрийуретический гормон (атриальный пептид) усиливает выведение ионов натрия с мочой.

Паратгормон стимулирует реабсорбцию кальция и тормозит реабсорбцию фосфатов, что приводит к повышению концентрации ионов кальция в плазме крови и усилению выведения фосфатов с мочой. Кроме того, этот гормон угнетает реабсорбцию ионов натрия и НСО3- в проксимальных канальцах и активирует реабсорбцию магния в восходящем колене петли Генле.

Кальцитонин тормозит реабсорбцию кальция и фосфата.

Адреналин в малых дозах суживает просвет выносящих артериол, в результате чего повышается гидростатическое давление, увеличиваются фильтрация и диурез. В больших дозах он вызывает сужение как выносящих, так и приносящих артериол, что приводит к уменьшению диуреза вплоть до анурии.

Инсулин. Недостаток этого гормона приводит к гипергликемии, глюкозурии, увеличению осмотического давления мочи и увеличению диуреза.

Тироксин усиливает обменные процессы, в результате чего в моче возрастает количество осмотически активных веществ, в частности азотистых, что приводит к увеличению диуреза.

Простагландины угнетают реабсорбцию натрия, стимулируют кровоток в мозговом веществе почки, увеличивают диурез.

Соматотропин и андрогены увеличивают секрецию некоторых веществ, например парааминогиппуровой кислоты.

Ренин-ангиотензин-альдостероновая система участвует в регуляции почечного и системного кровообращения, объема циркулирующей крови, электролитного баланса организма.

Почки (рис. 26-1) выполняют 3 основные группы функций: мочеобразовательную, гомеостатическую и эндокринную.

Мочеобразовательная функция. Почки экскретируют из организма конечные продукты обмена, посторонние вещества и избыточные соединения. Оттекающие ежесуточно от почек 1,5 л вторичной мочи через мочеотводящие пути выводятся из организма (см. главу 27). Именно по отношению к мочеобразовательной функции (точнее, по отношению к вторичной, или дефинитивной моче) применяют термин «экскреция».

Конечные продукты обмена: мочевина, мочевая кислота, креатинин, продукты превращений билирубина, порфирины, аммиак, полиамины, гормоны и их метаболиты.

Поддержание гомеостаза (см. главу 28). Почки отвечают за поддержание постоянства состава и объёма жидкостей организма, электролитов и кислотно-щелочного равновесия (КЩР).

Эндокринная функция. Почки синтезируют гормоны, как поступающие в системный кровоток (эритропоэтин, кальцитриол), так и функционирующие локально вазоконстрикторы и вазодилататоры.

Фильтрация, реабсорбция, секреция и внутрипочечный метаболизм

Мочевыделительная и гомеостатическая функции почек - результат 4 сопряжённых и последовательных процессов: фильтрации, канальцевого транспорта (реабсорбция и секреция), а также внутрипочечного метаболизма. Эти базовые процессы развёртываются между кровеносными капиллярами почек и просветом почечных канальцев.

Клубочковая фильтрация (ультрафильтрация, рис. 26-2) происходит в почечных тельцах из просвета капилляров клубочка (первичная капиллярная сеть) в просвет эпителиальной капсулы и приводит к образованию первичной мочи (ультрафильтрат). Каждые сутки обе почки взрослого человека образуют около 180 л первичной мочи.

Рис. 26-1. Мочевыделительная система. Слева: почки, мочеточники, мочевой пузырь, мочеиспускательный канал (уретра). В составе правой почки: 1 - почечная лоханка; 2 - мозговое вещество почки; 3 - корковое вещество почки. Справа: в составе почечного тельца - капиллярный клубочек (кровь в клубочек вливается из приносящей артериолы, оттекает по выносящей артериоле), наружный листок эпителиальной капсулы Боумена-Шумлянского (внутренний листок эпителиальной капсулы представлен подоцитами (не изображены, см. рис. 26-4); кровь из просвета капилляров фильтруется в полость эпителиальной капсулы, фильтрат - первичная моча, см. рис. 26-2), канальцы нефрона и собирательные трубочки - почечные канальцы, по которым от почечного тельца оттекает первичная моча. В канальцах происходят реабсорбция (см. рис. 26-2 и 26-3) и секреция, в результате образуется окончательная (вторичная) моча, поступающая в почечную лоханку.

Канальцевая реабсорбция (рис. 26-2, 26-3) происходит из просвета почечных канальцев в интерстиций и далее в просвет кровеносных капилляров вторичной капиллярной сети (перитубулярные капилляры). Суточный объём реабсорбции около 179 л.

Рис. 26-2. Пути фильтрации, реабсорбции и секреции. А. Капиллярный клубочек почечного тельца (первичная капиллярная сеть) перфузируется артериальной кровью из приносящих артериол. После фильтрации кровь оттекает от почечного тельца по выносящей артериоле. В интерстиции (между канальцами) выносящая артериола образует вторичную капиллярную сеть (перитубулярные капилляры), питающую паренхиму органа. В перитубулярные капилляры из просвета канальцев происходит реабсорбция, а из просвета капилляров в просвет канальцев - секреция. В результате из ультрафильтрата (первичной мочи) образуется дефинитивная моча. Выделенный прямоугольником участок схематически представлен на Б

Канальцевая секреция. Эпителиальные клетки почечных канальцев выделяют в ультрафильтрат ряд химических соединений, поступающих из внеклеточного вещества и перитубулярных капилляров или образующихся в самих эпителиальных клетках канальцев.

Почечный кровоток

Ток крови. Через почечные артерии при каждом сокращении сердца почки получают не менее 20% от сердечного выброса, т.е. около 1200 мл крови в минуту (350 мл/мин на 100 г почечной паренхимы, т.е. почти в 7 раз больше, чем мозг - 50 мл/мин на 100 г ткани мозга).

Почечный ток плазмы крови (именно плазма крови после клубочковой фильтрации образует первичную мочу) составляет примерно 600- 700 мл/мин (при значении Ht - гематокрита - 0,4):

почечный ток плазмы крови = (1 - Нt(почечный кровоток) 600-700 мл/мин = 0,4x1000 мл/мин

Первичная капиллярная сеть. От междольковых артерий параллельно поверхности органа ответвляются короткие приносящие (внутридольковые) артериолы; они распадаются на капилляры, формирующие клубочек в составе почечного тельца - первичная капиллярная сеть (рис. 26-2А и 26-7А). Клубочки первичной капиллярной сети входят в состав почечных телец, в которых происходят фильтрация плазмы и образование клубочкового фильтрата (ультрафильтрата, первичной мочи). Выносящая артериола собирает кровь из капилляров клубочка.

ФОттекающая от почечных телец кровь - артериальная: в выносящей артериоле содержание кислорода лишь примерно на 7% ниже, чем в приносящей артериоле. -Ф- В просвете капилляров первичной капиллярной сети гидростатическое давление составляет примерно 70 мм рт.ст. (вне капилляров, т.е. в полости эпителиальной капсулы - 20 мм рт.ст.), онкотическое - около 30 мм рт.ст. -ФФильтрация в почечных тельцах (рис. 26-2) происходит из просвета капилляров первичной капиллярной сети в полость капсулы Боумена-Шумлянского, движущая сила -

эффективное фильтрационное давление: (гидростатическое давление) - (онкотическое давление) - (давление в полости эпителиальной капсулы) = = (70 мм рт.ст.) - (30 мм рт.ст.) - (20 мм рт.ст.) = 20 мм рт.ст.

Вторичная капиллярная сеть. В капилляры вторичной сети кровь поступает из первичной капиллярной сети через выносящие артериолы. Эти артериолы переходят в прямые артериальные сосуды, спускающиеся в мозговое вещество, образующие вторичную капиллярную сеть (перитубулярные капилляры) и направляющиеся в виде прямых венозных сосудов к корковому веществу. Эти сосуды (и артериальные, и венозные) проходят параллельно канальцам нефронов (канальцы петли Хенле) и собирательным трубочкам, отчего и получили название vasa rectae. Капилляры перитубулярной сети располагаются в непосредственной близости от канальцев нефронов; в эти капилляры реабсорбируются вещества из просвета канальцев (рис. 26-2). Из вторичной капиллярной сети также происходит питание ткани почки. Капилляры мозгового вещества переходят в прямые венулы, впадающие в дуговые вены.

-Φ- Значительное содержание кислорода в капиллярах вторичной капиллярной сети эффективно обеспечивает активную реабсорбцию (рис. 26-2, 26-3) из просвета канальцев в просвет кровеносных капилляров. Кислород необходим главным образом для обеспечения работы Na+,К+-АТФазы, вмонтированной в плазматическую мембрану эпителиальных клеток почечных канальцев. -ФРеабсорбцию поддерживает возросшее в результате фильтрации (по сравнению с капиллярами первичной капиллярной сети) онкотическое давление в капиллярах вторичной капиллярной сети. Итак, первичная капиллярная сеть, расположенная между артериолами, характеризуется высоким гидростатическим внутрикапиллярным давлением и теряет в результате фильтрации не менее 10% объёма крови и до 20% объёма плазмы. Вторичная капиллярная сеть имеет низкое гидростатическое внутрикапиллярное давление, способствующее эффективной реабсорбции из почечных канальцев (см. подробнее на рис. 26- 3Б). Таким образом, вся поступающая в почку артериальная кровь сначала перфузирует капилляры первичной капиллярной сети и лишь затем артериальная кровь поступает в капилляры вторичной капиллярной сети.

Паренхима почки

Паренхима каждой почки, подразделяемая на корковое и мозговое вещество, состоит из 0,8-1,2 млн функциональных структурных единиц - нефронов, а также из множества собирательных трубочек коркового и собирательных протоков мозгового вещества. Коллективно все трубочки почки (канальцы нефрона, собирательные трубочки и протоки) именуются почечными канальцами.

Нефрон - эпителиальная трубка, начинающаяся от почечного тельца и впадающая в собирательную трубку. Стенка нефрона построена из однослойного эпителия, клетки которого (в зависимости от выполняемой функции) различны в разных отделах нефрона. По длине нефрона различают: проксимальный каналец (извитой и прямой) - тонкий каналец петли Хенле - восходящая (толстая) часть петли Хенле (эту часть называют также прямым дистальным канальцем) - извитой дистальный каналец. Дистальный прямой каналец (толстая часть петли Хенле) возвращается к собственному почечному тельцу и контактирует с ним. Извитой дистальный каналец через связующий отдел впадает в собирательную трубочку, которая, в, свою очередь, поступает в собирательные протоки. Разные отделы нефрона закономерно расположены либо в корковом, либо в мозговом веществе.

Типы нефронов. Различают два основных типа нефронов - кортикальные (все отделы нефрона расположены в корковом веществе, 85% всех нефронов - кортикальные) и юкстамедуллярные (петля

Хенле этих нефронов глубоко проникает в мозговое вещество почки).

Отделы почечных канальцев. В нефроне различают несколько отделов: капсула почечного тельца, окружающая капиллярный клубочек; проксимальный извитой и проксимальный прямой канальцы, тонкий каналец (в составе нисходящей и восходящей частей петли Хенле); толстый отдел в составе восходящей части петли Хенле (дистальный прямой каналец), дистальный извитой канальцы, а также связующий отдел (соединяет дистальный отдел нефрона с собирательной трубочкой). Собирательные трубки, сливаясь, образуют собирательные протоки. Характерная особенность всех почечных канальцев состоит в том, что между соседними клетками всегда присутствует диффузионные барьеры в виде полосок плотных контактов, окружающих верхушечные части клеток. Количество таких полосок плотных контактов увеличивается по мере продвижения по почечным канальцам, соответственно увеличивается электрическое сопротивление пласта эпителия, но уменьшается его проницаемость.

Ф- Проксимальный каналец подразделяют на извитой и прямой отделы. Именно в проксимальном отделе нефрона происходит основной объём реабсорбции (рис. 26-3). В связи с этим обстоятельством клетки канальца имеют ряд особенностей, значительно увеличивающим площадь реабсорбции. Интенсивность реабсорбции постепенно уменьшается по мере продвижения первичной мочи по канальцу, соответственно уменьшается количество приспособлений, увеличивающих поверхность клеток, а также митохондрий, необходимых для обеспечения транспортных процессов. По этой причине с функциональной точки зрения (интенсивность реабсорбции) проксимальный каналец подразделяют на последовательные сегменты - S1, S2 и S3. Между соседними клетками встречаются щелевые контакты. Основная функция проксимального канальца - осмос воды, реабсорбция NaCl, NaHCO 3 , глюкозы, аминокислот, Ca 2 +, HPO 4 2- , SO 4 2- , HCO 3 - , а также секреция NH 4 + и некоторых органических катионов и анионов.

Ф- Тонкий каналец петли Хенле состоит из плоских эпителиальных клеток, что существенно уменьшает диффузионный путь для воды. Длина тонкого канальца невелика в кортикальных, но значительна в юкстамедуллярных нефронах. Эти последние (точнее, их петля Хенле), составляя всего 15% от общего количества нефронов, крайне важны для концентрирования или разведения мочи. Клетки петли Хенле перекачивают NaCl из просвета ка-

Рис. 26-3. Реабсорбция в проксимальном канальце. Сверху вниз просвет канальца, кубические клетки стенки канальца, интерстиций, перитубулярный капилляр. Стрелки указывают направление и пути перемещения ионов и молекул: А: сплошная - трансклеточный перенос; прерывистая - парацеллюлярный перенос; прерывистые стрелки - комбинированный вариант переноса (подробнее см. в разделе «Трансклеточная проницаемость» главы 4, в т.ч. рис. 4-6). 1. - микроворсинки на поверхности эпителиальной клетки и 2. глубокие впячивания в базальной части эпителиальных клеток, а также переплетающиеся между собой отростки боковых поверхностей соседних клеток значительно увеличивают поверхность реабсорбции; 3. Митохондрии в базальной и латеральной частях эпителиальных клеток необходимы для обеспечения энергопотребностей при реабсорбции; 4. плотные контакты между клетками канальца перекрывают неспецифические пути диффузии. В верхушечной части клеток в значительном числе находятся содержащие белок эндоцитозные пузырьки, а также лизосомы. Б. В верхней части (эпителиальная клетка) сплошными стрелками показаны пути трансклеточный, парацеллюлярный и комбинированный пути переноса, обратите внимание на направленную кверху (в просвет канальца) тонкую стрелку («утечка» ионов из межклеточного пространства в просвет канальца). В нижней половине рисунка представлены движущие силы транспорта через стенку перитубулярного кровеносного капилляра (параметры: P - гидростатическое давление, π - онкотическое давление; индексы: i - интерстиций, c - капилляр)

нальцев в интерстиций, который в результате становится гипертоничным, формируя в мозговом веществе осмотический градиент между корой и почечными сосочками, что имеет решающее значение для осмотической диффузии воды между почечными канальцами и интерстицием.

-Φ- Толстый отдел петли Хенле. Эпителиальные клетки имеют кубическую форму, мощные впячивания плазмолеммы по базальной и латеральной поверхности клеток, что существенно увеличивает поверхность обмена. Это обстоятельство в сочетании с встроенными в плазмолемму клеток характерными трансмембранными переносчиками (см. ниже) существенно важно для формирования гиперосмотической среды. Стенка канальца не проницаема для мочевины и воды.

Ф- Дистальный каналец начинается от плотного пятна (здесь происходит регистрация параметров канальцевой жидкости, подробнее см. ниже) и по своей структуре напоминает клетки толстого отдела петли Хенле.

Ф- Связующий отдел и собирательные трубочки. Их стенка состоит из главных и вставочных клеток. Клетки связующего отдела синтезируют и секретируют калликреин.

♦ Главные клетки несут на свободной поверхности ресничку. Их основная функция - реабсорбция Na + и Cl - и секреция К + .

♦ Вставочные клетки подразделяются на подтипы: A (α) и B (β). Эти клетки реабсорбируют К+. Кроме того, α-клетки секретируют H+, а β-клетки - HCO 3 - .

-Φ- Собирательные протоки. По мере увеличения калибра протоков эпителий становится высоким цилиндрическим, а количество вставочных клеток уменьшается. Собирательные протоки (как и собирательные трубочки) принимают участие в транспорте электролитов, а также под влиянием альдостерона и АДГ - в транспорте воды и мочевины.

Оценка экскреторной функции почек

Для клинической оценки экскреторной функции почек, складывающейся из клубочковой фильтрации, канальцевой реабсорбции и канальцевой секреции, применяют как методы визуализации, так и измерение почечного клиренса (от англ. «clearance» - очищение).

Клиренс

Клиренс вещества X (C X) - параметр, характеризующий выведение почками (экскрецию) из организма вещества X. Клиренс выражают в объёмных единицах за единицу времени (например, в мл/мин). Други-

ми словами, клиренс вещества X - скорость его экскреции, отнесённая к виртуальному объёму крови, полностью очищенной от вещества X.

Для разных веществ значение клиренса (C X) различно. Так, для глюкозы, в норме не экскретируемой, C X равно 0. В то же время для парааминогиппурата, полностью удаляемого из крови, значение C X составляет 700 мл/мин, т.е. равно току плазмы крови через почку.

Клиренс инулина. Некоторые вещества (например, инулин - полимер фруктозы, M r 5000), как и парааминогиппурат, свободно фильтруются, но не реабсорбируются и не секретируются в канальцах. Такие вещества являются хорошим маркёром важного параметра мочевыделительной функции почек - скорости клубочковой фильтрации.

Ф- Скорость клубочковой фильтрации (СКФ, англ. «Glomerular Filtration Rate - GFR») - объём плазмы крови, фильтруемой в единицу времени из крови в полость капсулы Боумена-Шум- лянского (Р х хСКФ).

Для оценки почечного клиренса и СКФ применяют инулин, креатинин, маннитол, 125 1-йоталамат, 57 Co- или 58 Co-цианкобаламин, 51 Cr-этилендиаминтетрауксусную кислоту. Все эти маркёры экзогенны и требуют (в отличие от креатинина) их введения в сосудистое русло обследуемого.

Экскреция

Экскреторную функцию почки по отношению к веществу X (U X xV - скорость экскреции вещества X с мочой) определяют 3 фактора: скорости клубочковой фильтрации (СКФ), канальцевых реабсорбции и секреции. Эти процессы в общем виде можно записать следующим образом: экскреция = фильтрация - реабсорбция + секреция

Экскретируемая фракция (англ. Fractional Excretion - FE) вещества X - полезный показатель оценки функционального состояния почек: отношение скорости экскреции вещества X (U X xV) к объёму клубочковой фильтрации (Рх хСКФ).

ФИЛЬТРАЦИЯ

Через фильтрационный барьер почечного тельца (рис. 26-4, см. также рис. 26-2) происходят фильтрация плазмы и образование первичной мочи (ультрафильтрата, или клубочкового фильтрата).

Фильтрационный барьер

Фильтрационный барьер (рис. 26-4Б,В) состоит из эндотелия капилляров, базальной мембраны и фильтрационных щелей между ножками подоцитов.

Рис. 26-4. Почечное тельце, фильтрационный барьер и околоклубочковый комплекс . А. Почечное тельце состоит из капиллярного клубочка (примерно 50 капиллярных петель) и эпителиальной капсулы. Область, где в тельце входит приносящая и выходит выносящая артериолы, называют сосудистым полюсом; область отхождения проксимального извитого канальца нефрона - мочевой полюс тельца. Эпителиальная капсула состоит из двух листков: наружного (париетального) и внутреннего (висцерального). Между листками имеется полость, куда из просвета кровеносных капилляров поступает клубочковый фильтрат. Полость капсулы открывается в проксимальный извитой каналец. Наружный листок капсулы, состоящий из однослойного плоского эпителия, ограничивает капсулярное пространство снаружи. Клетки внутреннего листка капсулы (подоциты) прикреплены к наружной поверхности капилляров клубочка и вместе с эндотелием и базальной мембраной, общей для капилляра и подоцитов, участвуют в процессе фильтрации. К сосудистому полюсу подходит дистальный извитой каналец того же самого нефрона, что начинается на мочевом полюсе почечного тельца. Видоизменённые клетки этого отдела нефрона (плотное пятно) вместе с видоизменёнными клетками приносящей артериолы (юкстагломерулярные клетки) образуют так называемый околоклубочковый комплекс. В состав почечного тельца, а также околоклубочкового комплекса также входят мезангиалъные клетки, расположенные между капиллярными петлями клубочка. Б. Подоциты - видоизменённые эпителиальные клетки внутреннего листка капсулы. Они образуют большие ножки, от которых отходят многочисленные нитевидные малые ножки. Эндотелиалъные клетки капилляров клубочка имеют многочисленные фенестры. Между внутренним листком капсулы и эндотелием капилляров формируется общая (трёхслойная) базальная мембрана.

Рис. 26-4. Продолжение. В. Фильтрационные щели. Малые ножки подоцитов прикрепляются к базальной мембране. Между ножками подоцитов имеются узкие (30-40 нм) фильтрационные щели. Фильтрация плазмы осуществляется через волокнистую основу базальной мембраны и фильтрационные щели. Г. Околоклубочковый комплекс образован тремя типами клеток, расположенных у корня клубочка. Первый тип - юкстагломерулярные (зернистые) клетки - видоизменённые и содержащие гранулы ренина ГМК средней оболочки приносящей артериолы. Второй тип - юкставаскулярные клетки (мезангиальные), расположенные между приносящей и выносящей артериолами. Третий тип - эпителиальные клетки дистального канальца в месте его контакта с корнем клубочка (клетки плотного пятна)

Эндотелиальные клетки капилляров максимально уплощены, за исключением области, содержащей ядро. Уплощённая часть клетки содержит не затянутые диафрагмой фенестры (овальные окна) полигональной формы диаметром 70 нм, суммарно занимающие примерно 30% всей поверхности эндотелия. В результате плазма крови непосредственно контактирует с базальной мембраной. Таким образом, эндотелиальная часть фильтра задерживает только клеточные элементы, но не плазму крови.

Базальная мембрана толщиной до 300 нм формируется за счёт синтетической активности подоцитов и мезангиальных клеток. Основу базальной мембраны образует мелкоячеистая сеть, образованная молекулами коллагена типа IV, ламинина и связывающих их сульфатированного гликопротеина энтактина. Отрицательно заряженные цепи гепарансульфата, присутствующие в составе протеогликанов базальной мембраны, препятствует прохождению сквозь неё анионов, в том числе и анионных белков плазмы. Вещества с M r до 1 кД проходят через базальную мембрану свободно, до 10 кД в ограниченном количестве, а более 50 кД - в ничтожных количествах.

Фильтрационные щели образованы лабиринтом щелевидных пространств между малыми ножками подоцитов. Фильтрационные щели имеют ширину около 25 нм и затянуты щелевыми диафрагмами (сеть с ячейками размерами от 4 до 14 нм). Щелевые диафрагмы содержат отрицательно заряженные гликопротеины, белок нефрин, а в участках соединения диафрагм с плазмолеммой ножек подоцитов присутствует белок плотных контактов. Ножки подоцитов (за счёт актиновых микрофиламентов) в широких пределах изменяют свою толщину, что неизбежно сказывается на ширине фильтрационных щелей.

Параметры фильтрации

Клубочковую фильтрацию характеризуют различные параметры (объём фильтрата, скорость клубочковой фильтрации - СКФ, эффективное фильтрационное давление, показатель фильтруемости, разности осмотического давления между просветом капилляра и полостью эпителиальной капсулы, характер фильтруемых ионов и молекул).

Объём первичной мочи (отфильтрованной плазмы крови) составляет 10% от объёма крови (20% от объёма плазмы), протекающей по капиллярам клубочка (для взрослого человека 10% от 1800 л крови/сут = 180 л ультрафильтрата/сут, или 125 мл/мин).

СКФ определяют из уравнения:

СКФ = K f xP UF ,

где K f - коэффициент фильтрации; а P UF - эффективное фильтрационное давление.

❖ Коэффициент фильтрации (K f) зависит от гидравлической проводимости клубочковых капилляров и площади фильтрации. При СКФ 125 мл/мин и при P UF 10 мм рт.ст величина K f составляет примерно 12,5 мл/мин/мм рт.ст. (на 100 г массы почки - 4,2 мл/мин/мм рт.ст., что минимально в 200 раз больше, чем K f в любой другой ткани.

♦ Увеличение значения K f повышает СКФ.

♦ Уменьшение значения K f понижает СКФ.

❖ Эффективное фильтрационное давление (P UF , силы Старлинга, или движущая сила фильтрации):

где P GC - гидростатическое давление в просвете клубочковых капилляров (в норме около 50 мм рт.ст. и не изменяется по длине капилляра); P BS - гидростатическое давление в полости капсулы Боумена-Шумлянского (в норме около 10 мм рт.ст.); p GC - онкотическое давление крови в просвете клубочковых капилляров (в начале каждого клубочкового капилляра в норме около 25 мм рт.ст., но постепенно увеличивается, достигая к концу капилляра 30 мм рт.ст.); p BS - онкотическое давление фильтрата в полости капсулы Боумена-Шумлянского (в норме величина этого давления пренебрежимо мала).

Показатель фильтруемости (UF X /P x) - отношение концентрации вещества X в ультрафильтрате (Uf x) к концентрации вещества X в плазме крови - зависит от молекулярной массы и эффективного молекулярного радиуса вещества X.

❖ UF X /P X <1. Вещества с малой молекулярной массой (<5,5 кД) и небольшим эффективным молекулярным радиусом (вода, мочевина, глюкоза, инулин), как правило, имеют в фильтрате ту же концентрацию, что и в плазме крови.

❖ UF X /P X <1. С увеличением молекулярной массы веществ их концентрация в фильтрате прогрессивно уменьшается (например, в ультрафильтрате обнаруживаются лишь следы сывороточного альбумина). Тем не менее, показатель фильтруемости для лизоцима, миоглобина, лактоглобулина и массы других белков с молекулярной массой до 30 кД достаточен для появления в фильтрате ощутимых их количеств.

Электрический заряд. Поскольку ячейки сети в базальной мембране и фильтрационные щели несут отрицательный заряд, это обстоятельство ограничивает фильтрацию анионов и способствует фильтрации катионов. Однако, при этом существенное значение имеют величины молекулярных массы и радиуса заряженных веществ.

Состав клубочкового фильтрата. В результате фильтрации состав первичной мочи оказывается близким к составу плазмы, но в ультрафильтрате нет клеточных элементов крови и относительно мало белка. В частности в первичной моче отсутствуют макромолекулы, эффективный радиус которых превышает 4 нм.

Регуляция почечного кровотока и фильтрации

Имеющие чрезвычайно важное значение для адекватного выполнения функций почек параметры почечного кровотока и фильтрации находятся под жёстким контролем. Известно несколько механизмов контроля кровотока и фильтрации: авторегуляция в виде канальцево-клубочковой обратной связи и эффекты (как сосудосуживающие, так и сосудорасширяющие) множества сосудистоактивных веществ.

Под авторегуляцией понимают не зависящее от нервных и гормональных влияний свойство кровеносной системы почек стабильно удерживать параметры почечного кровотока (следовательно, и СКФ) при значительных колебаниях системного АД (СКФ практически стабильна при систолическом АД 85-150 мм рт.ст.). Авторегуляцию обеспечивают 2 сопряжённых механизма: миогенный ответ ГМК приносящих артериол и канальцево-клубочковая обратная связь.

Миогенный ответ заключается в сокращении или расслаблении ГМК, циркулярно ориентированных по отношению к просвету приносящей артериолы, что приводит к вазоконстрикции или вазодилатации кровеносного сосуда соответственно. Повышение системного АД увеличивает просвет приносящих артериол. Это активирует (открывает) чувствительные к растяжению катионные каналы ГМК, происходит деполяризация плазмолеммы ГМК, поступление Ca 2 + в цитозоль и сокращение ГМК. Просвет сосудов уменьшается, увеличивая сопротивление приносящей артериолы. В результате уменьшается СКФ.

Канальцево-клубочковая обратная связь поддерживается структурами околоклубочкового комплекса.

❖ Околоклубочковый комплекс (рис. 26-4Г) расположен у сосудистого полюса почечного тельца и состоит из юкстагломерулярных клеток, ГМК приносящей артериолы и клеток плотного пятна, принадлежащих стенке дистального извитого канальца того же самого нефрона. Такое тесное соседство ГМК и юкстагломерулярных клеток приносящей артериолы с клетками плотного пятна дистального канальца создаёт хорошие предпосылки для осуществления механизма обратной связи, контролирующего перфузию капиллярного клубочка. В ответ на повышение системного АД возрастает фильтрационное давление и СКФ. При-

рост СКФ увеличивает содержание Na+, Cl - и воды в ультрафильтрате, которое регистрируют клетки плотного пятна и передают соответствующие сигналы к ГМК и юкстагломерулярным клеткам приносящей артериолы.

♦ Клетки плотного пятна реагируют на изменение концентрации и в канальцевой жидкости. Na+/K+/Cl - -перенос- чик, расположенный в плазмолемме верхушечной поверхности клеток плотного пятна, при увеличении в просвете канальца и способствует повышению содержания этих ионов и в цитозоле эпителиальных клеток. В результате открытия катионных каналов плазмолеммы происходит поступление Ca 2 + в цитозоль. Прирост в цитозоле стимулирует секрецию из клеток плотного пятна паракринных и аутокринных агентов в виде аденозина, тромбоксана и некоторых других.

♦ Гладкомышечные клетки стенки приносящей артериолы имеют рецепторы к аденозину, их взаимодействие с выделяющимся из клеток плотного пятна аденозином приводят к поступлению Ca 2+ в цитозоль, сокращению ГМК, вазоконстрикции, увеличению сопротивления приносящей артериолы и уменьшению СКФ.

♦ Зернистые клетки стенки приносящей артериолы также получают сигналы от клеток плотного пятна. Основная функция этих клеток - синтез фермента ренина, поступающего в общий кровоток. Субстрат ренина - ангиотензиноген (см. рис 28-2), дальнейшие превращения которого приводят к появлению в крови ангиотензина II - мощного вазоконстриктора, имеющего и иные эффекты, в том числе и на механизм канальцево-клубочковой обратной связи.

♦ Мезангиальные клетки имеют рецепторы ангиотензина II, атриопептина и вазопрессина. Вазопрессин и ангиотензин II стимулируют сокращение мезангиальных клеток. Так как в цитоплазме клеток в большом количестве присутствуют микрофиламенты, то клетки обладают сократительной активностью и способны уменьшать площадь наружной поверхности стенки капилляров, через которую происходит фильтрация, снижая таким образом её уровень.

Сосудистоактивные регуляторы. В регуляции почечного кровотока и СКФ принимает участие множество гормонов и нейромедиаторов: ангиотензин II, норадреналин, адреналин, дофамин, АДГ, атриопептин, эндотелины, Пг, лейкотриены и оксид азота.

ТРАНСПОРТ В ПОЧЕЧНЫХ КАНАЛЬЦАХ

Транспорт через эпителиальные трубочки в общем виде рассмотрен в разделе «Трансклеточная проницаемость» главы 4 и проиллюстрирован на рис. 4-6 и 26-3. В данном разделе описано канальцевое (трансэпителиальное) перемещение конкретных веществ, т.е. их реабсорбция (из просвета канальцев в интерстиций и далее в околоканальцевые кровеносные капилляры) и секреция (из просвета капилляров в интерстиций и далее в просвет канальцев).

Натрий

Из поступающих в организм при сбалансированной диете 120 ммоль Na+ лишь 15% удаляется через потовые железы и ЖКТ, а 85% экскретируется с мочой. Каждые сутки почки отфильтровывают 25 500 ммоля и реабсорбируют 25 400 ммоля Na + , что примерно эквивалентно полутора килограммам поваренной соли. Поскольку вода пассивно перемещается между компартментами вслед за Na+ (и сопутствующим Cl -), ясно, сколь большое значение имеют почки для поддержания объёма жидкостей организма и их осмоляльности.

Градиент реабсорбции (рис. 26-5А). Реабсорбция Na+ (также CI -) наибольшая в проксимальном извитом канальце, постепенно уменьшается в проксимо-дистальном направлении и наименьшая в собирательных протоках.

Пути и направление транспорта. Через стенку почечного канальца транспорт Na + и Cl - (как и транспорт других ионов и воды) происходит как трансклеточно (сквозь клетку), так и по околоклеточному (парацеллюлярному) пути (рис. 26-3 и 26-5Б,В).

Механизмы канальцевого переноса Na+ через верхушечную и базолатеральную плазмолемму различны в силу того обстоятельства, что существенно отличается внеклеточная (внутриканальцевая и интерстициальная) и внутриклеточная . При реабсорбции Na+ пассивно входит в цитозоль через верхушечную плазмолемму, так как внутриклеточная существенно ниже внутриканальцевой (15 мМ против 142-40 мМ в разных отделах канальцев, см. рис. 26-9А,Б). В то же время через базолатеральную клеточную мембрану Na+ активно выкачивается из клетки, так как внеклеточная, т.е. интерстиция существенно выше внутриклеточной (145 мМ против 15 мМ, см. рис. 26-5Б).

Регуляция канальцевого транспорта Na+ осуществляется по следующим направлениям: автоматическая коррекция реабсорбции в проксимальных и дистальных канальцах вследствие изменений почечного кровотока (следовательно, фильтрации) и влияние на реабсорбцию в дистальном и отчасти в проксимальном отделах нефрона, а также в петле Хенле и особенно в собирательных трубках

Рис. 26-5. Реабсорбция натрия . А. Реабсорбция Na+ в разных отделах почечных канальцев. Стрелки в просвете канальцев - направление движения фильтрата. Концентрация Na+ в просвете проксимального извитого канальца, петли Хенле, дистального извитого канальца нефрона и в собирательных трубочках и протоках приведена в миллимолях (мМ, в прямых скобках). Количество реабсорбируемого Na+ в сутки (миллимоль/сут и % от отфильтрованного Na+) приведено внутри стрелок, направленных из просвета канальца. Указана также трансэпителиальная разность электрохимического потенциала (Δμ Νί1 , мВ).

Рис. 26-5. Продолжение. Б. Механизм транспорта Na+ в проксимальном извитом канальце (сегмент S1). Реабсорбция Na+ из просвета канальца в интерстиций показана стрелками, направленными слева направо (трансклеточный путь). Na+ входит в клетку по его концентрационному градиенту (приведены значения концентрация Na+ в миллимолях), но выходит из клетки в интерстиций против градиента концентрации. В нижней части рисунка показано обратное движение Na+ по парацеллюлярному пути, частично замкнутому плотными контактами (показаны в верхней части рисунка). В верхней части рисунка дана электрическая схема зарядов в разных частях канальца, из которой следует неизбежность движения катионов в просвет канальца по парацеллюлярному пути. В. Механизм реабсорбции Na+ в толстом отделе петли Хенле. Реабсорбция Na+ из просвета канальца в интерстиций показана стрелками, направленными слева направо (трансклеточный путь). Na + входит в клетку по его концентрационному градиенту, но выходит из клетки в интерстиций против градиента концентрации. В нижней части рисунка показана реабсорбция Na + по парацеллюлярному пути, частично замкнутому плотными контактами (показаны в верхней части рисунка). В верхней части рисунка дана электрическая схема трансэпителиальной стенки (сравни с рис. 26-5Б), из которой следует неизбежность движения катионов из просвета канальца по парацеллюлярному пути. Положительный заряд на канальцевой поверхности эпителия зависит от работы множества калиевых каналов, по которым из цитозоля в просвет канальца поступает K+

и протоках гуморальных и нервных факторов, увеличивающих или уменьшающих канальцевый транспорт Na+.

-Φ- Факторы, увеличивающие реабсорбцию Na+, т.е. приводящие к задержке Na+ и воды в организме: альдостерон, АДГ и влияния симпатического отдела нервной системы.

Ф- Факторы уменьшающие реабсорбцию Na+, т.е. приводящие к усилению диуреза и потенциально могущие привести к потере Na+ и обезвоживанию организма: атриопептин, Пг, брадикинин, дофамин и эндогенный ингибитор Na+,К+-АТФазы.

Хлор. Реабсорбция Cl - происходит как по трансклеточному, так и по околоклеточному пути. Объёмы реабсорбции Cl - в разных отделах почечных канальцев практически такие же, как и для Na+ (см. рис. 26-5Б). Cl - поступает в цитозоль против концентрационного градиента путём обмена внеклеточного Cl - на внутриклеточные анионы. Выход Cl - в интерстиций по всему протяжению почечных канальцев обеспечивают Cl - -каналы, а в проксимальном отделе нефрона дополнительно K+/Cl - -контранспортёр.

Вода. Реабсорбция воды по всему протяжению почечных канальцев происходит только пассивно. Из 170 л отфильтрованной воды в проксимальных канальцах реабсорбируется 67%, в петле Хенле - 15%, от 10 до 15% - в собирательных трубках и протоках, не происходит реабсорбции воды в дистальном канальце нефрона. Реабсорбцию воды обеспечивают мембранные водные поры - аквапорины разных типов. Различные ЛС (диуретики), подавляя реабсорбцию Na+, увеличивают экскрецию и Na+, и воды, тем самым уменьшая в организме объём внеклеточной жидкости.

Калий. Почки ежесуточно отфильтровывают 800 мМ К+, хотя с пищей поступает около 100 мМ, а экскретируется с мочой примерно 90 мМ. Происходит также секреция К+. Таким образом, поддержание калиевого баланса организма происходит при сочетании фильтрации, реабсорбции и секреции. В проксимальном отделе нефрона происходит массовая реабсорбция К+ (80%), а в дистальных - в зависимости от поступления калия в организм - этот катион либо реабсорбируется, либо экскретируется. Увеличивают секрецию калия диуретики, низкая в просвете канальцев, альдостерон.

Мочевина. Мочевина - конечный продукт катаболизма аминокислот - образуется в печени из NH 4 +, её концентрация в крови (азот мочевины) - 2,5-8,32 ммоль/л. Все 100% мочевины фильтруется в почках, экскретируется с мочой около 40% отфильтрованной мочевины (ежесуточно 20-35 г). В почках мочевина и реабсорбируется (проксимальный отдел нефрона и собирательные протоки), и секретируется (тонкая часть петли Хенле), в итоге почку покидает венозная кровь, содержащая 5% от поступившей в почки мочевины (рис. 26-6).

Рис. 26-6. Транспорт мочевины между канальцами, интерстицием и кровеносными сосудами . Значения в овалах - содержание (в %) от отфильтрованного (100%)

Глюкоза. Концентрация глюкозы в плазме крови натощак - 4-5,5 мМ (3,58-6,05 ммоль/л, 85-115 мг%). В почках глюкоза отфильтровывается полностью и практически полностью и активно (против концентрационного градиента) реабсорбируется в начальных отделах проксимального отдела нефронов. Секреции глюкозы нет, поэтому с мочой экскретируются следовые количества этого сахара. Глюкоза поступает в эпителий канальцев посредством активного сочетанного транспорта с Na+ (электрогенные контранспортёры SGLT), а покидает клетки облегчённой диффузией через Na+-независимые транспортёры GLUT.

Аминокислоты. Концентрация L-аминокислот в крови около 2,4 мМ. Это преимущественно всосавшиеся в ЖКТ аминокислоты. В почках отфильтровываются все аминокислоты, 98% - всасывается в проксимальных извитых канальцах по трансклеточному пути при помощи различныхNa+-зависимых котранспортёров и Na+-независимой облег-

чённой диффузии, выход аминокислот в межклеточное пространство происходит по механизму облегчённой диффузии.

Олигопептиды и белки

Фильтрация. Считают, что макромолекулы с мол. массой выше 40 000 не отфильтровываются. Однако, этот ориентировочный порог не абсолютен. Например, концентрация альбуминов в фильтрате очень низка (от 4 до 20 мг/л, т.е. от 0,01% до 0,05% от концентрации альбумина в плазме крови); тем не менее, при СКФ 180 л/сут, количество отфильтрованного альбумина составляет 0,7-3,6 г/сут. В то же время экскреция альбумина с мочой - около 30 мг/сут. Таким образом, реабсорбируется до 99% отфильтрованного альбумина.

Реабсорбция. Перенос олигопептидов через щёточную каёмку осуществляют Н+-зависимые котранспортёры, тогда как белки поступают в клетки путём опосредованного рецепторами эндоцитоза. Эндоцитозные пузырьки сливаются с лизосомами, где происходит гидролиз белков до аминокислот и олигопептидов. Олигопептиды расщепляются пептидазами до аминокислот как в щёточной каём- ке, так и в цитоплазме эпителиальных клеток. Аминокислоты поступают в интерстиций по механизму облегчённой диффузии. Карбоновые кислоты. Монокарбоксилаты (лактат, пируват, ацетоа-

цетат, β-гидроксибутират), соли ди- и трикарбоновых кислот (α-кетоглутарат, малат, сукцинат и цитрат) реабсорбируются трансклеточно практически полностью в проксимальных извитых канальцах. Экскреция карбоновых кислот - кетоновых тел (ацетоацетат и β-гидроксибутират - происходит при голодании и сахарном диабете.

Органические анионы. Различные органические анионы (метаболиты эндогенно катаболизируемых соединений и экзогенно поступивших ЛС, а также парааминогиппуровая кислота) как фильтруются, так и секретируются. Секреция этих анионов (в том числе оксалатов, солей жёлчных кислот, пенициллина) происходит в проксимальных и дистальных отделах нефрона при помощи анионообменников (в обмен на Cl - , ураты и OH - просвета канальцев).

Ураты - моновалентные анионы - конечный продукт катаболизма пуринов. Их концентрация в плазме крови - 3 -7 мг% (0,2-0,4 мМ). Почки отфильтровывают ураты, в проксимальном отделе нефронов реабсорбируют их (пассивная диффузия и активный транспорт), затем снова происходит их секреция и повторная реабсорбция. С мочой экскретируется примерно 10% отфильтрованных уратов.

Органические катионы (как множество эндогенных (в том числе нейромедиаторы и креатинин), так и экзогенных (например, морфин,

хинин, амилорид) секретируются на протяжении второй половины проксимального отдела нефрона. Их поглощение из интерстиция происходит при помощи облегчённой диффузии, а выход в просвет канальцев осуществляет протонно-катаонный обменник.

Фосфаты. Концентрация фосфатов в плазме крови - 4,2 мг%, 50% находится в ионизированной форме (HPO 4 2- - четыре пятых, H 2 PO 4 - - одна пятая), 40% - в электролитных комплексах, 10% связаны с белками. В почках фильтруются фосфаты в ионизированной и комплексной формах. Ежесуточно фильтруется примерно на порядок величины больше содержания фосфатов в межклеточной жидкости и почти столько же реабсорбируется в проксимальном отделе нефрона при помощи котранспортёра натрия и фосфатов. Гормон паращитовидной железы ингибирует активность этого транспортёра. Некоторое количество фосфатов секретируется в просвет канальцев.

Кальций. Концентрация элементного кальция в плазме крови - 2,2-2,7 мМ. Около 40% кальция связано с белками и в почках не фильтруется, 60% кальция фильтруется из крови, это кальций карбонатов, цитратов, фосфатов и сульфатов (15%) и ионизированный кальций (45%, 1,0-1,3 мМ). 99,5% отфильтрованного кальция реабсорбируется: 65% в проксимальном отделе (этот процесс происходит автоматически и гормонально не контролируется), 35% в толстом отделе петли Хенле и дистальных извитых канальцах (в этих канальцах происходит гормональный контроль реабсорбции Ca 2 +). Гормон паращитовидной железы и витамин D стимулируют реабсорбцию Ca 2 +, тогда как в плазме крови - подавляют реабсорбцию Ca 2 +.

Магний. Концентрация магния в плазме крови - 0,8-1,0 мМ (1,8- 2,2 мг%), 30% магния связано с белками. 70% магния фильтруется в почках: из них менее 10% находится в составе фосфатов, цитратов и оксалатов, 60% - ионизированный магний (Mg 2 +). Менее 5% отфильтрованного магния экскретируется с мочой, 95% реабсорбируется преимущественно по околоклеточным путям во всех отделах нефрона, но главным образом (70%) в толстом восходящем колене петли Хенле. Гормон паращитовидной железы усиливает реабсорбцию во всех канальцах нефрона.

КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ И РАЗВЕДЕНИЕ МОЧИ

Почки могут выделять мочу в широком диапазоне осмоляльности: от разведённой (до 30 мОсм, 1/10 осмоляльности плазмы крови) и до концентрированной (до 1200 мОсм, в 4 раза более осмоляльности плазмы). Концентрирование и разведение мочи существенно зависит от баланса воды в организме, транспорта воды, натрия и мочевины в паренхиме почек и специфической организации прямых трубочек (пря-

мых сосудов и петли Хенле) в мозговой части почек в сочетании с избирательной проницаемостью разных отделов петли Хенле и дистальных почечных канальцев.

Баланс воды. В норме поступление воды в организм и потери воды организмом должны быть одинаковы. Поступление воды складывается из выпиваемой жидкости, содержащейся в пище воды и воды, образующейся в митохондриях при аэробном обмене. Потери воды происходят преимущественно через почки, и именно почки - главный регулятор водного обмена.

Постоянство экскреции электролитов. Почки регулируют количество экскретируемой воды в зависимости от экскретируемых электролитов, главным образом хлористого натрия. Константа и стандарт экскреции электролитов - 600 миллиосмоль в сутки. Нормально эти 600 мОсм выделяются с обычными 1500 мл мочи. Для выделения большего или меньшего количества воды почки должны продуцировать мочу иной осмоляльности, но при условии сохранения количества экскретируемых электролитов (600 мОсм). Например, для суточной секреции 600 мОсм в 1500 мл осмоляльность мочи (изоосмотическая моча) должна составлять 400 мОсм; для выделения избытка воды осмоляльность мочи (разведённая моча) может уменьшиться до 30 мОсм (тогда диурез составит 20 л); для сохранения воды почки могут увеличить осмоляльность мочи до 1200 мОсм (диурез - 0,5 л). Таким образом, почки могут развести мочу (по отношению к осмоляльности плазмы крови) примерно в 10 раз (300 и 30 мОсм), но концентрируют мочу только в 4 раза (300 и 1200 мОсм).

Осмоляльность фильтрата в почечных канальцах (рис. 26-7).

Ф- Концентрированная моча образуется при осмотическом перемещении воды из просвета канальцев через водопроницаемые сегменты канальцев в гиперосмотический интерстиций.

Ф- Разведённая моча образуется при транспорте электролитов из просвета канальцев через непроницаемые для воды сегменты.

Ф- Осмотичность фильтрата. В проксимальных отделах нефрона жидкость в просвете канальцев изоосмотична (300 мОсм), после прохождения по петле Хенле - гипоосмотична (120 мОсм), и (в зависимости от баланса воды в организме) в конце собирательных протоков либо гипоосмотична (60 мОсм, рис. 26-7Б), либо гиперосмотична (1200 мОсм, рис. 26-7А).

Гиперосмотичность интерстиция мозгового вещества. Из рис. 26-7 видно, что (как при образовании гипоосмотичной, так и гиперосмотичной мочи) осмоляльность интерстиция мозгового вещества почки всегда выше осмоляльности коркового вещества. Более того,

Рис. 26-7. Осмоляльность интерстициальной жидкости вокруг разных отделов почечных канальцев . А. При ограничении питья. Б. Обильное питьё

существует градиент увеличения осмотичности интерстиция в направлении от коркового к мозговому веществу.

Петля Хенле юкстамедуллярных нефронов играет ключевую роль в разведении и концентрировании мочи. Одна из функций петли Хенле состоит в перемещении NaCl из канальцев в интерстиций. В то же время толстый отдел петли не реабсорбирует воду. Тем самым этот сегмент нефрона прямо участвует в образовании разведённой мочи. В то же время возникающая гиперосмотичность интерстиция мозговой части почки косвенно способствует образованию концентрированной мочи (сравни А и Б на рис. 26-7). Такое перемещение NaCl в интерстиций при одновременной непроницаемости для воды толстого отдела петли Хенле в любой точке петли создаёт поперечный градиент осмоляльности между канальцем и интерстицием, равный 200 мОсм. Этого градиента явно мало для создания реально возникающей в месте перегиба петли осмоляльности от 500 мОсм (рис. 26-12Б) до 1200 мОсм (рис. 26-7А). Но эта задача решается повторением циклов создания поперечного градиента между просветом канальца и интерстицием (противоточный умножитель).

Противоточный умножитель петли Хенле. Умножение эффекта создания поперечного градиента осмоляльности возможно в ситуации противоположного движения жидкости в нисходящем и восходящем коленах петли Хенле. Так, осмоляльность в 1200 мОсм в просвете канальца в месте перегиба петли может быть достигнута при повторении цикла более 30 раз. Соответственно нарастает и вертикальный (от коркового к мозговому веществу) градиент осмоляльности (рис. 26-7А). Таким образом, чем длиннее петля Хенле, тем больше вертикальный градиент осмоляльности. Помимо транспорта NaCl в интерстиций из канальцев существенное значение для гиперосмотичности интерстиция имеют и особенности распределения мочевины в разных отделах почечных канальцев (см. рис. 26-6).

Роль прямых сосудов. Прямые сосуды мозгового вещества, расположенные параллельно канальцам петли Хенле и организованные, как и петля Хенле, по типу шпильки (нисходящий прямой сосуд спускается в мозговое вещество, а восходящий прямой сосуд поднимается после перегиба к корковому веществу), также важны для формирования вертикального градиента гиперосмоляльности мозгового вещества. На рис. 23-8 приведены модели противоточного обмена водой и NaCl между просветом сосудов и интерстицием: схема на рис. 26-8А отражает ситуацию только для одного сосуда, а на рис. 26-8Б - для реальной шпильки из нисходящего и восходящего сосудов. Значение прямых сосудов в концентрировании и разведении мочи, как и петли Хенле, состоит в поддержании возрастающе-

го от коры к почечным сосочкам вертикального градиента гиперосмоляльности интерстиция. Здесь имеют значение 2 момента: вопервых, наличие противоточного обмена (сравни с противоточным умножителем градиента в петле Хенле), во-вторых, относительно низкий кровоток в мозговом сравнительно с корковым веществом - не более 10% от объёма кровотока почки. Понятно, что чем ниже кровоток, тем меньше будет удалено электролитов из интерстиция и тем стабильнее будет гиперосмоляльный градиент в мозговом веществе.

Рис. 26-8. Модель противоточного обмена . А. Вертикальная прямая трубка. Б. Вертикальная шпилька (петля). Числовые значения - осмоляльное давление (мОсм), толстые стрелки - движение воды, тонкие стрелки - движение электролитов

Собирательные протоки мозгового вещества также важны для формирования гиперосмотичной или гипоосмотичной мочи (рис. 26-7), так как их проницаемость имеет регулируемый характер. Так, без стимулирующего влияния АДГ стенка протоков относительно непроницаема для воды, АДГ увеличивает проницаемость (т.е. реабсорбцию) стенки протоков для воды. И, наконец, АДГ увеличивает проницаемость (т.е. реабсорбцию) стенки протоков для мочевины. Комбинации этих эффектов результируют осмоляльность вторичной (дефинитивной) мочи.

ПОЧКИ И КИСЛОТНО-ЩЕЛОЧНОЕ РАВНОВЕСИЕ

Лёгкие и почки имеют первостепенное значение для поддержания кислотно-щелочного равновесия крови путём контроля за компонентами её буферных систем - CO 2 и HCO 3 - . Кислотно-щелочное равновесие рассмотрено в главе 28, контроль - в главе 25, в этом разделе разобрана роль почек в контроле плазмы крови и в экскреции нелетучих кислот.

Нелетучие кислоты. В организме образуются нелетучие кислоты: (например, серная, фосфорная и различные органические) в суммарном количестве (за вычетом нейтрализованных основаниями) около 70 ммоль/сут (1 ммоль/кг массы тела). В перерасчёте на угольную кислоту (H 2 CO 3) почка ежесуточно экскретирует около 70 ммоль of H+ в мочу и одновременно переносит в кровь 70 ммоль вновь образованного HCO 3 - . В крови HCO 3 - нейтрализует 70 ммоль нелетучих кислот.

Титрование отфильтрованного HCO 3 - . Ежесуточно обе почки отфильтровывают 4320 ммоль HCO 3 - . Этот огромный пул анионов практически не экскретируется и не реабсорбируется, а титруется секретируемым в просвет канальцев H+ до CO 2 и H 2 O (H+ + HCO 3 -

H 2 CO 3 , H 2 CO 3 -- H 2 O + CO 2). Однако, реакция протекает слишком медленно для быстрого и полного превращения HCO 3 в H 2 O и CO 2 . Поэтому в процесс нейтрализации включается карбоангидраза эпителия почечных канальцев (фермент расщепляет HCO 3 - на CO 2 and OH - , а секретируемый H+ нейтрализует OH - , в итоге образуются те же H 2 O и CO 2 .).

«Новый» НСO 3 . Поверхностная мембрана эпителия хорошо проницаема для CO 2 и воды, поэтому CO 2 и H 2 O диффундируют в клетку, где карбоангидраза катализирует обратную реакцию - образование H + и HCO 3 - из CO 2 и H 2 O. Клетка экспортирует H + в просвет канальцев, а HCO 3 - в кровь через интерстиций. Таким образом, взамен оттитрованного в просвете канальцев и на поверхности эпителия HCO 3 - появляется «новый» HCO 3 - , секретируемый в кровь.

Титрование отфильтрованного и секретированного аммиака. Секретируемый H+ также титрует NH 3 . Небольшая часть NH 3 отфильтровывается, значительная часть диффундирует через эпителиальные клетки и поступает в просвет при помощи Na-H-обменника. В проксимальных канальцах превращение глутамина в α-кетоглутарат приводит к появлению 2 ионов NH 4 + , образующих 2 NH 3 2 иона H + . при метаболизировании α-кетоглутарата образуется 2 иона OH - , которые карбоангидраза превращает в ион HCO 3 - . Этот «новый» HCO 3 - далее поступает в кровь.

Титрование других отфильтрованных анионов. Помимо аммиака и HCO 3 - секретированный H + титрует также отфильтрованные HPO 4 - , креатинин и ураты.

Таким образом, в просвете канальцев H + титрует HCO 3 - , HPO 4 2- , NH 3 и некоторые другие анионы. Из 4390 ммоля H + 4320 ммоля (98%) идёт на титрование HCO 3 - . В итоге образуется «новый» HCO 3 - , поступающий в кровь. Эти процессы происходят преимущественно в проксимальном отделе нефрона (80%).