22

«Фізіологія виділення»

Нирки виконують декілька гомеостатичних функцій в організмі людини і вищих тварин. До їх функцій належать: 1) участь у регуляції об'єму крові і позаклітинної рідини (волюмореґуляція);

2) реґуляція концентрації осмотично активних речовин у крові й інших рідинах тіла (осмореґуляція);

3) реґуляція іонної складу сироватки крові й іонного балансу організму (іонна реґуляція);

4) участь у регуляції кислотно-основного стану (стабілізація рН крові);

5) участь у реґуляції артеріального тиску, ерітропоезу, згортання крові, модуляції дії гормонів завдяки утворенню і виділенню в кров біологічно активних речовин (інкреторна функція);

6) участь в обміні білків, ліпідів і вуглеводів (метаболічна функція);

7) виділення з організму кінцевих продуктів азотистого обміну і чужорідних речовин, надлишку органічних речовин (глюкоза, амінокислоти й ін.), що надійшли з їжею або утворилися в процесі метаболізму (екскреторна функція).

Таким чином, роль нирки в організмі не обмежується тільки виділенням кінцевих продуктів обміну і надлишку неорганічних і органічних речовин. Нирка є гомеостатичним органом, що бере участь у підтримці сталості основних хімічних констант рідин внутрішнього середовища, у циркуляторному гомеостазі, стабілізації показників обміну різних органічних речовин.

Нирки знаходяться у позачеревинному просторі по обидва боки хребта на рівні останніх грудних і І—ІІ поперекових хребців. Вони являють собою парні бобоподібні органи, покриті зовні фіброзною і жировою капсулами. У нирці розрізняють коркову і мозкову речовину. Коркова речовина займає периферичний шар органа і має товщину 4 мм. Мозкова речовина складається з утворень конічної форми, що носять назву ниркових пірамід. Основами піраміди повернені до поверхні нирки. У кожній нирці знаходиться 8—18 пірамід, що входять до складу мозкового шару. Верхівки пірамід по дві чи більше з'єднуються й утворюють сосочки, що звернені в малі ниркові миски. Малі ниркові миски об'єднані у велику ниркову миску, що переходить у сечовід.

Структурним елементом нирки є нефрон. Їхня кількість в нирці людини становить майже мільйон. Кожен нефрон складається з капілярного клубочка (мальпігієва тільця), що укладений у двустінну капсулу (Шумлянского—Боумена) і системи звивистих канальців. Внутрішня поверхня капсули вистелена епітеліальними клітинами. Порожнина між вісцеральним і париетальним листками капсули переходить у просвіт проксимального звитого канальця. Особливістю клітин цього канальця є наявність щіткової облямівки — великої кількості мікроворсинок, повернених у просвіт канальця. Наступний відділ нефрона — тонка низхідна частина петлі нефрона (петлі Генле). Її стінка утворена низькими, плоскими епітеліальними клітинами. Низхідна частина петлі може опускатися глибоко в мозкову речовину, де каналець згинається на 180° і повертає у бік коркової речовини нирки, утворюючи висхідну частину петлі нефрона. Вона піднімається до рівня клубочка нефрона, де починається дистальний звивистий каналець. Цей відділ канальця обов'язково доторкається до клубочка між приносною і виносною артеріолами в області щільної' плями. Кінцевий відділ нефрона—короткий сполучний каналець, впадає в збірну трубку. Починаючись в корковій речовині нирки, збірні трубочки проходять через мозкову речовину і відкриваються в порожнину ниркової миски. Діаметр капсули клубочка близько 0,2 мм, загальна довжина канальців одного нефрона досягає 35—50 мм. Розрізняють такі сеґменти нефрона: 1) проксимальний, до складу якого входять звивиста і пряма частини проксимального канальця; 2) тонкий відділ петлі нефрона, що включає низхідну і тонку висхідну частини петлі; 3) дистальний сеґмент, утворений товстим висхідним відділом петлі нефрона, дистальним звитим канальцем і сполучним відділом. Канальці нефрона з'єднані зі збірними трубками.

У нирці функціонує декілька типів нефронів: суперфіціальні(поверхневі), інтракортикальніі юкстамедулярні. Різниця між ними полягає в локалізації в нирці, розмірі клубочків (юкстамедулярні більші супер-фіціальних), глибині розташування клубочків і проксимальних ка-нальців у корковій речовині нирки (клубочки юкстамедулярних нефронів лежать біля межі коркової і мозкової речовин) і в довжині окремих ділянок нефрона, особливо петель нефрона.

У загальному виді нефрон являє собою порожній канал, що має різні структурні елементи, які беруть участь у сечоутворенні шляхом фільтрації, реабсорбції і секреції.

У звичайних умовах через обидві нирки проходить від 1/5 до 1/4 крові, що надходить із серця в аорту. Кровотік по кірковій речовині нирки досягає 4—5 мл/хв на 1 м тканини: це найвищий рівень органного кровотока. Особливість ниркового кровотока полягає в тому, що в умовах зміни системного артеріального тиску в широких межах (від 90 до 190 мм рт. ст.) він залишається постійним. Це обумовлено спеціальною системою саморегуляції кровообігу в нирці.

Короткі ниркові артерії відходять від черевного відділу аорти, розгалужуються в нирці на більш дрібніші судини, і одна приносна (аферентна) артеріола входить у клубочок. Тут вона розпадається на капілярні петлі, що, зливаючись, утворюють виносну (еферентну) артеріолу, по якій кров відтікає від клубочка. Діаметр еферентної артеріоли менший ніж аферентної. Незабаром після відходження від клубочка еферентна артеріола знову розпадається на капіляри, утворюючи густу мережу навколо проксимальних і дистальних звивистих канальців. Таким чином, більша частина крові в нирці двічі проходить через капіляри — спочатку в клубочку, потім у канальцях. Відмінність кровопостачання юкстамедулярного нефрона полягає в тому, що еферентна артеріола не розпадається на навколоканальцеву капілярну мережу, а утворює прямі судини, що спускаються в мозкову речовину нирки. Ці судини забезпечують кровопостачання мозкової речовини нирки. Кров з навколоканальцевих капілярів і прямих судин відтікає у венозну систему і по нирковій вені надходить у нижню порожнисту вену. реґуляція ниркового кровотока

У судинній системі нирки можна виділити два кола: велике (кортикальне) і мале (юкстамедулярне). Кортикальне коло включає міжчасточкові артерії, приносну і виносну артеріоли, навколоканальцеву капілярну і венозні мережі. Юкстамедулярне (ЮМ) коло складають проксимальні відділи артерій, приносні артеріоли ЮМ клубочків, судини пірамід, проксимальні відрізки вен. ЮМ кровообіг має більш високий рівень артеріального тиску. Він є своєрідною «розподільною зоною». Виносні артеріоли ЮМ клубочків широко анастомозують між собою і з венами. Опускаючись в піраміди, вони утворюють широкопетлисті артеріовенозні сплетення, після чого впадають в основні венозні стовбури нирки. Таким шляхом створюється дренажна система паренхіми нирки. Граничний шар здійснює перерозподіл крові між корою і пірамідами. У фізіологічних умовах 85—90 % крові тече по кортикальному і лише 10—15 % по ЮМ шляху. Однак за рахунок широко представлених тут шунтів значно більша кількість крові може скидатися в піраміди, обминаючи кіркову речовину. Включення або вимикання шунтування регулюється нервово-рефлекторними механізмами. У розвитку спазму артерій кори має значення і гуморальний механізм регуляції.

Для сечоутворення потрібні постійні умови ниркового кровотока. Тому кровотік тут відносно автономний. Тиск у капілярах може залишатися постійним, незважаючи на можливі коливання середнього системного тиску в межах 90—190 мм рт. ст. (12—25 кПа). Це забезпечується механізмами аутореґуляції кровотока. Підтримка стабільного тиску в капілярах клубочка багато в чому визначається співвідношенням діаметра приносної і виносної судин. Є два основні механізми їх регуляції: міоген-на аутореґуляція і гуморальна. У зв'язку з відносно невеликою кількістю адренорецепторів симпатичні нерви впливають на ниркові судини.

Міогенна аутореґуляція полягає в тому, що гладкі м'язи приносної артеріоли скорочуються, якщо в них зростає артеріальний тиск. У результаті кількість крові, що надходить у капіляри, зменшується, і тиск у них нормалізується. Навпаки, при падінні системного тискупри-носні артерії, розширюються, і кровотік у капілярах клубочка зростає.

Тонус артеріол регулюють гормони і вазоактивні субстанції, більшість з яких утворюється в самій нирці. Найбільш потижний з них — ангіо-тензин ІІ звужує обидві судини (V. аТТегегіз і V. еТТегеггз), але найбільш активно —V. еТТегеггз. Аналогічний вплив чинять похідні арахідонової кислоти — тромбоксан і лейкотрієн. Аденозин звужує приносну артеріолу. Передсердний натрійуретичний пептид розширює V. агТегеггз. Вазоділа-таторами обох судин є ацетилхолін, дофамін, гістамін, простациклін.

Процес сечоутворення

I. У клубочках нефрона відбувається початковий етап сечоутворення—клубочкова фільтрація, ультрафільтрація безбілкової рідини з плазми крові в капсулу ниркового клубочка, у результаті чого утворюється первинна сеча.

II. Канальцева реабсорбція — процес зворотного всмоктування речовин, що профільтрувалися, і води з просвіту канальців у кров капілярів нирок.

III. Секреція. Клітини деяких відділів канальця переносять з позаклітинної рідини в просвіт нефрона (секретирують) низку органічних і неорганічних речовин або виділяють у просвіт канальця і капіляри речовини, синтезовані в клітині канальця.

Клубочкова фільтрація

Ультрафільтрація води і низькомолекулярних компонентів із плазми крові відбувається через клубочковий фільтр. Цей фільтраційний бар'єр майже непроникний для високомолекулярних речовин. Процес ультрафільтрації обумовлений різницею між гідростатичним тиском крові, гідростатичним тиском у капсулі клубочка й онкотичним тиском плазми крові. Фільтруюча мембрана (фільтраційний бар'єр), через яку проходить рідина з просвіту капіляра в порожнину капсули клубочка, складається з трьох шарів: ендотеліальних клітин капілярів, базальної мембрани й епітеліальних клітин вісцерального (внутрішнього) листка капсули — подоцитів.

Клітини ендотелія стоншені, товщина цитоплазми бічних частин клітини менша 50 нм. У мембрані є круглі або овальні отвори (пори) розміром 50—100 нм, що займають до 30 % поверхні клітини. При нормальному кровотоці найбільш великі білкові молекули утворюють шар на поверхні пор і ускладнюють рух через них формених елементів крові і білків. Інші компоненти плазми крові і вода можуть вільно досягати базальної мембрани.

Базальна мембрана є однією з найважливіших складових частин фільтруючої мембрани клубочка. У людини товщина базальної мембрани 250—400 нм. Ця мембрана складається з трьох шарів: центрального і двох периферичних. Пори в базальній мембрані перешкоджають проходженню молекул діаметром більше 6 нм.

Важливу роль у визначенні розміру фільтрованих речовин відіграють щілинні мембрани між «ніжками» подоцитів. Ці епітеліальні клітини звернені в просвіт капсули ниркового клубочка і мають відростки— «ніжки», якими прикріплюються до базальної мембрани. Базальна мембрана і щілинні мембрани між цими «ніжками» обмежують фільтрацію речовин, діаметр молекул яких більше 6,4 нм. Тому в просвіт нефрона вільно проникає інулін (радіус молекули 1,48 нм, молекулярна маса близько 5200), фільтрується лише 22 % яєчного альбуміну (радіус молекули 2,85 нм, молекулярна маса 43 500), 3 % гемоглобіну (радіус молекули 3,25 нм, молекулярна маса 68 000) і менше 1 % сироваткового альбуміну (радіус молекули 3,55 нм, молекулярна маса 69 000).

Проходженню білків через клубочковий фільтр перешкоджають негативно заряджені молекули, що входять до складу базальної мембрани. Обмеження для фільтрації білків, що мають негативний заряд, обумовлено розмірами пор клубочкового фільтра і їх електронеГативністю. Таким чином, склад клубочкового фільтрату залежить від властивостей епітеліального бар'єра і базальної мембрани.

Рівень клубочкової фільтрації залежить від різниці між гідростатичним тиском крові (близько 44—47 мм рт. ст. у капілярах клубочка), онкотичним тиском білків плазми крові (близько 25 мм рт. ст.) і гідростатичним тиском у капсулі клубочка (близько 10 мм рт. ст.). Ефективний фільтраційний тиск, що визначає швидкість клубочкової фільтрації, складає 10—15 мм рт. ст. Фільтрація відбувається лише в тому випадку, якщо тиск крові в капілярах клубочків перевищує суму онкотичного тиску білків у плазмі і тиску рідини в капсулі клубочка.

Ультрафільтрат у порожнині клубочка практично не містить білків, але подібний плазмі за загальною концентрацією осмотично активних речовин: глюкози, сечовини, сечової кислоти, креатиніну й інших, отже, для розрахунку кількості фільтрованих речовин у клубочках необхідно враховувати, яка їхня частина може проходити з плазми в просвіт нефрона через гломерулярний фільтр. Вимірювання швидкості клубочкової фільтрації

Величина зміни швидкості фільтрації оцінюється по тому, як йде з плазми речови-на-маркер. Як міра цього переходу використовується коефіцієнт очищення — кліренс (від англ. «clear» — чистий, світлий).

Вимоги до речовини-маркера, кліренс якого дозволяє оцінити величину фільтрації:

— нетоксичність речовини;

— хороша його розчинність у воді;

— нездатність зв'язуватися з білками плазми або фільтраційної мембрани;

— здатність фільтруватися;

— нездатність реабсорбуватися і секретируватися.

Як такі речовини частіше використовують полімер фруктози — інулін. Отже, як показник фільтрації використовують кліренс, тобто оцінюють, скільки плазми очистилося від інуліну в одиницю часу, тобто профільтрувалося.

Розглянемо принцип очищення на прикладі виміру об'єму клубочкової фільтрації за допомогою інуліну. Визначення проводять на тлі постійної концентрації інуліну в крові. Для цього або постійно вводять цей полімер під час дослідження крові, або вводять його в надлишку.

Кількість інуліну, що профільтрувався в клубочках, (In) фільтрату добутку об'єму фільтрату (CIn) на концентрацію в ньому інуліну (вона дорівнює його концентрації в плазмі крові, РІп). Кількість інуліну, що виділилася за той же час із сечею дорівнює добутку об'єму екскретированної сечі (V) на концентрацію в ній інуліну (Ub).

Тому що інулін не реабсорбується і не секретирується, то кількість інуліну, що профільтрувався, (Сы- РІп) дорівнює кількості, що виділилась (V-UIn), звідки:

СІп= UIn'V/ PIn.

Ця формула є основою для розрахунку швидкості клубочкової фільтрації. Швидкість фільтрації рідини обчислюють у мл/хв; для зіставлення величини клубочкової фільтрації в людей різних маси тіла і росту її відносять до стандартної поверхні тіла людини (1,73 м2). У нормі в чоловіків в обох нирках швидкість клубочкової фільтрації на 1,73 м2 складає близько 125 мл/хв, у жінок — приблизно 110 мл/хв.

У здорової людини вода попадає в просвіт нефрона в результаті фільтрації в клубочках, реабсорбується в канальцях, і внаслідок цього концентрація інуліну зростає. Концентраційний показник інуліну UIn/PIn вказує, у скільки разів зменшується об'єму фільтрату при його проходженні по канальцях. Ця величина має важливе значення для судження про особливості обробки будь-якої речовини в канальцях, для відповіді на питання про те, чи піддається речовина реабсорбції чи секретирується клітинами ка-нальців. Якщо концентраційний показник даної речовини Х U /Рх менший, ніж одночасно обмірювана величина UIn /PIn, то це вказує на реабсорбцію речовини Хв канальцях. Якщо U /Рх більше, ніж UIn/PIn, то це вказує на його секрецію. Відношення концентраційних показників речовини Хта інуліну U /Рх : UIn /PIn називається екскреторною фракцією (EF).

Фактори, що впливають на величину фільтрації. Тому що Рфільтр залежить від Ргідр, Ронк, Ргідр фільтр, то будь-яка їхня зміна позначається на фільтрації і, у підсумку, на величині діурезу.

Розглянемо випадок припинення діурезу. Це може мати місце при: зниженні Ргідр при великій крововтраті, різкому зниженні загального тиску крові (колапс), звуженні судин у судинному клубочку через біль; ріст Ронк при підвищенні вмісту білків у плазмі, зневоднюванні організму при спразі, сильному потінні, блювоті, проносі; ріст Ргідр фільтр (неможливість відтоку з нирки при ниркових каменях, звуженнях сечовивідних шляхів при запаленнях, при пухлинах, що здавлює сечоводи, при їхньому перегині при зміщенні нирки).