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.
Почки регулируют объем и состав жидкостей организма, обеспечивают удаление токсинов. В них вырабатывается ренин и эритропоэтина, а неактивная форма витамина D превращается в активную.
Оперативное вмешательство и анестезия могут оказывать значительное влияние на почечную функцию.
Физиология почки
Каждая почка содержит около 400тыс функциональных единиц – нефронов (у людей около одного мл.) Анатомически нефрон представляет собой извитой каналец, который подразделяется на несколько отделов. В проксимальной части нефрона (капсула Боумена) из крови образуется фильтрат, объем и состав которого по мере прохождения через каналец значительно изменяется благодаря процессам реабсорбции (т.е. обратного всасывания) и секреции. Конечным продуктом деятельности нефрона является моча.
Анатомические и физиологические функции нефрона подразделяются на шесть отделов:
1) Капилляры клубочка.
2) Проксимальный извитой каналец.
3) Петля Генле.
4) Дистальный извитой каналец.
5) Собирательная трубочка.
6) Юкстагломерулярный аппарат.
Капиллярный клубочек
Состоит из петель капилляров, окруженных капсулой Боумена. Кровь к нефрону поступает по единственной приносящей (афферентной) артериоле, а оттекает по единственной выносящей (эфферентной) артериоле. В норме фильтрационное давление составляет около 60 % от среднего АД =60 ммрт ст. При прохождение крови через клубочек фильтруется около 20 % плазма до 25%.
Проксимальный извитой каналец
В проксимальных извитых канальцах обратному всасыванию подвергается 65-75% воды и натрия, которые содержатся в проходящем по ним фильтрате. По градиенту концентрации по средствам К/Nа зависимой АТФ зы, натрий начинает постепенно поступать из канальцевой жидкости в эпителиальные клетки.Меняя 3Na на 2К
В наиболее проксимальном отделе извитого канальца этот процесс усилиается под воздействием ангиотензина 2 и норадреналина. Допамин, напротив, уменьшает реабсорбцию Na. Также с этим процессом сопряжен и другой – транспортировка фосфатов, глюкозы и аминокислот, которую осуществляет специфический белок-переносчик и реабсорбция других катионов (K,Ca,Mg)
Петля Генле
Состоит из нисходящих и восходящих частей, поддерживает гипертоничность интерстициальной жидкости и опосредовано способствует концентрации мочи, в ней реабсорбируется 15-20% фильтруемого натрия. Толстый отдел петли играет важную роль в реабсорбции Сa и Mg (паратериоидный гормон может увеличивать реабсорбцию Са)
Дистальный извитой каналец
Здесь реабсорбируется 5% Nа, но здесь же реабсорбируется основное количество Са, посредством паратериоиднеого гормона и витамина D.
Собирательная трубочка
РЕабсорбирует 5 -7 % Nа а при большой щелочной нагрузке способны секретировать бикарбонат.
Медуллярная часть собирательной трубочки – основная мишень антидиуретического гормона АДГ, ПРОНИЦАЕМИСТЬ ЛЮМИНАЛЬНОЙ МЕМБРАНЫ ПОЛНОСТЬЮ ЗАВИСИТ ОТ ЭТОГО ГАРМОНА. Дегидратация приводит к повышению гормона, а следовательно мембрана становится проницаемой для вода, по осматическому градиенту вода удаляется из трубочки и получается концентрированная моча.
Юкстагламерулярный аппарат
Это небольшой орган имеющийся в каждом нефроне, его клетки содержат фермент ренин и иннервируются симпатическими нервными волокнами. Высвобождаемый в кровоток ренин, воздействует на продукцию ангиотензина 2, который играет важную роль в регуляции АД и и секреции альдестерона.(вне почек этот гормон вырабатывается эндотелием сосудов, надпочечниками и тканями головного мозга.)
Почечное кровообращение
Функция почек тесно связана с кровотоком в них, это единственный орган, в котором потребление кислорода зависит от кровотока. Кровь в почку поступает от почечной артерии, отходящей от аорты, а по венулам кровь возвращается через почечную вену в нижнюю полую вену.
Клиренс вещества определяют как объем крови полностью освобожденный от этого вещества за единицу времени(1 мин.)
Скорость клубочковой фильтрации
Лучше всего отражает клиренс инсулина, так как он не секретируется и не подвергается реабсорбции, но чаще используют клиренс креатинина.
Изменение тонуса приносящих артериол обеспечивает постоянство СКФ даже при значительных колебаниях АД.
Механизмы регуляции почечного кровотока
Ауторегуляция: При росте АД приносящие артериоллы сужаются, при падение – расширяются. Полагают, что это происходит благодаря внутренней миогенной реакции артериол.
Гормональная регуляция: При изменение АД от 80 до 180, СКФ не меняется.(данные на человека) Повышение давления в артериолах стимулирует высвобождение ренина и образование ангеотензина 2, он вызывает генерализованную вазоконстрикцию и вторичное почечного кровотока. Вазоконстрикция происходит и в приносящих и в выносящих сосудах, но диаметр последних меньше, и СФК почти не меняется. Дофамин в низких дозах расширяет приносящие и выносящие сосуды. Также вазоконстрикторы и вазодилитаторы высвобождаемые эндотелием играют важную роль в регуляции кровотока и этот механизм может быть сбит при повреждении эндотелия.
Влияние анестезии на функцию почек
Общая и региональная анестезия вызывают обратимое снижение СКФ, диуреза и экскреции натрия.(большинство изменений опосредованы вегетативными и гормональными влияниями, а не действием самих препаратов) Этих изменений можно частично избежать адекватно поддерживая ОЦК,АД. Большинство анестетиков вызывают депрессию миокарда или вазодилитацию, следовательно снижают АД Эпидуральная и спинномозговая анестезии приводят к симпатической блокаде, что способ -ствуют развитию артериальной и венозной вазодилитации и соответственно возможным развитием артериальной гипотонией.
Диуретики
Диуретики увеличивают мочеотделение в результате снижение реабсорбции натрия и воды. Большинство из них воздействуют на люминальную (обращенную в просвет мембрану).Почти все они связаны с белками плазмы а следователь колличествао свободного препарата, взаимодействующего с клетками невелико.
Осматические диуретики (маннитол)
Их присутствие в проксимальных канальцах ограничивает пассивную реабсорбуию воды, в больших количествах натрия и калия. Помимо диуретического эффекта маннитол увеличивает почечный кровоток в результате чего может снижаться гипертоничность мозгового вещества и нарушаться концентрационная способность почек.
Показания:
Профилактика острой почечной недостаточности в группе риска по средствам:
1) Разведения нефротоксических веществ в почечных канальцах.
2) Предотвращене образования аглютинатов и обструкции почечных канальцев.
3) Поддержание почечного кровотока
4) Уменьшение набухания клеток и сохранение их архитектуры.
Дифференциальная диагностика острой олигурии
Применение маннитола при гиповолемии приводит к увеличению диуреза, а при тяжелы повреждениях нефроноф — он малоэффективен, и диурез не увеличивается.
Побочные явления
Раствор маннитоло гипертоничен и резко повышает осмолярность плазмы крови и внеклеточной жидкости, а быстрое перемещение воды из внутриклеточного пространства во внеклеточное вызывает увеличение ОЦК, что может провоцировать возникновение сердечной декомпенсации и отека легких у больных с сердечными потологиями. Снижается концентрация гемоглобина, умеренная проходящая гиперкалиемия.
Доза на чел 0,25-1г/кг
Петлевые диуретики (фурасимид).
Все петлевые диуретики подавляют реабсорбцию натрия и хлора в толстом сегменте петли Генле.
Установлено, что фурасимид увеличивает почечный кровоток и устраняет его неблагоприятное перераспределение, нормализуя его от коркового вещества в пользу мозгового. Петлевые диуретики увеличивают выделение с мочей кальция и магния.
Показания:
1) отек, избыток натрия. Такие отеки возникают при сердечной недостаточности, церрозе печени, нефротоксическом синдроме, почечной недостаточности. Внутривенное введение петлевых диуретиков позволяет быстро уменьшить сердечные и легочные проявления отеков.
2)Артериальная гипертензия: в сочетании других мочегонных, особенно при неэффективном использовании тиазидных.
3) Дифференциальная диагностика острой олигурии.
При гиповолемии фуросемид практически не оказывает влияния на диурез, но если олигурия обусловлена перераспределением почечного кровотока, он нормализует диурез.
4)лечение гиперкальциемиии.
Побочное действие
Удаление вместе с натрием, ионов кальция и калия может привести к гипокалиемии и метаболическому алкалозу. Значительные потери натрия могут привести к приренальной азотемии и гиповолемии, а при длительном применении и к гипомагниемии.
Доза на чел 20-100 мг
Тиазидные диуретики (хлорталидон, хинетазон, метолазон и индапамид).
Действуют на дистальный каналец и соединяющий сегмент, подавляя реабсорбцию натрия, но лишь на 3-5 %, т.к. реабсорбция возрастает в собирательных трубочках. Повышают реабсорбцию кальция в дистальных канальцах.
Показания:
1)Артериальная гипертензия, являютс я препаратом выбора т к не влияют на обсорбцию калия и и не меняют АД.
2)Отеки(избыток натрия) при незначительном проявлении.
3)Гиперкальцийурия при сочетании с МКБ
4) Нефрогенный несахарный диабет, повышается осмолярность мочи, а не концентрация.
Применяют только внутрь.
Побочные действия
При низком значении калия может развится кипокалиемии и развитие метаболического алкалоза.
Калийсберигающие диуретики (спиронолактон, алдактон).
Не значительно влияют на деурез, используют в сочетании с более мощными диуретиками из-за калийсберигающих свойств.
Прямой антагонист рецепторов альдестерона и подавляет опосредованную им реабсорбцию натрия и секрецию калия. Эффективен только при высоком уровни альдестерона.
Эффективен при заболеваниях печени.
Мочегонным действием обладает дигоксин за счет увеличения АД, Эуфелин и кристалловидные растворы.
ХПН
—
характеризуется прогрессирующим и необратимым нарушением почечной функцией на пртяжении как минимум 3-6 месяцев.Наиболее распространенными причинами ХПН являются гипертонический нефросклероз, диабетическая нефропатия, хронический гламерулонефрит, поликистоз почек.
ОПН
— быстро прогрессирующее нарушение функций почек, которую нельзя быстро устранить путем коррекции внепочечных факторов(например АД,ОЦК, сердечного выброса)
Отличительным признаком почечной недостаточности является азотемия.
Преренальная азотемия — возникает при остром снижении перфузии почек(гиповолемия, снижение сердечного выброса, артериальная гипотония). Снижение перфузионного давления ведет к высвобождению норадреналина, ангиотензина 2, АДГ и эндотелина.Эти гормоны вызывают спазм кожных мышечных и чревных сосудов, а также с пособствуют задержке в в организме натрия и воды. Клубочковая фильтрация поддерживается на приемлемом уровне благодаря.
Лечение:
- Устранение гиповолемии
- Улучшение сердечной функции
- Нормализация АД
Постренальная азотемия — обусловлена обструкцией мочевыводящих путей(нарушение оттока мочи из обоих почек)
Причины:
- Обструкция уретры, шейки мочевого пузыря, мочеточниково(опухоли, камни и т.д.)
- цистит
Очень важно точно отдифференциировать преренальную и постренальную азотемию от ренальной (собственно ОПН)
Ренальная азотемия (ОПН)
Причины:
- Ишемия почек (артериальная гипотония, гиповолемия, снижение сердечного выброса)
- Токсическое поражение почек
- Заболевания почек(заболевание почечных сосудов, клубочков, нфрит)
При преренальной азотемии концентрационная способность почек сохраняется, что отражается в низкой концентрации натрия в моче(почки задерживают натрий для восстановления ОЦК и улучшения перфузии тканей) и высокое соотношение креатинина.
ОПН часто прдразделяют на олигурическую, анурическую и неолигурическую(встречается в 50 %)
Лечение:
В основном симптоматическое. Применяют диуретики и дофамин в низких дозах. Адекватную инфузию рекомендовано проводить под контролем ежедневного взвешивания. Также важно контролировать потребление воды в сутки, эта цифра должна составлять объем суточной мочи + 500 мл. Необходимо сократить потребление калия и натрия. Уменьшить птребление белка. Возможно введение бикарбоната натрия для коррекции метаболического ацидоза. Для лечения и профилактики уремических осложнений применяют диализ. Хотя эффективность перитониального и гемодиализа одинаковы, гемодиализ быстрее устраняет нарушения, и предпочтителен при тяжелых нарушениях.
Оценка состояния функций почек
Оценку проводят на основании анамнеза, визуальной диагностики, данных биохимического и клинического анализа крови и анализа мочи.
В анамнезе важно выяснить нет ли у животного полиурии(повышенного выделения мочи) и полидепсии(повышенная жажда).Чаще эти симптомы наблюдаются совместно, т.е., если почки не способны сохранять воду, включается механизм жажды и вырабатывается АДГ, благодаря чему поддерживается водный баланс, но происходит избыточное потребление воды. Также важно дифференцировать эти признаки от почечных и нет.
Например полидепсию могут вызывать эндотоксины E.coli при пиометре или повышенное содержание кортизола при синдроме Кушинга или заболеваниях печени, когда она не способно активно метаболизировать стероидные гормоны в том числе и альдестерон, повышенная температура и т.д.
Уремия – совокупность неблагоприятных клинических признаков, которые развиваются вследствие недостаточности выделительной функции. Самой распространенной причиной уремии является хроническая почечная недостаточность, реже острая и обструкция мочевыводящих путей.
Симптомы:
Нервная система:
У животных в виде сонливости (у людей более сильными нарушениями: судороги, кома, энцефалопатия)
- артериальная гипертензия
- нарушение проводимости.(аритмии)
- застойная сердечная недостаточность.
Легкие:
- Гипервентиляция.
- Интерстициальный и альвеолярный отеки легких
- Плевральный выпот.
- Анорексия.
- Тошнота и рвота.
- Угнетение моторики желудка и кишечника.
- Повышенная кислотность?пептические язвы?желудочно-кишечные кровотечения.
- Изьязвление полости рта, стоматит.
Гематологические нарушения:
1.Анемия(кровопотери и сниженная выработка эритропоэтина и продолжительности жизни эритроцитов). Поддерживать концентрацию гемоглобина трудно даже благодаря переливанию крови, но в отсутствии клинически выраженного заболевания сердца, пациентю переносят анемии спокойно
2.Тромбоцитопатия.
3.Дизфункция лейкоцитов
4.Лимфопения.
Электролитные и биохимические нарушения:
- Полиурия/полидипсия
- Обезвоживание
- Азотемия
- Метаболический ацидоз
- Гипер-калиемия, магниемия, фосфатемия, кальциемия.
- Гипо-натриемия, кальциемия, альбуминемия(ускоряется распад белков, анорексия).
- Нарушение толерантности к глюкозе(формируется устойчивость к инсулину перефирических тканей, поэтому нерекомендуется введение большого количества растворов глюкозы)
- Остиодистрофии.(вторичный гиперпаротериоз)
Гиперкалиемия сопряжена с наиболее высоким риском развития летальног исхода по сравнения с другими осложнениями, что обусловлено влиянием избытка калия на сердце.
Избыток внеклеточной жидкости(задержка натрия) и нехватка кислорода приводит к артериальной гипертензии, и обуславливает риск развития застойной сердечной недостаточности и отек легких
Уремию следует отличать от азотемии – повышенной концентрации в крови небелковых нитратных продуктов обмена. Такими продуктами являются креатинин и азот крови. Основным источником мочевины в организме является печень. К ходе катаболизма белков образуется аммиак, который преобразуется в мочевину.
Концентрация азота мочевины в крови (АМК) прямо пропорциональна катаболизму белков и обратно пропорциональна СКФ. Из этого следует, что АМК является достоверным показателем СКФ только при условии, что катаболизм белков в организме и его скорость постоянна.
Снижение концентрации АМК наблюдается при голодании и заболеваниях печени, увеличение – при уменьшении СФК и усиление катаболизма белков(травма, сепсис, желудочно-кишечные кровотечение, обширные гематомы, потребление пищи с высоким содержанием белка).
Креатин- продукт метаболизма мышечной ткани, неферментативным путем превращающийся в креатинин. Концентрация креатинина в сыворотке прямо пропорциональна мышечной массе и обратно пропорциональна СКФ. Так как мышечная масса относительно постоянна, концентрация креатинина в сыворотке является достоверным показателем СКФ. Каждое удвоение концентрации креатинина в сыворотке соответствует снижению СКФ на 50 %.
Измерение клиренса креатинина является наиболее достоверным методом клинической оценки почечной функции
Подчеркнем, что последствия гипергидратации т.е застои в малом круге кровообращения гораздо легче предотвратить, чем гиповолемию и ОПН.
Статья подготовлена врачами анестезиологического отделения «МЕДВЕТ»
© 2013 СВЦ «МЕДВЕТ»
В состав мочевыделительной системы человека входят почки, от них отходят мочеточники, далее идёт мочевой пузырь с выходящим из него мочеиспускательным каналом. В нашей статье будет рассмотрена анатомия и физиология почек. Почки выполняют различные функции в нашем организме и это не только мочевыделение, как многие из нас думают. Этот орган регулирует обменные процессы, фильтрует кровь, поддерживает кислотный баланс и давление в организме.
Анатомия почек
Почками называют парный орган, который поддерживает необходимую внутреннюю среду организма посредством процесса мочеобразования. Анатомия и физиология почек гласит, что в норме в человеческом организме должно присутствовать две почки. Эти органы располагаются с двух сторон от позвоночного столба в районе третьего поясничного и 11-го грудного позвонка.
Стоит знать: анатомически правый орган располагается несколько ниже левого, поскольку он соседствует с печенью.
Органы имеют бобовидную конфигурацию. Приблизительные размеры здоровой почки взрослого человека составляют 50-60 мм в ширину, 100-120 мм в длину, 30 мм – толщина органа. Весит одна почка приблизительно 150-280 г.
Для кровоснабжения органа к нему подходят почечные артерии, отходящие непосредственно от аорты. Внутри почки эти артерии разветвляются множеством артериол, питающих почечные клубочки. Нервы идут в почку из чревного сплетения. Они нужны для регуляции деятельности органа и обеспечения чувствительности почечной капсулы.
Выделяют два почечных слоя:
- Мозговой. Этот слой состоит из петель нефронов и собирательных трубок. Эти трубочки объединяются между собой в мозговом веществе и образуют так называемые почечные пирамиды. Каждая из пирамид завершается сосочком, который открывается в чашки и лоханки.
- Корковый слой представлен сосудистыми клубочками и почечными капсулами. В корковом веществе находятся дистальные и проксимальные отделы почечных канальцев.
Единица почки
Главной структурной единицей органа считается нефрон. Он состоит из клубочка сосудов и целой системы трубочек и канальцев. Сосудистый клубок – это большая сеть мельчайших капилляров, которая окружена двухслойной капсулой, называемой капсула Боумена. Внутренний слой капсулы – это эпителиальные клетки, а наружный – мембраны и канальцы.
С состав сосудистого клубка входит отводящая и приносящая артериола. Между этими артериями находится юкстагломерулярный аппарат. Сечение приводящей артериолы в два раза больше сечения отводящей артерии, поэтому внутри почечного клубочка постоянно поддерживается необходимое для фильтрации жидкости давление.
Внутренняя полость капсулы трансформируется в каналец нефрона. Этот каналец состоит из участка, который начинается непосредственно у капсулы и называется проксимальным, а также петли и дистального отрезка канальца. Последний участок присоединяется к собирательной трубке. Несколько таких трубочек сливаются с единые протоки, которые открываются в почечную лоханку.
В зависимости от места локализации и строения канальцевой системы выделяют следующие виды нефронов:
- Корковые. К ним относятся интракортикальные и суперфициальные. Последняя группа самая немногочисленная, на её долю приходится только 1 %. Суперфициальные нефроны отличаются небольшим объёмом фильтрации, укороченной петлёй Генле, а также поверхностным расположением клубочков в корковом веществе. Интракортикальные нефроны – это самая многочисленная группа. На их долю приходится около 80 % от общего числа. Эта группа нефронов локализуется в середине коркового слоя. Все главные функции по фильтрации мочи ложатся на интракортикальные нефроны. Кровь в клубочках этих нефронов протекает под значительным давлением из-за в два раза большего сечения приводящей артериолы.
- Юкстамедуллярные – это небольшая группа. На её долю приходится примерно 20 % нефронов из общего числа. Большинство юкстамедуллярных нефронов локализуются в мозговом веществе, но их капсула располагается на границе коркового вещества и мозгового слоя. У нефронов этой группы петля Генле доходит почти до лоханки почки. Эти нефроны выполняют концентрирующие функции по отношению к урине. У юкстамедуллярных нефронов наиболее протяжённая петля Генле, а сечение отводящей и приводящей артериолы одинаковое.
Главная функция корковых нефронов связана с формированием урины и обратным всасыванием полезных соединений и веществ, а именно белков, глюкозы, аминокислот, гормонов и минералов. Такое участие корковых нефронов в процессе формирования мочи и реабсорбции возможно за счёт особенностей их кровоснабжения. Все микроэлементы, полезные соединения и вещества сразу поступают в кровоток, поскольку легко всасываются через капиллярную сеть отводящей артериолы, расположенной в непосредственном соседстве.
Главная задача юкстамедуллярных нефронов – концентрация урины. Такие функции они могут выполнять за счёт особенностей перекачивания крови сквозь отводящую артериолу. Эта артерия не идёт через капиллярный узел, как в других нефронах. Она соединяется с венулами, которые впоследствии трансформируются в вены. Юкстамедуллярные нефроны участвуют в процессе выработки веществ, которые способны регулировать кровяное давление. Так, группа данных нефронов вырабатывает ренин, необходимый для образования ангиотензина 2,вещества обладающего сосудосуживающим действием. Благодаря сужению сосудов давление в них повышается.
Физиология
Изучая почки, анатомия и физиология которых рассматривается нами в этой статье, необходимо разобраться в процессе мочеобразования, поскольку он является главной почечной функцией. Благодаря образованию мочи удаётся поддерживать гомеостаз – так называемое постоянство среды внутри человеческого организма. Процесс формирования урины протекает на уровне нефронов и отводящих канальцев. Само мочеобразование можно разделить на несколько этапов:
- фильтрация кровяной плазмы;
- обратное всасывание или так называемая реабсорбция;
- секреция мочи.
Рассмотрим каждый этап подробнее:
- Процесс формирования урины начинается с сосудистого клубочка. Благодаря наличию определённого давления в почечном клубочке через тончайшие капиллярные стенки происходит фильтрация внутрь капсульной полости минеральных солей, глюкозы, воды и других веществ. Полученный фильтрат называется первичной уриной. В течение суток такой первичной мочи вырабатывается около 180-200 л.
- Далее из капсулы органа первичная урина попадает в канальцевую систему. Здесь происходит обратное всасывание значительной части воды, а также полезных и важных для организма веществ и соединений. Всасывание жидкости достаточно обильное – до 60-80 процентов. Но белок и глюкоза полностью реабсорбируются, также всасывается до 80 процентов натрия, около 95 процентов калия, мочевины (примерно 60 %), а также значительное количество фосфатов, ионов хлора, аминокислот и других полезных для организма веществ. При этом креатинин полностью не реабсорбируется. В результате процесса реабсорбции объём урины сокращается до 1,7 л. Эта моча называется вторичной.
- Последний этап мочеобразования – это секреция. На данном этапе происходит транспортировка продуктов метаболизма из крови в урину. Процесс секреции протекает в верхнем участке канальцев и частично в области собирательных трубочек. В результате канальцевой секреции из нашего организма выводятся токсины и чужеродные вещества, например, краски, пенициллин и другие составы, а также соединения и вещества, которые образуются в канальцевом эпителиальном слое (к примеру, аммиак). Процесс секреции также захватывает калиевые и водородные ионы.
Важно: за счёт протекающих процессов фильтрации, обратного всасывания и секреции почки могут выполнять детоксикационную функцию. Орган является активным участником процесса поддержания водного и электролитного баланса, а также кислотного и щелочного равновесия.
Почки участвуют в процессе поддержания необходимого сосудистого тонуса, что важно для регуляции АД, а также концентрации гемоглобина в составе эритроцитов крови. Всё это возможно благодаря тому, что почка может продуцировать ренин, эритропоэтин и простагландины в мозговом веществе.
Регуляция мочеобразования
Регулировка процесса мочеобразования осуществляется гуморальным и нервным путём. Регуляция образования урины за счёт нервной системы происходит в результате изменения тонуса приносящих и отводящих артериол. В результате возбуждения нервной системы (симпатической) происходит повышение тонуса гладких сосудистых мышц. В итоге давление повышается, а клубочковая фильтрация ускоряется. При возбуждении парасимпатической нервной системы происходит обратный процесс.
Гуморальная регуляция процесса мочеобразования осуществляется за счёт гормонов, вырабатываемых гипофизом и гипоталамусом. Благодаря тиреотропным и соматотропным гормонам значительно увеличивается количество образующейся урины. А под действием антидиуретического гормона, вырабатываемого гипоталамусом, происходит уменьшение количества выводимой мочи за счёт усиления интенсивности процесса реабсорбции в почечных канальцах.
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 обеспечивают постоянство среды, необходимой для функционирования клеток организма. Они регулируют водно-солевой баланс, кислотно-щелочное состояние, выделяют продукты азотистого обмена и чужеродные вещества.
Клубочковая фильтрация
Клубочковая фильтрация является начальным этапом мочеобразования. В просвет боуменовой капсулы поступает моча или т.н. «безбелковый ультрафильтрат» плазмы. В ультрафильтрат попадает лишь небольшое количество белка с низкой молекулярной массой (до 50 000 Да), большая часть которого реабсорбируется в проксимальных канальцах. Ультрафильтрат в клубочках образуется со скоростью 120-130 мл/мин или около 180 л в сутки. Образование свободного от форменных элементов и белков крови ультрафильтрата зависит прежде всего от гидростатического давления в клубочковых капиллярах, создаваемого работой сердца. Величина эффективного фильтрационного давления невелика. Гидростатическому давлению в клубочках, которое остается неизменным на всем протяжении клубочкового капилляра, противодействуют онкотическое давление плазмы внутри капилляра и гидростатическое давление в боуменовой капсуле (или проксимальном канальце). В обеспечении высокой скорости клубочковой фильтрации (СКФ) имеет значение проницаемость фильтрующей мембраны и площадь поверхности, доступной для фильтрации. СКФ рассчитывается с учетом уровня креатинина в сыворотке крови по формуле Кокрофта-Голта у взрослых и по или формуле Филлера с учетом уровня цистатина С в крови (таблица 1.1). У новорожденных из-за малого диаметра и меньшей фильтрующей поверхности клубочков СКФ значительно меньше, чем у взрослых, и равняется 20-30 мл/мин. У взрослых такой уровень СКФ свидетельствовал бы о тяжелой степени прогрессирующего (склерозирующего) процесса в почках, т.е. о хронической болезни почек (ХБП) 4 степени. Далее в течение первого года жизни СКФ повышается и достигает нормального уровня взрослого.
Таблица 1.1. Нормативы сывороточного креатинина, цистатина С и СКФ в зависимости от возраста
| Возраст | Креатинин | Цистатин С, мг/л | СКФ, мл/мин/1.73м 2 | |
| µмоль/л | мг/дл | |||
| 3 дня | 80-130 | 0,8-1,5 | 1,2-2,4 | 20-30 |
| 7 дней | 30-40 | 0,4-0,6 | 1,0-2,2 | 20-30 |
| 1 мес – 1 год | 25-40 | 0,4-0,6 | 0,8-1.6 | 70-100 |
| 2-8 лет | 40-60 | 0,5-0,7 | 0,6-1.4 | 90-130 |
| 9-18 лет | 50-80 | 0,6-0,9 | 0,6-1.4 | 90-130 |
Таким образом, величина СКФ зависит от числа функционирующих клубочков (массы действующих нефронов). При склерозировании клубочков (нефронов) падает и СКФ.
Изменение состава мочи с появлением патологических элементов (форменные элементы крови, белок) зависит от нарушения проницаемости трехслойного клубочкового барьера . Состояние проницаемости фильтрационного барьера определяется величиной пор и электрическим зарядом. Поры эндотелия задерживают форменные элементы, следующие 2 слоя – и подоциты являются барьерами для прохождения белков плазмы. Анионы задерживаются в большей степени благодаря высокому отрицательному заряду в нормальных структурах стенки капилляра. При генетической или приобретенной патологии проницаемость капилляра повышается вследствие структурных нарушений. Например, нарушения структуры подоцитов, щелевой мембраны приводят к (возможен ) , истончение , генетические аномалии коллагена – к эритроцитурии и (наследственный нефрит, болезнь тонких базальных мембран) .
Почечный кровоток и его регуляция
СКФ близка 90-130 мл/мин. Фильтрация снижается при сужении приносящих артериол и увеличивается при сужении выносящих. Регуляция почечного кровотока многогранная и сложная.
Канальцево-клубочковая обратная связь.
ЮГА осуществляет регуляцию СКФ в отдельных нефронах в зависимости от состава ультрафильтрата в дистальном канальце в зоне macula densa (плотного пятна). Клетки плотного пятна передают сигнал о повышении концентрации NaCl в канальце, что стимулирует высвобождение аденозина , синтезируемого клетками ЮГА. воздействует на рецепторы ангиотензина А1 и вызывает констрикцию приносящих артериол , что в свою очередь снижает СКФ и предотвращает чрезмерную потерю солей и воды с мочой. Стимулом для продукции ренина клетками ЮГА является падение концентрации NaCl в содержимом канальцев.
Транспорт веществ в канальцах
В канальцах происходит активный и пассивный транспорт веществ. . Активная реабсорбция идет с затратой энергии, обычно в виде АТФ (работа Na+/K+-АТФазы), против градиента концентрации. При наличии электрической или химической разности ионы и молекулы могут транспортироваться пассивно, путем простой диффузии.
Реабсорбция глюкозы
В проксимальных канальцах полностью реабсорбируется глюкоза. Экскреция ее с мочой связано обычно с гипергликемией, превышающей транспортные возможности канальцев. Транспорт осуществляется с помощью белка-переносчика и он сопряжен первичным активным транспортом натрия. Глюкозурия при нормальном содержании сахара в крови встречается при канальцевой патологии (ренальная глюкозурия) вследствие нарушения реабсорбции.
Реабсорбция белка
Белки, выводимые с мочой, предоставляют очень небольшую часть фильтруемых белков. Основная масса фильтруемых белков реабсорбируется в проксимальном канальце путем эндоцитоза. Реабсорбированные белки гидролизируются в вакуоли до аминокислот или пептидов. В нормальной моче остаются такие низкомолекулярные белки, как?2–микроглобулин, лизоцим, ?1 и?2 – микроглобулины, их количество незначительное. В окончательной моче содержится 40-150 мг белка, из них 40% составляет альбумин, 10% IgG, 5% — легкие цепи и 3% IgА, остальную часть составляют другие белки, главным образом, образующиеся в канальцах – белок Тамм-Хорсфалла. Повышение альбуминурии происходит при клубочковой патологии, повышение белка Тамм-Хорсфалла свидетельствует о патологии канальцев.
Реабсорбция аминокислот
Для транспорта аминокислот, которые реабсорбируются в проксимальных канальцах, существуют по меньшей мере четыре активные транспортные системы. Из-за их дефекта возникают
различные типы наследственных аминоацидурий. Так же в проксимальных канальцах реабсорбируются кальций, фосфор, натрий, кальций и другие вещества. При синдроме Фанкони поражается проксимальный каналец с нарушением реабсорбции ряда веществ (аммиак, глюкоза, фосфор, карбонаты и др.).
Транспорт натрия.
Почки имеют большое значение в поддержании водно-солевого баланса. Для этого в почках существует высокоэффективный транспорт натрия. Натрий – основной катион внеклеточной среды и для поддержания солевого баланса его концентрация строго контролируется. Натрий и хлор свободно фильтруются в клубочках. Но 99% профильтровавшихся воды и NaCl подвергается реабсорбции, и только 1% выделяется с мочой. Это происходит в основном в проксимальных канальцах (70%) и петле Генле (25%). В дистальных канальцах и в собирательных трубках реабсорбируется 2-5% Na+. Натрий всасывается в перитубулярную плазму за счет фермента Na+/K+- АТФ-азы, расположенного в базолатеральных мембранах канальцевого эпителия. За счет создаваемого градиента концентрации происходит пассивный транспорт других ионов посредством ионных каналов и переносчиков. Так, в проксимальных канальцах происходят ко-транспортные процессы: Na++HCO3-, Na++аминокислоты, Na++глюкоза, Na++органические молекулы; также происходит Na+/Н+- обмен и транспорт Сl-. Реобсорбция натрия сопровождается параллельным всасыванием эквивалентного количества воды. Поэтому содержимое проксимальных канальцев остается изотоничным относительно плазмы. В отличие от проксимального сегмента в других отделах канальцев натрий и вода всасываются независимо друг от друга. В дистальных канальцах и собирательных трубках реабсорбция натрия и воды регулируется гормонами.
Регуляция водно-солевого баланса в организме
Вода – основная составляющая организма человека и занимает 60% от массы тела взрослого . У новорожденных содержание воды выше, составляет 75% и приближается к 60% от массы тела к концу первого года жизни. В организме вода содержится в двух пространствах: внутриклеточном и внеклеточном. Последнее в свою очередь делится на внутрисосудистое (плазма) и межклеточное (интерстициальное). Объем внутриклеточной жидкости больше (30-40% массы тела), чем внеклеточной (20-25% массы тела). У плода и новорожденных объем внеклеточной жидкости относительно больше, чем у взрослых, поэтому они больше подвержены гипо-, гипергидратации. Водно-солевой баланс в организме регулируется за счет контроля двух показателей: осмоляльности и объема циркулирующей крови. Общая осмоляльность внеклеточной жидкости, создаваемая в основном солями натрия, равна 290 мосм/кг. Нормальное функционирование клеток возможно лишь при очень небольших колебаниях осмоляльности плазмы и внутрисосудистого объема.
Осмоляльность.
Все компоненты тела находятся в состоянии осмотического равновесия. Осморецепторы контролируют потребление воды, экскрецию ее почками в зависимости от концентрации солей натрия. При нарушении содержания натрия в организме система регуляции осмоляльности сдвигает водный баланс и тем самым изменяет внутрисосудистый объем для восстановления осмотического равновесия. Существуют сложные системы волюморецепторов, чувствительных к изменению объема. Изменение объема (гипо-, гиперволемия) вызывает изменение экскреции натрия. Однако в условиях гиповолемии первым включается механизм восстановления внутрисосудистого объема, т.е. происходит задержка воды в ущерб осмоляльности.
Регуляция экскреции натрия почками.
Натриевый баланс регулируется почками. Потребление натрия фактически не регулируется. Именно почки адаптируются к резким колебаниям потребления соли. Экскреция натрия может снижаться почти до нуля и столь же резко возрастать. Ведущим фактором, определяющим выделение натрия почками, является СКФ. Достаточно небольших изменений СКФ, чтобы вызвать выраженные изменения экскретируемого натрия. Поскольку СКФ изменяется, должны существовать механизмы регуляции выделения натрия почками. Существуют внешние и внутренние факторы регуляции. К внешним факторам относятся гормональные факторы, к внутренним – внутрипочечные механизмы. К последним относится клубочково-канальцевый баланс. Благодаря ему повышение или снижение реабсорбции натрия сопровождается повышением или снижением СКФ. Транспорт натрия регулируется рядом гормонов. Это – альдостерон, предсердный натрийуретический пептид, ангиотензин II, норадреналин, простагландины, допамин, вазопрессин.
Транспорт калия в почках.
Калий – основной катион клеточной цитоплазмы, где его концентрация во много раз выше содержания во внеклеточной жидкости. Такая разница потенциалов чрезвычайно важна для функционирования клеток нервной, мышечной ткани, включая миокард. Калий свободно фильтруется в клубочках почек, далее он почти полностью (до 95%) реабсорбируется. Если натрий всасывается по всей длине почечных канальцев, а с мочой экскретируется натрий, который не успел реабсорбироваться, то основная часть профильтрованного калия реабсорбируется до того, как моча достигнет собирательных трубок. Тот калий, который все-таки выделяется с мочой, специально секретируется в собирательных трубках. Секреция калия осуществляется основными клетками собирательных трубок. Диуретические препараты амилорид, триамтерен подавляют секрецию калия, обладая калий-сберегающим эффектом. Транспорт калия регулируется активностью Na+/K+-АТФ-азы и калиевыми каналами. Альдостерон регулирует как деятельность транспортера Na+/K+-АТФ-азы, так и состояние калиевых каналов. Он увеличивает реабсорбцию натрия и секрецию калия. блокирует рецепторы альдостерона, оказывая калий сберегающий эффект. Помимо почек
калий выделяется желудочно-кишечным трактом и при потоотделении. На клеточное распределение калия влияют гормоны (, катехоламины, гормоны щитовидной железы, альдостерон), кислотно-щелочное состояние и повреждение клеток. Лизис клеток приводит к гиперкалиемии. Ацидоз способствует выходу калия из клеток (Н+ внутри клетки замещает К+), а эффект алкалоза противоположный. Катехоламины способствуют гипокалиемии. Связь между инсулином и поглощением клеткой калия двухсторонняя. Гиперкалиемия стимулирует, гипокалиемия угнетает выделение . Поэтому инсулин способствует входу калия в клетку. На этом основано действие глюкозо-инсулиновых растворов при гиперкалиемии.
Транспорт кальция, фосфатов и магния.
Кальций – основной двухвалентный катион организма. Второй по значимости двухвалентный катион – магний. Основной двухвалентный анион – фосфат. Большая часть этих трех элементов сосредоточена в костной ткани. Концентрация Са?+ и НРО4?- (в меньшей степени Мg?+) в плазме крови поддерживаются благодаря быстрому высвобождению их с костной ткани. Концентрация Са?+ и НРО4?- в плазме крови тесно связаны. Произведение Са?+ х НРО4?- поддерживается на определенном уровне. Даже незначительный прирост в величине этого показателя приводит к формированию труднорастворимого фосфата кальция, который откладывается в костях. Особую опасность представляют внеклеточные отложения этих солей в сосудах, мышцах при нарушении костно-минерального обмена. Концентрация кальция в плазме крови поддерживается в нормальных пределах за счет всасывания из кишечника и путем высвобождения из костей. Уровень магния определяется скоростью его выведения с мочой, а фосфата – всеми тремя способами.
Всасывание кальция в кишечнике усиливается витамином Д. Всего из пищевого кальция всасывается 25-30%. Общее содержание Са?+ в плазме составляет 2,5 ммоль/л, из которых 50% находятся в свободном (ионизированном) состоянии, 45% в виде комплекса с белками, 5% в связи с другими ионами. В клубочках почек фильтруются только свободные ионы. Кальций реабсорбируется на всем протяжении почечных канальцев, из них 70% – в проксимальных канальцах, 20% – в толстом сегменте восходящего участка петли Генле. В этих отделах реабсорбция протекает пассивно по межклеточным щелям. Диффузии способствует активная реабсорбция натрия. В дистальных канальцах происходит активная реабсорбция Са?+ в комплексе с белками с помощью Са?+-АТФазы, и этот процесс регулируется витамином Д и паратиреоидным гормоном. Поскольку реабсорбция кальция в проксимальных канальцах и восходящем колене петли Генле носит пассивный характер и связана с реабсорбцией натрия, все лекарственные препараты, влияющие на транспорт натрия в этих отделах (например, ) блокируют реабсорбцию кальция. Напротив, тиазиды, ингибирующие обратное всасывание натрия на уровне дистальных канальцев, не действуют на активный захват кальция. Более того, в их присутствии реабсорбция кальция даже несколько
усиливается, уменьшая Са?+-урию. Этот эффект тиазидов в клинике используется у больных нефролитиазом для уменьшения камнеобразования путем снижения кальция в моче.
В кишечнике всасывается 65% поступающего с пищей фосфата. 55% фосфата плазмы крови находится в свободном состоянии, которые свободно фильтруются и затем реабсорбируются в канальцах. 80% реабсорбируется в проксимальных канальцах трансклеточно с помощью транспортера NaPi?-. Его активность ингибируется паратгормоном. Далее 10% фосфатных анионов реабсорбируется в дистальных канальцах, 2-3%- в собирательных трубках.
Магний в основном содержится в тканях: 55% в костной ткани, 45%- в мягких тканях и только 10% находится во внеклеточных жидкостях. Ионы Мg?+ из крови свободно фильтруются, затем реабсорбируются в канальцах (30% в проксимальном, 65% — в толстом восходящем колене петли Генле, 5% — в дистальных канальцах).
Осмотическое концентрирование и разведение мочи
В зависимости от состояния водного баланса организма почки могут выделять гипотоническую или гипертоническую мочу. В этом процессе участвует так называемой противоточно-поворотно-множительная система, в состав которой входят параллельно расположенные в мозговом слое отделы петли Генле, собирательные трубки и прямые сосуды. Принцип работы этой системы заключается в том, что при движении двух потоков жидкости в противоположных направлениях (по нисходящему и восходящему отделу петли Генле) осуществляется двухсторонний обмен натрия и воды через интерстициальную ткань и стенку канальцев петли Генле.
Изотоничная моча из проксимального канальца поступает в нисходящую часть петли Генле, стенка которой проницаема для воды, но относительно непроницаема для солей. В восходящем толстом отделе петли Генле стенка канальца не пропускает воду, но активно реабсорбирует натрий, хлор, калий без воды. Таким образом, в нисходящем отделе петли Генле моча становится все более концентрированной по мере продвижения к вершине петли. При этом значительно уменьшается объем мочи. В дальнейшем при движении вверх по непроницаемому для воды восходящему отделу и дистальному канальцу осмотическая концентрация внутри канальцев падает. В дистальных канальцах и собирательных трубках осуществляется вторая фаза концентрирования мочи. Осмотическая концентрация мочи в этом отделе зависит от антидиуретического гормона (АДГ).
При обычном водном режиме относительная плотность мочи за сутки колеблется в пределах 1008-1025 (осмолярность 100-900 мосм/л), что обусловлено неравномерным приемом жидкости в течение дня и другими факторами. При избытке воды в организме уровень АДГ в крови снижается и стенка собирательных трубок остается непроницаемой для воды и выделяются большие объемы гипотонической мочи. В условиях дефицита жидкости в
организме повышается секреция АДГ гипофизом, который взаимодействуя с V2 рецепторами повышает проницаемость клеток собирательных трубок для воды, способствует реабсорбции осмотически свободной воды. Моча становится концентрированной с уменьшением количества.
В механизме осмотического концентрирования мочи важное значение имеет мочевина. В отличие от наружной зоны мозгового вещества, где повышение осмоляльности обусловлено главным образом накоплением солей натрия, во внутреннем мозговом веществе в нем участвует мочевина. В мозговом веществе существует специальная система, обеспечивающая круговорот мочевины и ее удержание в почке. Главную роль в этом процессе играет способность АДГ увеличивать проницаемость для мочевины стенки тех частей собирательных трубок, которые расположены во внутреннем мозговом слое почек. В вышележащих отделах канальцев стенка собирательных трубок непроницаема для мочевины. Там из-за реабсорбции воды концентрация мочевины повышается, а ниже большие количества мочевины реабсорбируются в мозговое вещество, повышая осмоляльность интерстиция. Отсюда мочевина поступает в просвет тонкого восходящего отдела петли Генле и движется по канальцу. Далее мочевина вновь реабсорбируется под влиянием АДГ, что и обеспечивает беспрерывный ее круговорот в почке и объясняет важную роль мочевины в процессе осмотического концентрирования мочи. У детей грудного возраста в отличие от взрослых снижена функция по осмотическому концентрированию и разведению мочи. У них компенсаторная реакция на дегидратацию и гипергидратацию осуществляется в основном клубочками, а не канальцевым аппаратом почек. Примерно к концу первого года жизни заканчивается формирование осморегулирующей функции почек. В сохранении высокой осмоляльности интерстиция мозгового вещества также играют роль прямые артериолы (vasa recta). Они работают как противоточные обменники.
Кислотно-щелочное состояние и его регуляция
В процессе метаболизма в организме образуется некоторые количество кислот, часть ионов Н+ поступает с пищей, в связи с чем возникает необходимость выведения избытка кислот из организма.
К почечным механизмам поддержания КЩС относятся основные три механизма. Во-первых, секретируемые ионы водорода участвуют в реабсорбции бикарбоната. Важным местом реабсорбции НСО3- является проксимальный каналец, где 90% профильтровавшегося НСО3- всасывается обратно. Это осуществляется не за счет прямого транспорта, а посредством специального механизма, в котором участвует карбоангидраза и Na+/H+- обменник. Таким образом, интенсивная секреция Н+ используется для возвращения профильтровавшихся бикарбонатов.
Базолатеральная Просвет
мембрана канальца
НСО3- НСО3- H+? H+ + HCO3-
На данном этапе ионы Н+ находятся в постоянном круговороте, обеспечиваемом карбоангидразой, и элиминации Н+ с мочой не происходит. Ионы водорода секретируются на всем протяжении канальцев. Далее в дистальных участках нефрона экскреция кислот осуществляется двумя механизмами: за счет связывания Н+ с фосфатами и с аммиаком (NH3). Ближе к собирательным трубочкам к Na+/H+ обменнику подключается (а затем превалирует) Н+-АТФ-аза. Эти процессы происходят во вставочных клетках собирательных трубок.
Фосфаты и органические кислоты связываются с водородным ионом и экскретируются с мочой. Работают системы Н++НРО4?- ? Н2РО4 или Н++ органическая кислота. Их экскреция определяет так называемую титруемую кислотность. В регуляции КЩС участвуют несколько гормонов. Паратиреоидный гормон подавляет реабсорбцию фосфатов в проксимальном канальце и косвенно участвует в регуляции кислотно-щелочного равновесия. На уровне собирательных трубок в регуляции участвует альдостерон: стимулирует реабсорбцию Na+ и действие Н+-АТФазы. Экскреция Н+ с титруемыми кислотами ограничена. Поэтому наиболее эффективной системой экскреции Н+ является аммонийный механизм, составляющий 60% от суммарной экскреции Н+ почками. В проксимальном и дистальном канальцах из глутамина непрерывно образуется аммиак (NH3). Связывая Н+, он превращается в аммоний (NH4) и с мочой выделяется в виде NH4Cl. Доля экскретируемых с мочой свободных (незабуференных) водородных ионов незначительна. У новорожденных функция почек по регуляции кислотно-основного равновесия недоразвита, в связи с чем для его сохранения важно сбалансировать питание.
Другие функции почек
Функции почек многообразны. Они обладают не только экскретирующей, но и секретирующей функцией. В почках синтезируются ряд гормонов и другие активные вещества. В почечной ткани происходит катаболизм ряда биологически активных веществ ( , ПТГ и др.), поступающих в просвет канальца в составе . При почечной недостаточности катаболическая способность почек снижается, что приводит к избыточному накоплению их в крови. В почечной ткани происходит синтез глюкозы (), окисление жирных кислот. Благодаря многочисленным функциям, почки участвуют в регуляции , поддержании костно-минерального обмена. Нарушение названных функций имеет место при потере функционирующей паренхимы почек. Поэтому при развитии конечных стадий хронических болезней почек (ХБП) клинические симптомы болезни включают не только уремическую интоксикацию и нарушения водно-солевого баланса, но и анемию, гипертензию с сердечно- сосудистыми осложнениями и костные нарушения.
Гормоны и почки
Почки и эндокринная система тесно взаимосвязаны. В почках синтезируется ряд гормонов (ренин, витамин Д3, эритропоэтин и др.) Для некоторых гормонов почки служат органом-мишенью, другие же гормоны активно метаболизируются и выводятся ими. Именно комплексность функций почек обусловливает комплекс гормональных нарушений, наблюдающихся при хронической почечной недостаточности (ХПН).
Гормоны, образующиеся в почках Экстраренальные гормоны, действующие на почки Гормоны, метаболизируемые и выводимые почками
Дигидрооксихолекальциферол
— 1,25(ОН)2Д3
Эритропоэтин
Калликреин
Простагландины
Альдостерон и стероиды Вазопрессин (АДГ) Паратиреоидный гормон Кальцитонин Натрийуретический пептид предсердий Катехоламины Эндотелин Пептидные гормоны Стероиды Катехоламины Инсулин
Ренин-ангиотензин-альдостероновая система (РААС)
Ренин вырабатывается в юкстагломерулярном аппарате почек (ЮГА), находящемся в тесном контакте со специальной частью дистальных канальцев – macula densa. Ренин действует на ангиотензиноген (?-глобулин,
синтезируемый печенью) с образованием неактивного ангиотензина I, который под действием ангиотензинпревращающего фермента (АПФ) переходит в активный ангиотензин II. АПФ содержатся во многих тканях (почках, мозге, в сосудах, легких и др., во всех эндотелиальных клетках).
Биологическое действие ангиотензина II.
1) Вазоконстрикция
2) Стимуляция секреции альдостерона
3) Реабсорбция натрия в почечных канальцах
4) Активация симпатической нервной системы и выделения катехоламинов
5) Центральное действие (жажда, центральное прессорное действие, высвобождение АДГ)
Следует отметить, что в настоящее время к действию ангиотензина на ЦНС приковано повышенное внимание в связи с его влиянием на , симпатическую нервную систему, чувство жажды, на АДГ и натриевый аппетит. Самым важным действием ангиотензина II является непосредственное сокращение сосудов, стимуляция образования альдостерона в клубочковой зоне коры надпочечников и регуляция транспорта натрия в почках. РААС важна для поддержания гомеостаза натрия: при потере соли (диарея, рвота) стимулируется выделение ренина и увеличение уровня ангиотензина, что в свою очередь приводит к выбросу альдостерона, который способствует сохранению натрия в организме. Также ангиотензин II вызывает сокращение сосудов, поддерживая кровяное давление, несмотря на уменьшение объема крови и внеклеточной жидкости (при кровопотере, диарее, рвоте). Напротив, накопление натрия ингибирует РААС.
Витамин Д
Витамин Д3 (холекальциферол) вместе с парат-гормоном (ПТГ) является важным регулятором минерального обмена, и представляет собой жирорастворимую молекулу, подобную холестерину. Он поступает в организм с пищей (молочные продукты) и образуется в коже под действием ультрафиолетовых лучей. В печени витамин Д3 превращается в 25-гидроксивитаминД3 (25-ОН Д3). Основной процесс биоактивации протекает с участием фермента 1?-гидроксилазы только в почках, где синтезируется 1,25-дигидроксивитаминД3 (1,25(ОН)2Д3), являющийся активным гормоном, оказывающим действие на кости, почки и желудочно-кишечный тракт. Он увеличивает всасывание кальция и фосфатов в кишечнике, взаимодействуя с ПТГ, способствует высвобождению кальция из костей и стимулирует реабсорбцию кальция из проксимальных канальцев почек. Нарушение метаболизма и действия витамина Д3 характерно для следующих заболеваний почек: Тубулопатии, ХБП:
1. В конечных стадиях ХБП отмечается снижение превращения неактивного 25-ОН Д3 в активный метаболит 1,25(ОН)2Д3? что ведет к развитию почечной остеодистрофии, вторичному гиперпаратиреозу. Поэтому при ХБП 3-5
стадии уровень 1,25(ОН)2 Д3 и Са снижается, что требует применения препаратов Д3 под контролем.
2. У больных синдромом Фанкони (нарушение канальцевой реабсорбции глюкозы, фосфатов, бикарбанотов, аминокислот, изменения костей) наблюдается снижение способности почек активировать витамин 1,25(ОН)2 Д3.
3. При заболевании с резистентностью рецепторов 1,25(ОН)2Д3 к витамину Д (витамин Д-зависимый II типа) имеет место мутация генов этих рецепторов, в связи с чем почки не отвечают на физиологические концентрации витамина Д3.
4. Д-зависимый 1 типа возникает в результате мутации гена1?-гидроксилазы и дефицита 1,25(ОН)2 Д3.
5. Идиопатическая гиперкальциемия, вероятно, связана с избыточным образованием в почках 1,25(ОН)2 Д3.
В настоящее время выявляется дефицит витамина Д в большой популяции населения земного шара.
Эритропоэтин
синтезируется почками и регулирует образование и развитие , выход ретикулоцитов в кровь. Как синтез, так и высвобождение эритропоэтина регулируется концентрацией кислорода в тканях. Активность почечного эритропоэтина также стимулируется андрогенами (что обусловливает более высокий уровень гемоглобина у мужчин), тиреоидными гормонами, простагландинами Е. Ренальная анемия, обусловленная ХПН, вызвана уменьшением синтеза эритропоэтина. Успешная трансплантация почек обычно повышает его синтез и устраняет анемию. Для коррекции анемии при ХПН применяетя рекомбинантный эритропоэтин.
Почечные простагландины
Почки – место образования всех основных простаноидов: простагландина Е2 (PGE2), простациклина и тромбоксана. PGE2 – преобладающий простагландин, синтезируемый в мозговом слое почек. Синтез тромбоксана, обладающего сосудосуживающим и агрегирующим действием, резко увеличивается при обструкции мочеточников. и нестероидные противовоспалительные препараты (НПВП) блокируют образование простагландинов. Этим объясняется как их противовоспалительный эффект, так и неблагоприятное действие на почки. Так, может вызвать падение почечного кровотока и СКФ, задержку солей и воды. и могут быть причиной папиллярного некроза и нефропатии, поскольку, блокируя выработку простагландинов и их сосудорасширяющее действие, уменьшают почечный медуллярный кровоток.
