Механизм мочеобразования

Весь процесс мочеобразования делится на три этапа:

1. Клубочковая ультрафильтрация.

2. Канальцевая реабсорбция.

3. Канальцевая секреция.

В процессе ультрафильтрации образуется первичная моча, реабсорбция и секреция – это процессы образования вторичной мочи.

Клубочковая ультрафильтрация. Первичная моча образуется при ультрафильтрации плазмы крови и сходна по химическому составу с плазмой, отсутствуют только крупные молекулы.

Ультрафильтрация идёт под действием физико-химических и биологических факторов через структуры гломерулярного фильтра.

Гломерулярный фильтр состоит из трёх слоёв:

- эндотелия капилляров с порами до 100 нм;

- базальной мембраны внутреннего слоя клеток клубочка – поры до 3 нм, несут отрицательный заряд;

- внутреннего слоя эпителиальных клеток капсулы нефрона – подоцитов с отростками педикулами, между ними есть щелевидные отверстия диаметром до 10 нм. И на подоцитах есть гликокаликс.

Таким образом, через гломерулярный фильтр не проходят форменные элементы крови и большинство крупномолекулярных белков. В обычных условиях в ультрафильтрате обнаруживаются лишь следы белковой фракции.

Ультрафильтрация обусловлена разностью давлений между плазмой крови и ультрафильтратом, которое называется эффективным фильтрационным давлением.

ЭФД=Д_{капилляров}-(Д_{капсулы}+Д_{онкотическое})

ЭФД составляет 18-20 мм.рт.ст. Давление в капиллярах и капсуле относительно постоянно, изменяется лишь онкотическое давление (в зависимости от содержания белков в плазме). При его увеличении в 1,5 раза от нормы наступает фильтрационное равновесие и фильтрация прекращается. В результате давление в капсуле падает.

Фильтрация плазмы идёт с разной скоростью. Скорость клубочковой фильтрации: СКФ=А*С*ЭДФ, где А – площадь фильтрационной поверхности, С – гидравлическая проводимость (объём воды, который фильтруется через единицу площади за единицу времени при единице разности давлений). В норме у мужчин скорость клубочковой фильтрации составляет 125 мл/мин, а у женщин – 110 мл/мин.

Регуляция скорости клубочковой фильтрации осуществляется тремя способами:

1. Изменением тонуса артериол.

2. Изменение тонуса базальной мембраны.

3. Изменение активности подоцитов. В отростках подоцитов есть актомиозиновые нити, благодаря которым они способны сокращаться, функционируя как микронасос.

Отфильтрованная плазма крови без крупных молекул попадает в щель капсулы и передвигается в каналец. В почках человека за сутки образуется до 180–200 л фильтрата.

Канальцевая реабсорбция. Реабсорбция – обратное всасывание воды и растворённых в ней веществ из первичной мочи при её протекании через почечные канальцы, что ведёт к образованию конечной мочи, выделяющейся из организма (до 1,5 л в сутки в норме). Реабсорбции подвергаются необходимые организму вещества (многие аминокислоты, витамины, большая часть ионов Na⁺, К⁺, Ca²⁺ и др.). Реабсорбция ряда веществ зависит от их концентрации в крови.

Мочевина и мочевая кислота практически не подвергаются реабсорбции.

В проксимальном отделе полностью реабсорбируются аминокислоты, глюкоза, витамины, белки, микроэлементы, значительное количество натрия, бикарбоната, хлора… в последующих отделах всасываются только ионы и вода. Отличительной особенностью реабсорбции в проксимальном отделе является то, что вслед за всасываемыми веществами реабсорбируется и вода из-за высокой проницаемости стенки данного отдела для неё. Поэтому жидкость в проксимальном канальце всегда остаётся практически изоосмотической плазме крови.

Обратное всасывание веществ в канальцах обеспечивается активным и пассивным транспортом. Если вещество реабсорбируется против электрохимического концентрационного градиента – это активный транспорт. Активный транспорт характерен для ионов натрия, калия, фосфат-ионов, аминокислот, витаминов.

Активный транспорт может быть первично-активным – перенос вещества происходит против электрохимического градиента счёт собственной энергии клеток канальца. Например, ионы натрия переносятся с помощью Na,K – насоса с затратой энергии АТФ.

Вторично-активным транспортом называется транспорт против градиента, но без затрат энергетических ресурсов клетки. Например, глюкоза и аминокислоты переносятся внутрь клеток канальца с помощью специального переносчика, к которому обязательно должен присоединиться ион натрия (Nа+переносчик+органическое вещество).

Реабсорбция воды, углекислого газа, некоторых ионов происходит путём пассивного транспорта. Он характеризуется тем, что перенос веществ происходит по электрохимическому, концентрационному или осмотическому градиенту. Например, ионы хлора транспортируются по электрохимическому градиенту. По осмотическому градиенту транспортируется только вода.

Клетки эпителия почечных канальцев являются ассиметричными. Их плазматическая мембрана, обращённая в просвет канальца, называется апикальной, в ней содержатся натриевые каналы. А остальные мембраны называются базолатеральными, в них содержатся насосы и переносчики органических веществ.

Глюкоза. Всасывание происходит против концентрационного градиента с помощью переносчика, который соединяется ещё и с ионом натрия. Этот комплекс проникает в клетку канальца, там распадается и глюкоза через базальную мембрану проникает в капиллярную сеть путём облегчённой диффузии (с помощью переносчиков, но по концентрционному градиенту). При повышении содержания глюкозы в плазме крови с 5 до 10 ммоль/л глюкоза появляется в моче, т.к. количество переносчиков в канальце ограничено. Как только они все заполняются, глюкоза начинает выделяться с мочой.

Белки и аминокислоты. Белки, попавшие через гломерулярный фильтр в просвет канальца, выводятся из него путём пиноцитоза. Пиноцитозный пузырёк соединяется с лизосомами, в пищеварительной вакуоли происходит расщепление белков до аминокислот, которые и удаляются в кровь через базальную мембрану.

Аминокислоты реабсорбируются по группам6 нейтральные, двуосновные, дикарбоксильные, иминокислоты.

Слабые кислоты и основания. Эти соединения в зависимости от рН среды могут быть в диссоциированном и недиссоциированном состоянии. Клеточные мембраны более проницаемы для недиссоциированных веществ. Слабые кислоты с большей скоростью экскретируются с щелочной мочой, а слабые основания – с кислой мочой.

Электролиты. В клетки канальца они попадают путём обмена с другими ионами, с помощью переносчиков, в симпорте с другими ионами (в разных отделах нефрона по-разному), через каналы по концентрационному или электрическому градиентам. Из клеток выбрасываются с помощью помп с затратой энергии.

Вследствие всасывания воды и растворённых в ней веществ растёт концентрация мочевины в жидкости, продвигающейся по канальцам. В собирательных трубках под действием вазопрессина (АДГ) изменяется проницаемость стенки для мочевины и воды, таким образом регулируется концентрация конечной мочи.

Образование концентрированной мочи связано с механизмом противоточно-поворотной множительной системы. Главную роль в этой системе играет восходящее колено петли Генле, стенка которой не проницаема для воды, но активно реабсорбирует натрий, мочевину в интерстициальную ткань мозгового слоя. Благодаря этому интерстициальная ткань становится гиперосмотичной по отношению к нисходящему колену петли Генле. Стенка же нисходящего отдела является проницаемой для воды. Таким образом, по мере продвижения ультрафильтрата по нисходящему колену происходит постепенный выход воды в межклеточное вещество и концентрирование мочи. В восходящем отделе происходит всасывание ионов, но вода не выходит из канальца, в результате концентрация внутриканальцевой жидкости немного понижается.

При недостатке воды в организме гипофиз выделяет дополнительные порции вазопрессина и тем самым увеличивает проницаемость стенки дистального отдела канальца для воды, что приводит к концентрированию мочи.

При избытке воды в организме стенки конечных отделов почечных канальцев остаются водонепроницаемыми, а из протекающей мочи продолжается выделение ионов натрия. В результате выделяется гипотоничная моча. Проницаемость канальцев для мочевины низка, и она экскретируется с мочой, не накапливаясь в мозговом веществе почки.

Канальцевая секреция. Канальцевая секреция – это процесс переноса вещества через клетки из крови в просвет канальца в неизменном виде; выделение из клетки в кровь или просвет канальца синтезированных в почке физиологически активных веществ или экскретируемых веществ. Путём канальцевой секреции из крови удаляются ионы водорода, калия, органические кислоты, основания (антибиотики, красители).