| Головна |
| «« | ЗМІСТ | »» |
|---|
Процес сечоутворення складається з наступних процесів: фільтрації в ниркових клубочках, реабсорбції (Зворотного всмоктування) в ниркових канальцях, секреції і синтезу.
Клубочковая ультрафільтрація. Освіта сечі включає дві фази: клубочковую ультрафільтрацію - утворення первинної сечі і канальцевую реабсорбцію - утворення вторинної сечі, тому цей процес називається фільтраційно-реабсорбційну. Функціональною особливістю початкової частини нефрона є фільтрація плазми крові через гломерулярний фільтр, який складається з ендотелію капілярів мальпігієвого клубочка, розвиненою базальної мембрани і епітелію вісцерального листка капсули. Фенестри ендотелію - отвори до 100 нм, вільно пропускають воду і розчинені в ній речовини, крім формених елементів крові і великих молекул.
Структура базальної мембрани, представленої фібрилярні речовиною, зцементувати електронно-прозорим аморфним матриксом, забезпечує функції «молекулярного сита» з осередками близько 2,9 нм і негативним зарядом. Третій шар гломерулярного фільтра формують відростки подоцитів, між якими знаходиться простір - міжклітинні щілини до 10 нм, між стінками, покритими гликокаликсом, щілиноподібні простір становить близько 3 нм. Ця частина фільтра також несе негативний заряд і перешкоджає проникненню в первинну сечу значної частини білків плазми крові. Відростки подоцитів заповнені елементами цитоскелету, здатними скорочуватися і розслаблятися, і тим самим активно беруть участь в процесі фільтрації, відкачуючи фільтрат в порожнину капсули. Розташовані між капілярами мезангіальної клітини, скорочуючись і розслабляючись, змінюють активну площа поверхні клубочкового фільтра.
У капілярах клубочків значно більш високий тиск крові, ніж в інших капілярах тіла, причому за рахунок відмінностей в діаметрі входить і виходить судин потік крові сповільнюється і створюються умови для «видавлювання» частини плазми за межі капілярного русла. Фільтраційний тиск, обумовлене гідростатичним тиском крові (60 ... 90 мм рт. Ст.), Має долати онкотичноготиск білків плазми крові (25 ... 30 мм рт. Ст.) І тиск рідини в порожнині капсули (15 ... 20 мм рт. ст.). Фільтраційний тиск (ФД) є різницею між гідростатичним тиском (Рг) Крові в капілярах клубочка і сумою онкотичного тиску (Р0) Плазми крові та тиску первинної сечі (/> "):
Таким чином, ефективне (фільтраційний) тиск, що викликає перехід плазми крові в порожнину капсули Шумлян- ського - Боумена, становить всього 20 ... 30 мм рт. ст. Первинна сеча (клубочковий ультрафильтрат) за змістом амінокислот, глюкози, сечовини, креатиніну, іонного складу і низькомолекулярних комплексів ідентична плазмі крові. Вона практично не містить білки анионной природи, а для збереження рівноваги Доннана (див. Гл. 2) в первинній сечі концентрація хлору, бікарбонатів вище, а натрію і калію нижче.
Процес фільтрації характеризується швидкістю клубочкової фільтрації (СКФ) і визначається обсягом ультрафильтрата (первинної сечі), утвореного за одиницю часу (1 хв). СКФ залежить від обсягу протікає через нирки крові, фільтраційного тиску, фільтраційної поверхні і кількості функціонуючих нефронів. В умовах фізіологічної норми СКФ підтримується на досить постійному рівні за рахунок механізму ауторегуляції, що включає міогенну регуляцію тонусу приносить судини (артеріоли) і зміна співвідношення тонусу входить і виходить в клубочок судин, причому ці механізми забезпечують сталість кровотоку в клубочках і фільтраційного тиску. Наявність регуляторних систем, опосередкованих фізіологічно активними речовинами (ренин- ангиотензінная система, кініни, простагландини), сприяє зміні фільтрації в результаті зміни артеріального тиску, площі активної фільтраційної поверхні і тонусу подоцитів. Кінцевий результат ефективності роботи нирки в процесі ультрафільтрації визначається і числом одночасно функціонуючих нефронів. Якщо в звичайних умовах функціонує близько 10% нефронів, то при посиленого навантаження кількість працюючих структурно-функціональних одиниць багаторазово зростає.
СКФ визначається при зіставленні концентрацій речовини, що переходить з плазми в первинну сечу, і в подальшому при проходженні канальців нереадсорбіруемое. Таким речовиною може бути інулін (полісахарид з молекулярною масою 5200, зустрічається тільки в рослинах). За концентрації інуліну в плазмі крові (/ 7ІН) І в певному обсязі кінцевої сечі (КЛ / "") розраховують коефіцієнт очищення інуліну або кліренс інуліну:
Для визначення СКФ інулін необхідно крапельно вводити в кровотік, тому дану трудомістку процедуру замінили визначенням кліренсу ендогенного речовини - креатиніну, що утворюється в організмі і не піддається реабсорбції, концентрація якого в плазмі досить стабільна (проба Реберга).
Обсяг утворюється первинної сечі дуже великий. По різниці концентрацій деяких речовин (сульфатів) в первинній і кінцевій сечі можна визначити, скільки води усмокталося назад в кров. Концентрація сульфатів в кінцевій сечі становить 0,18, а в первинній - 0,002%, т. Е. Концентрація зростає в 90 разів. Отже, для освіти 1 л кінцевої сечі необхідно, щоб через канальці пройшло 90 л первинної.
У нормі швидкість клубочкової фільтрації завжди перевищує 100 мл в 1 хв (при розрахунку на 1,7 м2 поверхні тіла), а сечовиділення зазвичай дорівнює 0,8 ... 2 мл в 1 хв. Таким чином, в порожнину початкового відділу нефрона з плазми профільтровивается такий обсяг первинної сечі, який більш ніж в 100 разів перевищує виділяється за цей час нирками. Тому цілком очевидно, що в нормі сечовиділення мало залежить від фільтрації: якщо зворотне всмоктування становить 99% від фільтрації, то навіть збільшення останньої вдвічі посилить сечовиділення лише з 1 до 2 мл за 1 хв, тоді як зменшення реабсорбції тільки на 10% призведе до десятиразового збільшення діурезу.
Канальцева реабсорбция. Залежно від локалізації відділу канальців розрізняють проксимальную і дистальную реабсорбцію. Проксимальная реабсорбция забезпечує повне всмоктування глюкози, білків, амінокислот і вітамінів. У проксимальному відділі реабсорбується 2/3 профільтрувалась води і натрію, калію, двовалентних катіонів, хлору, бікарбонатів, фосфатів. Чверть профільтрована натрію реабсорбується в петлі Генле і 8 ... 10% всмоктується в кінцевих відділах нефрона і збірних трубках. Особливість проксимальної реабсорбції в тому, що натрій всмоктується з осмотично еквівалентним об'ємом води і в кінці проксимального відділу залишається тільки 1/3 ультрафильтрата, ізоосмотічная плазмі крові (рис. 8.6). Проникність стінки канальця для води і іонів визначається властивостями апікальних клітинних мембран, що вистилають каналец.
Мал. 8.6. Схема канальцевої реабсорбції
Поверхня апікальної мембрани у клітин проксимального канальця дуже велика за рахунок утворення численних мікроворсинок щіткової облямівки. У проксимальному відділі не- Фрона існує два механізми всмоктування води і іонів: активний транспорт натрію з пасивної реабсорбцией бікарбонату і води; пасивний транспорт хлоридів з пасивної реабсорбцией натрію і води.
У початковій ділянці канальців натрій входить в клітини епітелію пасивно по концентраційному градієнту, так як в клітці постійно підтримується низька концентрація цих іонів. Завдяки електрохімічного градієнту, т. Е. Природного електронегативного заряду на внутрішній поверхні мембрани клітин, відбувається переміщення позитивно заряджених іонів натрію всередину клітини. Натрій виводиться через базолатеральную поверхні клітин за допомогою натрій-калієвих насосів, що використовують для своєї роботи енергію АТФ. З іонами натрію пасивно всмоктується аніон бікарбонату. Хлориди абсорбуються пасивно в кінцевих ділянках проксимальних канальців через зону міжклітинних контактів. Разом з ними в формі сполученого транспорту (котранспорта) реабсорбируются натрій і вода (рис. 8.7).
Проксимальная реабсорбция глюкози і амінокислот здійснюється за допомогою спеціальних переносників, локалізованих в щіткової облямівки апікальної клітинної мембрани і функціонально пов'язана з реабсорбцией натрію. Перенесення глюкози і амінокислот з клітин епітелію в міжклітинний простір також пов'язаний з активним видаленням натрію з клітини через базолатеральную мембрану з витратою енергії АТФ. Такий вид транспорту називають вдруге активним або симпорта. На мембрані щіткової облямівки переносник приєднує транспортується речовина і іон натрію. Завдяки заряду мембрани і низькому вмісту натрію в цитоплазмі клітин транспортний комплекс переміщається всередину клітини, де розпадається із звільненням натрію і речовини, що транспортується. Натрій видаляється в результаті діяльності натрій-калієвої помпи, локалізованої в базолатеральной мембрані, а глюкоза або амінокислоти по градієнту концентрації надходять в кров.
Для реабсорбції однієї молекули глюкози використовується одна молекула переносника, тому при надлишку глюкози в крові, а отже, і в ультрафільтраті може відбуватися повне завантаження всіх молекул переносника і надлишок глюкози вже не реабсорбується і виділяється з сечею. Таким чином, існує певний ліміт «максимального канальцевого транспорту речовин» - традиційна назва «Нирковий поріг виведення», і після досягнення максимуму реабсорбції глюкоза і деякі інші «порогові речовини» з'являються в відокремлюваної сечі.
поріг виведення - це така концентрація речовини в крові, при якій воно не може бути повністю реабсорбіровать в канальцях і потрапляє в кінцеву сечу. Речовини, що не реабсорбуються в канальцях і виділяються пропорційно їх накопичення в крові, називають непороговимі, наприклад сечовина, інулін, креатинін, сульфати идр.
Мал. 8.7. Схема внутрішньоклітинної реабсорбції натрію
Дистальна реабсорбція іонів і води. У цьому відділі нефрона відбувається активна реабсорбція близько 10% натрію, що створює значний градієнт осмотичного тиску між сечею і міжклітинної тканиною. Хлор всмоктується пасивно слідом за натрієм. Епітелій дистального канальця в обмін на іони натрію видаляє в сечу Н-іони (цей вид іонообмінних процесів називається антіпорт). Поряд з цим в дистальному відділі активно всмоктуються калій, кальцій і фосфати.
Концентрування і розведення сечі. Серед хребетних тільки у ссавців і птахів утворюється сеча, гіперосмотічная по відношенню до плазми крові. В ході еволюції складалася різна ступінь здатності до концентрації сечі: при необхідності зберігати воду у пустельних тварин сеча в 25 разів концентрированнее плазми крові, а у тварин, що мають вільний доступ до води (бобер, свиня), що концентрують можливості виражені досить помірковано (табл. 8.1 .).
8.1. Концентрує здатність нирки
|
Вид тварини |
Максимальна осмотична концентрація сечі, осмолу / л |
Ставлення концентрації сеча / плазма |
|
бобер |
0,52 |
2 |
|
свиня |
1,1 |
3 |
|
кішка |
3,1 |
10 |
|
Австралійська стрибає миша |
9,4 |
25 |
Концентрування або розведення сечі здійснюється в результаті функціонування противоточно-розмножувальної Канальцева-судинної системи нирок (рис. 8.8), яка складається з канальців петлі Генле і збірних трубочок, а також тих, які сходять і висхідних кровоносних капілярних судин, що йдуть паралельно канальцям.
Концентрує здатність нирки тісно пов'язана з довжиною петлі Генле. У тварин, які виділяють дуже концентровану сечу, переважають юкстамедуллярние нефрони з дуже довгими петлями, проникаючими в нирковий сосочок. У тварин, слабо концентрують сечу (бобер, свиня), петлі значно коротше. Процеси транспорту в низхідному коліні посилюються за рахунок діяльності висхідного коліна, рух сечі в якому відбувається в протилежних напрямках.
Передбачається, що стінка висхідного канальця активно ре- абсорбує в навколишній міжклітинний простір іони натрію, забезпечуючи гиперосмолярность міжклітинної рідини. Разом з натрієм в якості протівоіона активно переноситься хлор. Стінка низхідного канальця виявляється проникною для води, яка по осмотичного градієнту йде в гіпертонічності середу міжклітинної тканини, але не проникна для натрію. Оскільки активний транспорт підвищує в ін- терстіціі концентрацію осмотично активних речовин (натрію, хлору), то вміст спадного канальця, віддаючи воду, стає все більш концентрованим. Пройшовши поворот петлі, канальцевая рідина піддається дії насоса, відкачується ще кілька хлору, з яким по осмотичного градієнту додатково видаляється деяка кількість води. Важливо відзначити, що одиночний ефект іонного транспорту, що відбувається у водному петлі Генле, множиться в міру того, як все більше води виходить з петлі і все більш концентрована рідина надходить в її висхідну частину (рис. 8.9).
Мал. 8.8. Схема концентрірующс го механізму петлі Генле
Виключно важливу роль відіграють кровоносні капіляри, паралельні петель Генле. Ці капіляри цілком проникні для води і розчинених в ній речовин, тому концентрація розчинених речовин в просвіті судини підвищується так само, як і в інтерстиціальної рідини. Онкотичноготиск білків плазми крові також забезпечує втягування води в кровоносне русло. Таким чином, надлишок води надходить в венозну систему і при необхідності концентрації сечі венозна кров не-
Мал. 8.9. Схема противоточно-поворотного механізму избежно виявляється більш розведеної в порівнянні з притекающей артеріальною кров'ю.
У дистальну частину канальця з висхідного товстого канальця надходить рідина, збіднена ИаС1, який накопичується в інтерстиціальному просторі в зоні петлі. При вході в збірну трубку канальцевая рідина бідна солями натрію, але містить сечовину. Збірна трубочка проходить паралельно і, природно, контактує з висхідним коліном петлі Генле і теж входить в противоточную систему: її стінка проникна для води, і в міру просування сечі вода пасивно йде в гіпертонічності вміст міжклітинної тканини і сеча стає все більш концентрованою. Сечовина пасивно дифундує в міжклітинний простір, що значно підвищує осмотичний тиск і сприяє надходженню води з просвіту канальців. У тонкій висхідної частини петлі Генле сечовина по концентраційному градієнту надходить в сечу і далі проникає в дистальні канальці і збірні трубочки. За рахунок цих процесів здійснюється кругообіг сечовини в канальцях, що підтримує її високу концентрацію в мозковій речовині нирки. Капіляри, що проходять по мозкового речовини нирки паралельно низхідним канальцям, віддають воду в гіперосмотичним міжклітинний простір і збагачуються натрієм і сечовиною. У висхідному капілярному посудині натрій і сечовина дифундують по концентраційному градієнту в тканину мозкової речовини, а вода всмоктується в кров. Кінцевий результат роботи протиточних систем залежить від швидкостей руху сечі і крові. Висока швидкість ультрафільтрації або посилення руху крові по висхідним і спадним кровоносних судинах призводять до виділення сечі низької питомої ваги, тоді як уповільнення швидкості руху сечі або крові в мозковій речовині збільшує концентрування сечі.
Канальцева секреція - це процес переміщення речовин, що містяться в крові або утворюються безпосередньо в клітинах ниркового епітелію і надходять в просвіт канальців проти концентраційного або електрохімічного градієнта. За допомогою канальцевоїсекреції з крові в сечу виділяються деякі іони (калію, водню), органічні кислоти, підстави ендогенного походження і що надійшли в організм чужорідні речовини (антибіотики, барвники, рентгенконтрастні препарати та ін.). Секреторні процеси в різних відділах нефро- на функціонально розрізняються. Органічні сполуки секре- тіруются за допомогою спеціальних переносників в проксимальних відділах. Водневих іонів виділяється більше в проксимальному відділі, калію - в дистальних канальцях, а аміак - як в проксимальному, так і в дистальному відділі.
Деякі речовини, що мають діагностичне значення і ін'еціруемих внутрішньовенно (парааміногіппуроваякислота ПАГ), за одне проходження крові по почечному колі видаляються повністю шляхом секреції. Розглядаючи на прикладі ПАГ участь секреторного процесу в транспорті органічних сполук, слід вказати на наявність спеціального переносника, локалізованого на зовнішній поверхні мембрани клітини проксимального канальця, зверненої до міжклітинному просторі. У присутності ПАГ утворюється комплекс, який піддається транслокации (переміщенню) через мембрану і вже на внутрішній поверхні мембрани дисоціює, звільняючи ПАГ, а вільний переносник повертається на зовнішню поверхню мембрани. Це енергозалежний процес, що вимагає безперервного постачання АТФ до зони активного транспорту, і порушення окисного фосфорилювання в мітохондріях, розташованих в прімембранной області, припиняє процес секреції. Максимальний рівень секреції визначається числом молекул переносника, здатних брати участь в перенесенні речовини, що транспортується.
Розглядаючи процеси виведення калію з сечею, необхідно відзначити, що за 1 добу нирки виділяють близько 90 ммоль калію. У фізіологічних умовах практично весь профільтрований калій реабсорбируется в проксимальному відділі, але дистальні сегменти нефрону здатні як реабсорбіровать, так і се кретіровать калій. Баланс між процесами реабсорбції і секреції в дистальному відділі визначає загальну екскрецію з сечею цього катіона. Реабсорбція забезпечується наявністю різниці електричних потенціалів на люменальной (зверненої в просвіт канальця) мембрані, а секреція - відмінностями в концентрації калію між внутрішньоклітинним простором і просвітом канальця, трансепітеліальном різницею потенціалу та особливостями проникності люмінальной канальцевої мембрани. При цьому висока концентрація внутрішньоклітинного калію, створювана за рахунок натрій-калієвої помпи, локалізованої в базолатеральной мембрані клітини, по градієнту концентрації прагне зрівнятися з низькою канальцевої концентрацією.
На дистальних сегментах мембрани клітин значна різниця електричних потенціалів, причому специфіку транспортних процесів визначає і значна трансепітеліальном різниця потенціалів. У нормальних умовах ця різниця електричних потенціалів перешкоджає секреції калію в просвіт канальця, протидіючи його переміщенню під впливом різниці концентрацій. Але при підвищенні внутріканальцевой концентрації неадсорбованими аніонів (карбонатів і сульфатів) різниця електричних потенціалів змінюється, що сприяє секреції калію.
Багато непотрібні для організму речовини теж можуть виводитися завдяки канальцевоїсекреції - це відноситься до фенольним сполукам і продуктам їх детоксикації. Швидко видаляються за рахунок канальцевої секреції пеніцилін і його похідні, тому для підтримки терапевтичних концентрацій їх необхідно постійно вводити.
Гормони і симпатична нервова система впливають на секреторні процеси в нирці, змінюючи кровотік в постгломерулярної капілярах нирки або метаболічну активність клітин епітелію канальців.