2 курс / Нормальная физиология / Нормальная_физиология_практикум_Часть_2_Зинчук_В_В_2015

поступает к околоканальцевым, а выносящий сосуд выполняет функцию своего рода портальной вены.

Особенности кровоснабжения почек:

большая удельная величина кровотока (25 % от минутного объема циркулирующей крови при 0,4 % от массы тела);

артериовенозная разница по О2 невелика, но его потребление достаточно большое (величина потребления О2 почками составляет 55 мкл/мин г);

постоянство кровотока, независимо от колебаний системного АД (феномен Остроумова— Бейлиса);

принцип двойной капиллярной сети (две системы капилляров: клубочковая и околоканальцевая);

высокая величина давления в клубочковых капиллярах (50–70 мм рт. ст.), диаметр приносящей артериолы больше, чем выносящей;

величина гидродинамического давления в капиллярах вторичной сети составляет около 13 мм рт. ст.;

регионарные особенности в органе — корковое вещество : на­ ружный слой мозгового вещества : внутренний слой → 1 : 0,25 : 0,06 (соотношение). Через корковое вещество протекает 91–93 % крови, поступающей в почки, остальная часть — через мозговое вещество, в большей степени в его наружной части. Эфферентные артериолы юкстамедуллярных нефронов не образуют околоканальцевую капиллярную сеть, а непосредственно продолжаются в прямые артериальные сосуды, которые во внутреннем мозговом веществе делятся на длинные капилляры.

Феномен Остроумова — Бейлиса — это особый механизм миогенной ауторегуляции, обеспечивающий постоянство почечного кровотока независимо от изменения системного АД. Благодаря этому, несмотря на колебания системного давления, величина почечного кровотока поддерживается на постоянном уровне, что обусловлено непосредственно реакциями гладких мышц стенки резистивных сосудов почек. Это имеет важное значение для обеспечения постоянства клубочковой фильтрации. Постгломерулярные и перитубулярные капилляры и прямые сосуды характеризуются более низким гидростатическим давлением (10–15 мм рт. ст.) и относительно высоким онкотическим давлением, так как около 20 % плазмы идет на образование первичной мочи.

Ряд физиологических активных веществ способны влиять на кровоток в почке. Так, катехоламины (адреналин, норадреналин), эндотелин вызывают сужение сосудов и, соответственно, уменьшение процессов фильтрации. Другие вещества (монооксид азота, простагландины, брадикинин), вызывая вазодилятацию и снижая сосудистое сопротивление, обусловливают рост скорости фильтрации.

11.5. нефрон

Нефрон — функционально-структурный элемент почки, осуществляющий образование мочи. Он состоит из мальпигиевого тельца и почечного канальца, которые в совокупности с аналогичными структурами образуют собирательную трубочку. Общее количество нефронов составляет около 1 млн в каждой почке. При повреждении нефронов их регенерации не происходит, что приводит к снижению общего числа этих элементов в данном органе.

Структурно-функциональная организация нефрона:мальпигиевое тельце: сосудистый клубочек и капсула Боу-

мена — Шумлянского;почечный каналец: проксимальный отдел, петля Генле, дис-

тальный отдел.

Собирательная трубочка формируется канальцами нескольких нефронов.

Мальпигиев клубочек — совокупность капилляров в виде клубочков, заключенных в капсулу Боумена—Шумлянского. Юкстагломерулярный аппарат — совокупность структур, включающих приносящую и выносящую артериолы и миоэпителиальные клетки между ними, продуцирующие ряд физиологически активных веществ.

Типы нефронов (по расположению клубочков):суперфициальные — 20–30 %, располагаются поверхностно

в коре, петля Генле короткая, объем фильтрации малый;интракортикальные — 60–70 %, располагаются в середине

коры, основная роль в фильтрации;юкстамедуллярные — 10–15 %, располагаются на границе

коры и мозгового вещества, основная роль заключается в концентрировании мочи.

Корковое вещество образовано клубочками, извитыми отделами проксимальных и дистальных канальцев и окружающей интерстициальной, соединительной тканью, а мозговое вещество — петлей Генле, собирательной трубочкой и выводящими протоками.

Основные процессы, определяющие образование мочи, осуществляются в таких отделах нефрона, как клубочек (фильтрация) и почечный каналец (реабсорбция и секреция). Нефроны, расположенные в корковом веществе, обеспечивают в основном процесс мочеобразования. В обычных условиях 50–85 % от всего количества нефронов почке находится в активном функциональном состоянии. Их доля постоянно меняется в зависимости от необходимости. В почечной ткани имеется большое количество артериовенозных анастомозов, благодаря которым может регулироваться число функционирующих нефронов (в норме через 85–90 % циркулирует кровь, а остальная часть — через анастомозы). Это создает дополнительный механизм функционального резерва данного органа. Благодаря такой организации сосудистого русла в процесс мочеобразования включается необходимое количество нефронов. Снижение количества функционирующих нефронов отмечается после 40 лет (на 10 % в течение каждых последующих 10 лет). К 65-лет- нему возрасту их число снижается на четверть, но имеющихся нефронов достаточно для обеспечения выделительной и других функций почек.

11.6. Фильтрация

Ведущая роль в процессах выделения принадлежит фильтрации — пассивному транспорту веществ плазмы крови из клубочковых капилляров в капсулу Боумена — Шумлянского благодаря градиенту давлений (механизм образования первичной мочи). Немецкий физиолог Людвиг Карл Фридрих Вильгельм (1816–1895) предложил теорию мочеобразования (1846), открыл секреторные нервы слюнных желез (1851), исследовал деятельность сердечнососудистой системы, изучал газообмен.

Первичная моча — фильтрат плазмы крови, образующийся в капсуле Боумена—Шумлянского, по составу близка к плазме, кроме содержания белков. Опыт Ричардса — эксперимент по введению

микропипетки в капсулу Боумена — Шумлянского, демонстрирующий, что содержание низкомолекулярных веществ в плазме и первичной моче практически одинаково. У человека за сутки образуется около 150–180 л клубочкового фильтрата, т.е. первичной мочи. Физиологический смысл большого объема образуемого вследствие фильтрации первичной мочи заключается в том, что обеспечивается быстрое удаление продуктов жизнедеятельности из плазмы и всего организма, так как в течение 4–5 мин весь объем циркулирующей крови проходит через почку.

Фильтрация определяется суммой значений гидростатических давлений в капиллярах клубочков и просвета капсулы Боумена — Шумлянского и онкотического давления плазмы (рис. 11.1).

Почечный

каналец

Рис. 11.1. Механизм фильтрации в мальпигиевом тельце

Эффективное фильтрационное давление (ЭФД) рассчитывают по формуле

ЭФД = Ркап − Рбк − Ронк,

где Ркап — гидростатическое давление в капилляре (50–70 мм рт. ст.); Рбк — гидростатическое давление в просвете капсулы Боумена—Шум- лянского (15–20 мм рт. ст.); Ронк — онкотическое давление в капилляре (25–30 мм рт. ст.).

Его значение можно рассчитать так:

ЭФД = 70 − 30 − 20 = 20 мм рт. ст.

Фильтрация осуществляется через межклеточные поры. Этот процесс определяется величиной градиента давления и проницаемостью фильтрующей мембраны. Размер ее пор (6–12 нм) и площадь (1,5–2 м2) определяют процесс проницаемости. Через поры свободно фильтруются молекулы радиусом 1,5–1,8 нм, а больших размеров — хуже. Через мембраны клубочков могут фильтроваться только низкомолекулярные вещества (молекулярной массой менее 5 500). Иногда наблюдается протеинурия при физической нагрузке, ортостатической пробе.

Базальная мембрана, состоящая из фибрилл коллагена и протеогликанов имеет отрицательный заряд, благодаря чему такие отрицательно заряженные молекулы, как альбумин, фильтруются хуже, чем аналогичные по размерам молекулы, но имеющие положительный заряд. При некоторых заболеваниях почки базальная мембрана утрачивает отрицательный заряд, что приводит к фильтрации альбумина и появлению его в моче (альбуминурия). Из низкомолекулярных молекул не фильтруются полностью кальций, жирные кислоты, которые находятся в связанном состоянии с белками в плазме. Так, фильтруется только 60 % Са2+ .

Фильтрующая мембрана:

эндотелий капилляров (фенестрированный тип);базальная мембрана;подоциты.

Повышение давления в мочевыводящей системе (наличие камня), рост онкотического давления вследствие роста содержания белка

вплазме, падение давления в сосудистой системе снижают скорость клубочковой фильтрации. Рост гидростатического давления

вклубочках, увеличивающий скорость клубочковой фильтрации, может быть достигнут за счет повышения АД, сопротивления выносящей артериолы или снижения приносящей артериолы. Активация симпатической иннервации почечных артериол вызывает уменьшение их диаметра, что влияет на кровоснабжение и процессы фильтрации. В обычных условиях этот эффект практически не проявляется, но при экстремальных ситуациях (кровопотеря, шок и др.) его выраженность значительна.

Объем жидкости, образуемой в процессе фильтрации за определенный отрезок времени, называется клубочковой фильтрацией. Объем образуемой первичной мочи составляет около 125 мл/мин для мужчин и 110 мл/мин для женщин. Величина фильтрационной фракции составляет около 20 % от почечного плазмотока. Ее величина может возрастать при употреблении белковой пищи, беременности и уменьшаться при интенсивном физическом труде, отрицательных эмоциях. Она имеет суточный ритм, наибольшая — в дневное время и наименьшая ночью. После 40 лет наблюдается снижение ее величины на 1 % на каждый последующий год. При определенных условиях в моче плохорастворимые вещества могут образовывать кристаллы и камни, которые в значительной степени состоят из оксалатов и фосфатов кальция.

Для расчета скорости клубочковой фильтрации используют вещества, которые хорошо растворяются в крови и полностью фильтруются, а также не всасываются и не секретируются в почечных канальцах. В частности, инулин — полисахарид фруктозы, свободно фильтрующийся и не подвергающийся реабсорбции и секреции. К ним также относятся полиэтиленгликоль­400, маннит и др., так как эти вещества не реабсорбируются и не секретируются, выделяясь с мочой в полном объеме. Зная объем плазмы крови в почках и объем профильтровавшейся жидкости в почечных клубочках), можно рассчитать долю клубочковой фильтрации. Для этого используют показатель клиренса (от англ. clearance — очищение) — скорости очищения плазмы по определенному веществу при его прохождении через почки за 1 минуту. Определяют содержание инулина в плазме (после его введения в организм) и в моче, собранной за оцениваемый период после предварительного опорожнения мочевого пузыря. Около 20 % плазмы фильтруется в клубочках, образуя первичную мочу и попадая в полость почечных канальцев, а остальные 80 % следуют далее по капиллярам.

Расчет клиренса осуществляют по следующей формуле:

vпл = См vм , Спл

где vпл — скорость очищения плазмы; См — концентрация вещества в конечной моче; vм — минутный диурез; Спл — концентрация вещества в плазме.

П р и м е р . Концентрация инулина в плазме — 1,1 мг/мл, в моче — 125 мг/мл, скорость образования мочи — 1,1 мл/мин. Следовательно, клиренс инулина:

125 мл/мин = (125 мг/мл 1,1 мл/мин) : 1,1 мг/мл.

Это означает, что данное количество плазмы крови, проходя через почки, фильтруется в клубочках.

В клинической практике для оценки фильтрации также используется определение креатинина (проба Реберга — Тареева), который по своим свойствам близок к инулину. Креатинин образуется из креатинфосфата с выделением энергии в скелетных мышцах с относительно постоянной скоростью. Его концентрация составляет 10 мг/л в норме, а увеличение свидетельствует об ухудшении функции почек.

П р и м е р . Концентрация креатинина в плазме — 2,1 мг/мл, в моче — 200,0 мг/мл, скорость образования мочи — 1,2 мл/мин. Следовательно, клиренс креатинина:

114,93 мл/мин = (200 мг/мл 1,2 мл/мин) : 2,1 мг/мл.

Следует учитывать, что величина клубочковой фильтрации зависит от площади поверхности тела человека. Ее стандартное значение приводится к величине 1,73 м2. С увеличением площади поверхности значение поправочного коэффициента уменьшается (при площади 1,34 м2 — 1,291, при 2,2 м2 — 0,786). Для ее учета умножают полученное значение клубочковой фильтрации на поправочный коэффициент, приводя его к стандартному значению.

11.7. реабсорбция

Вторичная моча — жидкость, образуемая в результате реабсорбции и секреции в канальцах воды и ряда веществ, содержащихся в клубочковом фильтрате. Реабсорбция — транспорт веществ эпителиальными клетками канальцев нефрона из их просвета в интерстиций. Из полости почечного канальца осуществляется

обратное всасывание основных веществ. Площадь поверхности почечных канальцев, через которую осуществляется реабсорбция, составляет около 40–50 м2. В результате реабсорбции различные вещества из почечного канальца поступают через эпителий стенок в межклеточное вещество и далее в кровь перитубулярных капилляров. На этом пути они проходят через непосредственно клетки (диффузия или активный перенос) либо через межклеточные промежутки (диффузия). Из межклеточной жидкости вещества попадают в кровь посредством ультрафильтрации.

Виды транспорта в почечных канальцах:пассивный;

электрохимический, осмотический и концентрационный градиент (вода, Cl−, мочевина);

активный (Na+);

сопряженный (глюкоза, аминокислоты).

В наиболее значимом объеме реабсорбция осуществляется в прок­ симальном отделе почечного канальца (60–70 %), а в дистальном отделе в большей степени осуществляются регуляторные процессы. В проксимальном отделе почечного канальца реабсорбируется значительная часть глюкозы, аминокислот, витаминов, ионов (K+, Na+, Ca2+, Mg2+). В проксимальном отделе канальца реабсорбируется большая часть натрия, что создает условия для свободной пассивной диффузии воды и сохраняет изотоничность реабсорбируемой жидкости (изоосмотическая реабсорбция). Облигантная реабсорбция — нерегулируемое всасывание ионов натрия, калия, воды в проксимальном отделе нефрона и в петле Генле (механизм поддержания постоянства концентрации этих ионов в организме). Факультативная реабсорбция — регулируемое всасывание натрия, воды в дистальном отделе нефрона и собирательной трубочке.

Фосфаты (HPO24− и H2PO4−) свободно фильтруются в клубочках, а затем реабсорбируются в проксимальном отделе канальца посредством механизма вторичного активного транспорта (две трети), а также в дистальных отделах. В целом этот процесс находится под контролем паратиреоидного гормона и выведение фосфатов составляет всего лишь 10–20 % от фильтруемого количества.

Следует отметить, что реабсорбция характеризуется высокой селективностью: ее степень для разных веществ может колебаться

в значительном диапазоне — от 0 (для креатина) до почти 100 % (для глюкозы). Это соединение свободно фильтруется в клубочке. Однако во вторичной моче ее, как правило, нет. Существенно, что реабсорбция глюкозы осуществляется против концентрационного градиента, что позволяет обеспечивать ее возврат из первичной мочи в объеме до 99,9 %. Перенос глюкозы осуществляется против электрохимического градиента, но непосредственно на его функционирование энергия не затрачивается, косвенно зависит от Na+/K+-насоса.

Сопряженный (вторичный активный) транспорт — механизм переноса, например, глюкозы, осуществляемый с помощью специального Na+-зависимого переносчика при участии активного транспорта (Na+/K+-насос). Порог реабсорбции — величина концентрации вещества в крови, при которой оно не может полностью реабсорбироваться и появляется в моче (для глюкозы — 10 ммоль/л). Глюкозурия — появление глюкозы в моче. Этот феномен обусловлен тем, что концентрация глюкозы в первичной моче имеет высокий уровень, который превышает возможности реабсорбции, и ее невсасывающаяся часть остается в моче. В обычных условиях, даже после приема богатой углеводами пищи, уровень глюкозы не достигает пороговой величины. При заболеваниях с высоким уровнем глюкозы и большой нагрузкой на канальцевую реабсорбцию, превышающей возможности транспорта, например сахарном диабете, это вещество появляется во вторичной моче. Через данный механизм реабсорбируется и ряд других веществ: аминокислоты, сульфаты, фосфаты, ураты, лактаты (75 мг/мин). В обычных условиях величина максимального транспорта глюкозы составляет у мужчин 375 мг/мин, у женщин — 303 мг/мин на 1,73 м2 поверхности тела.

Некоторое количество белков попадает в первичную мочу через клубочковый фильтр. Тем не менее это небольшое количество белка практически полностью реабсорбируется (96 %) через механизм эндоцитоза. Так, содержание альбумина в фильтрате за сутки составляет около 4 г, но в моче его суточное количество, как правило, не более 35 мг.

11.8. Канальцевая секреция

Секреция — транспорт веществ эпителиальными клетками канальцев в просвет канальцев нефрона. В извитой части проксимального отдела нефрона происходит преимущественно секреция органических оснований, в прямой — органических кислот, в конечных отделах — калия и водорода.

Секреция в проксимальном отделе канальцев:ионы K+;

органические кислоты;органические основания (холин, тиамин, гуанидин и др.);парааминогиппуровая кислота.

Вторичная моча, как правило, имеет кислое значение рН, что обусловлено секрецией Н+ в просвет почечных канальцев.

Впроксимальном отделе водородные протоны (Н+) поступают

впросвет за счет Na+/H+-обмена и H+-АТФазы. В результате выхода H+ из клетки в ней образуется ОН−, который, взаимодействуя

с СО2, образует гидрокарбонат, поступающий в кровь. Значительная часть Н+ связывается с фосфатным буфером, образуя H2PO4− (10–30 ммоль/л).

Вклетках проксимального отдела почечного канальца происходит образование NH4+ из глютамина, который затем попадает

впросвет канальца. Однако около 60–70 % NH4+ реабсорбируется на участке восходящей петли Генле, затем его часть вновь возвращается в жидкость вторичной мочи в собирательной трубочке.

Вцелом около 80 % секретируемого аммиака попадает в конечную мочу. Выделение в просвет канальцев протонов Н+ обеспечивает реабсорбцию бикарбоната.

Для оценки процессов секреции используют парааминогиппуровую кислоту, диодраст. Эти вещества содержатся в крови, не фильтруются в клубочках, но выделяются непосредственно в просвет почечных канальцев. Так как эти вещества практически полностью секретируются и соответственно полностью извлекаются из крови, то они могут быть использованы для измерения величины почечного кровотока. Парааминогиппуровая кислота — вещество, широко используемое для оценки процессов секреции.