Физиология выделительной системы
Конечные продукты обмена веществ, выделяемые из организма, называются экскретами, а органы, обеспечивающие их выведение в окружающую среду, экскреторными, или выделительными.
Процессы выделения осуществляются почками, легкими, желудочно-кишечным трактом, печенью, кожей.
Легкие удаляют почти весь углекислый газ, образующийся в организме.
Желудочно-кишечный тракт и печень обеспечивают выделение лекарственных и ядовитых веществ (морфий, хинин, салицилаты, ртуть, йод), конечных продуктов обмена (мочевина, мочевая кислота, желчные пигменты, желчные кислоты), солей тяжелых металлов, чужеродных органических соединений и непереваренных остатков пищи в виде каловых масс.
Кожа выполняет экскреторную функцию за счет наличия в ней потовых желез. Главным выделительным органом являются почки, которые выводят с мочой большую часть конечных продуктов обмена, главным образом, содержащих азот.
Функции почек направлены на поддержание гомеостаза (гомеокинеза) — постоянства объема и состава внутренней среды организма. Различают выделительную (экскреторную) и невыделительные функции почек. Главная функция почек — выделительная. Она обеспечивает удаление из организма конечных продуктов распада веществ, излишков воды, солей, вредных и некоторых лекарственных веществ.
Невыделительные функции почек (метаболическая, защитная, инкреторная) связаны с их деятельностью в поддержании гомеостаза. Поддержание гомеостаза почками обусловлено их участием в регуляции ионного состава крови, кислотно-основного состояния крови (рН), водного баланса, осмотического давления, гемостатических реакций организма.
Метаболическая функция обеспечивает постоянный уровень содержания в крови белков, углеводов, липидов. Защитная функция почек связана с экскрецией ими чужеродных и вредных для организма веществ. Инкреторная функция почек обусловлена образованием эритрогенина (вещества, регулирующего образование эритроцитов), проренина (вещества, регулирующего сосудистый тонус и секрецию альдостерона надпочечниками) и др.
Строение почек
На продольном разрезе почки различают корковый (наружный) и мозговой слои. При микроскопическом изучении она состоит из большого числа функциональных элементов — нефронов.
Нефрон состоит их двух частей: сосудистого клубочка и канальцев. Несколько канальцев открываются в собирательную трубочку. Сосудистый клубочек представляет собой сеть капилляров, на которые распадается приносящая артериола. При слиянии они образуют выносящую артериолу, по которой кровь оттекает от клубочка. Сосудистый клубочек находится в капсуле Боумена. Стенка капсулы состоит из двух слоев, между которыми находится небольшая щель — полость, представляющая собой начальный слепой отдел мочевого канальца.
В нефроне выделяют следующие отделы: 1) мальпигиево тельце (сосудистый клубочек и окружающая его капсула Боумена); 2) проксимальный сегмент (проксимальный извитой и прямой канальцы); 3) тонкий сегмент (тонкое нисходящее и восходящее колено петли Генле); 4) дистальный сегмент (толстое восходящее колено петли Генле, дистальный извитой и связующий каналец).
Дистальные извитые канальцы нефронов контактируют с выносящими артериолами клубочков этих нефронов. Место контакта этих структур называется юкстагломерулярным комплексом. В его составе различают собственные юкстагломерулярные клетки, окружающие приносящую артериолу; клетки, располагающиеся между приносящей и выносящей артериолами, а также часть клеток стенки дистального извитого канальца. Клетки юкстагломерулярного комплекса обладают фагоцитарной активностью, и в них происходит образование предшественника биологически активного вещества — ренина.
Особенность кровоснабжения почек
Кровь почки получают из почечной артерии. Для почек характерны две сети капилляров: сеть капилляров сосудистого клубочка и сеть капилляров, на которые распадается выносящая артериола, оплетающая почечные канальцы.
Современная теория образования мочи
Моча образуется из плазмы крови, протекающей через почки в нефронах, которые являются структурно-функциональной единицей почек. В почке не вырабатываются составные части мочи (за исключением аммиака, гиппуровой кислоты), а содержатся лишь те соединения, которые приносятся током крови. Однако состав конечной мочи существенно отличается от состава циркулирующей крови.
В настоящее время мочеобразование рассматривают как сложный процесс, состоящий из трех этапов: клубочковая фильтрация, канальцевая реабсорбция и секреция.
Клубочковая фильтрация происходит в капсуле Боумена и заканчивается образованием жидкости с малым содержанием белка, сходной по химическому составу с плазмой крови — первичная моча. На процесс клубочковой фильтрации влияют структура фильтрующей мембраны (эндотелиальные клетки, базальная мембрана, эпителиальные клетки — подоциты), ее площадь, соотношение гидростатического давления в капиллярах клубочка и капсуле Боумена, онкотическое давление плазмы крови. Особенности строения фильтрующей мембраны (наличие пор в эндотелии и базальной мембране, отрицательный заряд базальной мембраны, щелевые мембраны подоцитов) обеспечивают отсеивание крупных частиц и избирательно задерживают молекулы растворенного вещества определенного размера, то есть процесс ультрафильтрации. Площадь фильтрующей мембраны определяет объемную скорость фильтрации. Препятствуют фильтрации онкотическое давление недифундирующих белков плазмы крови
(30 мм.рт.ст.) и гидростатическое давление в полости капсулы Боумена
(20 мм.рт.ст.) Таким образом, сила фильтрации будет равна разности между гидростатическим давлением в капиллярах клубочка и суммой онкотического давления белков плазмы и гидростатического давления в капсуле Боумена (70 - [30+20]).
Канальцевая реабсорбция — это обратное всасывание в кровь из фильтрата значительного количества воды и ряда растворенных веществ. Реабсорбция обеспечивается разностью гидростатического давления (30 мм рт.ст.) и коллоидно-осмотическим давлением (40 мм.рт.ст.) в капиллярах канальцев, а также сложными активными и пассивными транспортными процессами, происходящими в клеточной мембране. Так, глюкоза всасывается в проксимальных отделах канальцев, хлориды — в дистальных, вода — на протяжении всего канальца, и в дистальных отделах этот процесс выражен в 2 раза сильнее, чем в проксимальных.
Канальцевая секреция является результатом деятельности клеток канальцев и отражает переход некоторых веществ из крови в нефрон. Возможны два варианта секреции: 1) клетки эпителия нефрона захватывают некоторые вещества из крови и межклеточной жидкости и переносят их в просвет канальца; 2) выделение в просвет канальца новых органических веществ, синтезированных в клетках нефрона, а также ионов аммония и водорода. Секреция может быть активной и пассивной. Активной секреции, например, подвергаются органические кислоты, контрастные вещества, производные йода, пенициллина. Из продуктов белкового метаболизма у человека активной секреции подвергается креатинин. Возможна пассивная секреция веществ, которые растворяются в жирах и диффундируют через липидный слой мембраны канальцев клеток. По электростатическому градиенту в дистальных отделах нефрона осуществляется секреция ионов калия.
Следовательно, жидкость, образующаяся в нефроне из плазмы крови в процессе фильтрации, реарбсорбции, секреции и выделяющаяся из собирательных трубочек в почечную лоханку, является конечной мочой.