ТЕМА ЛЕКЦИИ: «ФИЗИОЛОГИЯ ПОЧЕК»
МЕХАНИЗМ МОЧЕОБРАЗОВАНИЯ
РОЛЬ СИСТЕМЫ ВЫДЕЛЕНИЯ В ПОДДЕРЖАНИИ ГОМЕОСТАЗА ОРГАНИЗМА
Система выделения имеет чрезвычайно важное значение для поддержания гомеостаза . В процессе метаболизма образуются вещества , которые не могут быть использованы и подлежат выведению из организма. Удаляются также некоторые чужеродные и токсические вещества, поступившие с пищей , или введении во время проведения лечебных процедур . В выводе их в первую очередь участвуют почки , а также кожа , органы пищеварения , легкие.
Морфо – функциональная характеристика
мочевыделительной системы .
Почки являются парным органом , расположенным по брюшине , по одной с каждой стороны от позвоночника. Медиальный сторону их имеет углубление, которое называют воротами . Через ворота проходят сосуды и нервы , там находится почечная миска – воронкообразный продолжение верхней части мочеточника .
Почечная миска разделяется на чашечки . Малые чашечки покрывают вершины ткани конусообразной формы, называемые почечными пирамидами.
В ткани почек различают две большие зоны : внутреннюю , мозговое вещество почек , и внешнюю , корковое вещество почки. Мозговое вещество состоит из почечных пирамид , которые проникают в малые чашечки . Верхушка пирамиды называется сосочком . Каждая пирамида мозговой зоны, вместе с участком коры зоны почки , образуют дольку .
Структурно-функциональной единицей почки является нефрон . В каждой почке их насчитывается свыше 1 млн. В зависимости от места расположения в почке выделяют поверхностные ( суперфициальни ) интракортикальные и коломозкови ( юкстамедулярни ) нефроны . Несмотря на некоторую разницу , схема строения и функции нефронов одинаковы.
Эфрон состоит из сосудистого клубочка ( мальпигиевых тельце ) , капсулы почечного клубочка ( капсулы Шумлянского – Боумена ) и почечных канальцев. Сосудистый клубочек включает в себя от 50 до 160 капилляров , на которые распадаются приносная артериола – vas afferens . Между капиллярами находятся клетки – так называемые мезангиоциты . Капилляры клубочек собираются в выносную артериолу – vas еfferens . К капилляров прилегает внутренняя стенка двухслойной капсулы почечного клубочка , которая образуется эпителиальными клетками – подоциты . Просвет между двумя слоями капсулы сочетается с просветом канальца .
Различают внешне-и внутриклеточные механизмы самозащиты клубочков. Внеклеточный ( экстрацеллюлярного ) защита обеспечивается веществами , секретируемых в основном эпителиоцитами капилляров мезангиоцитамы клубочков . Это ингибиторы тробомцитив , тромбогенеза , цитокинов , факторов роста , протеаз , регуляторных белков комплемента , свободнорадикального окисления ; инактиватор лейкоцитов.
Функции почек
Почки принимают важное участие в обеспечении жизнедеятельности организма не только путем образования мочи определенного состава , но и выделение в кровь различных веществ . Способность почек продуцировать мочу определенного состава обеспечивает такие функции (Мочеобразования ):
1 . Регуляция баланса воды и неорганических ионов .
2 . Удаление конечных продуктов обмена из крови и их экскреция с мочой.
3 . Экскреция чужеродных химических веществ и соединений , поступивших в организм извне.
Кроме этих функций почки , выделяя в кровь определенные вещества , выполняют следующие функции (Мочеобразования) :
1 . Эндокринную ( инкреторную ) .
2 . Метаболическую .
Мочеобразования
Процесс мочеобразования происходит при взаимодействии всех структур нефрона и капилляров. Можно выделить 3 основные физиологические процессы , которые происходят в комплексе и обеспечивают образование конечной мочи: клубочковая фильтрация , канальцевая реабсорбция и секреция .
Особенности клубочковой фильтрации
Кровь, которая течет по капиллярах клубочка , от фильтрата , который содержится в полости между двумя листками капсулы почечного клубочка , отделяет почечная мембрана, состоящая из 3 слоев : эндотелия , базальной мембраны и эпителиальных клеток – подоцитов. С помощью электронной микроскопии обнаружено, что все эти образования имеют ” окна ” , через которые могут легко проходить вода и большинство растворенных в плазме веществ .
Слой эндотелия имеет круглые или овальные отверстия, занимают до 30 % площади мембраны. Подоциты переплетаются отростками , между которыми также образуются щели. Наименее проницаемой является базальная мембрана. Она образуется коллагеновыми волокнами и представляет собой сетчатую структуру .
Важное значение в функционировании фильтрационной мембраны принадлежит мезангиальных клеток . Обладая фагоцитарной активностью , они поглощают макромолекулы, фильтруются , в том числе и иммунные комплексы . Кроме этого , мезангиоциты принимают участие в восстановлении базальной мембраны.
Суммарное сито мембраны капсулы хорошо проникнет для веществ , имеющих молекулярную массу менее 5500. Прохождение молекул затруднено не только из-за их размеры , но и через отрицательный заряд стенки пор и одноименный заряд молекулы. В норме молекулярная масса 80000 . Это абсолютный предел для прохождения частей через поры . В этом промежутке молекулы фильтруются тем в меньшей степени , чем больше их размер. В этом промежутке молекулы фильтруются тем в меньшей степени , чем больше их размер. Так фильтрационная способность гемоглобина ( молекулярная масса 64500 ) составляет около 3 % , а альбумина ( молекулярная масса 69000 ) – менее 1 %. Прохождение молекул затруднено не только их размерами , но и отрицательным зарядом стенки пор . Поэтому отрицательно заряженные молекулы фильтруются в меньшей степени , а положительно заряженные – в большей степени , чем электронейтральны молекулы.
Поскольку подавляющее большинство белков плазмы несет только отрицательный электрический заряд, поэтому это является существенным препятствием для их проникновения через почечную мембрану.
Следует указать , что отрицательный заряд фильтрационной мембраны является препятствием только по отношению к макромолекул , но не по отношению к неорганическим ионов не связанных с макромолекулами или низкомолекулярных органических растворимых веществ .
Таким образом , в условиях физиологической нормы размеры пор определяют состав клубочкового фильтра . В норме в фильтрате можно обнаружить почти все вещества , содержащиеся в плазме крови , за исключением белков больших размеров . Количество фильтрата , скорость его образования зависят от эффективного фильтрационного давления и коэффициента фильтрации. Фильтрация происходит без затраты энергии. Это пассивный вид транспорта вещества.
Эффективный фильтрационное давление ( ЕФТ ) является суммой сил , которые влияют на фильтрацию . Увеличивает фильтрацию гидростатическое давление ( ЖК ) крови клубочка , противодействуют этому – онкотическое давление крови ( Ро ) и гидростатическое давление жидкости , которая содержится в промежутке капсулы ( ЖК ) :
ЭФТ = Рк – ( Ро + Рк)
В обычных условиях ЭФТ равен: 65 – ( 25 +15 ) =
Коэффициент фильтрации (КФ ) зависит от проницаемости мембраны. При патологии , когда увеличиваются поры почечного ” сита ” , значительно изменяется скорость фильтрации:
ШФ = ЭФТ • КФ ( мл / мин )
У мужчин ШФ составляет около 125 мл / мин , а у женщин – 110 мл / мин в расчете на
В отличие от плазмы фильтрат ( первичная моча ) почти не содержит белков. Кроме того , в нем поменьше катионов , которые задерживаются в плазме в связанном с белками состоянии . Выделение одновалентных ионов незначительно, а двухвалентных – существенное. Так, в плазме связаны с белками до 40 % Са2 + и 25 % Мg 2 + . Поэтому в плазме кальция содержится 2,5 ммоль / л, а в фильтрате – 1,5 ммоль / л свободных ионов и 0,2 ммоль / л низкомолекулярных комплексов .
Объем фильтрата (первичной мочи ) , образующийся в почках за единицу времени , называется скоростью клубочковой фильтрации. У мужчин скорость клубочковой фильтрации примерно составляет 125 мл/мин, а у женщин – 110 мл/мин в расчете на
В фильтрате , такая же как и в плазме крови , концентрация неионизированных кристаллоидов , глюкозы , аминокислот , мочевины , креатинина. В отличие от плазмы первичная моча не содержит форменных элементов , почти лишенная белков. Кроме того , в ней немного меньше катионов , которые задерживаются в плазме в связанном с белками состоянии . Это касается как одновалентных , так и двухвалентных ионов . Так, в плазме связаны с белками до 40 % ионов Са2 + и 25 % Mg2 + . Не связанные катионы попадают в капсулу клубочка в виде или свободных ионов , или связанных с низкомолекулярными анионами . К последним относится , например , цитрат кальция . Поэтому в плазме кальция содержится в среднем 2,5 ммоль / л, а в фильтрате – 1,5 ммоль / л свободных ионов и 0,2 ммоль / л низкомолекулярных комплексов .
Относительно содержания анионов в первичной моче , то известно , что их концентрация на 10 % больше , чем в плазме.
Оценить клубочковой фильтрации можно с коэффициентом очистки ( клиренсом ) . Клиренс вещества – это объем плазмы , который полностью очищается от какого-либо вещества за единицу времени. Каждое вещество плазмы имеет свою собственную величину клиренса .
Для определения скорости клубочковой фильтрации используют инертные нетоксичные вещества , не связанные с белками плазмы крови , свободно проходят через поры мембраны путем фильтрации и не подлежат ни реабсорбции , ни секреции. Такими веществами являются инулин , эндогенный креатинин и др. .
Скорость клубочковой фильтрации измеряют в миллилитрах за 1 мин на
СIN = Uin – Pin ּ V ,
где СIN – клиренс инулина , или скорость клубочковой фильтрации; Uin – концентрация инулина в моче ; Pin – концентрация инулина в плазме крови V – количество мочи ( мл / мин ) .
С возрастом скорость клубочковой фильтрации уменьшается и ее поправку на возраст можно сделать по формуле :
СIN = 153,2 – 0,96 ּ возраст ( в годах)
В регуляции скорости клубочковой фильтрации важную роль играют два внутрипочечных механизмы ауторегуляции : миогенный механизм и канальцев – клубочковый обратная связь .
Миогенный механизм аналогичный для других участков сосудистого русла кровеносной системы . Суть его сводится к тому , что гладкие мышцы приносящих и выносящих артериол сокращаются при повышении в них артериального давления. Это ведет к уменьшению клубочковой фильтрации.
Канальцев – клубочковый обратная связь является более сложным механизмом регуляции .
Рост скорости клубочковой фильтрации , вследствие повышения артериального давления в почке , ведет к росту скорости тока жидкости через канальцы нефрона . Юкстрагломерулярний аппарат на это реагирует выделением аденозина , который, в отличие от его вазодилятирующим эффекта , в других участках сосудистого русла вызывает сокращение гладких мышц афферентных артериол и как следствие наступает уменьшение скорости клубочковой фильтрации.
Ауторегуляция практически исчезает при среднем артериальном давлении ниже
Афферентные и эфферентные артериолы клубочков получают симпатическую иннервацию . Норадреналин , который выделяется в окончаниях этих нервов , действует на альфа – адренергические рецепторы и вызывает сужение артериол с последующим снижением скорости клубочковой фильтрации.
Симпатические нервы через бета – адренорецепторы стимулируют секрецию ренина юкстрагломерулярним аппаратом с последующим ростом концентрации ангиотензина II. Ангиотензин II , сужая приносящие и выносящие артериолы , уменьшает клубочковой фильтрации . Кроме этого , следует отметить , что Мезангиальные клетки имеют ангиотензин II рецепторы. Поэтому ангиотензин II вызывает сокращение мезангиоцитив через фосфолипазную С – инозитол -1 ,4,5 – трифосфатных механизм . Благодаря сокращению мезангиальных клеток уменьшается клубочковый кровоток , что способствует уменьшению клубочковой фильтрации.
Сокращение мезангиоцитив , а соответственно и уменьшение клубочковой фильтрации наблюдается под влиянием вазопрессина ( АДГ ) .
Повышенная активность почечных симпатических нервов и увеличенная продукция ангиотензина II способствуют синтезу простагландинов – вазодилататоров афферентных и эфферентных артериол . Расширение артериол клубочков ведет к росту скорости клубочковой фильтрации. Подобный эффект , вследствие вазодилатации обоих сосудов , возникает под влиянием ацетилхолина , дофамина , оксида азота ( NO ) . Сейчас установлено , что NO вызывает расслабление мезангиальных клеток , а соответственно увеличение клубочкового кровообращения и фильтрации.
Концентрации в зависимости эффекты проявляют циркулирующие в крови катехоламины . Большие их концентрации обусловливают сужение приносящих артериол , в результате чего уменьшается клубочковая фильтрация. Небольшие концентрации катехоламинов вызывают сужение выносящих сосудов, ведет к увеличению скорости клубочковой фильтрации.
Предсердный натрийдиуретичний пептид обусловливает дилатацию афферентных артериол , но сужение эфферентных артериол . Это вызывает рост клубочковой фильтрации в почках . Этому также способствует влияние предсердного натрийуретического пептида на мезангиальных клеток , их расслабление , увеличение клубочкового кровотока и соответственно клубочковой фильтрации.
Особенности процессов реабсорбции в канальцах почек
Первичная моча , проходя по канальцах и собирательных трубочках , перед тем , как превратиться в конечную мочу , претерпевает значительные изменения. Разница заключается не только в ее количестве ( с 180л остается 1-
Канальцевая реабсорбция происходит во всех отделах , но ее механизм в разных частях НЕ одинаковый .
Процессы реабсорбции могут быть активными или пассивными. Для осуществления активного процесса нужно , чтобы были специфические транспортные системы и энергия. Пассивные процессы происходят , как правило , без затраты энергии по законам физики и химии .
В проксимальных извитых канальцах полностью реабсорбируются аминокислоты , глюкоза , витамины , микроэлементы . В этом же отделе реабсорбируется около 2/3 воды и неорганических солей Na+ , К+ , Са2+ , Мg2+ , Cl – , НСО – , то есть те вещества , которые нужны организму для его деятельности . Механизм реабсорбции главным образом прямо или косвенно связан с реабсорбцией Na+ .
Особенности реабсорбции белков.
Механизм реабсорбции белков значительно отличается от механизма реабсорбции описанных соединений. Попадая в первичную мочу , небольшое количество белков в норме почти полностью реабсорбируется путем пиноцитоза . В цитоплазме клеток проксимальных канальцев белки распадаются с участием лизосомальных ферментов. Аминокислоты , которые образуются , по градиенту концентрации из клетки поступают в межклеточную жидкость , а оттуда – в кровеносные капилляры. Таким путем может реабсорбуватися до 30 мг белка в 1 мин . При повреждении клубочков в фильтрат попадает больше белков и часть их может поступать в мочу ( протеинурия ) .
Реабсорбция воды
Процессы реабсорбции воды происходят во всех отделах нефрона . В проксимальных извитых канальцах реабсорбируется в петле нефрона и 15 % – в дистальных извитых канальцах и собирательных трубочках . В конечной мочи , как правило , остается только 1 % воды фильтрата. Причем в первых двух отделах количество реабсорбованои воды мало зависит от водной нагрузки организма и почти не регулируется. В дистальных отделах реабсорбция регулируется в зависимости от потребности организма: вода , попавшая сюда , может задерживаться в организме или выводиться с мочой.
В эпителии канальцев нефрона есть пути облегченного прохождения для воды – водные поры ( каналы). Их молекулярную природу составляют белки – аквапорины . В настоящее время выделяют строго специфичны аквапорины , обеспечивающих проницаемость только для воды и акваглицепорины , которые кроме воды пропускают глицерин , мочевину и другие крупные молекулы. Для водных каналов проксимальных канальцев и нисходящего колена петли Генле характерные аквапорины АQР1 . Они находятся в апикальных и базолатеральных мембранах клеток, которые образуют эти канальцы . В собирательных трубочек обнаружены 3 типа аквапоринов : АQР2 , АQР3 , АQР4 . Аквапорины АQР2 локализуются в апикальных мембранах . Сюда они перемещаются под влиянием вазопрессина ( АДГ ) из внутриклеточных везикул . В базолатеральных мембранах размещены акваглицеропорины АQР3 и аквапорины АQР4 .
В основе реабсорбции воды лежат процессы осмоса. Вода реабсорбируется вслед за ионами . Основным ионом , который обеспечивает пассивное всасывание воды , является Na+ . Реабсорбция других веществ (глюкозы , аминокислот и др. . ), Которая осуществляется в этих отделах нефрона , также способствует всасывание воды .
Величину канальцевой реабсорбции воды ( RH2O ) определяют по разнице между скоростью клубочковой фильтрации ( СIN ) и количеством конечной мочи и выражают в процентах по отношению к скорости клубочковой фильтрации:
RH2O = СIN – V : СIN ּ 100 % ,
где СIN – клиренс инулина , или скорость клубочковой фильтрации V – количество мочи ( мл / мин ) .
В обычных условиях величина реабсорбции воды составляет 98-99 %.
Канальцевая секреция
В современной физиологической науке термин секреция имеет два значения . Первое означает процесс перенесения в неизмененном виде вещества с перитубулярный капилляров через интерстициальную жидкость в просвет канальца . Таким образом секретируются органические кислоты и основания , ионы К+ . Второе – выделение из клеток канальца образованных там веществ в его просвет . Это скажем касается секреции аммиака, водорода.
Секреция органических кислот и оснований . В проксимальных канальцах действуют транспортные системы , которые активно осуществляют секрецию. Одна из них обеспечивает удаление из организма органических кислот ( парааминогипурову , мочевую кислоты , оксалаты , пенициллин , сульфаниламиды , фуросемид и др.).
Наиболее изучено секрецию парааминогипуровои кислоты ( ПАГ ) , вещества , используемые для изучения канальцевой секреции почечного плазмо – и кровотока . Это вещество активно переносится в клетки проксимального канальца через базолатеральных мембрану. Возникающая при этом высокая внутриклеточная концентрация создает градиент для облегченной диффузии ПАГ через апикальную мембрану в просвет канальца.
Величину канальцевой секреции определяют по разности между количеством ПАГ в первичной и конечной мочи:
ТПАГ = UПАГ ּ V – СIN ּ РПАГ ּ α ,
где ТПАГ – показатель канальцевой секреции ПАГ ; UПАГ – концентрация ПАГ в моче V – диурез за 1 мин . ; СIN – скорость клубочковой фильтрации; РПАГ – концентрация ПАГ в плазме крови α – часть вещества, содержащегося в плазме , а не свя связанной с белками ( и равной 0,8 для ПАГ ) .
Средняя величина максимальной канальцевой секреции ПАГ составляет 80 мг / мин на
Клинические методы определения почечного плазмотока основываются на определении клиренса ПАГ :
Спаги = ( UПАГ ּ V ) : РПАГ
Скорость почечного плазмотока у взрослых составляет 550-600 мл / мин на
Так как эритроциты не содержат ПАГ , то для оценки величины почечного кровотока ( RBF ) необходимо учитывать соотношение между эритроцитами и плазмой крови – гематокритная показатель ( НС):
RBF = спаги : ( 1 – НС)
Размер почечного кровотока у взрослых составляет 1150-1250 мл / мин на
В проксимальных канальцах , подобно ПАГ , секретируется мочевая кислота . Помимо этого она активно и реабсорбируется в том же проксимальном канальцы . Поэтому количество мочевой кислоты экскретирован – это часть ее , которая секретувалась , а не реабсорбовалась .
В проксимальных канальцах существует и активно транспортная система для выделения органических оснований ( ацетилхолина , адреналина, серотонина , тиамина и т.д. ) . Секреция этих веществ происходит подобно выделения органических кислот.
Секреция неорганических веществ . Клетки почечных канальцев способны не только к секреции органических кислот и оснований , но некоторых неорганических веществ .
При избытке калия в организме (в норме в плазме взрослых содержится 3,8-5,2 ммоль / л ) происходит его секреция .
Процесс секреции включает активный перенос калия в клетку через базолатеральных мембрану и его пассивный выход через апикальный мембрану. Принципиальным этапом является активный транспорт калия из межклеточной жидкости через базолатеральных мембрану в клетку. Это этап активного переноса катиона , где ведущее значение имеет Na , К – АТФазная помпа, которая создает высокую внутриклеточную концентрацию калия. По концентрационном градиента калий выходит через одноименные каналы из клеток в просвет дистального отдела канальца и собирательной трубочки.
Секреция аммиака. В канальцевых клетках дезаминирования аминокислоты глутамин сопровождается появлением аммиака. Будучи нейтральным , хорошо растворимым в жирах , он легко диффундирует через апикальные клеточные мембраны в канальцевую жидкость . Но , если его связать в моче , то он может вернуться клетку или межклеточную жидкость . В моче благодаря присутствию Н+ аммиак находится в состоянии равновесия с аммонием :
NН3 + Н + ⇆ NН 4 +
Ион аммония плохо проникает через мембрану и , связываясь с катионами , выделяется с мочой. Таким образом , кислая моча , которая содержит большое количество Н + , способствует секреции аммиака.
Оценка состояния почечной гемодинамики .
Косвенные методы измерения почечного плазмо – и кровотока основаны на способности клеток почечных канальцев к секреции – практически полному удалению с навколоканальцевои жидкости (и соответственно из плазмы крови) органических веществ. С этой целью используют такие соединения , как парааминогипурова кислота ( ПАГ ) , диодраст .
Очищение крови от ПАГ позволяет измерить величину эффективного почечного плазмотока ( ЕНП ) по формуле :
ЕНП = (содержание ПАГ в моче х диурез в 1 мин) : (содержание ПАГ в плазме )
Так как эритроциты не содержат ПАГ , то для оценки величины эффективного почечного кровотока ( ЭНК ) необходимо учитывать соотношение между эритроцитами и плазмой крови ( гематокритного показатель ):
ЭНК = ЕНП : ( 1 – гематокритная показатель )
Для оценки полученных результатов , их нужно сравнить со стандартом рассчитанным на
Конечная моча , ее количество и состав
В норме в течение суток (суточный диурез ) в условиях смешанного питания мужчины выделяют 1,0-
Суточный диурез может колебаться в широких пределах в зависимости от количества выпитой жидкости , погодных условий, характера трудовой деятельности и возраста человека . Увеличение суточного количества мочи называется полиурией . В физиологических условиях полиурия может быть обусловлена усиленным питьевым режимом , психогенными факторами , употреблением пищевых веществ , которые повышают диурез (арбуз , тыква и др.).
Уменьшение суточного количества мочи называется олигурией . Физиологическая олигурия может возникать вследствие нарушения питьевого режима , потери жидкости с потом в жаркую погоду, в горячих цехах или во время физической нагрузки .
Суточный диурез делится на дневной и ночной. Отношение дневного диуреза к ночному у здорового человека составляет 2:1 или 3:1.
Свижовипущена моча обычно вполне прозрачная . Во время отстаивания она может несколько мутнеть вследствие выпадения в осадок различных солей , состоящих преимущественно из мочекислых соединений.
Цвет мочи в норме колеблется от соломенно – желтого до янтарно – желтого. Нормальное окрашивание мочи обусловлено наличием в ней красителей. Главным образом это урохромом , а также уробилин , уроеритрин , гематопорфирин и др. Интенсивность окраски мочи изменяется в зависимости от относительной плотности и количества выделяемой мочи . Моча концентрированная имеет насыщенный желтый цвет и выделяется в меньшем количестве.
Осадок мочи делится на неорганическую и органическую . К неорганического осадка принадлежат все соли , осевшие в моче в виде кристаллов или аморфных солей, а также кристаллы органических веществ , например , мочевины , креатинина , мочевой кислоты , аминокислот , пигментов.
Основными элементами органического осадка мочи могут быть единичные лейкоциты , эритроциты , эпителиальные клетки , цилиндры.