ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ЗАНЯТИЯ
.
Физиологическая система выделения – совокупность органов, взаимосвязанная деятельность которых обеспечивает постоянство ионного состава, осмоляльности, рН, объема жидкости сосудистого, интерстициального и внутриклеточного отсеков, концентрации конечных продуктов обмена во внутренней среде организма.
Выделительные функции системы дыхания.
С выдыхаемым воздухом из организма выводятся различные вещества: СО2, аммиак, ацетон, этанол и др. и испаряется около 400 мл воды в сутки.
В составе трахеобронхиального секрета из организма выводятся продукты деградации сурфактанта, мочевина, Ig A и др.
Выделительная функция системы пищеварения.
Слюнные железы: выделение солей тяжелых металлов, лекарств, роданистого калия и др.
Печень: экскреция билирубина и продуктов его превращения в кишечнике, холестерина, желчных кислот, продуктов распада гормонов, лекарств, ядохимикатов и др.
Желудок: в составе желудочного сока выводятся конечные продукты метаболизма (мочевина, мочевая кислота), лекарственные и ядовитые вещества (ртуть, йод, салициловая кислота, хинин).
Кишечник: экскреция из крови солей тяжелых металлов, Mg2+, Ca2+ (50 % выделяемого организмом), воды; выделение продуктов распада пищевых веществ, которые не подверглись всасыванию в кровь, и веществ, поступивших в просвет кишечника со слюной, желудочным, поджелудочным соками и желчью.
Выделительная функция кожи.
В составе пота из организма выделяются вода (в обычных условиях 0,3 – 1,0 л/сутки, при гиперсекреции до 10 л/сутки), мочевина (5 – 10 % выделяемого количества), мочевая кислота, креатинин, электролиты.
Сальные железы за сутки выделяют 20 г секрета, который на 2/3 состоит из воды, а 1/3 составляют холестерин, сквален, аналоги казеина, продукты обмена половых гормонов, кортикостероидов, витаминов и ферментов.
Система мочеобразования и мочевыделения как главный компонент системы выделения (см. ниже).
Общая характеристика системы мочеобразования и мочевыделения.
Основные компоненты: почки (300 г, 0,4% массы тела) – корковое и мозговое (наружное и внутреннее) вещество, экстраренальные мочевыводящие пути (чашечки, лоханки, мочеточники, мочевой пузырь, мочеиспускательный канал).
Нефрон как структурно-функциональная единица почки (
1 млн. в почке).
Части нефрона и их функция.
Почечное тельце: сосудистый клубочек (50 – 100 капилляров), капсула и мочевое пространство – осуществляет функцию фильтрации.
Почечные канальцы (длина 35 – 50 мм, общая длина
100 км) осуществляют функции реабсорбции, секреции, осмоконцентрирования и разведения.
Проксимальный извитой каналец (25 % длины), у эпителиоцитов хорошо выражена щеточная кайма.
Петля Генле (50 % длины): нисходящая часть (проксимальный прямой каналец и тонкий нисходящий каналец) и восходящая часть (тонкий и толстый канальцы, плотное пятно).
Дистальный извитой каналец (15 % длины) через связывающий каналец открывается в собирательную трубку.
Собирательная трубка (в функциональном плане относят к нефрону, 10 % длины). Имеет светлые клетки, обеспечивающие реабсорбцию воды и темные клетки, которые секретируют H+, закисляя мочу.
Юкстагломерулярный (околоклубочковый) аппарат (ЮГА) имеет инкреторную функцию, включает в себя три главных совокупности клеток.
Юкстагломерулярные (зернистые) клетки представляют собой модифицированные гладкомышечные клетки приносящей и частично выносящей артериол, образуют ренин, секреция которого повышается при снижении давления крови в приносящей артериоле и повышении симпатических влияний на ЮГА почки.
Клетки плотного пятна дистального извитого канальца – натриевые рецепторы, реагирующие на осмотическое давление канальцевой мочи. (Каналец в этом месте не имеет базальной мембраны.)
Юкставаскулярные клетки (Гурмагтига) образуют скопление между плотным пятном и клубочком в углублении между приносящей и выносящей артериолами, предположительно содержат ангиотензиназу (разрушение ангиотензина II) и являются резервом по секреции ренина.
15%) берут начало преимущественно от поверхностных, но также интракортикальных и юкстамедуллярных почечных телец и соприкасаются с поверхностью почки.
Внутрикорковые нефроны ( 70 %) начинаются от почечных телец средней части коркового слоя, имеют короткие канальцы, в них преобладают функции фильтрации, реабсорбции, секреции, менее выражена осмоконцентрация мочи.
Юкстамедуллярные нефроны ( 15 %) начинаются от почечныъх телец в корковой зоне, прилегающей к мозговому веществу, их петли достигают внутреннего мозгового вещества, в этих нефронах резко выражена функция концентрирования и разведения мочи.
Кровообращение в почках.
Особенности сосудистой сети почек.
Двойная сеть капилляров (позволяет пространственно разобщить функцию фильтрации и реабсорбции):
приносящие артериолы дают первую капиллярную клубочковую сеть с высоким давлением крови ( 50 мм рт. ст., диаметр выносящей артериолы на 1/3 меньше приносящей), что обеспечивает фильтрацию;
выносящая из клубочка артериола распадается на вторую капиллярную сеть вокруг канальцев с низким давлением крови ( 10 мм рт. ст.), что обеспечивает реабсорбцию.
От выносящих артериол юкстамедуллярных клубочков отходят также прямые сосуды, которые повторяют ход петель Генле в мозговом веществе; кровоток по прямым сосудам составляет 2 % почечного кровотока; эти сосуды играют важную роль в противоточном осмоконцентрирующем механизме.
Диаметр внутрипочечных вен и венозный отток крови сильно зависит от интерстициального давления (например, при затруднении оттока в мочевыводящих путях происходит увеличение просвета канальцев, что в условиях плотной капсулы почек увеличивает интерстициальное давление).
Характеристика кровотока в почках.
Высокий уровень кровотока: 1000 – 1200 мл/мин на 1,73 м2 поверхности тела или 450 мл/100 г ткани почки в 1 мин, что составляет 20 – 25 % сердечного выброса.
Высокий уровень потребляемого кислорода (6 – 10 %, 18 мл/мин) при низкой величине артериовенозной разницы – 14 мл О2/л крови. (Около 90% потребленного кислорода затрачивается на функции реабсорбции и секреции.)
Ауторегуляция почечного кровотока в диапазоне 80 – 170 мм рт. ст. системного среднего артериального давления. При снижении давления до 50 мм рт.ст. образование мочи прекращается.
Два круга кровообращения в почках.
Кровоток в корковом веществе (составляет 90 %, осуществляется приносящими артериолами корковых нефронов, отходящими от дистальных участков междольковых артерий).
Кровоток в мозговом веществе (составляет 10 %, осуществляется по приносящим артериолам юкстамедуллярных нефронов, отходящих от проксимальных участков междольковых артерий, а также по прямым артериолам, отходящими непосредственно от дуговых артерий).
Создается возможность (она реализуется при централизации кровообращения) путем сужения междольковой артерий между приносящими артериолами корковых и юкстамедуллярных нефронов выключить кровоток в корковом веществе и значительно уменьшить фильтрацию.
Определение почечного кровотока непрямым методом (клиренс по парааминогиппуровой кислоте – ПАГ).
Создается постоянная низкая (3 – 4 мг %) концентрация в плазме тест-вещества (ПАГ, диодраст и др.), от которого кровь освобождается в почках путем секреции.
Определяют концентрацию ПАГ в плазме (РПАГ), моче (UПАГ) и минутный диурез (Vмин).
Вычисляют коэффициент очищения по формуле CПАГ = (UПАГ / PПАГ) · Vмин, который отражает почечный плазмоток ( 600 мл/мин).
Расчет кровотока делают исходя из плазмотока и величины гематокрита и пересчитывают на стандартную поверхность тела (1,73 м2).
Классификация функций почек.
Функция мочеобразования: процессы клубочковой ультрафильтрации, канальцевой реабсорбции и секреции; нейрогуморальная регуляция мочеобразования; осмоконцентрирование мочи (противоточно-множительный механизм); осмотическое разведение мочи.
Выделительные (экскреторно-гомеостатические) функции: 1) азотвыделительная; 2) осмо- и волюмрегулирующая; 3) регуляция ионного состава крови; 4) регуляция кислотно-основного состояния.
Невыделительные функции: 1) инкреторная; 2) метаболическая.
Клубочковая ультрафильтрация (переход бесклеточной и безбелковой части крови из капилляров клубочка в полость капсулы).
Три основных фактора определяют фильтрацию.
Площадь клубочкового фильтра ( 1,5 м2/100 г почки).
Гидравлическая проницаемость фильтра (зависит от количества и диаметра пор и их электрического заряда).
Эффективное фильтрационное давление ( 15 мм рт. ст.).
Характеристика клубочкового фильтрационного барьера.
Компоненты: клетки эндотелия капилляров (диаметр пор около 80 нм), трехслойная базальная мембрана (поры до 6 нм) и эпителиальный листок капсулы, состоящий из подоцитов, щели между которыми перекрыты мембраной, содержащей белок нефрин (поры около 7 нм). (Проницаемость фильтра зависит не только от размера пор, но и от отрицательного электрического заряда поверхностей фильтра, образуемого анионными глико(сиало)протеинами. Уменьшение этого заряда увеличивает проницаемость фильтра.)
Общая поверхность пор, через которые идет фильтрация, составляет до 30 % общей поверхности капилляров.
Через фильтр свободно проходят молекулы d < 3,6 нм (ММ 10 кД), например, электролиты, мономеры, пептиды; не проходят молекулы d 8,8 нм (ММ 80 кД), например, глобулины, фибриноген, а также клетки крови.
Частично проходят молекулы 3,6 < d < 8,8 нм; например, незначительно фильтруется альбумин (0,01 %) и внеэритроцитарный гемоглобин (3 %), если он не связан с гаптоглобином.
Очищение фильтрационного барьера происходит с помощью подоцитов и мезангиальных клеток ЮГА путем фагоцитоза высокомолекулярных отложений и последующего протеолиза в лизосомах.
Механизм фильтрации.
Фильтрационное давление (10 – 20 мм рт. ст.) равно разнице между давлением крови в капиллярах клубочка (Р1 50 мм рт. ст.) и силами, препятствующими фильтрации (онкотическое давление крови Р2 = 25 мм рт. ст. и гидростатическое давление фильтрата в капсуле Р3 13 мм рт. ст.): ФД = Р1 – Р2 – Р3. В результате оттока воды происходит ней повышение онкотического давления плазмы (до 35 мм рт.ст.). Поэтому фильрационное давление максимально в начале капилляров клубочка и практически отсутствует в конце.
Состав ультрафильтрата: пептиды, глюкоза, аминокислоты, гормоны, витамины, органические кислоты. Концентрация одновалентных ионов практически равна плазменным, двухвалентных ионов на 20 – 40 % меньше за счет связи их с белками плазмы; отсутствуют клетки крови и белки (незначительно фильтруются альбумины 10 г/сутки), вещества, связанные с белками (например, свободный билирубин, часть Са2+, многие лекарства).
Количество фильтрата (первичной мочи): 150–180 л/сут или 100–120 мл/мин, что составляет 20 % проходящей через клубочек плазмы (фильтрационная фракция). (Если фильтрация в почках снижается до 10% от нормы, то развивается опасная для жизни уремия.)
Определение скорости клубочковой фильтрации (СКФ).
В качестве тест-вещества (фильтруется, но не реабсорбируется и не секретируется) используется эндогенный креатинин или вводится полисахарид инулин.
Определяют концентрацию тест-вещества в плазме (P), в моче (U) и минутный диурез (V).
По формуле Cтест в-во = (Uтест в-во/Pтест в-во) Vмин определяют СКФ; например, Cкреат = 100 – 130 мл/мин в пересчете на поверхность тела 1,73 м2.
Канальцевая реабсорбция (процесс перехода веществ из канальцевой мочи во внеклеточную жидкость и далее в кровь).
Общая характеристика.
Основной энергопотребляющий процесс в почках, большая площадь реабсорбции (до 60 м2) за счет щеточной каймы.
Р
еабсорбируемые вещества переносятся через апикальную мембрану эпителиоцитов и далее их базолатеральную мембрану с использованием в разных сочетаниях всех четырех видов транспортных процессов: активного (первичного и вторичного) и диффузии (простой и облегченной), а также межклеточно через плотные контакты (рис. 66).
Основным энергетическим двигателем реабсорбции является К+/Na+-насос на базолатеральной мембране, перемещающий Na+ из клетки в интерстициальную жидкость и создающий возможность вторично-активного транспорта на апикальной мембране, использующего энергию градиента ионов натрия (рис. 66:8).
Основным механизмом реабсорбции через апикальную мембрану клетки канальца является вторично-активный транспорт.
В виде симпорта с Na+ переносятся глюкоза, галактоза, аминокислоты, органические кислоты, витамин С, сульфат, СI– и другие вещества (через базолатеральную мембрану эти вещества переносятся путем облегченной и простой диффузии) (рис. 66: 1 и 7).
В виде антипорта с Na+ из клетки в мочу секретируются протоны (Na+/Н+-ионообменник), Na+ при этом реабсорбируется (рис. 66: 2 и 8).
Вслед за Na+ и переносимыми с ним веществами по осмотическому градиенту через водные каналы (аквопорины) реабсорбируется вода и растворенные в ней вещества, если они смогут пройти через пору (перенос вместе с растворителем) (рис. 66: 4).
Вместе с тем реабсорбция воды приводит к повышению концентрации в канальцевой жидкости тех веществ, которые реабсорбируются медленнее, чем вода (например, СI–, Мg2+, мочевина), что создает возможность межклеточной реабсорбции этих веществ в результате простой диффузии.
Межклеточная реабсорбция осуществляется преимущественно с помощью трансэпителиального потенциала.
В начальных участках проксимального извитого канальца он создается входом Na+ в клетку из канальцевой жидкости через апикальную мембрану и выходом его в интерстициальную жидкость через базолатеральную мембрану. Это приводит к тому, что канальцевая жидкость становится отрицательной (1-2 мВ) по отношению к интерстициальной.
Под действием отрицательного трансэпителиального потенциала часть профильтрофанных ионов СI– канальцевой мочи межклеточно через плотные контакты перемещается в положительно заряженную интерстициальную жидкость (рис. 66: 5).
Выход СI– в интерстициальную жидкость приводит к изменению знака трансэпителиального потенциала на противоположный: канальцевая жидкость становится заряженной положительно (1–2 мВ) по отношению к интерстициальной.
Под действием положительного трансэпителиального потенциала часть Na+, катионных аминокислот (L-аргинина+, L-лизина+, L-орнитина+) и бóльшая часть К+, Са2+. Мg2+ перемещается межклеточно из канальцевой в интерстициальную жидкость (рис. 66: 6).
в проксимальных извитых канальцах: глюкоза, аминокислоты, полипептиды, витамины, вода, мочевина, мочевая кислота, Na+, K+, Ca2+, Mg2+, SO42-,
HPO42-, Cl-, HCO3-;
в петле Генле реабсорбция сопряжена с осмоконцентрированием мочи:
в нисходящей части: вода, мочевая кислота;
в толстом канальце восходящей части: Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-;
в дистальных извитых канальцах: вода, Na+, Ca2+, Cl-;
в собирательных трубках: Na+, K+, Cl-, вода, мочевина.
Заключительным этапом реабсорбции является переход веществ вместе с растворителем (водой) из интерстициальной жидкости в кровь через стенку капилляра. В соответствие с уравнением Старлинга (см. тему 18; задание 1: 2.3) реабсорбции в капилляре способствует низкое кровяное давление, высокое онкотическое давление в плазме крови и высокое гидростатическое давление в интерстициальной жидкости. Факторы, способствующее реабсорбции, во второй сети капилляров почек выражены сильнее, чем в других органах: более высокое онкотическое давление плазме их крови связано с фильтрацией воды в клубочках, а более высокое гидростатическое давление интерстициальной жидкости связано с реабсорбцией воды в канальцах. Поэтому, если увеличивается фильтрационная фракция (например, при сужении выносящих артериол), то происходит и увеличение сил, способствующих реабсорбции в капиллярах канальцев.
Реабсорбция натрия (99,4 % профильтрованного).
Топография: проксимальные канальцы 65 %, толстый восходящий отдел петли 25 %; дистальные канальцы, собирательные трубки 9 %; контролируется альдостероном 5 – 10 % реабсорбции Na+.
Механизм: на апикальной мембране по электрохимическому градиенту с использованием переносчика (антипорт Na+/H+; симпорт Na+–K+–2Cl-; Na+–глюкоза; Na+–аминокислоты) и натриевых каналов; на базальной мембране – K+/Na+-насос. (Стимулируют реабсорбцию Na+ ангиотензин–II в малых концентрациях, норадреналин, эндотелин, инсулин; тормозят реабсорбцию Na+ – Na+-уретический гормон, простагландин Е2, паратгормон, дофамин, ангиотензин–II в больших концентрациях.)
Реабсорбция калия ( 85 % профильтрованного).
Топография: проксимальные канальцы 75 %, восходящая часть петли и дистальный каналец 10 %.
Механизм: на апикальной мембране симпорт Na+–K+–2Cl-; на базальной мембране диффузия через каналы, часть K+ (а также Na+ и Cl-) проходит через межклеточные щели (плотные межклеточные контакты).
Реабсорбция белка (100 % профильтрованного, 10 г/сутки).
Топография: в проксимальных канальцах практически полностью (выделяется с мочой 50 мг/сутки).
Механизм: пиноцитоз у основания микроворсинок апикальной мембраны, гидролиз белка до аминокислот протеазами лизосом, на базальной мембране облегченная диффузия аминокислот.
Реабсорбция пептидов (100 % профильтрованных).
Топография: проксимальные канальцы.
Механизм: разрушаются пептидазами апикальной мембраны и далее реабсорбируются как аминокислоты; некоторые олигопептиды (например, глутатион, карнозин) реабсорбируются с помощью переносчика – симпорт с Н+ и разрушаются внутри клетки пептидазами.
Реабсорбция аминокислот (95 – 99 % профильтрованных).
Топография: проксимальные канальцы.
Механизм: на апикальной мембране происходит вторично-активный транспорт с использованием градиента Na+ и пяти типов переносчиков (для кислых, основных, нейтральных аминокислот, иминокислот, всех остальных аминокислот); на базальной мембране – облегченная диффузия.
Реабсорбция глюкозы (100 % профильтрованной, 1000 ммоль).
Топография:в проксимальных канальцах практически полностью.
Механизм: на апикальной мембране происходит вторично-активный транспорт с использованием переносчика (Na+–ГЛЮТ 2 и 1) и энергии градиента Na+, на базальнолатеральной мембране – облегченная диффузия (переносчик ГЛЮТ2).
Порог реабсорбции глюкозы – 10 ммоль/л крови, выше которого она появляется в конечной моче.
Реабсорбция анионов хлора ( 99 % профильтрованного).
Топография: проксимальные канальцы, восходящий отдел петли Генле, дистальные канальцы и собирательные трубки.
Механизм: на апикальной мембране происходит с помощью переносчика, используя симпорт с Na+ и К+, в собирательных трубках диффузия осуществляется по концентрационному градиенту, на базальной мембране – по электрическому градиенту; часть Cl- диффундируют через межклеточные щели.
Реабсорбция ионов кальция (99 % профильтрованного).
Топография: проксимальные канальцы, толстый сегмент восходящей части петли Генле, дистальные канальцы.
Механизм: через апикальную мембрану и межклеточно происходит пассивно по химическому и (или) электрическому градиенту, на базальной мембране – с помощью кальциевого насоса (Ca2+-АТФаза) и 3Na+/ Ca2+-обменника.
Реабсорбция ионов магния (94 % профильтрованного).
Топография: проксимальные канальцы мало проницаемы, толстый сегмент восходящей части петли Генле играет основную роль.
Механизм: через апикальную мембрану и межклеточно происходит пассивно по электрическому градиенту, на базальной мембране – в результате активного транспорта.
Реабсорбция мочевины (50 – 60 % профильтрованной).
Топография: проксимальные канальцы, конечный участок собирательных трубок (толстый каналец восходящей части петли, дистальный извитой каналец, а также проксимальный и средний отделы собирательной трубки непроницаемы для мочевины).
Механизм: реабсорбция происходит пассивно с током реабсорбируемой воды и облегченной диффузии с помощью переносчика (моча в сравнении с плазмой концентрируется по мочевине в 70 раз).
Реабсорбция воды (99,2 % профильтрованной).
Топография: в проксимальных канальцах 70 %, нисходящем отделе петли 18 %, дистальных канальцах 5 %, собирательных трубках 8 % (контроль АДГ).
Механизмы: через водные каналы в проксимальных и дистальных канальцах вода следует за Na+, в нисходящей части петли и собирательных трубках вода следует против высокой осмоляльности интерстиция.
Реабсорбция гидрокарбоната (см. тема 21; задание 1; 6.2).
Определение скорости реабсорбции. В практической медицине определяют максимальную реабсорбцию глюкозы (при уровне ее в крови 25 ммоль/л) как разницу между количеством профильтрованной глюкозы (концентрация ее в плазме, умноженная на величину фильтрации по Cкреат) и величиной выделенной глюкозы с мочой (концентрация в моче, умноженная на минутный диурез); нормальная величина 375 65 мг/мин.
|
Скачать 410 Kb.