мочевыделительная система. 2 Практика мочевыделение (копия). Физические основы проницаемости. Перенос веществ в капиллярной сети
 Скачать 1.03 Mb.
|
|
Образование и состав мочи Видео: Мочевая система, часть 1: ускоренный курс A&P #38 https://www.youtube.com/watch?v=l128tW1H5a8&list=PL8dPuuaLjXtOAKed_MxxWBNaPno5h3Zs8&index=39 Видео: мочевая система, часть 2: ускоренный курс A&P #39 https://www.youtube.com/watch?v=DlqyyyvTI3k&list=PL8dPuuaLjXtOAKed_MxxWBNaPno5h3Zs8&index=40 Видео: Фильтрация в почечных тельцах (клубочках и капсулах Боумена) https://www.youtube.com/watch?v=GHBDhMsUjWM Текст: https://www.britannica.com/science/human-renal-system/The-role-of-hormones-in-renal-function Моча, выходящая из почки, значительно отличается по составу от поступающей в нее плазмы (табл. 1). Изучение функции почек должно учитывать эти различия — например, отсутствие белка и глюкозы в моче, изменение рН мочи по сравнению с плазмой, а также высокие уровни аммиака и креатинина в моче, в то время как натрий и кальций остаются на одинаково низком уровне как в моче, так и в плазме. Относительный состав плазмы и мочи у здоровых мужчин
Большой объем ультрафильтрата (т. е. жидкости, из которой отфильтрованы клетки крови и белки крови) вырабатывается клубочком в капсулу. Когда эта жидкость проходит через проксимальный извитой каналец, большая часть ее воды и солей реабсорбируется, некоторые растворенные вещества полностью, а другие частично; т. е. существует разделение веществ, которые должны быть сохранены, от подлежащих отбраковке. Впоследствии петля Генле, дистальные извитые канальцы и собирательные трубочки в основном связаны с концентрацией мочи, чтобы обеспечить точный контроль водно-электролитного баланса. Клубочковая фильтрация Мочеобразование начинается как процесс ультрафильтрации большого объема плазмы крови из капилляров клубочков в капсульное пространство, при этом коллоиды, такие как белки, задерживаются, а кристаллоиды (вещества в истинном растворе) проходят. У человека средний диаметр капилляров составляет от 5 до 10 микрометров (микрометр равен 0,001 миллиметра). Стенка каждой петли капилляров имеет три слоя. Внутренний слой состоит из плоских ядерных эндотелиальных клеток, образующих многочисленные поры, или фенестры, диаметром 50–100 нанометров (нанометр равен 0,000001 миллиметра), которые позволяют крови вступать в непосредственный контакт со вторым слоем, базальной мембраной. Базальная мембрана капилляров, как и выстилка многих других структур и органов, представляет собой непрерывный слой гидратированного коллагена и гликопептидов. Хотя когда-то он считался гомогенным, оказалось, что он состоит из трех слоев, различающихся содержанием полианионных гликопептидов. Мембрана заряжена отрицательно (анионно) из-за относительно высокого содержания в ней сиаловой и аспарагиновой кислот. Также присутствуют гликозаминогликаны, такие как сульфат гепарина. Третий, внешний слой состоит из крупных эпителиальных клеток, называемых подоцитами. Эти клетки вступают в контакт с внешней поверхностью базальной мембраны с помощью тонких цитоплазматических отростков, называемых ножками (ножками). Эти отростки несколько расширены в месте контакта с базальной мембраной и отделены друг от друга щелевидными промежутками диаметром около 20–30 нанометров. Тонкая мембрана (щелевая диафрагма) закрывает щелевидные пространства вблизи базальной мембраны. Существует два физических процесса, с помощью которых гломерулярный фильтрат может преодолевать барьер стенки клубочка: простая диффузия и объемный поток. В объемном потоке растворенное вещество клубочкового фильтрата с водой проходит через поры базальной мембраны. В любом случае окончательное ограничение прохождения фильтрата, по-видимому, лежит в гидратированной гелеобразной структуре базальной мембраны. Отрицательный электростатический заряд в мембране является дополнительной ограничивающей силой для отрицательно заряженных анионных макромолекул, таких как альбумин (молекулярная масса 69 000), в то время как более крупные белковые молекулы ограничены только размером. С другой стороны, белки меньшего молекулярного размера, например нейтральный желатин (35 000), проходят свободно. Возможно, что слой эндотелиальных клеток может также способствовать исключению очень крупных молекул и клеток крови и что аналогичный эффект оказывают щелевидные поры и диафрагма. Нормальный процесс клубочковой фильтрации зависит от целостности клубочка, что, в свою очередь, зависит от его правильного питания и оксигенации. Если клубочки повреждены болезнью или недостатком кислорода, они становятся более проницаемыми, что позволяет белкам плазмы попадать в мочу. Специальные клетки, которые могут быть связаны с формированием и поддержанием базальной мембраны стенок клубочков, называются мезангиальными клетками. Они лежат между петлями гломерулярных капилляров и образуют стебель или каркас капиллярной сети. Сами они встроены в матрикс гликозаминогликанов, подобный матриксу базальной мембраны капилляров клубочков, и могут быть ответственны за его формирование. Мезангиальные клетки также ответственны за избавление базальной мембраны от крупных чужеродных молекул, которые могут задерживаться там при некоторых заболеваниях. Эти клетки пролиферируют, и мезангиальный матрикс увеличивается в ходе иммунологически индуцированных заболеваний, поражающих клубочки. Функция канальца О роли канальцев можно судить, сравнивая количества различных веществ в фильтрате и моче (табл. 2). Влияние канальцевой реабсорбции на мочу (иллюстративные 24-часовые цифры)
Очевидно, что фильтрат должен модифицироваться в канальцах, чтобы учесть различные составы фильтрата и конечной мочи, например, чтобы учесть полное отсутствие глюкозы в последней, гораздо меньший объем мочи, чем фильтрат, или кислотность мочи по сравнению с нейтральностью фильтрата. По мере прохождения фильтрата по проксимальным канальцам большая часть его воды и солей реабсорбируется в кровь сети капилляров вокруг канальцев. Из других веществ одни реабсорбируются полностью, другие частично, так как этот участок нефрона отделяет вещества, которые должны быть задержаны в организме, от предназначенных для выведения с мочой. Функция проксимальных канальцев заключается в основном в реабсорбции фильтрата в соответствии с потребностями гомеостаза (равновесия), тогда как дистальная часть нефрона и собирательные трубочки в основном связаны с детальной регуляцией водно-электролитного и водородно-ионного баланса. Все эти процессы происходят в канальцах как химическими, так и физическими способами, и все они подлежат гормональной регуляции. Хотя в норме моча заметно отличается от фильтрата, если функция канальцев постепенно снижается в экспериментальных ситуациях из-за охлаждения или отравления, моча будет все больше напоминать фильтрат. Кроме того, чем быстрее происходит фильтрация, тем меньше времени остается для модификации мочи при ее прохождении через канальцы. Реабсорбция из проксимальных канальцев На реабсорбцию влияет вся глюкоза фильтрата, до 70% его воды и натрия (остальное всасывается в дистальных канальцах), большая часть ионов калия и хлора, часть мочевой кислоты, 40% мочевины и мало или совсем нет сульфата. Из общего количества твердых веществ 75% реабсорбируются в проксимальных канальцах. Первая часть канальца всасывает аминокислоты, глюкозу, лактат и фосфат; вся свертка поглощает натрий, калий, кальций и хлорид и, удаляя бикарбонат, слегка подкисляет жидкость. Канальцы обладают лишь определенной способностью к реабсорбции. Таким образом, в норме поглощается вся поступающая в фильтрат глюкоза; но если уровень глюкозы в плазме повышается до достаточно высокого уровня, глюкоза поступает в клетки канальцев быстрее, чем она может быть поглощена — состояние, которое возникает при диабете. Другими словами, существует критическая скорость доставки, определяемая концентрацией в плазме и скоростью фильтрации, а также максимальная реабсорбционная способность каждого вещества в фильтрате. Скорость канальцевой реабсорбции имеет верхнее максимальное значение, постоянное для любого данного вещества. Следовательно, если уровень в плазме достаточно повысится, весь избыток вещества выйдет с мочой; это верно даже для глюкозы, которая полностью реабсорбируется в нормальных условиях. С другой стороны, верхнее максимальное значение для фосфата намного ниже, поэтому обычно в моче всегда присутствует некоторое количество фосфата. На реабсорбцию фосфатов в проксимальных канальцах также влияет содержание фосфатов в фильтрате и паратгормон. Фосфаты конкурируют с глюкозой за реабсорбцию, и их реабсорбция снижается паратиреоидным гормоном и витамином D и увеличивается, по крайней мере, на некоторое время, при высоком потреблении фосфатов с пищей. Аминокислоты также имеют свои собственные максимальные значения канальцевой реабсорбции, но они достаточно высоки, чтобы обеспечить их полную реабсорбцию в нормальных условиях; при некоторых редких наследственных заболеваниях, таких как цистинурия, при которых наблюдается избыточная экскреция цистина, их реабсорбция снижена. Реабсорбция около 70 процентов ионов натрия в фильтрате означает, что такое же количество воды в фильтрате должно сопровождать эти ионы в качестве носителя для предотвращения повышения осмотического градиента (т. е. для предотвращения увеличения разницы в концентрации натрия). раствор внутри и снаружи канальца). Энергия, необходимая для реабсорбции натрия в кровь, использует 80 процентов кислорода, потребляемого почками, и составляет одну восьмую потребления кислорода человеком в состоянии покоя. Доказательств активного транспорта воды нет, а большой объем реабсорбции воды происходит пассивно в ответ на перемещение натрия. Поскольку в количественном отношении натрий является основным осмотически активным растворенным веществом, общий эффект заключается в том, что жидкость, которая остается в просвете канальцев, хотя и значительно уменьшена в объеме, остается приблизительно изоосмотической по отношению к исходному гломерулярному фильтрату. Активная реабсорбция натрия (положительно заряженного иона) в кровь оставляет жидкость, оставшуюся в проксимальных канальцах, электроотрицательной по отношению к перитубулярной жидкости. Это обеспечивает движущую силу реабсорбционного транспорта отрицательно заряженных ионов, таких как хлориды, бикарбонаты и органические растворенные вещества. Реабсорбция нейтральных молекул, таких как мочевина, в кровь также обусловлена активным транспортом натрия. Поскольку эпителий канальцев менее проницаем для мочевины и креатинина, чем для воды или хлоридов, свободное пассивное движение воды из просвета канальцев приводит к повышению концентрации мочевины в просвете (т. е. выше концентрации в исходном фильтрате). с плазмой). В результате в кровь реабсорбируется меньшая часть отфильтрованной мочевины или креатинина, чем натрия или воды, что приводит к элиминации значительного количества креатинина с мочой. Реабсорбция из петли Генле Около трети объема клубочкового фильтрата поступает в нисходящее колено петли Генле. Эта жидкость изоосмотична плазме. Реабсорбционные характеристики нисходящей тонкой ножки и изгиба петли сильно отличаются от таковых восходящей толстой ножки. Тонкий эпителий, выстилающий тонкую конечность, проницаем для воды и растворенных веществ и не обладает способностью к активному транспорту. Соответственно жидкость, поступающая в лимб и изгиб петли, приобретает концентрацию жидкости окружающей интерстициальную перитубулярную жидкость. Напротив, толстая восходящая ветвь, выстланная более высокими клетками, имеет низкую проницаемость для воды и мочевины, но активно транспортирует натрий и хлориды в перитубулярную жидкость вокруг обеих конечностей. В результате эта жидкость в мозговом веществе и глубоких кортикальных отделах почек становится высококонцентрированной, достигая концентрации до четырех раз превышающей концентрацию в плазме (1200 мосмоль/л), в основном за счет накопления натрия и хлора. Это накопление растворенных веществ, необходимое для образования концентрированной мочи, более подробно обсуждается ниже. Реабсорбция из дистального извитого канальца Активный транспорт натрия из восходящей ветви делает жидкость, поступающую в дистальные извитые канальцы, менее концентрированной, чем плазма. Активная реабсорбция натрия продолжается на всем протяжении дистального канальца и распространяется на начальную часть собирательных трубочек. Поскольку эта часть нефрона относительно непроницаема для воды, поддерживается большой градиент концентрации натрия и хлорида между просветной жидкостью и плазмой, при этом концентрация натрия в канальцах остается значительно ниже, чем в плазме. Просветная жидкость здесь также заметно электроотрицательна по отношению к окружающим тканям. Механизм реабсорбции натрия, по-видимому, напрямую связан с секрецией калия и ионов водорода в канальцах из крови и находится под сильным влиянием гормона альдостерона, который секретируется надпочечниками при недостатке натрия в организме. Концентрация мочи Как уже указывалось, петля Генле имеет решающее значение для способности почек концентрировать мочу. Считается, что высокая концентрация соли в костномозговой жидкости достигается в петле за счет процесса, известного как противоточное обменное умножение. Принцип этого процесса аналогичен физическому принципу, применяемому при пропускании горячих выхлопных газов мимо холодного поступающего газа с целью его нагревания и сохранения тепла. Этот обмен является пассивным, но в почках система противотока использует энергию, чтобы «выкачивать» натрий и хлорид из восходящего отдела петли в мозговую жидкость. Оттуда он поступает (путем диффузии) в фильтрат (изотонический с плазмой), поступающий в нисходящую ветвь из проксимальных канальцев, таким образом повышая его концентрацию немного выше, чем в плазме. Поскольку эта просветная жидкость, в свою очередь, достигает восходящей ветви, а затем и дистального канальца, она, в свою очередь, обеспечивает откачивание большего количества натрия в окружающую жидкость или кровь, если это необходимо, и транспортировку (путем диффузии) обратно в нисходящую ветвь; этот процесс концентрации продолжается до тех пор, пока осмотическое давление жидкости не станет достаточным для уравновешивания резорбтивной способности собирательных трубочек в мозговом веществе, через которые должна пройти вся конечная моча. Эта резорбтивная способность протоков регулируется антидиуретическим гормоном (АДГ), который секретируется гипоталамусом и хранится в задней доле гипофиза в основании головного мозга. В присутствии АДГ мозговые собирательные трубочки становятся свободно проницаемыми для растворенных веществ и воды. Вследствие этого жидкость, поступающая в протоки (на пути к почечной лоханке и последующей элиминации), приобретает концентрацию интерстициальной жидкости мозгового вещества; т. е. моча становится концентрированной. С другой стороны, в отсутствие АДГ собирательные трубочки непроницаемы для растворенного вещества и воды, и, таким образом, жидкость в просвете, из которой удалено некоторое количество растворенного вещества, остается менее концентрированной, чем плазма; т. е. моча разбавлена. Секреция АДГ гипоталамусом и его высвобождение из задней доли гипофиза являются частью механизма обратной связи, реагирующего на тонус плазмы. Эта взаимосвязь между осмотическим давлением плазмы и выбросом АДГ опосредована специфическими и чувствительными рецепторами в основании мозга. Эти рецепторы особенно чувствительны к ионам натрия и хлора. При нормальном тонусе крови наблюдается устойчивый разряд рецепторов и устойчивая секреция АДГ. Если плазма становится гипертонической (т. е. имеет более высокое осмотическое давление, чем обычно), либо из-за приема внутрь кристаллоидов, таких как поваренная соль, либо из-за нехватки воды, разрядка рецепторов увеличивается, вызывая увеличение продукции АДГ, и большее количество воды выходит из собирательных трубочек. всасываться в кровь. Если осмотическое давление плазмы становится низким, происходит обратное. Таким образом, прием воды разбавляет жидкости организма и уменьшает или останавливает секрецию АДГ; моча становится гипотонической, и лишняя вода выводится с мочой. Ситуация осложняется тем, что существуют также рецепторы, чувствительные к изменениям объема крови, которые рефлекторно подавляют выработку АДГ при наличии тенденции к избыточному объему крови. Упражнения увеличивают выработку АДГ и уменьшают поток мочи. Тот же результат может быть вызван эмоциональным расстройством, обмороком, болью и травмой или употреблением некоторых наркотиков, таких как морфин или никотин. Диурез — это повышенный поток мочи, возникающий в результате повышенного потребления жидкости, отсутствия гормональной активности или приема некоторых препаратов, снижающих реабсорбцию натрия и воды из канальцев. Если секреция АДГ подавляется употреблением избыточного количества воды, болезнью или наличием опухоли, поражающей основание мозга, возникает водный диурез; а скорость образования мочи приблизится к скорости фильтрации 16 миллилитров в минуту в клубочках. При некоторых заболеваниях гипофиза, при которых секреция АДГ снижена или отсутствует, например, при несахарном диабете, может наблюдаться постоянный и необратимый выход большого количества разбавленной мочи. Трубчатая секреция Единственное различие между секреторными и реабсорбционными канальцевыми механизмами заключается в направлении транспорта; секреторные механизмы включают добавление веществ к фильтрату из плазмы в перитубулярных капиллярах. Небольшой объем секреции, за исключением секреции калия и мочевой кислоты, происходит в проксимальных канальцах. Также выделяются ионы водорода и образуется аммиак, но это частные случаи, которые обсуждаются ниже в разделе «Регулирование кислотно-щелочного баланса». Как и в случае реабсорбции, секреция происходит как пассивно, так и активно против электрохимического градиента. Некоторые лекарства активно секретируются, и некоторые из них, по-видимому, имеют общий путь, так что они могут конкурировать друг с другом за ограниченное количество энергии. Это может быть использовано в терапевтических целях в случае пенициллина, который частично выводится за счет канальцевой секреции. Препарат пробенецид, который можно вводить одновременно, конкурирует с пенициллином в его секреторном участке и, таким образом, способствует повышению уровня пенициллина в крови при лечении некоторых инфекций. Эндогенные (возникшие в организме) соединения, которые секретируются, также включают простагландины, соли желчных кислот и гиппурат. Мочевая кислота, образующаяся из нуклеопротеинов, свободно проходит через гломерулярный барьер и в норме в значительной степени реабсорбируется в проксимальных канальцах. Однако в некоторых случаях он также секретируется другими частями того же извитого канальца. Секреция калия дистальными канальцами является одним из наиболее важных процессов в почках, поскольку ее контроль имеет основополагающее значение для поддержания общего баланса калия. Более 75% отфильтрованного калия реабсорбируется в проксимальных канальцах и в восходящей части петли Генле, и этот процент остается практически постоянным, независимо от того, сколько фильтруется. Количество, выделяемое с мочой, которое в конечном итоге определяется потреблением с пищей, контролируется дистальными извитыми канальцами. У людей, соблюдающих нормальную диету, вероятно, около 50 % выводимого с мочой калия секретируется в мочу дистальными канальцами; это количество может быть скорректировано в соответствии с потребностями организма. Одним из нескольких факторов, влияющих на секрецию калия, является гормон альдостерон, секретируемый корой надпочечников. В отсутствие альдостерона и других минералокортикоидов (адренокортикальные стероиды, влияющие на электролитный и водный баланс) секреция калия нарушается, и в крови могут накапливаться потенциально опасные количества. Избыток альдостерона способствует выведению калия. Регуляция кислотно-щелочного баланса Клетки тела получают энергию из окислительных процессов, которые производят кислые отходы. Кислоты — это вещества, которые ионизируются с образованием свободных протонов или ионов водорода. Те ионы водорода, которые образуются из нелетучих кислот, таких как молочная, пировиноградная, серная и фосфорная кислоты, удаляются с мочой. В почках имеются транспортные механизмы, которые способны повышать концентрацию ионов водорода в моче в 2500 раз по сравнению с плазмой или, при необходимости, снижать ее до одной четверти по сравнению с плазмой. Теоретически подкисление мочи могло быть вызвано либо секрецией ионов водорода в канальцевую жидкость, либо избирательным всасыванием буферной основы (вещества, способного акцептировать ионы водорода, например, отфильтрованного бикарбоната). Текущие данные указывают на то, что как фильтрация, так и секреция необходимы для экскреции ионов водорода и что участвуют как проксимальные, так и дистальные извитые канальцы. Большая часть бикарбоната, отфильтрованного в клубочках, реабсорбируется в проксимальных канальцах, откуда возвращается в перитубулярные капилляры. Этот механизм предназначен для поддержания нормальной концентрации бикарбоната в плазме на постоянном уровне около 25 миллимолей на литр. Когда концентрация в плазме падает ниже этого уровня, бикарбонат не выводится из организма, а весь отфильтрованный бикарбонат реабсорбируется в кровь. Этот уровень часто называют бикарбонатным порогом. Когда содержание бикарбоната в плазме превышает 27 миллимолей на литр, бикарбонат появляется в моче в возрастающих количествах. Щеточные каймы клеток проксимальных канальцев богаты ферментом карбоангидразы. Этот фермент способствует образованию угольной кислоты (H2CO3) из CO2 и H2O, которая затем ионизируется до ионов водорода (H+) и ионов бикарбоната (HCO3-). Отправной точкой реабсорбции бикарбоната, вероятно, является активная секреция ионов водорода в канальцевую жидкость. Эти ионы могут образовываться под влиянием карбоангидразы из СО2, высвобождающегося при окислении питательных веществ клетки, и Н2О уже в клетках. Отфильтрованное основание, бикарбонат, принимает ионы водорода с образованием угольной кислоты, которая нестабильна и диссоциирует с образованием CO2 и H2O. Парциальное давление СО2 в фильтрате повышается, и, поскольку СО2 хорошо диффундирует, он легко переходит из канальцевой жидкости в канальцевые клетки и кровь, а с водой либо поступает таким же образом, либо выводится из организма. Тем временем клетки проксимальных канальцев активно реабсорбируют отфильтрованный натрий, который уравновешивается HCO3-, образующимся внутри клеток из CO2, генерируемого ионами водорода в просветной жидкости. Таким образом, фактически реабсорбированный бикарбонат не является тем, что первоначально был фильтратом, но чистый эффект такой же, как если бы это было так. Другие основания, кроме HCO3-, могут буферировать ионы водорода, секретируемые в дистальные канальцы; кроме того, ионы могут соединяться с аммиаком, также секретируемым канальцами. Наиболее важным небикарбонатным основанием, присутствующим в фильтрате, является двухосновный фосфат (Na2HPO4), который принимает ионы водорода с образованием одноосновного фосфата (NaH2PO4). Измерение количества ионов водорода в моче, забуференных основаниями, такими как бикарбонат и фосфат, производится путем титрования мочи сильным основанием до тех пор, пока не будет достигнуто значение рН плазмы, из которой получен фильтрат (7.4). Это называется титруемой кислотностью мочи и обычно составляет от 20 до 40 миллимолей Н+ в день. В нормальных условиях около двух третей ионов водорода, выделяемых с мочой, находятся в форме солей аммония (например, хлорида аммония). Аммиак (NH3) не присутствует в плазме или фильтрате, но образуется в клетках дистальных канальцев и попадает в просвет, вероятно, путем пассивной диффузии по градиенту концентрации. В просвете NH3 соединяется с ионами водорода, секретируемыми в канальцах, с образованием ионов аммония (NH4+), которые затем задерживаются в просвете, поскольку липидные стенки клеток канальцев гораздо менее проницаемы для заряженных, чем для незаряженных молекул. В настоящее время известно, что аммиак образуется в результате гидролиза глутамина (аминокислоты) с образованием глутаминовой кислоты и аммиака ферментом глутаминазой. Дальнейшая молекула аммиака получается путем дезаминирования глутаминовой кислоты с образованием глутаровой кислоты, которая затем метаболизируется. Чем кислее моча, тем больше в ней содержание ионов аммония; введение ионов водорода (например, с пищей) стимулирует продукцию аммония клетками канальцев. Аммоний выводится с мочой в виде солей аммония избыточных анионов (отрицательных ионов), таких как хлориды, сульфаты и фосфаты, таким образом, сохраняя другие катионы (положительные ионы), такие как натрий или калий. Таким образом, секрецию ионов водорода можно рассматривать в три этапа. Первый происходит в проксимальных канальцах, где конечным результатом является канальцевая реабсорбция отфильтрованного бикарбоната. Вторая и третья фазы проходят в дистальных канальцах, где образуются одноосновные фосфаты и соли аммония. Таким образом, общая секреция ионов водорода канальцевыми клетками представляет собой сумму титруемой кислотности, количества экскретируемых ионов аммония и количества реабсорбированных ионов бикарбоната. Последнее может быть оценено путем расчета количества отфильтрованного бикарбоната (т. е. концентрация бикарбоната в плазме × скорость клубочковой фильтрации и вычитание любого бикарбоната, экскретируемого с мочой). Общая секреция ионов водорода обычно составляет 50–100 ммоль в день, но может значительно превышать этот показатель при заболеваниях, связанных с избыточным образованием кислоты, таких как диабет. Объем и композиция Объем и состав нормальной мочи сильно различаются изо дня в день, даже у здоровых людей, в результате приема пищи и жидкости и потери жидкости через другие каналы, на которые влияют условия окружающей среды и физические нагрузки. Суточный объем составляет в среднем 1,5 литра (около 1,6 кварт) с диапазоном от 1 до 2,5 литров, но после обильного потоотделения он может опускаться до 500 миллилитров, а после избыточного потребления жидкости может достигать трех литров и более. Существует также изменение в течение 24-часового периода. Экскреция снижена в первые часы, максимальна в первые несколько часов после подъема с пиками после еды и в первые часы физической нагрузки. Моча, вырабатываемая между утром и вечером, в два-четыре раза превышает ночной объем. Чрезмерная секреция мочи (полиурия) при хроническом заболевании почек обычно носит ночной характер. Объем мочи регулируется, чтобы поддерживать постоянную осмотическую концентрацию в плазме, контролировать общее содержание воды в тканях и обеспечивать средство для ежедневного выведения наружу около 50 граммов твердых веществ, в основном мочевины и хлорида натрия. У человека, ежедневно потребляющего 100 г белка и 10 г соли, моча будет содержать 30 г мочевины и 10 г соли; есть много других возможных компонентов, но в целом они составляют менее 10 граммов. Некоторые компоненты мочи (табл. 3) — продукты метаболизма азотистых веществ, поступающие с пищей, — сильно варьируют в зависимости от состава рациона; таким образом, экскреция мочевины и сульфата зависит от содержания белка в рационе. Высокобелковая диета может дать 24-часовой выход 17 граммов азота, низкобелковая диета той же калорийности — только три-четыре грамма.
Моча в норме прозрачная. Он может быть мутным из-за фосфата кальция, который проясняется при добавлении уксусной кислоты. Микроскопические отложения включают редкие цилиндры, отдаленно напоминающие по форме почечные канальцы, из оболочки которых они отслоились. Аммиачный запах является результатом разложения мочевины до аммиака бактериями и обычно присутствует на детских подгузниках. Определенные продукты и лекарства могут вызывать характерный запах. Цвет мочи зависит от ее концентрации, но обычно он ярко-желтый из-за пигмента урохрома, конечного продукта белкового обмена. Имеются также следы других пигментов: уробилина и уроэритрина. На цвет также могут влиять витамины, пищевые красители, свекла и некоторые лекарства. Удельный вес мочи может варьироваться от 1,001 до 1,04, но обычно составляет 1,01–1,025. Такие колебания являются нормальными, а фиксированный низкий удельный вес свидетельствует о хроническом заболевании почек. Если прием жидкости прекратить на 24 часа, нормальная почка будет выделять мочу с удельным весом не менее 1,025. Концентрационная способность почек ограничена, так что концентрация мочи редко превышает концентрацию плазмы более чем в четыре раза. Для того, чтобы выводить нормальную нагрузку растворенных веществ, почкам требуется как минимум 850 миллилитров воды в качестве носителя; этот объем часто называют минимальным обязательным объемом мочи. Если он недоступен при приеме внутрь, его приходится выводить из тканей, вызывая обезвоживание; но обычное потребление намного выше минимального, а моча редко имеет максимально возможную концентрацию. Реакция мочи обычно кислая, с общим диапазоном рН от 4 до 8 (лимонный пирог имеет рН 2,3; значение 8 слегка щелочное, примерно равное рН 1-процентного раствора бикарбоната натрия). Чужеродные белки с молекулярной массой менее 68000 выводятся с мочой, а белки плазмы остаются в организме. Однако, если почки повреждены болезнью или токсинами, клубочки будут передавать некоторое количество нормального сывороточного альбумина и глобулина, а моча будет свертываться при нагревании. В норме моча содержит очень небольшое количество белка (менее 50 мг в сутки); однако содержание белка в моче увеличивается после физической нагрузки, во время беременности и у некоторых людей в положении стоя (ортостатическая альбуминурия). Потеря белка может быть значительно увеличена при некоторых хронических почечных заболеваниях; при нефротическом синдроме она может достигать даже 50 г в сутки. Определенные специфические и легко идентифицируемые белки появляются в моче при заболеваниях, связанных с избыточным ростом клеток, вырабатывающих иммуноглобулины. Глюкоза обнаруживается в моче при сахарном диабете. Однако у некоторых здоровых людей также может быть аномальное количество глюкозы в моче из-за низкого порога канальцевой реабсорбции без каких-либо нарушений метаболизма глюкозы. Лактозурия (ненормальное количество лактозы в моче) может возникать у кормящих матерей. Кетоновые тела (ацетон, ацетоуксусная кислота) присутствуют в следовых количествах в моче в норме, но в большом количестве при тяжелом нелеченом диабете и при относительном или фактическом углеводном голодании, например, у человека, сидящего на диете с высоким содержанием жиров. Моча может содержать гемоглобин или его производные после гемолиза (высвобождение гемоглобина из эритроцитов), после переливания несовместимой крови и при злокачественной малярии (черная лихорадка). Свежая кровь может появиться в результате кровотечения в мочевыводящих путях. Желчные соли и пигменты повышены при желтухе, особенно при механической желтухе; уробилин значительно увеличивается при некоторых заболеваниях, таких как цирроз печени. Порфирины обычно присутствуют только в незначительных количествах, но могут быть повышены при врожденной порфирии, заболевании, характеризующемся чувствительностью к солнечному свету или безумием. Наличие порфиринов также может увеличиваться после приема внутрь сульфаниламидов и некоторых других препаратов. Обычно небольшое количество аминокислот в моче может быть значительно повышено при запущенных заболеваниях печени, при нарушении канальцевой реабсорбции и при некоторых заболеваниях из-за врожденных нарушений белкового обмена. Фенилкетонурия, заболевание, определяемое по наличию фенилпировиноградной кислоты в моче, обусловлено отсутствием фермента фенилаланингидроксилазы, вследствие чего фенилаланин превращается не в тирозин, а в фенилпировиноградную кислоту. Присутствие этой кислоты в крови и тканях вызывает умственную отсталость; его можно легко обнаружить, если исследовать мочу каждого новорожденного. Ограничение фенилаланина в рационе в таких случаях может быть полезным. Алкаптонурия, заболевание, определяемое по наличию гомогентизиновой кислоты в моче, обусловлено отсутствием фермента, катализирующего окисление гомогентизиновой кислоты; отложения кислоты в тканях могут вызвать хронический артрит или заболевание позвоночника. Другими такими нарушениями являются цистинурия, наличие аминокислоты цистина в моче, когда мочевой пузырь может содержать цистиновые камни; и болезнь кленового сиропа, еще одно заболевание, связанное с аномальными уровнями аминокислот в моче и плазме крови. Давление клубочковой фильтрации Видео: клубочковая фильтрация: чистое давление ультрафильтрации https://www.youtube.com/watch?v=US0Pxh7KYOA Текст: https://www.nottingham.ac.uk/nmp/sonet/rlos/bioproc/gfr/index.html Три отдельных процесса способствуют образованию мочи в нефроне почки. Это фильтрация, реабсорбция и секреция. Мы рассмотрим первый из них, фильтрацию. Фильтрация происходит в клубочках нефрона. Клубочек представляет собой капиллярное русло внутри нефрона, и фильтрация жидкости из клубочка происходит как за счет строения нефрона, так и за счет сил Старлинга. Клубочек является частью сосудистой структуры нефрона. Это плотное капиллярное русло или капиллярный пучок, который выходит из приносящей артериолы и возвращается в выносящую артериолу. Трубочки Помимо клубочка и артериол, ведущих к нему и от него, нефрон состоит из трубчатой системы. Капсула Боумена является началом канальцевой системы и окружает клубочек. Жидкость, отфильтрованная через клубочки, поступает в капсулу Боумена и поступает в канальцы, где ее объем и концентрация уравновешиваются в соответствии с потребностями организма. Клубочковая фильтрация зависит от тех же противоположных сил, которые вызывают обмен жидкости в каждом капилляре нашего тела: это гидростатическое давление и онкотическое давление, и вместе они известны как силы Старлинга. Гидростатическое давление Гидростатическое давление в клубочках значительно выше, чем в обычных капиллярах. Это высокое гидростатическое давление позволяет примерно 20% плазмы, протекающей через клубочки, фильтроваться в капсулу Боумена. Этот фильтрат называется фильтрационной фракцией. Как и во всех капиллярах, клубочек удерживает эритроциты и белки плазмы внутри кровеносных сосудов и отфильтровывает практически не содержащий белков «фильтрат» в капсулу Боумена. Этот фильтрат содержит воду, электролиты и низкомолекулярные органические растворенные вещества. Онкотическое давление Подобно силам Старлинга в каждом капилляре тела, необходимо учитывать влияние онкотического давления на гидростатическое давление. То есть кровь, притекающая в клубочек, содержит белки плазмы и клетки крови, вытесняющие водное содержимое крови. По сути, это создает противодействующую силу, называемую онкотическим давлением, поскольку вода вне капилляров стремится сравняться с водой внутри капилляров посредством осмоса. Однако сила гидростатического давления, выталкивающего фильтрат из клубочка, на самом деле больше, чем сила онкотического давления, которая его втягивает. Капсула Боумена Чтобы понять клубочковую фильтрацию, необходимо понять, что клубочковые силы Старлинга — это только половина дела. Клубочек окружен капсулой Боумена, и фильтрат нагнетается в капсулу Боумена. Жидкостный обмен в капсуле Боумена регулируется теми же силами Старлинга, которые действуют в клубочках. То есть жидкость там тоже оказывает гидростатическое давление и она, по сути, противостоит гидростатическому давлению, идущему из клубочка. Теоретически в капсуле Боумена практически не должно быть белков плазмы, так как клетки крови и белки плазмы не должны фильтроваться из клубочка. Скорость клубочковой фильтрации (СКФ) Если мы пренебрегаем каким-либо онкотическим давлением в капсуле Боумена, мы фактически имеем три давления, которые следует учитывать: гидростатическое давление в клубочках, онкотическое давление в клубочках и гидростатическое давление в капсуле Боумена. Их можно выразить в виде формулы, которая покажет нам количество гидростатического давления, выталкивающего жидкость из клубочка: Чистое клубочковое давление равно: клубочковому гидростатическому давлению минус [гломерулярное онкотическое давление + гидростатическое давление в капсуле Боумена] Чтобы измерить скорость клубочковой фильтрации, мы должны добавить к этому измерению оценку проницаемости клубочков и площади поверхности, то есть, сколько функционирующих нефронов доступно в организме для фильтрации и насколько эффективно клубочки фильтруют жидкость. Нормальная скорость клубочковой фильтрации составляет около 125 мл/мин, и это измерение используется для определения и классификации функции почек. Капиллярная динамика Видео: Капиллярный обмен (диффузия, фильтрация, реабсорбция) https://www.youtube.com/watch?v=70chieuG8Pc Текст: https://med.libretexts.org/Bookshelves/Anatomy_and_Physiology/Book%3A_Anatomy_and_Physiology_(Boundless)/18%3A_Cardioсосудистой_System%3A_Blood_Vessels/18.8%3A_Capillary_Exchange/18.8A%3A_Capillary_Dynamics Гидростатическое и осмотическое давление являются противоположными факторами, определяющими капиллярную динамику. Цели обучения: Дать характеристику гидростатическому давлению и осмотическому давлению, факторам капиллярной динамики. Ключевые моменты Капиллярный обмен относится к обмену веществом из крови в ткани в капилляре. Есть три механизма, которые облегчают капиллярный обмен: диффузия, трансцитоз и объемный поток. Капиллярная динамика контролируется четырьмя силами Старлинга. Онкотическое давление представляет собой форму осмотического давления, создаваемого белками плазмы крови или интерстициальной жидкости. Гидростатическое давление представляет собой силу, создаваемую давлением жидкости на стенки капилляров либо плазмой крови, либо интерстициальной жидкостью. Чистое давление фильтрации представляет собой баланс четырех сил Старлинга и определяет чистый поток жидкости через капиллярную мембрану. Основные условия протеинурия: избыточное количество белка в моче, состояние, которое может изменить чистое давление фильтрации, изменяя поток жидкости через стенку капилляра. гидростатическое давление: давление, создаваемое жидкостью на стенки капилляра, обычно вытесняющее воду из кровеносной системы. чистое давление фильтрации: баланс четырех сил Старлинга, который определяет чистый поток жидкости через капиллярную мембрану. онкотическое давление: Форма осмотического давления, оказываемого белками в жидкости, которое обычно имеет тенденцию втягивать воду в систему кровообращения. Капиллярный обмен относится к обмену веществом между кровью и тканями в капиллярах. Есть три механизма, которые облегчают капиллярный обмен: диффузия, трансцитоз и объемный поток. Механизмы капиллярного обмена Диффузия, наиболее широко используемый механизм, позволяет небольшим молекулам, таким как глюкоза и кислород, проходить через капилляры из крови в ткани и углекислому газу из тканей в кровь. Процесс зависит от разницы градиентов между интерстицием и кровью, при этом молекулы перемещаются в низкоконцентрированные пространства из высококонцентрированных. Трансцитоз — это механизм, посредством которого крупные нерастворимые в липидах вещества пересекают мембраны капилляров. Транспортируемое вещество эндоцитируется эндотелиальной клеткой в липидный везикул, который перемещается через клетку, а затем экзоцитируется на другую сторону. Объемный поток используется небольшими нерастворимыми в липидах растворенными веществами в воде для пересечения стенки капилляра. Движение материалов через стенку зависит от давления и является двунаправленным в зависимости от чистого давления фильтрации, полученного из четырех сил Старлинга, которые модулируют капиллярную динамику. Капиллярная динамика Четыре силы Старлинга модулируют капиллярную динамику. Онкотическое или коллоидное осмотическое давление представляет собой форму осмотического давления, создаваемого белками плазмы крови или интерстициальной жидкости. Гидростатическое давление — это сила, создаваемая давлением жидкости внутри или снаружи капилляра на стенку капилляра. Чистое давление фильтрации, полученное из суммы четырех сил, описанных выше, определяет поток жидкости в капилляр или из него. Движению из кровотока в интерстиций способствуют гидростатическое давление крови и онкотическое давление интерстициальной жидкости. Альтернативно, движению из интерстиция в кровоток способствуют онкотическое давление крови и гидростатическое давление интерстициальной жидкости. Капиллярная динамика: онкотическое давление, оказываемое белками плазмы крови, имеет тенденцию втягивать воду в кровеносную систему. Из-за давления крови в капиллярах гидростатическое давление крови больше, чем гидростатическое давление интерстициальной жидкости, что способствует чистому току жидкости из кровеносных сосудов в интерстиций. Однако, поскольку крупные белки плазмы, особенно альбумины, не могут легко проходить через стенки капилляров, их влияние на осмотическое давление внутри капилляров в некоторой степени уравновешивает тенденцию к утечке жидкости из капилляров. В условиях, когда белки плазмы снижены (например, из-за потери с мочой или из-за недоедания), или значительно повышается артериальное давление, изменение результирующего давления фильтрации и увеличение движения жидкости через капилляры приводят к избыточному накоплению жидкости в тканях (отеку). Гипотеза Старлинга и факторы Видео: Жидкостный обмен в капиллярах | Старлинг Форс | Капиллярная фильтрация | Общая физиология https://www.youtube.com/watch?v=_w_73H4MHqU Видео: Клубочковая фильтрация | СКФ | Старлинг Форс | Тубулогломерулярная обратная связь | Физиология почек https://www.youtube.com/watch?v=wxaEd8p2EQM&t=41s Текст: https://med.libretexts.org/Bookshelves/Anatomy_and_Physiology/Book%3A_Fluid_Physiology_(Brandis)/04%3A_Capillary_Fluid_Dynamics/4.02%3A_Starling%27s_Hypothesis Гипотеза Старлинга Силы Старлинга и факторы Цитата из Старлинга (1896 г.) «…должно быть равновесие между гидростатическим давлением крови в капиллярах и осмотическим притяжением крови к окружающим жидкостям». «... и в то время как капиллярное давление определяет транссудацию, осмотическое давление протеидов сыворотки определяет абсорбцию». Гипотеза Старлинга утверждает, что движение жидкости за счет фильтрации через стенку капилляра зависит от баланса между градиентом гидростатического давления и градиентом онкотического давления в капилляре. Четыре силы Старлинга: гидростатическое давление в капилляре (Pc) гидростатическое давление в интерстиции (Pi) онкотическое давление в капилляре (пк) онкотическое давление в интерстиции (pi) Баланс этих сил позволяет рассчитать чистое движущее давление для фильтрации. Чистое рабочее давление = [(Pc-Pi)-(pc-pi)] Чистый поток жидкости пропорционален этому чистому приводному давлению. Чтобы вывести уравнение для измерения этого потока жидкости, необходимо учитывать несколько дополнительных факторов: коэффициент отражения коэффициент фильтрации (Kf ) Дополнительный момент, который следует отметить, заключается в том, что капиллярное гидростатическое давление падает вдоль капилляра от артериолярного до венозного конца, и движущее давление будет уменьшаться (и обычно становится отрицательным) по длине капилляра. Остальные силы Старлинга остаются постоянными вдоль капилляра. Коэффициент отражения можно рассматривать как поправочный коэффициент, который применяется к измеренному градиенту онкотического давления на стенке капилляра. Рассмотрим следующее: Небольшая утечка белков через капиллярную мембрану имеет два важных эффекта: онкотическое давление интерстициальной жидкости выше, чем могло бы быть в противном случае. не весь присутствующий белок эффективно удерживает воду, поэтому эффективное капиллярное онкотическое давление ниже, чем измеренное онкотическое давление (точно так же, как существует разница между осмоляльностью и тоничностью). Оба эти эффекта уменьшают градиент онкотического давления. Интерстициальное онкотическое давление учитывается, поскольку его значение включается в расчет градиента. Коэффициент отражения используется для корректировки величины измеренного градиента с учетом эффективного онкотического давления. Он может иметь значение от 0 до 1. Например, ЦСЖ и гломерулярный фильтрат имеют очень низкую концентрацию белка, а коэффициент отражения для белка в этих капиллярах близок к 1. Белки относительно легко пересекают стенки печеночных синусоидов, и белок концентрация печеночной лимфы очень высока. Коэффициент отражения белка в синусоидах низкий. Коэффициент отражения в легочных капиллярах имеет промежуточное значение: около 0,5. |