Органы и процессы выделения

Функция выделения веществ из внутренней среды организма осуществля­ется почками, желудочно-кишечным трактом, легкими, кожей и слизисты­ми оболочками, слюнными железами. Реализуемые ими процессы выделе­ния находятся в координированной взаимосвязи и поэтому функциональ­но эти органы объединяют понятием выделительная система организма (рис. 14.1). Между органами выделения существуют функциональные и ре­гуляторные взаимосвязи, в результате чего сдвиг функционального состоя­ния одного из органов выделения меняет активность другого в пределах единой выделительной системы. Так, например, при избыточном выведе­нии жидкости через кожу путем потоотделения при высокой температу­ре —- снижается объем мочеобразования, при уменьшении экскреции азо­тистых соединений с мочой — увеличивается их выведение через желудоч­но-кишечный тракт, легкие и кожу.

14.1.1. Выделительная функция кожи

Выделительная функция кожи, непосредственно контактирующей с внеш­ней средой большой площадью поверхности, преимущественно обеспечи­вается деятельностью потовых и, в меньшей степени, сальных желез. В среднем у человека за сутки выделяется от 300 до 1000 мл пота, что за­висит от температуры окружающей среды и интенсивности энергетическо­го метаболизма. Составы пота и плазмы крови отличаются, поскольку пот является не простым фильтратом плазмы, а секретом потовых желез. С по­том из организма выводится в покое до ^!/₃ общего количества экскретируе-

Внешняя среда

 

Моча

Рис. 14.1. Выделительная система организма.

 

Органы выделения (кожа, легкие, слюнные железы, печень и желудочно-кишечный тракт, почки) выводят из внутренней среды организма во внешнюю среду метаболиты и ксенобиоти­ки в составе секретов и экскретов.

мой воды, 5—7 % всей мочевины, мочевая кислота, креатин, хлориды, на­трий, калий, кальций, органические вещества, липиды, микроэлементы. Через кожу может выделяться даже больше кальция, чем выводится с мо­чой. При недостаточности функции почек или печени возрастает выделе­ние через кожу веществ, обычно экскретируемых с мочой, — мочевины, ацетона, желчных пигментов и др. С потом выделяются пепсиноген, ами­лаза и щелочная фосфатаза, отражая тем самым функциональное состоя­ние органов пищеварения.

Регуляция потоотделения осуществляется симпатическими холинерги­ческими влияниями, а также гормонами — вазопрессином, альдостероном, гормонами щитовидной железы и половыми стероидами.

Секрет сальных желез на ²/₃ состоит из воды, а ^г/₃ составляют неомыляе­мые соединения — холестерин, сквален (алифатический углеводород), ана­логи казеина, продукты обмена половых гормонов, кортикостероидов, ви­таминов и ферментов. В выделительной системе сальные железы не имеют большой значимости, так как за сутки выделяется всего лишь около 20 г секрета. Регуляция сальных желез осуществляется в основном половыми и надпочечниковыми стероидами.

14.1.2. Выделительная функция печени и пищеварительного тракта

Выделительная функция печени реализуется за счет образования и секре­ции в ней желчи. За сутки печень секретирует от 500 до 2000 мл желчи, но большая часть ее объема затем реабсорбируется в желчном пузыре и ки­шечнике. С желчью из организма экскретируются конечные продукты об­мена гемоглобина и других порфиринов в виде желчных пигментов, конеч­ные продукты обмена холестерина — в виде желчных кислот. Несмотря на всасывание в кишечнике и обратный транспорт в печень с кровью ворот­ной вены, часть этих веществ покидает организм с фекальными массами. В составе желчи из организма выделяются тироксин, мочевина, кальций и фосфор, а также вещества, поступающие в организм: лекарственные пре­параты, ядохимикаты и др. В желчном пузыре происходит обратное всасы­вание в кровь воды и растворенных в ней веществ, прежде всего электро­литов. Этот процесс приводит к концентрированию желчи и регулируется гормоном вазопрессином, повышающим проницаемость стенки желчного пузыря.

Выделительная функция желудка обеспечивает выведение в составе же­лудочного сока продуктов метаболизма (мочевины, мочевой кислоты), ле­карственных и ядовитых веществ (ртуть, йод, салицилаты, хинин).

Выделительная функция кишечника состоит, во-первых, в выделении продуктов распада пищевых веществ, не подвергшихся всасыванию в кровь и представляющих излишние или вредные для организма соедине­ния. Во-вторых,, кишечник экскретирует вещества, поступившие в его про­свет с пищеварительными соками (желудочным, поджелудочным) и жел­чью. При этом многие из них в кишечнике подвергаются метаболизму и с калом выделяются не сами вещества, а их метаболиты, например метабо­литы билирубина желчи. В-третьих, стенка кишечника способна экскрети­ровать из крови ряд веществ, среди которых особое значение имеет экс­креция плазменных белков. При чрезмерности этого процесса возникает избыточная потеря организмом белка, ведущая к патологии. Из крови ки­шечный эпителий экскретирует соли тяжелых металлов, магний, почти по­ловину всего выделяемого организмом кальция. Вместе с экскрементами кишечником выделяется и некоторое количество воды (в среднем около 100 мл/сут).

14.1.3. Выделительная функция легких и верхних дыхательных путей

Процессы газообмена, происходящие в легких, обеспечивают удаление из внутренней среды организма летучих метаболитов и экзогенных веществ — углекислого газа, аммиака, ацетона, этанола, метилмеркаптана и др. Кро­ме того, за счет мерцательного эпителия удаляются продукты обмена ве­ществ самой легочной ткани и эпителия воздухоносных путей, например продукты деградации сурфактанта. Легкие выделяют в просвет дыхатель­ных путей небольшие количества белка, в том числе гамма-глобулинов, обладающих сродством к легочной ткани, а также входящих в состав сек­рета желез бронхиального дерева. Через слизистую оболочку дыхательных путей испаряется значительное количество воды (от 400 мл в покое до 1 л при усиленном дыхании), а при повышении проницаемости аэрогематиче- ского барьера из крови могут в избытке выделяться пурины, аденозин- и гуанозинмонофосфаты. Гиперсекреция желез слизистой оболочки верхних дыхательных путей имеет место при нарушениях выделительной функции почек, в этом случае через слизистую оболочку выделяется много мочеви­ны, которая, разлагаясь, образует аммиак, определяющий соответствую­щий запах изо рта.

Функции почек

Функции почек многообразны, при этом часть из них связана с процес­сами выделения, в которых почки играют ведущую роль, другая же часть подразумевает невыделительные функции почек. Почки участвуют в регу­ляции:

1) водного баланса организма и, соответственно, объемов вне- и внут­риклеточных водных пространств, поскольку меняют количество вы­водимой с мочой воды;

2) ионного баланса и состава жидкостей внутренней среды путем изби­рательного изменения экскреции ионов с мочой;

3) постоянства осмотического давления жидкостей внутренней среды за счет изменения количества выводимых осмотически активных ве­ществ (солей, мочевины, глюкозы и др.);

4) кислотно-основного баланса, путем изменения экскреции водород­ных ионов, нелетучих кислот и оснований;

5) метаболизма белков, липидов, углеводов, нуклеиновых кислот и дру­гих органических соединений, во-первых, за счет изменений экскре­ции продуктов метаболизма и избытка соединений, поступивших с пищей или образовавшихся в организме, во-вторых, благодаря собст­венной метаболической функции (синтез аммиака и мочевины, но­вообразование глюкозы, гидролиз белков и липидов, синтез фермен­тов, простаноидов и т. п.);

6) циркуляторного гомеостазиса, путем регуляции обмена электроли­тов, объема циркулирующей крови, внутренней секреции гормонов, регулирующих функции сердечно-сосудистой системы, — ренина, кальцитриола и др., а также экскреции катехоламинов и других гор­мональных регуляторов системы кровообращения;

7) эритропоэза, за счет внутренней секреции эритропоэтина — гумо­рального регулятора эритрона;

8) гемостаза, путем образования гуморальных регуляторов свертывания крови и фибринолиза (урокиназы, тромбопластина, тромбоксана и простациклина) и участвуя в обмене физиологических антикоагулян­тов (гепарина).

Экскретируя из внутренней среды чужеродные и вредные вещества, почки выполняют защитную функцию. Таким образом, выделяют следую­щие функции почек: экскреторную, гомеостатическую, метаболическую, инкреторную и защитную. Основной функцией почек, обеспечивающей ве­дущую роль в выделительной системе организма, является образование и выделение мочи.

14.2.1. Механизмы мочеобразования

Моча образуется в почках из плазмы крови, причем почка относится к наиболее интенсивно кровоснабжаемым органам — ежеминутно через поч­ку проходит */₄ всего объема крови, выбрасываемой сердцем, при этом объем кровотока в коре почки, где происходит фильтрация плазмы крови и образование первичной мочи, составляет свыше 90 % общего почечного кровотока. Основной структурно-функциональной единицей почки, обес­печивающей образование мочи, является нефрон. В почке человека нахо­дится около 1,2 млн. нефронов. Однако не все нефроны функционируют в почке одновременно, существует определенная периодичность активности отдельных нефронов, когда часть из них функционирует, а другие нет. Эта периодичность обеспечивает надежность деятельности почки за счет функ­ционального дублирования. В связи с этим важным показателем функцио­нальной активности почки является масса действующих нефронов в кон­кретный момент времени.

Нефрон состоит из нескольких последовательно соединенных отделов (рис. 14.2), располагающихся в корковом и мозговом веществе почки.

Сосудистый клубочек, или мальпигиево тельце, является структурой, где происходит процесс ультрафильтрации плазмы крови через фильтрацион­ный барьер и образование первичной мочи (рис. 14.3). Он расположен в корковом веществе, имеет около 50 капиллярных петель, связанных друг с другом и подвешенных как на брыжейке с помощью мезангия, состоящего из волокнистых структур и мезангиальных клеток. Снаружи клубочки по­крыты двухслойной капсулой Боумена—Шумлянского. Висцеральный лис­ток этой капсулы покрывает капилляры клубочка и состоит из эпителиаль­ных отростчатых клеток — подоцитов. Отростки подоцитов (большие и ма­лые), называемые педикулами, покрывают всю поверхность капилляров, тесно переплетаясь друг с другом и оставляя межпедикулярные простран­ства не более 30 нм. Пространства заполнены фибриллярными структура­ми, образующими щелевую диафрагму, формирующую решетку или сито с диаметром пор около 10 нм. Наружный или париетальный листок капсулы состоит из базальной мембраны, покрытой кубическими эпителиальными клетками, переходящими в эпителий канальцев. Между двумя листками капсулы, расположенными наподобие чаши, имеется щель или полость капсулы, в которую происходит ультрафильтрация плазмы крови. Полость капсулы переходит в просвет главного или проксимального отдела ка­нальцев.

Стенка всех канальцев нефрона, где по мере продвижения мочи проис­ходит обратное всасывание в кровь воды и различных веществ (реабсорб­ция), а также секреция веществ из крови в мочу, состоит из эпителиаль­ных клеток, расположенных на базальной мембране (рис. 14.4). По строе­нию и функции у этих клеток выделяют апикальную, или люминальную, мембрану, обращенную в просвет канальца, и базолатеральную мембрану. Канальцевый аппарат нефрона подразделяют на несколько отделов.

Главный, или проксимальный, отдел канальцев, начинающийся от полос­ти капсулы извитой частью, которая затем переходит в прямую часть ка­нальца. Клетки проксимального отдела на апикальной мембране имеют щеточную каемку из микроворсин, покрытых гликокаликсом. Прокси­мальный отдел расположен в корковом веществе, где переходит в петлю Генле.

Тонкий нисходящий отдел петли Генле, который покрыт плоскими клет­ками с щелевидными пространствами в цитоплазме шириной до 7 нм,

 

Рис. 14.2. Типы и структура нефронов.

 

1 — клубочек интракортикального нефрона; 2 — клубочек юкстамедуллярного нефрона; 3 — петля Генле интракортикального нефрона; 4 — петля Генле юкстамедуллярного нефрона; 5 — проксимальные извитые канальцы; 6 —дистальные извитые канальцы; 7 — собирательные трубочки; 8 — капиллярная сеть интракортикального нефрона; 9 — прямые капиллярные сосу­ды юкстамедуллярного нефрона; 10 — артерии и артериолы; 11 — венулы и вены.

Интракортикальные нефроны имеют короткие петли Генле, выносящая артериола клубочка образует густую капиллярную сеть вокруг канальцев. Юкстамедуллярные нефроны имеют длинные петли Генле, спускающиеся вглубь мозгового вещества к почечному сосочку и обра­зующие канальцевую противоточную систему почки, а выносящие артериолы клубочка фор­мируют в мозговом веществе почки прямые нисходящие и восходящие капиллярные сосуды, образующие сосудистую противоточную систему.

спускающийся в мозговое вещество почки, где поворачивает на 180° и пе­реходит в тонкую восходящую часть, соединяющуюся с дистальным отде­лом канальцев.

Дистальный отдел канальцев, состоящий из толстой восходящей части петли Генле или прямого отдела и извитой части. Восходящая часть по­крыта клетками, напоминающими клетки проксимального отдела, но ли­шенными щеточной каемки. Восходящая часть дистального канальца вновь входит в кору почки, подходит к клубочку и обязательно соприкаса­ется с его полюсом между приносящей и выносящей артериолами. Здесь эпителий канальца становится цилиндрическим, ядра клеток — гипер- хромными, этот участок выглядит темным, плотным, что и дало ему назва­ние macula densa — плотное пятно. Поскольку непрерывная базальная мембрана здесь отсутствует и клетки эпителия канальца имеют тесный

 

Рис. 14.3. Схема строения клубочка.

А — схематическое изображение клубочка в целом, Б — фрагмент трехслойного фильтрацион­ного барьера, В — увеличенный участок фильтрационного барьера. Отчетливо выявляются три слоя барьера: эндотелий капилляра клубочка, базальная мембрана и клетки висцерального ли­стка капсулы Боумена—Шумлянского (подоциты). Фильтрация воды с растворенными в ней веществами происходит из плазмы крови капилляра клубочка через фенестры эндотелия, по­ры базальной мембраны и щелевые диафрагмы между ножками подоцитов. Все эти структуры фильтрационного барьера имеют отрицательный заряд.

 

Из просвета канальца через люминальную мембрану клеток эпителия канальца происходит процесс реабсорбции воды и веществ, содержащихся в первичной моче. Поступившие в клет­ки вещества далее транспортируются через базолатеральные мембраны. Выведение через базо­латеральные мембраны натрия в интерстициальную жидкость способствует повышению ее ос­мотического давления и обеспечивает осмотический транспорт воды. Из интерстициальной жидкости вода и вещества всасываются в кровь перитубулярных капилляров. Клетки эпителия канальцев обладают также способностью захватывать вещества из кровеносных перитубуляр­ных капилляров и затем секретировать их в просвет канальца через люминальные мембраны.

контакт с гранулированными миоэпителиоидными клетками артериолы клубочка (юкстагломерулярными клетками), плотное пятно является структурой юкстагломерулярного аппарата почки. Дистальные извитые ка­нальцы через короткий связующий отдел впадают в коре почек в следую­щий отдел нефрона — собирательные трубки.

Собирательные трубки спускаются из коры почек вглубь мозгового ве­щества, где их эпителий из кубического становится цилиндрическим. Тем­ные цилиндрические эпителиальные клетки дистальных отделов собира­тельных трубок богаты карбоангидразой и обеспечивают секрецию ионов водорода. В глубине мозгового вещества в области вершин пирамид соби­рательные трубки сливаются в выводные протоки, открывающиеся в по­лость лоханки.

По особенностям локализации клубочков в коре почек, строения ка­нальцев и особенностям кровоснабжения различают три типа нефронов: суперфициальные, интракортикалъные и юкстамедуллярные (см. рис. 14.2).

Суперфициальные нефроны имеют поверхностно расположенные в ко­ре клубочки, наиболее короткую петлю Генле, их 20—30 %. Интракорти- кальные нефроны, клубочки которых расположены в средней части коры почки, наиболее многочисленны (60—70 %) и выполняют основную роль в процессах ультрафильтрации мочи. Диаметр их приносящей артериолы больше, чем у выносящей, ветви последней дают густую сеть капилляров в корковом и мозговом веществе. Юкстамедуллярных нефронов значительно меньше (10—15 %), клубочки их расположены у границы коркового и моз­гового вещества почки, выносящие артериолы шире приносящих, петли Генле самые длинные и спускаются почти до вершины сосочка пирамид. Выносящие артериолы образуют прямые капиллярные нисходящие и вос­ходящие сосуды, идущие в глубину мозгового вещества параллельно пет­лям Генле. Юкстамедуллярные нефроны играют ведущую роль в процессах концентрирования и разведения мочи.

Механизм мочеобразования складывается из трех основных процессов:

• клубочковой ультрафильтрации из плазмы крови воды и низкомоле­кулярных компонентов с образованием первичной мочи;

• канальцевой реабсорбции (обратного всасывания в кровь) воды и не­обходимых для организма веществ из первичной мочи;

• канальцевой секреции ионов, органических веществ эндогенной и экзогенной природы.

14.2.1.1. Клубочковая ультрафильтрация и ее регуляция

Процесс клубочковой ультрафильтрации (далее просто фильтрация) осу­ществляется под влиянием физико-химических и биологических факторов через структуры гломерулярного фильтра, находящегося на пути выхода жидкости из просвета капилляров клубочка в полость капсулы Боумена— Шумлянского. Гломерулярный фильтр состоит из 3 слоев: эндотелия капил­ляров, базальной мембраны и эпителия висцерального листка капсулы или подоцитов (см. рис. 14.3). Эндотелий капилляров пронизан отверстиями диаметром до 100 нм. На поверхности эндотелия находится особая выстил­ка отрицательно заряженными молекулами гликопротеинов, мешающая доступу форменных элементов и крупных молекул, в том числе и белков, к лежащей под эндотелием базальной мембране. Базальная мембрана являет­ся основной частью фильтра, препятствующей проникновению из плазмы крови крупномолекулярных соединений (белков). При этом не только раз­мер пор мембраны (около 2,9 нм), но и их отрицательный заряд противо­действуют прохождению молекул с отрицательным зарядом, например аль­буминов. Базальная мембрана довольно быстро «изнашивается» за счет не­прерывного процесса фильтрации, и ее элементы постоянно восстанавли­ваются с помощью мезангиальных клеток, при этом в течение года проис­ходит полная замена ее основного вещества. Третий слой фильтра образо­ван отростками подоцитов, между которыми остаются щелевые диафрагмы с диаметром пор около 10 нм, поры покрыты гликокаликсом, оставляю­щим отверстия радиусом около 3 нм. Эта часть фильтра также несет отри­цательный заряд.

Поскольку подоциты содержат внутри отростков — педикул актомиози­новые миофибриллы, они могут сокращаться и расслабляться, действуя как микронасосы, откачивающие фильтрат в полость капсулы. Эта актив­ность подоцитов составляет один из биологических факторов обеспечения процесса фильтрации, к числу которых относится также сокращение и расслабление мезангиальных клеток, изменяющих тем самым площадь по­верхности клубочкового фильтра.

Физико-химические факторы обеспечения фильтрации представлены от­рицательным зарядом структур фильтра и фильтрационным давлением, яв­ляющимся основной причиной фильтрационного процесса.

Фильтрационное давление — это сила, обеспечивающая движение жидко-

 

Приносящая артериола

 

При сужении выносящей артериолы гидростатическое давление растет и скорость клубочко­вой фильтрации (СКФ) повышается, а при сужении приносящей артериолы гидростатическое давление и СКФ падают.

сти с растворенными в ней веществами из плазмы крови капилляров клу­бочка в просвет капсулы. Эта сила создается гидростатическим давлением крови в капилляре клубочка. Препятствующими фильтрации силами явля­ются онкотическое давление белков плазмы крови (так как белки почти не проходят через фильтр) и давление жидкости (первичной мочи) в полости капсулы клубочка. Таким образом, фильтрационное давление (ФД) пред­ставляет собой разность между гидростатическим давлением крови в ка­пиллярах (Рг) и суммой онкотического давления плазмы крови (Ро) и дав­ления первичной мочи (Рм) в капсуле: ФД - Рг — (Ро + Рм). По ходу ка­пилляров клубочка от приносящего к выносящему отделу гидростатиче­ское давление снижается за счет сосудистого сопротивления, а онкотиче­ское давление плазмы, благодаря потере фильтрующейся воды и сгуще­нию, возрастает. Гидростатическое давление крови в приносящей части капилляров клубочка высокое, примерно 50—60 мм рт. ст., т. е. выше, чем в капиллярах других тканей. Это связано, во-первых, с тем, что капилляры клубочка находятся близко к аорте (короткие почечные и внутрипочечные артерии), и, во-вторых,—диаметр приносящих артериол клубочка больше, чем у выносящих. Гидростатическое давление в выносящей части капилля­ров ниже на 2—5 мм рт. ст. Гидростатическое давление увеличивается или снижается при изменении соотношения диаметров приносящей и вынося­щей артериол, что является ведущим механизмом регуляции процесса фильтрации (рис. 14.5). Онкотическое давление белков плазмы крови в приносящей части капилляров клубочка около 25 мм рт. ст., а в вынося­щей части капилляров, благодаря фильтрации из плазмы воды, оно возрас­тает до 35—40 мм рт.ст. Давление первичной мочи в капсуле Боумена— Шумлянского примерно равно 15—20 мм рт. ст. Таким образом, ФД в приносящей части капилляров клубочка составляет в среднем: 60 — (25 + 15) = 20 мм рт. ст. В выносящей части капилляров фильтрации практиче­ски не происходит, так как ФД равно: 58 — (40 + 15) = 3 мм рт. ст.

Основной количественной характеристикой процесса фильтрации явля­ется скорость клубочковой фильтрации (СКФ). СКФ — это объем ультра­фильтрата или первичной мочи, образующийся в почках за единицу време­ни. Эта величина зависит от нескольких факторов: 1) от объема крови, точнее плазмы, проходящей через корковое вещество почек в единицу вре­мени, т. е. почечного плазмотока, составляющего в среднем у здорового человека массой 70 кг около 600 мл/мин; 2) фильтрационного давления, обеспечивающего сам процесс фильтрации; 3) фильтрационной поверхно­сти, которая равна примерно 2—3 % от общей поверхности капилляров клубочка (1,6 м²) и может изменяться при сокращении подоцитов и мезан­гиальных клеток; 4) массы действующих нефронов, т. е. числа клубочков, осуществляющих процесс фильтрации в определенный промежуток вре­мени.

В физиологических условиях СКФ поддерживается на довольно посто­янном уровне (несмотря на изменения системного артериального давле­ния) за счет механизмов ауторегуляции. К их числу относятся: 1) миоген- ная ауторегуляция тонуса приносящих артериол по принципу феномена Остроумова—Бейлиса; 2) канальцево-клубочковая обратная связь, приво­дящая к изменению соотношения тонуса приносящих и выносящих арте­риол клубочка. Вовлечение в регуляцию механизма обратной связи обу­словлено изменением доставки с фильтратом в область плотного пятна (macula densa) ионов натрия и хлора, что ведет к изменению продукции в ЮГА гуморальных регуляторов: аденозина (суживающий афферентные ар­териолы фактор), NO (дилатирующий артериолы фактор), ренина и ангио- тензина-П, кининов и простагландинов (рис. 14.6); 3) изменения числа функционирующих нефронов. Первые два механизма поддерживают по­стоянство кровотока в клубочках и фильтрационное давление, гумораль­ные регуляторы могут менять площадь фильтрационной поверхности и функции подоцитов, третий механизм определяет конечный эффект ауто­регуляции СКФ в органе, что в итоге обеспечивает постоянство объема об­разуемой первичной мочи.

СКФ определяют в результате сопоставления концентрации определен­ного вещества в плазме крови и моче. При этом используемое вещество должно выделяться вместе с водой только путем фильтрации и не всасы­ваться в нефроне обратно в кровь. Таким условиям больше всего соответ­ствует полисахарид фруктозы инулин. Исходя из концентрации инулина в плазме [Пин], и, определив его концентрацию в определенном объеме (V) конечной мочи [Мин], рассчитывают, какой объем первичной мочи соот­ветствует найденной концентрации инулина. Насколько выросла концен­трация инулина в конечной моче по сравнению с его концентрацией в плазме, во столько раз больше объем профильтровавшейся плазмы (т. е. первичной мочи) объема конечной мочи. Этот показатель получил назва­ние «клиренса» инулина или коэффициента очищения и рассчитывается по формуле:

_{Син =} Мин^умочи _{= скф (мл/мин) (}
показывающей, в каком объеме плазмы крови в единицу времени выдели-
лось в мочу найденное количество инулина или какой объем плазмы «очи-
стился» от инулина. По мере прохождения мочи по канальцам вода всасы-

 

Увеличение загрузки канальцев натрием и хлоридом

Увеличение реабсорбции натрия и хлорида клетками - macula densa

 

Рис. 14.6. Канальцево-клубочковая обратная связь как механизм ауторегуляции клубочковой фильтрации.

Сплошные стрелки указывают последовательность реакций, штриховые стрелки ■—участки нефрона, где происходит соответствующий процесс. В качестве примера приведен случай пер­вичного повышения гидростатического давления в капиллярах клубочка при расширении при­носящей артериолы. В результате повышенного гидростатического давления растут скорость клубочковой фильтрации, объем образующейся первичной мочи и скорость ее продвижения по канальцам. При повышенной скорости тока мочи в проксимальных канальцах не успевает реабсорбироваться должная часть профильтровавшихся натрия и хлорида, соответственно, увеличивается загрузка дистальных отделов канальцев натрием и хлоридом и их реабсорбция клетками macula densa. Последние увеличивают синтез и секрецию в кровь аденозина, побуж­дают юкстагломерулярные клетки к активации синтеза и секреции ренина. Поступающий в кровь аденозин, равно как и образующийся в ней под влиянием ренина ангиотензин, вызыва­ют сужение приносящей артериолы клубочка, снижение гидростатического давления и восста­новление скорости клубочковой фильтрации.

вается обратно в кровь и концентрация инулина растет, что и находят в конечной моче.

Поскольку инулин в организме отсутствует, для определения СКФ его необходимо капельно вводить в кровоток, создавая постоянную концен­трацию. Это затрудняет исследование, поэтому в клинике обычно исполь­зуют эндогенное вещество креатинин, концентрация которого в крови до­вольно стабильна.

Таблица 14.1. Основные гуморальные влияния на процессы мочеобразовання

Процесс	Увеличивают	Уменьшают
Клубочковая	Простагландины — PGE2 и простациклин	Норадреналин и адреналин
фильтрация	Атриопептид Оксид азота Прогестерон Гл юкокорти коид ы Окситоцин Глюкагон Т-3 и Т-4 Паратирин Хорионический гонадотропин Допамин Брадикинин	Ангиотензин-П Аденозин Вазопрессин Тромбоксан А2 Лейкотриены Эндотелии
Канальцевая	Вазопрессин	Простагландины
реабсорбция	Пролактин	Атриопептид
воды	Ангиотензин-П Инсулин Эстрогены Хорионический гонадотропин	Кинины Паратирин Кальцитриол Т-3 и Т-4 Эпифизарный экстракт

 

Сравнивая клиренс инулина с клиренсом других веществ, определяют процессы, участвующие в выделении этих веществ с мочой. Если клиренс определенного вещества равен клиренсу инулина, значит вещество выде­ляется почками только путем фильтрации в клубочках. Если клиренс ве­щества больше клиренса инулина, следовательно, вещество выделяется не только за счет фильтрации, но и секрецией эпителием канальцев. Если клиренс вещества меньше, чем у инулина,— вещество после фильтрации реабсорбируется в канальцах.

В норме СКФ составляет у мужчин около 125 мл/мин, а у женщин — ПО мл/мин. В сутки образуется около 180 л первичной мочи, а за 25 мин фильтруется примерно 3 л плазмы крови, т. е. весь циркулирующий ее объем. За сутки этот объем плазмы крови фильтруется, т. е. очищается, примерно 60 раз. Так как объем конечной мочи составляет около 1,5 л в сутки, очевидно, что из объема первичной мочи за это время всасывается в канальцах обратно в кровь примерно 178,5 л жидкости.

Поскольку первичная моча (клубочковый ультрафильтрат) образуется из плазмы крови, по своему составу она близка плазме, почти полностью лишенной белков. Так, в ультрафильтрате такое же, как в плазме крови, количество аминокислот, глюкозы, мочевины, креатинина, свободных ио­нов и низкомолекулярных комплексов. В связи с тем что белки-анионы не проникают через клубочковый фильтр, для сохранения мембранного рав­новесия Доннана (равенства произведений концентрации противоположно заряженных ионов электролитов, находящихся по обе стороны мембраны) в первичной моче оказывается на 5 % больше концентрация анионов хло­ра и бикарбоната и пропорционально меньше концентрация катионов на­трия и калия, меньше концентрация одновалентных катионов (натрия и калия). В первичную мочу проходит небольшое количество наиболее мел­ких молекул белка — менее 3 % гемоглобина и 0,01 % альбуминов.

Регуляция СКФ осуществляется за счет нервных и гуморальных меха­низмов. Независимо от природы, регулирующие факторы влияют на СКФ за счет изменения: 1) тонуса артериол клубочков и, соответственно, объем­ного кровотока (плазмотока) через них и величины фильтрационного дав­ления; 2) тонуса мезангиальных клеток и фильтрационной поверхности; 3) активности подоцитов и их «отсасывающей» функции. Нервные влия­ния реализуются вазомоторными ветвями почечных нервов, преимущест­венно симпатической природы, обеспечивающими изменение соотноше­ния тонуса приносящих и выносящих артериол клубочков. Кроме того, симпатические влияния на юкстагломерулярные клетки через бета-адрено­рецепторы стимулируют секрецию ренина и тем самым реализуют ангио- тензинный механизм регуляции фильтрации (спазм выносящих и/или приносящих артериол). Гуморальные факторы (табл. 14.1) могут как увели­чивать, так и уменьшать клубочковую фильтрацию через три описанных выше механизма, причем эффекты вазопрессина реализуются через V,-pe- цепторы. Важнейшую роль в обеспечении постоянства СКФ играет мест­ная ауторегуляция коркового кровотока в почке.

14.2.1.2.Канальцевая реабсорбция и ее регуляция

При сравнении состава и количества первичной и конечной мочи выяв­ляется, что в канальцах нефрона происходит процесс обратного всасыва­ния воды и веществ, профильтровавшихся в клубочках, что необходимо для поддержания их внешнего баланса. Этот процесс называется каналь­цевой реабсорбцией и в зависимости от отдела канальцев, где он происхо­дит, различают реабсорбцию проксимальную и дистальную. В процессе ре­абсорбции вода и вещества из просвета канальцев через люминальную мембрану поступают в цитоплазму клеток эпителия, затем через базолате­ральную мембрану выносятся из клеток эпителия в интерстициальное пространство, после чего поступают в перитубулярные (околоканальце- вые) капилляры. Такой путь реабсорбции носит название трансцеллюляр- ного, в его основе лежат общие механизмы транспорта веществ через плазматические мембраны. Кроме того, возможен путь реабсорбции че­рез плотные соединения между клетками эпителия посредством простой диффузии или переносом вещества вместе с растворителем, что носит на­звание парацеллюлярного пути реабсорбции. Реабсорбция представляет со­бой транспорт веществ из мочи в лимфу и кровь, и в зависимости от ме­ханизма выделяют пассивный, первично и вторично активный транспорт (см. главу 2).

Проксимальная реабсорбция обеспечивает полное всасывание ряда ве­ществ первичной мочи — глюкозы, белка, аминокислот и витаминов. В проксимальном отделе канальцев всасывается ²/₃ профильтровавшихся воды и ионов натрия (рис. 14.7), большие количества ионов калия, двухва­лентных катионов, анионов хлора, бикарбоната, фосфата, а также мочевая кислота и мочевина. К концу проксимального отдела в его просвете оста­ется только 7з объема ультрафильтрата, и, хотя его состав из-за неодина­ковой реабсорбции разных компонентов уже существенно отличается от плазмы крови, осмотическое давление первичной мочи остается таким же, как в плазме.

Эпителий проксимального канальца хорошо проницаем для воды, бла­годаря наличию в апикальной мембране водных каналов, образованных особыми белковыми молекулами аквапоринами. В структурах нефрона опи­сано 6 типов аквапоринов, первый из них (AQP-1) имеется в мембранах клеток проксимальных канальцев (рис. 14.8). Всасывание воды происходит пассивно путем простой диффузии по осмотическому градиенту и прямо зависит от реабсорбции ионов натрия хлорида, других осмотически актив-

СКФ = 180 л/день [Na] плазмы = 140 ммоль/л

Фильтрационная загрузка Na+ = 25 200 ммоль/день

V мочи = 1500 мл/день [Na] мочи = 100 ммоль/л

Экскреция Na = 150 ммоль/день 0,6 % ф. з.

Рис. 14.7. Почечные процессы, обеспечивающие поддержание баланса натрия.

Прямые стрелки и цифры — реабсорбция и экскреция натрия в разных отделах нефрона, СКФ — скорость клубочковой фильтрации. При поступлени в сутки 155 ммоль натрия в орга­низм, фильтруется в мочу за сутки 25 200 ммоль, из которых реабсорбируется 25 050 ммоль, в Том числе ²/₃ (67 %) в проксимальном отделе канальцев, а ‘/₃ (33 %) — в дистальном отделе. В результате за сутки с мочой выделяется 150 ммоль натрия. Оставшиеся 5 ммоль от поступив­шего количества натрия экскретируются из организма с калом и потом.

ных веществ. Благодаря этому содержимое проксимального отдела остает­ся изоосмотичным плазме крови.

Реабсорбция ионов натрия в проксимальном отделе осуществляется не­сколькими механизмами активного и пассивного транспорта (рис. 14.9). Во-первых, реабсорбция натрия осуществляется первично активным транс­портом. Ионы натрия входит в клетки эпителия через апикальную мембра­ну пассивно через натриевые каналы по концентрационному градиенту, его выведение через базолатеральные мембраны эпителиальных клеток происходит активно с помощью натрий-калиевых насосов, использующих энергию АТФ. Именно деятельность этих насосов обеспечивает градиент концентрации ионов натрия между внутриканальцевой и внутриклеточной средами. Во-вторых, на апикальной мембране имеется электронейтраль- ный переносчик, обеспечивающий активный обмен Na⁺ и Н⁺, при этом ион натрия поступает в клетку в обмен на удаляемый из клетки Н-ион. Та­кой механизм транспорта носит название антипорта. Этот переносчик обеспечивает и всасывание бикарбонатного аниона. Профильтровавшийся бикарбонатный анион вместе с Н-ионом образуют угольную кислоту: HCOj + Н⁺ = Н₂СО₃. Располагающаяся на щеточной каемке эпителия ка­нальца карбоангидраза катализирует разложение в канальцевой жидкости угольной кислоты: Н₂СО₃ о Н₂О 4- СО₂, после чего СО₂ диффундирует в клетку по градиенту концентрации. В клетке под влинием цитоплазменной

 

Конечная моча

Рис. 14.8. Локализация в нефроне и участие в транспорте воды через эпителий по­чечных канальцев аквапоринов (водных каналов) разных типов (AQP 1—4),

AQP1 — водн