|
|
Физиология человека. Косицкий. Литература москва Медицина 1985 Для студентов медицинских институтов
Кровоснабжение почки. В обычных условиях через обе почки, составляющие лишь около 0,43% массы тела здорового человека, проходит от 1/4 до i/5 объема крови, выбрасываемой сердцем. Кровоток в коре почки достигает 4—5 мл/мин на 1 г ткани'—это наиболее высокий уровень органного кровотока. Особенность почечного кровотока состоит также в том, что в широких пределах изменения артериального давления (от 90 до 190 мм рт. ст.) кровоток почки'остается постоянным. Это обусловлено специальной системой саморегуляции кровообращения в почке. Короткие почечные артерии отходят от брюшного отдела аорты, постепенно разветвляются в почке на все более мелкие сосуды. В почечный клубочек входит приносящая (афферентная) артериола, в нем она распадается на капилляры. При слиянии они образуют выносящую (эфферентную) артериолу, по которой кровь оттекает от клубочка. Вскоре после отхождения от
Рис. 200. Строение юкстагломерулярного комплекса (схема).
! — афферентная артериола; 2 — эндотелий; 3 — гранулярная эпителиоиднзя клетка; 4—-клетки; 5 — клетка мезангия; 6 — просвет капсулы клубочка; 7 — подоцит (клетка висцерального листка капсулы); 8— клетки париетального листка капсулы; 9 — эфферентная артериола; 10 — дистальный извитой каналец; 11 — плотное пятно. Стрелки указывают направление движения крови по сосуду.
клубочка эфферентная артериола вновь распадается на капилляры, образуя густук сеть вокруг проксимальных и дистальных извитых канальцев. Таким образом, больша* часть крови в почке дважды проходит через капилляры — вначале в клубочке, затеи вокруг канальцев. Отличие кровоснабжения юкстамедуллярного нефрона в том, чт( эфферентная артериола не распадается на околоканальцевую капиллярную сеть, а обра зует прямые сосуды, спускающиеся в мозговое вещество.
Юкстагломерулярный комплекс. Это образование морфологически напоминает тре угольник, две стороны которого представлены афферентной и эфферентной артериолами ,а основание — клетками так называемого плотного пятна (macula densa) дистальноп канальца (рис. 200).
ПРОЦЕСС МОЧЕОБРАЗОВАНИЯ
Согласно современным представлениям, образование конечной мочи является ре- зультат'ом 3 процессов: фильтрации, реабсорбции и секреции. В почечных клубочка* происходит начальный этап мочеобразования — фильтрация из плазмы крови в капсул} почечного клубочка (Шумлянского—: Боумена)' безбелковой жидкости (первично? мочи) (см. рис. 198). Затем эта жидкость движется по канальцам, где вода и раство ренные в ней вещества с разной скоростью подвергаются обратному всасыванию (канал ьцевая реабсорбция). Третий процесс — канал ьцевая секреция — состоит в том, чтс клетки эпителия нефрона захватывают некоторые вещества из крови и межклеточноЈ жидкости и переносят их в просвет канальца. Другой вариант канальцевой секреции заключается в выделении в просвет канальца новых органических веществ, синтезированных в клетках нефрона, а также NH51" и Н+. Скорость каждого из этих процессоЕ регулируется в зависимости от состояния организма. Ниже будут подробно рассмотрень физиологические-механизмы и локализация в почке каждого из процессов, обеспечиваю щих образование мочи.
ГЛОМЕРУЛЯРНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ
Фильтрация воды и низкомолекулярных компонентов плазмы через клубочкЪвый фильтр, малопроницаемый для высокомолекулярных веществ, обусловлена разностьк между гидростатическим давлением крови в капиллярах клубочка (у человека 70 мм рт ст.), онкотическим давлением белков плазмы крови (около 30 мм рт. ст.) и гидростатическим давлением ультрафильтрата плазмы крови в капсуле клубочка (около 20 мм. рт. ст.). Эффективное фильтрационное давление, определяющее скорость клубочковой фильтрации, равно 20 мм рт. ст. (70 мм рт. ст.—30 мм рт. ст.—20 мм рт. ст.). Фильтрация происходит только в том случае, если давление крови в капиллярах клубочков превышает сумму онкотического давления белков плазмы и давления жидкости в капсуле клубочка Общая поверхность капилляров клубочка достигает 1,5 м2/100 г почки. Фильтрующая мембрана, стоящая на пути жидкости из просвета капилляра в полость капсуль клубочка, состоит из 3 слоев: эндотелиальных клеток, базальной мембраны и эпителиальных клеток — подоцитов (рис. 201). Клетки эндотелия очень истончены, в них имеются круглые или овальные отверстия, занимающие до 30% поверхности клетки.
При нормальном кровотоке наиболее крупные белковые молекулы образуют барьерный слой на поверхности пор эндотелия, препятствуя прохождению через ни> форменных элементов и мелкодисперсных белков. Остальные компоненты плазмь крови и воды могут свободно достигать базальной мембраны, являющейся одной из важнейших составных частей фильтрующей мембраны клубочка. У человека эта мембра- на состоит из 3 слоев — центрального и двух периферических. «Поры» в базальной мембране ограничивают прохождение молекул размером более 5—6 нм. Наконец, важную роль в определении размера фильтруемых веществ играют щелевые мембраны межд)
а: 1 — приносящая и 2 — выносящая артериолы (стрелкой показано направление движения крови); 3 — просвет капилляра; 4 — подоцит;
— просвет капсулы клубочка (стрелка указывает направление движения ультрафильтрата);
Рис. 201. Схема строения клубочка (а) и фильтрующей мембраны (б).
7 б
б
а
— проксимальный каналец; 7 — просвет проксимального канальца; б — увеличенный участок фильтрующей мембраны клубочка. 1 — эндотелий; 2 — базальная мембрана; 3 — подоцит; 4 — отверстие в энлотелии; 5 — щелевая мембрана подоцита.
ножками подоцитов. Эти эпителиальные клетки обращены в просвет капсулы почечного клубочка (боуменовой капсулы) , они имеют отростки — «ножки», которыми прикрепляются к базальной мембране. Базальная мембрана и щелевые мембраны между этими «ножками» также ограничивают фильтрацию веществ диаметром более 6,4 нм. В просвет капсулы нефрона проникает инулин, около 22% яичного альбумина, 3% гемоглобина и менее 0,01% сывороточного альбумина. Свободному прохождению белков через гло- мерулярный фильтр препятствуют отрицательно заряженные Молекулы в веществе базальной мембраны и в выстилке, лежащей на поверхности подоцитов и между их «ножками». Таким образом, ограничение для фильтрации белков плазмы крови, имеющих отрицательный заряд, обусловлено не только малым размером пор гломерулярного фильтра, но и их электронегативностыо. Тем самым базальная мембрана и эпителиальный барьер определяют состав фильтрата. Поэтому в обычных условиях в ультрафильтрате обнаруживаются лишь следы белковых фракций, характерных для плазмы крови. И все же вариабельность размера пор в клубочках обусловливает проникновение в первичную мочу небольшого количества крупномолекулярных белков даже у здорового человека. При этом прохождение Достаточно больших молекул через поры фильтра зависит не только от размера, но и от конфигурации молекулы и ее пространственного соответствия форме поры. Анализ ультрафильтрата (так называемой первичной мочи), извлеченного микропипеткой из полости капсулы клубочка, показал, что он подобен плазме по общей концентрации осмотически активных веществ, глюкозы, мочевины, мочевой кислоты, креати- нина и др. Небольшое различие концентрации ряда ионов, по обеим сторонам клубочко- вой мембраны обусловлено наличием в плазме крови анионов, не. диффундирующих через мембрану и удерживающих часть катионов. Для. внесения поправки на связывание некоторых ионов белками плазмы крови зводится понятие об ультрафильтруемой фракции (f) — той части вещества от общей его концентрации в плазме крови, которая не связана с белком и свободно проходит через клубочковый фильтр. Определение скорости гломерулярной фильтрацииДля расчета величины объема клубочковой фильтрации и ряда других важных показателей процесса мочеобразования используют методы, основанные на принципе очищения. Для измерения клубочковой фильтрации применяют физиологически инертные вещества, нетоксичные и не связан-
Рис. 202. Схема определения клубочковой фильтрации (С,„), реабсор.бции глюкозы (Tq, Тшо), почечного плазмотока (Срдн) и максимальной секреции парааминогиппуроврй кислоты (СРАН, ТтРАН) 1,2— афферентная и эфферентная артериолы; 3 — клубочек; 4,5 — проксимальный и дистальный сегменты нефрона. Черные точки: Сгл — инулин в плазме крови сосудов и в профильтровавшейся жидкости; TG — реабсорбция глюкозы при неполной загрузке систем транспорта; Тта — выделение глюкозы с мочой при максимальной загрузке системы реабсорбции, Срдн и ТшРАН — ПАГ фильтруется и секретируется, при избытке частично оттекает с венозной кровью.
ные с белком в плазме крови, свободно проникающие через поры мембран (полимер фруктозы —- инулин, маннитол, полиэтиленгликоль, креатинин и др.). Эти вещества не должны реабсорбироваться и секретироваться в почечных канальцах, т. е. с мочой должны выделяться полностью (рис. 202) и только путем фильтрации. Для сопоставимости величины клубочковой фильтрации у людей различной массы и роста ее относят к стандартной поверхности тела человека — 1;73 м 2. В норме у мужчин в обеих почках клубочковая фильтрация составляет около 125 мл/мин, у женщин приблизительно ПО мл/мин. Измеренная с помощью инулина величина .фильтрации в клубочках, называемая также коэффициентом очищения от инулина (или инулиновым клиренсом), показывает, какой объем плазмы крови освобожден от инулина за это время. Вода в просвет нефрона попадает у здорового человека только путем фильтрации в клубочках. Она реабсорбируется в канальцах и вследствие этого концентрация инулина растет. Концентрацион- Uin > „ныи показатель инулина — указывает на то, что во сколько раз уменьшается ооъем фильтрата при 'in его прохождении по канальцам. Эта величина имеет важное значение для суждения об особенностях транспорта любого веществу в канальцах. Если концентрационный показатель данного вещества x(Ux/Rx) меньше, чем одновременно измеренный концентрационный показатель инулина Uin/Pini то это указывает на реабсорбцию вещества х в канальцах, если больше,— на его секрецию. Отноше- U x U inние концентрационных показателей вещества х и инулина —носит название экскретируемои "х Pinфракции (EF). Когда эта величина меньше 1, вещество х реабсорбируется, больше 1— секретируется. Подобные расчеты применимы и к сопоставлению коэффициентов очищения различных веществ; когда они больше очищения от инулина, это свидетельствует о том, что большее количество крови освобождается (очищается) от данного вещества в единицу времени, т. е. происходит не только фильтрация, но и секреция в просвет нефрона. . Для измерения очищения от инулина необходимо непрерывно вводить его раствор в вену, чтобы в течение всего исследования поддерживать постоянную концентрацию в крови. Так как это весьма сложно и в клинике не всегда осуществимо, вместо инулина стали использовать естественный компонент плазмы, по очищению от которого можно было бы судить о величине клубочковой. фильтрации. Наиболее удобным для этой цели оказался креатинин. КАНАЛЬЦЕВАЯ РЕАБСОРБЦИЯ Начальный этап мочеобразован'ия, приводящий к фильтрации всех низкомолекулярных компонентов плазмы крови, неизбежно должен сочетаться с реабсорбцией всех ценных для организма веществ. В почках человека за сутки образуется до 180 л фильтра'га, а выделяется 1 — 1,5 л мочи, остальная жидкость всасывается в канальцах. Опыты На животных с извлечением с помощью микропипетки жидкости из различных участков нефрона и ее последующим микроанализом позволили выяснить место реабсорбции веществам почечных канальцах (рис. 203). В проксимальном сегменте нефрона полностью реабсорбируются аминокислоты, глюкоза, витамины, белки, микроэлементы, значительные количества натрия, бикарбоната, хлора и др. В последующих отделах нефрона всасываются только ионы и вода. Реабсорбция натрия и хлора представляет собой наиболее значительный по объему . и энергетическим затратам процесс. В результате реабсорбции воды и большинства компонентов ультрафильтрата объем первичной мочи резко уменьшается и в начальный нсо_ отдел петли нефрона (петля Генле) у млеко- 4 питающих поступает около '/з профильт- м 9 ровавш.ейся жидкости, В петле нефрона всасывается до 25% натрия, поступившего в нефрон при фильтрации, в дистальном извитом канальце —около 9%, менее 1 % натрияреаб- сорбируется в собирательных трубках или экскретируется с мочой. В конечной моче концентрация, натрия может снижаться в 140 раз по сравнению с концентрацией его в плазме крови. Калий при этом не только ре- абсорбируется, но и секретируется при его избытке в организме. Таким образом, дистальный сегмент нефрона и собирательные трубки играют важнейшую роль в регуляции объема конечной мочи и ее осмотической концентрации. 
рие. 203. Локализация реабсорбции и секреции веществ в нефроне. Условные обозначения: Б — белок, Ам — аминокислоты, В. — витамины, М — мочевина, .Г — глюкоза. Направление стрелок указывает на фильтрацию, реабсорбцию и секрецию веществ.
Ранее считали, что в проксимальном отделе нефрона реабсорбция натрия, калия, хлора и воды является постоянной величиной (облигатная реабсорбция) . Напротив, в дистальных извитых канальцах и собирательных трубках реабсорбция ионов и воды может регулироваться, ее величина изменяется в зависимости от функционального состояния организ.ма (факультативная реабсорбция). Результаты новых исследований указывают на то, что под влиянием импульсов, поступающих по эфферентным нервам, и при действии физиологически активных веществ реабсорбция регулируется и в проксимальном отделе нефрона. Это особенно отчетливо проявляется при увеличении объема крови и внеклеточной жидкости, когда уменьшение реабсорбции в проксимальном ка нальце способствует усилению экскреции ионов и воды, и тем самым восстановлению водно-солевого равновесия. В отношении реабсорбции воды термин облигатная реаб- сорбция применим в том смысле, что в проксимальном канальце всегда сохраняется изоосмия, стенка канальца проницаема для воды и объем реабсорбируемой воды определяется только количеством ре абсорбируемых осмотически активных веществ, за которыми вода движется по осмотическому градиенту. В конечных частях дистального сегмента нефрона и собирательных трубках проницаемость стенки канальца для воды регулируется антидиуретическим гормоном, при этом факультативная реабсорбция воды зависит от осмотической.проницаемости канальцевой стенки, величины осмотического градиента и скорости движения жидкости по канальцу. . Для характеристики транспорта в почечных канальцах различных веществ существенное значение имеет представление о пороге выведения—той концентрации вещества в крови, при которой оно не может быть реабсорбировано полностью. Практически все биологически важные для организма вещества имеют порог выведения. Так, выделение глюкозы с мочой (глюкозурия) наступает тогда, когда ее концентрация в плазме крови превышает 10 моль/л (160—180 мг%). Физиологический смысл этого явления будет раскрыт при описании механизмов реабсорбции. Непороговые вещества полностью выделяются при любой их концентрации в плазме крови и соответственно в ультрафильтрате. Примером такого вещества может быть полисахарид инулин и шестиатомный спирт маннитол. Механизмы канальцевой реабсорбцииОбратное всасывание различных веществ \в канальцах обеспечивается активным и пассивным транспортом. Если вещество реабсорбируется против электрохимического и,концентрационного градиента, процесс называется активным транспортом. Различают два вида активного транспорта — первично-активный и вторично-активный. Первйчно- активным транспорт называется в том случае, Когда происходит перенос вещества против электрохимического градиента за счет энергии клеточного метаболизма. Наиболее ярким примером является транспорт ионов Na +, который происходит при участии фермента Na +, К +-АТФ-азы, использующей энергию АТФ.. Вторично-активным называется перенос вещества против концентрационного градиента, но без затраты энергии клетки непосредственно на этот процесс, С помощью.такого механизма реабсорбируются глюкоза, аминокислоты. Из просвета канальца эти органические вещества входят в клетку стенки проксимального канальца с помощью специального переносчика, который обязательно должен присоединить ион Na +. Этот комплекс (переносчик + органическое вещество + ион Na +) перемещается в мембране щеточной каймы и внутри клетки диссонирует. Фактором переноса этих веществ через апикальную плазматическую мембрану служит меньшая по сравнению с просветом канальца концентрация натрия в цитоплазме клетки, связанная с непрестанным активным выведением натрия^ из клетки с помощью Na 1, К''-АТФ-азы. Реабсорбция во!ды, углекислого газа, некоторых ионов, мочевины происходит по ■механизму пассивного транспорта. Он характеризуется тем, что перенос вещества происходит по электрохимическому, концентрационному или осмотическому градиенту. Примером пассивного транспорта является реабсорбция в дистальном извитом канальце ионов С1 по электрохимическому градиенту, создаваемому активным транспортом ионов Na +. По осмотическому градиенту транспортируется лишь вода, скорость ее всасывания зависит от осмотической проницаемости стенки канальца и разности концентрации осмотически активных веществ по обеим сторонам ее станки. - Вследствие всасывания воды и растворенных в ней веществ в содержимом проксимального канальца растет концентрация мочевины, небольшие количества которой по концентрационному градиенту реабсорбируются в кровь. Достижёния в области молекулярной биологии позволили проникнуть в сущность некоторых клеточных механизмов, обеспечивающих транспорт веществ через стенку канальца. Свойства клеток отделов нефрона различны. Неодинаковы и свойства ци- топлазматической мембраны в одной и той же клетке. Апикальная мембрана, обращен- -ная в просвет канальца, имеет иные характеристики, чем базальная и боковые мембраны клетки, омываемые межклеточной жидкостью и соприкасающиеся с кровеносным капилляром. Вследствие этого апикальная и базальная плазматические мембраны участвуют в транспорте веществ по-разному. Рассмотрим клеточные механизмы реабсорбции ионов на примере натрия. При введении одного из микроэлектродов в просвет канальца, а второго — в околоканальцевую жидкость было найдено, что разность потенциалов стенки проксимального канальца оказалась небольшой (около 1,3 мВ), в дистальном же канальце она высокая и может достигать 60 мВ. Концентрация натрия в крови выше, чем в цитоплазме клеток канальцев, поэтому реабсорбция натрия обусловлена активным транспортом — переносом его против градиента электрохимического потенциала. При реабсорбции натрий вначале входит в клетку эпителия канальца пассивно по натриевому каналу мембраны, обращенной в сторону просвета канальца. Внутренняя часть клетки заряжена отрицательно и поэтому положительно заряженный ион Na + входит в клетку по градиенту потенциала. Далее натрий движется в сторону базальной плазматической мембраны, в которой имеется ионная помпа. Обязательным компонентом натриевой помпы является Na +, К' 1" -АТФ-аза. Этот фермент обеспечивает транспорт натрия из клетки в кровь и одновременное поступление в клетку калия. Ионообменный натриево-калиевый механизм угнетается сердечными гликозидами, например уабаином. Фильтруемая глюкоза практически полностью реабсорбирубтся клетками проксимального отдела канальца. В нормальных условиях за сутки с мочой выделяются незначительные ее количества (не более 130 мг). Процесс обратного всасывания глюкозы осуществляется против высокого концентрационного градиента. В апикальной мембране клеток проксимального канальца глюкоза соединяется с переносчиком, который должен одновременно присоединить ион Na +. В результате^ в цитоплазму клетки поступают и глюкоза, и натрий. Так как мембрана отличается.высокой селективностью и односторонней проницаемостью, она не пропускает глюкозу обратно из клетки в просвет канальца. Следующий этап — перенос глюкозы из клетки в кровь через базальную плазматическую мембрану — носит характер облегченной диффузии. Аминокислоты почти полностью реабсорбируются клетками проксимального канальца. Имеется не менее 4 механизмов транспорта аминокислот из просвета канальца в кровь: специальные системы реабсорбции для нейтральных, двуосновных, дикарбок- сильных аминокислот и иминокислот. Каждая из этих систем обеспечивает всасывание ряда аминокислот одной группы. Так, например, система реабсорбции двуосновных аминокислот участвует во всасывании лизина, аргинина, орнитина и, возможно, цистина. При введении в кровь избытка одной из указанных аминокислот начинается усиленная экскреция остальных аминокислот соответствующей группы. Системы транспорта отдельных групп аминокислот контролируются раздельными внутриклеточными генетическими механизмами. Описаны наследственные заболевания, одним из проявлений которых служит увеличенная экскреция определенных групп аминокислот (аминоацидурия). Выделение с мочой слабых кислот и оснований зависит от их фильтрации в клубочках, реабсорбции и секреции в проксимальных канальцах, а также от «неионной диффузии», влияние которой особенно сказывается в дистальных канальцах и собирательных трубках. Эти соединения могут существовать в зависимости от рН среды в двух формах — неионизированной и ионизированной. Клеточные мембраны более проницаемы для неионизированных веществ. Многие слабые кислоты с большой скоростью экскретируются с щелочной мочой, а слабые основания, напротив — с кислой. Если в канальцевой жидкости рН сдвинута в кислую сторону, основания ионизированы, они слабо реабсорбируются и преимущественно экскретируются с мочой. Никотин является слабым основанием, ионизированным на 50% при рН 8,-1; он в 2—4 раза быстрее экскретируется с кислой (рН около 5), чем с более, щелочной мочой (рН 7,8). Неионная диффузия влияет на выделение аммония, барбитуратов и др. веществ, Небольшое количество профильтровавшегося в клубочках белка реабсорбируется клетками проксимальных канальцев. Выделение белков с мочой в норме составляет не более 20—75 мг в сутки. При заболеваниях почек оно может возрастать до 50 г в сутки. Выделение значительных количеств белка (протеинурия) может быть обусловлено либо нарушением реабсорбции, либо увеличением фильтрации белка. В отличие от электролитов, глюкозы и аминокислот, которые, проникнув через апикальную мембрану, в неизменном виде достигают базальной плазматической мембраны и транспортируются в кровь, перенос белка обеспечивается принципиально иным механизмом. Белок попадает в клетку с. помощью пиноцитоза. Молекулы профильтровавшегося белка абсорбируются на поверхностной мембране клетки с образованием, в конечном счете, пиноцитозной вакуоли. Эти вакуоли движутся в сторону базальной части клетки; в околоядерной области, где локализован пластинчатый комплекс (аппарат Гольджи), они могут сливаться с лизосомами, обладающими высокой активностью ряда протеолитических ферментов. В лизосомах захваченные молекулы белка при участии ферментов расщепляются и низкомолекулярные их фрагменты переносятся в кровь через базальную плазматическую мембрану. Следует, однако, подчеркнуть, что не все белки в процессе транспорта подвергаются расщеплению, часть их попадает в кровь в неизменном виде. |
|
|
Скачать 7.39 Mb.