Почки. И водносолевого обмена
 Скачать 4.04 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И СОЦИАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ РФ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра нормальной физиологии Е. Д. Динниц ФИЗИОЛОГИЯ ПОЧКИ И ВОДНО-СОЛЕВОГО ОБМЕНА Учебное пособие Новосибирск 2010 УДК 612.46(075) ББК 28.903я73 Д46 Рекомендовано Центральным координационным методическим советом НГМУ в качестве учебного пособия Рецензенты зав. кафедрой педагогики и медицинской психологии доцент Г. В. Безродная зав. кафедрой факультетской терапии лечебного факультета профессор А. Д. Куимов Авторы канд. биол. наук, доцент Е. Д. Динниц Динниц, Е. Д. Физиология почки и водно-солевого обмена : учеб. по- собие / Е. Д. Динниц. — Новосибирск : Сибмедиздат НГМУ, 20. — 52 с. Настоящее учебное пособие посвящено рассмотрению слож- ных процессов, протекающих в почках и интегративных процес- сов, обеспечивающиих поддержание водно-электролитного гомео- стаза. Пособие составлено в соответствии с требованиями учебных программ по нормальной физиологии и предназначено для само- стоятельной работы студентов при подготовке к занятиям и экза- менам, при решении тестовых и ситуационных задач. Издание рассчитано на студентов всех факультетов медицин- ских институтов, педагогических институтов и университетов. УДК 612.46(075) ББК 28.903я73 © НГМУ, 20 Д46 3 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Функции почек . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Нефрон и его кровоснабжение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Кровоснабжение почки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Механизмы мочеобразования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Основные этапы процесса мочеобразования . . . . . . . . . . . . 11 Клубочковая фильтрация. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Канальцевая реабсорбция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Проксимальная реабсорбция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Осмотическое концентрирование и разведение мочи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Механизм действия АДГ на почку . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Канальцевая секреция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Диуретики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Регуляция водно-солевого гомеостаза . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Регуляция объема жидкостей или волюморегуляция. . . . . 36 Осморегуляция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Роль почки в регуляции кислотно-основного равновесия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Возрастные особенности функции почек . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Возрастные особенности регуляции водно-солевого обмена . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 4 Введение Знание раздела «Физиология почек и регуляция водно- солевого обмена» необходимо для понимания патофизиологических основ болезней самих почек, а также патогенетических механизмов различного рода нарушений водно-электролитного гомеостаза. Это важно для клинической практики: грамотной и эффективной кор- рекции нарушений водно-электролитного обмена, сопровождающих многие заболевания и отягощающих их течение; понимания механиз- ма действия диуретиков, лечения почечной формы гипертонии, отеч- ных состояний и других форм патологии. В небольшом по объему учебном пособии невозможно дать полное представление о современном состоянии проблем почечной физиологии. Поэтому в нем рассматриваются лишь те вопросы, ко- торые необходимы для овладения этим материалом в рамках учеб- ной программы и подготовки к изучению последующих клинических дисциплин. Для понимания изложенного материала необходимо использо- вать знания по функциональной анатомии почек, полученные в курсе анатомии и гистологии, поскольку в почке, как ни в одном другом органе, морфология и функция теснейшим образом взаимосвязаны. Изложение учебного материала сочетается с рисунками и схе- мами, с помощью которых облегчается его восприятие. Автор искренне надеется, что предлагаемое вашему вниманию пособие поможет вам в изучении трудного материала. 5 ФУНКЦИИ ПОЧЕК Представление о почке только как об органе выделения никоим образом не соответствует современным данным о широком круге функций, выполняемых ею в организме. Почки — полифунк- циональный орган.Они участвуют в регуляции объема жидкостей внутренней среды, концентрации отдельных ионов, суммарной кон- центрации осмотически активных веществ, рН крови. Почки обе- спечивают экскрецию конечных продуктов азотистого обмена, чуже- родных веществ, избытка органических и неорганических веществ. Большое значение для организма имеет выработка в почке физиоло- гически активных веществ (ренина, активной формы витамина D3, эритропоэтина) и ее метаболическая функция. Основные функции почек представлены в таблице 1. Таблица 1 Функции почек Регуляция объема крови Регуляция осмотической концентрации крови Регуляция ионного состава крови Регуляция кислотно-основного состояния крови Регуляция артериального давления Выведение конечных продуктов азотистого обмена Регуляция эриропоэза Регуляция свертывания крови Регуляция обмена кальция Регуляция обмена белков, липидов, углеводов Выработка биологически активных веществ 6 НЕФРОН И ЕГО КРОВОСНАБЖЕНИЕ Почка млекопитающих структурно состоит из двух сло- ев: внешнего, коркового, и лежащего под ним мозгового слоя, содер- жащего наружную и внутреннюю части. Структурной единицей почки является нефрон, в почке у чело- века их насчитывается около 1 млн. (схема одного из нефронов пред- ставлена на рис.1). Каждый нефрон начинается с двустенной капсу- лы Шумлянского — Боумена, внутри которой находится клубочек капилляров-гломерула. Рис. 1. Схема строения нефрона 7 Рис. 2. Виды нефронов Между стенками капсулы имеется полость, от которой начи- нается проксимальный каналец (ПК). Следующий за проксималь- ным канальцем отдел нефрона — нисходящая часть петли Генле; она заканчивается шпилькообразным коленом и далее переходит в восходящую часть петли, расположенную параллельно нисходящей; затем идет дистальный каналец (ДК), который возвращается к кап- суле своего нефрона и ложится между приносящей и выносящей ар- териолами, так что его граница с толстой восходящей петлей Генле 8 (область плотного пятна-macula densa) оказывается вблизи принося- щей артериолы. Далее моча поступает в собирательные трубки (СТ), которые транзитом проходят через все слои почки и располагаются параллельно петлям Генле. Строго говоря, СТ не являются частью нефрона, так как имеют другое эмбриональное происхождение, но с физиологической точки зрения они рассматриваются как составная часть нефрона. Расположение каждой из частей нефрона в почке, так же как и их взаимное расположение, важно для понимания их участия в про- цессе мочеобразования. В почке человека и млекопитающих существует несколько ти- пов нефронов, отличающихся по расположению клубочков: поверх- ностные, интракортикальные (лежащие внутри коркового слоя) и юк- стамедуллярные (их клубочки находятся у границы коры мозгового вещества (рис.2). Различие между ними заключается в топографии, длине петли Генле и особенностях кровоснабжения. Так, юкстаме- дуллярные нефроны имеют длинную петлю Генле, спускающуюся глубоко во внутреннее мозговое вещество. В силу этих особенностей они будут принимать участие в процессе концентрирования мочи. 9 КРОВОСНАБЖЕНИЕ ПОЧКИ Кровоснабжение в почке играет особую роль, поскольку не только обеспечивает клеточный метаболизм, но и принимает не- посредственное участие в мочеобразовании. В 1 минуту через сосуды обеих почек у человека проходит око- ло 1200 мл крови, т. е. около 20–25% крови, выбрасываемой серд- цем в аорту. Так как масса почек у человека составляет всего лишь 0,43% массы тела, очевиден исключительно высокий уровень орган- ного кровотока (рис.3) Величина почечного плазмотока и кровотока определяется методом очищения по ПАГ (руководство к проведению лабораторных работ). Через сосуды коры почки протекает 91–93% крови, поступаю- щей в почку, остальное ее количество снабжает мозговое вещество почки. Кровоток в коре почки в норме составляет 4–5 мл/г ткани. Важной особенностью почечного кровотока является высокий уро- вень саморегуляции — крово- ток остается постоянным при изменении артериального дав- ления более, чем в два раза (на- пример, с 90 до 190 мм рт.ст.). Артерии почки отходят от брюшного отдела аорты, что обеспечивает высокий уро- вень артериального давления в приносящих артериолах, по которым кровь поступает в клубочек, содержащий развет- вленную капиллярную сеть. Кровь от клубочка оттекает по выносящей артериоле, ко- торая вновь распадается на вторичную сеть капилляров, оплетающих проксимальные Рис. 3. Сравнение почечного и коронарного кровотока 10 и дистальные канальцы (перитубулярные капилляры). Далее по ве- нам кровь покидает почку и поступает в нижнюю полую вену. Из клубочков юкстамедуллярных нефронов выносящая артериола до- ставляет кровь в мозговое вещество, где образуются прямые сосуды (vasa recta), глубоко спускающиеся в него вместе с петлями Генле и участвующие в осмотическом концентрировании мочи. Таким обра- зом, кровоснабжение почек устроено по типу двух последовательных систем сосудов с регулируемым сопротивлением. 11 МЕХАНИЗМЫ МОЧЕОБРАЗОВАНИЯ Основные этапы процесса мочеобразования Мочеобразование складывается из трех основных про- цессов, представленных на рис.4. • Клубочковой, или гломерулярной, фильтрации. • Канальцевой реабсорбции. • Канальцевой секреции. Рис. 4. Основные процессы, обеспечивающие образование мочи 12 Клубочковая фильтрация Образование мочи в почке начинается с ультрафильтра- ции плазмы крови в почечных клубочках. Жидкость проходит из про- света кровеносных капилляров в полость капсулы клубочка через клубочковый фильтр. Рассмотрим подробнее структуру этого фильтра и силы, обе- спечивающие процесс фильтрации. Фильтрующая мембрана. Фильтрующая мембрана состоит из трех слоев: эндотелия капилляров, базальной мембраны и вну- треннего листка капсулы Шумлянского — Боумена, который образо- ван эпителиальными клетками —подоцитами. (Рис.5). Клетки эндотелия капилляров имеют очень тонкие перифери- ческие участки, в просвет сосуда выступает лишь область клетки, где находится ядро. Боковые части клетки пронизаны довольно круп- ными отверстиями, обычно затянутыми тонкими диафрагмами. При нормальной скорости кровотока крупные молекулы белка образуют над этими порами барьерный слой, что служит препятствием для прохождения через поры не только глобулинов, но и альбуминов. Таким образом, фенестрированный эндотелий капилляров ограничивает прохождение через клубочковый фильтр форменных элементов и белков, но свободно пропускает низкомолекулярные ве- щества, растворенные в плазме крови. Следующий барьер гломерулярного фильтра — базальная мем- брана. Ее «поры» ограничивают прохождение молекул в зависимо- сти от размера, формы и заряда. Так как мембрана имеет сетчатую структуру, образованную тонкими нитями, происходит ограничение прохождения молекул размером более 3,4 нм. Отрицательно заря- женная стенка пор затрудняет прохождение молекул с одноименным зарядом. Поры не являются круглыми, что также существенно для ограничения фильтрации альбуминов. Последним барьером на пути фильтруемых веществ служат подоциты. Их отростки («ножки») прилегают к базальной мембране со стороны капсулы клубочка, между ножками подоцитов находятся пространства, по которым течет фильтруемая жидкость. Однако и в этом случае существует заслон на пути фильтруемых веществ — ще- левые мембраны, перегораживающие пространство между ножками подоцитов. Они ограничивают прохождение альбуминов и других молекул с большой молекулярной массой. Поверхность ножек сосед- 13 них отростков покрыта отрицательно заряженными сиалогликопро- теинами, ограничивающими прохождение отрицательно заряженных частиц. Поскольку подоциты содержат внутри отростков актомиози- новые миофибриллы, они могут сокращаться и расслабляться, дей- ствуя как микронасосы, откачивающие фильтрат в полость капсулы. Рис. 5. Структура клубочкового фильтра Такой многослойный фильтр обеспечивает сохранение белков в крови и образование практически безбелковой первичной мочи, в которой содержится большинство неорганических ионов и раство- ренных низкомолекулярных органических веществ почти в той же концентрации, что и в плазме. Движущей силой фильтрации является эффективное филь- трационное давление (Рф). Оно создается разностью между гидро- статическим давлением крови в капиллярах клубочка (Pг) и проти- водействующими ему силами — онкотическим давлением белков плазмы крови (Рон) и гидростатическим давлением жидкости в кап- суле клубочка (Рк). Соответственно, формула для расчета имеет следующий вид: Рф = Рг – (Рон + Рк) 14 Подставим числовые значения давлений и произведем расчет: Рф = 70 мм рт.ст. – (30мм рт.ст.+20мм рт.ст.) = 20мм рт.ст. Таким образом, эффективное фильтрационное давление равня- ется 20 мм рт.ст. Образовавшийся безбелковый фильтрат по своему составу близок плазме крови и имеет такую же, как и плазма, концентрацию осмотически активных веществ — 300 мосм/л. В обеих почках чело- века за 1 минуту образуется 110–130 мл ультрафильтрата. Таким об- разом, каждый мл плазмы из 600 мл, проходящих через сосуды почки за 1 минуту (величина почечного плазмотока), теряет примерно 1/5 часть своего объема. Объем профильтровавшейся за минуту пер- вичной мочи принято называть скорость клубочковой фильтрации (СКФ). Метод определения СКФ и почечного плазмотока основан на принципе очищения (подробное описание метода дано в руковод- стве к лабораторным работам). Фильтрация считается довольно ста- бильным процессом, однако СКФ может изменяться при различных физиологических состояниях и при патологии. Регуляция почечного кровотока и СКФ происходит при участии симпатических нервов, ренин-ангиотензиновой системы и других факторов. За сутки образуется огромное количество первичной мочи — 180 л, окончательной мочи выделяется лишь 1,5–2,0 л. Остальная жидкость подвергается реабсорбции в почечных канальцах. В ре- зультате реабсорбции обратно в кровь возвращается большая часть воды и растворенных в ней веществ, «провалившихся» через фильтр и представляющих ценность для организма. Результатом сложной работы канальцев, в которых существует своеобразное «разделение труда», и явится образование окончательной мочи, состав и количе- ство которой будет определятся водно-солевым балансом организма. Канальцевая реабсорбция В канальцах почки происходят два следующих этапа мочеобразования — процессы реабсорбции и секреции. Реабсорб- ция – процесс обратного всасывания веществ из просвета канальцев в кровь, при этом их выделение с мочой уменьшается. Секреция – процесс, обратный реабсорбции, в результате которого продукты, подлежащие выведению (экскреции), транспортируются в просвет 15 канальцев; при этом их выделение с мочой увеличивается. Локали- зация важнейших транспортных процессов представлена на рис. 6. Примечание. Направление стрелок указывает на направленность процесса. Рис. 6. Реабсорбция и секреция в почечных канальцах В основе реабсорбции и секреции лежат процессы мембран- ного транспорта через стенки канальцев. Они универсальны и не отличаются от тех, что обеспечивают перенос веществ через другие 16 плазматические мембраны (при всасывании в кишечнике, транспорте в капиллярах). По многообразию транспортных процессов, их интенсивности, специфичности, избирательности — почки можно назвать уникаль- ным органом. Проксимальная реабсорбция Образовавшийся в клубочках ультрафильтрат далее по- ступает в проксимальные канальцы. Эпителиальные клетки, обра- зующие стенки проксимальных канальцев, как и все клетки, способ- ные транспортировать вещества, имеют асимметричное строение, то есть характеризуются направленностью процессов от апикальной к базальной поверхности клетки. Апикальная мембрана клетки, обра- щенная в просвет канальца, имеет щеточную каемку, почти в 40 раз увеличивающую поверхность всасывания и обладающую большой сорбционной способностью. Базальная мембрана клеток образует складки, пространство между которыми называется базальным лаби- ринтом. Именно туда и поступает реабсорбированная жидкость, пре- жде чем попасть в перитубулярные капилляры. Между собой клетки соединяются так называемыми плотными контактами, или плотными соединениями. На всем остальном протяжении они разделены до- вольно широким межклеточным пространством — базолатеральным лабиринтом. Из рис.7 видно, что для реабсорбции растворенных веществ и воды из просвета канальца в базальный лабиринт и далее в кровь есть два пути: под номером 1 показан первый путь — трансцел- люлярный — через клетку. В этом случае вещество на своем пути должно преодолеть две плазматические мембраны (апикальную и базальную) и цитоплазму клетки. Второй путь реабсорбции — па- рацеллюлярный, между клетками — показан под номером 2. Он про- ходит через зоны плотных контактов. При таком транспорте могут быть использованы механизмы диффузии, осмоса и перенос веще- ства вместе с растворителем. Рассмотрение реабсорбции в проксимальном канальце следует начать с механизмов реабсорбции Nа + , поскольку именно с Nа + пря- мо или косвенно связана реабсорбция других веществ. Процесс ре- абсорбции натрия можно разделить на 3 этапа: прохождение через 17 апикальную мембрану, движение через клетку к базальной мембране и эвакуация из клетки через базальную мембрану в межклеточное пространство. Рис. 7. Схема строения эпителия проксимальных канальцев Рассмотрим их поэтапно. |