ВЫДЕЛЕНИЕ
Органы выделения: почки, легкие, кожа, ЖКТ. Только у почек выделение ( экскреция) является основной функцией (у других органов эта функция дополнительная). Из организма выделяется три группы веществ: (1) конечные продукты метаболизма (например, СО2, мочевина, билирубин), (2) избыток веществ полезных, нужных организму (например, избыток глюкозы, воды, солей), (3) чужеродные вещества (напримет, лекарства). Почки выделяют водорастворимые низко-молекулярные вещества. Легкие выделяют летучие, газообразные вещества. Печень (ЖКТ) выделяют жирорастворимые и высокомолекулярные вещества.
ФИЗИОЛОГИЯ ПОЧЕК
Функции почек: (1) выделение (экскреция), (2) регуляция постоянства внутренней среды организма (водно-солевого баланса, электролитного состава плазмы крови, кислотно-щелочного состояния). (3) эндокринная функция (ренин, эритропоэтин, витамин Д3), (4) участие в метаболизме (например, глюконеогенез).
Функциональная единица почек – нефрон. В состав нефрона входят: почечный клубочек, проксимальные извитые канальцы, петля Генле, дистальные извитые канальцы (затем собирательная трубочка – одна на 5-7 нефронов).
Классификация нефронов: корковые нефроны и юкстамедуллярные нефроны.
Особенности кровоснабжения почек: (1) высокий уровень кровоснабжения (1 л/мин или 1/5 минутного объема крови), (2) ауторегуляция кровотока (почечный кровоток не меняется при изменении системного АД от 80 до 180 мм рт.ст), (3) «чудесная сеть» капилляров: приносящая артериола – капилляры почечного клубочка – выносящая артериола – околоканальцевые капилляры – венулы и вены. Выносящая артериола имеет меньший диаметр, чем приносящая. Поэтому в клубочковых капиллярах давление высокое (здесь происходит фильтрация), а в околоканальцевых капиллярах давление низкое (здесь происходит реабсорбция), (4) юкстамедуллярные нефроны имеют свои особенности кровоснабжения, связанные со способностью почек концентрировать мочу, регулировать объем крови в организме и АД.
Механизм образования мочи: клубочковая фильтрация, канальцевая реабсорбция, канальцевая секреция.
ПОЧЕЧНЫЕ КЛУБОЧКИ (ФИЛЬТРАЦИЯ).
Капилляры клубочка окружены капсулой Боумена-Шумлянского. Почечный фильтр:
(1) эндотелий капиляров (крупные поры; задерживаются только форменные элементы крови); (2) базальная мембрана (мелкие поры; задерживаются белки плазмы крови), (3) подоциты – эпительальные клетки капсулы. Таким образом, первичная моча (ультрафильтрат) содержит все компоненты плазмы крови, кроме белков (!). Примечание: кроме размеров пор важное значение для задержки белков (особенно альбуминов) имеет отрицательный заряд на поверхности эпителиальных клеток и базальной мембраны.
Фильтрация происходит за счет гидростатического давления крови в капиллярах почечного клубочка (КД), которое равно 50-60 мм рт.ст. Фильтрации препятствует онкотическое давление белков плазмы крови (ОД), которое равно 25-30 мм рт.ст. (белки не фильтруются, остаются в капиллярах и удерживают воду). Фильтрации препятствует также гидростатическое давление первичной мочи в капсуле Боумена-Шумлянского (ПД), которое равно 15-20 мм рт.ст.
|
Фильтрационное давление (ФД) = КД – ОД – ПД (ФД = 60 – 30 – 20 = 10 мм рт.ст.) |
Из формулы видно, что (1) увеличение кровяного давления приводит к увеличению скорости клубочковой фильтрации (СКФ); (2) при уменьшении КД фильтрация может прекратиться; (3) уменьшение онкотического давления плазмы крови приводит к увеличению СКФ (например, при выведении белка с мочой у больных с нарушениями функций почек); (4) при увеличении ПД (внутрипочечного давления) СКФ уменьшается и фильтрация может прекратиться (например, у больных с затруднениями для оттока мочи по мочевыводящим путям).
Скорость клубочковой фильтрации = 100-120 мл/мин (или 180 л/сутки).
СКФ зависит от тонуса приносящей и выносящей артериол: (а) спазм приносящей артериолы приводит к уменьшению КД в капиллярах клубочка и к уменьшению СКФ (влияние симпатических нкрвов при стрессе, физической нагрузке); (б) спазм выносящей артериолы приводит к увеличению КД в капиллярах клубочка и к увеличению СКФ (влияние ангиотензина).
ПРОКСИМАЛЬНЫЕ КАНАЛЬЦЫ. (РЕАБСОРБЦИЯ, СЕКРЕЦИЯ)
Реабсорбция – это транспорт веществ из просвета почечных канальцев в кровь, протекающую через околоканальцевые капилляры. Реабсорбируется 65% от объема первичной мочи (примерно 120 л/сутки): вода, минеральные соли, все необходимые органические компоненты, (глюкоза, аминокислоты). Транспорт пассивный (осмос, диффузия по электрохимическому градиенту) и активный (первично-активный и вторично-активный с участием белковых молекул-переносчиков). Транспортные системы такие же, как и в тонком кишечнике.
Пороговые вещества – обычно полностью реабсорбируются (глюкоза, аминокислоты) и выделяются с мочой только если их концентрация в плазме крови превышает пороговую величину (так называемый «порог выведения»). Для глюкозы порог выведения 10 ммоль/л (при нормальной концентрации глюкозы в крови 4.4-6.6 ммоль/л).
Беспороговые вещества – всегда выводятся независимо от их концентрации в плазме крови. Они не реабсорбируются или реабсорбируются частично, например, мочевина и др.метаболиты
Секреция - это транспорт веществ из крови, протекающей через околоканальцевые капилляры, в просвет почечных канальцев. Транспорт пассивный и активный. Секретируются ионы Н+, аммиак, органические кислоты и основания (например, чужеродные вещества, в частности, лекарственные препараты: пенициллин и др). Секреция органических кислот и оснований происходит с помощью вторично-активного натрий-зависимого механизма.
ПЕТЛЯ ГЕНЛЕ (ПОВОРОТНО-ПРОТИВОТОЧНЫЙ МНОЖИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ)
В петле Генле происходит реабсорбция солей и воды – 25% от объема первичной мочи.
Нисходящая тонкая часть петли Генле хорошо проницаема для воды и натрия (пассивный транспорт – осмос, диффузия). Восходящая толстая часть петли Генле не проницаема для воды. Здесь происходит реабсорбция натрия, калия и хлора (активный транспорт – ионный насос; блокируется петлевыми диуретиками). Функция петли: активная реабсорбция натрия в восходящей части петли (без воды!) приводит к повышению осмотического давления в тканевой жидкости. Поэтому из нисходящей части петли в тканевую жидкость (и далее в капилляры) движется вода. По мере движения мочи в нисходящем колене к вершине петли ее осмотическая концентрация увеличивается (от 300 до 1400 мосмоль/л), а затем в восходящем колене петли происходит уменьшение осмотической концентрации и разведение мочи (до 100 мосмоль/л). Главный результат функции петли Генле – создание высокого осмотического давления в мозговом веществе почки (что необходимо для концентрации мочи, протекающей в собирательных трубочках): чем длиннее петля, тем больше осмолярность мозгового вещества почки. (Самые длинные петли Генле имеют нефроны животных, живущих в пустыне, для реабсорбции и сохранения воды в организме. У рыб нефроны вообще не имеют петли Генле).
ДИСТАЛЬНЫЕ КАНАЛЬЦЫ (РЕАБСОРБЦИЯ, СЕКРЕЦИЯ)
Реабсорбция воды, натрия (регулируется с помощью альдостерона) и некоторых других ионов. Секреция калия (регулируется с помощью альдостерона), а также ионов Н+ и аммиака.
СОБИРАТЕЛЬНЫЕ ТРУБОЧКИ (КОНЦЕНТРАЦИЯ И РАЗВЕДЕНИЕ МОЧИ)
Моча из 5-7 нефронов протекает по общей собирательной трубочке, которые сливаются и образуют более крупные трубки, ведущие в почечную лоханку. Собирательные трубочки проходят через мозговое вещество почки, где осмотическое давление тканевой жидкости увеличивается по направлению к вершине сосочков. Вода из собирательных трубочек реабсорбируется (по осмотическому градиенту) и моча становится концентрированной. Кроме воды из собирательных трубочек реабсорбируется мочевина (по концентрационному градиенту, независимо от градиента осмотического). Выход мочевины из собирательных трубочек еще больше увеличивает осмотическое давление мозгового вещества почки и способствует большей концентрации мочи. Затем мочевина вновь поступает в просвет почечных канальцев (в тонкой части восходящегоколена петли Генле, которая проницаема для мочевины). Так происходит крогооборот (циркуляция) мочевины в мозговом веществе почки, необходимый для концентрации конечной мочи. Всего в дистальных отделах нефрона реабсорбируется 9% от объема первичной мочи. !% - выделяется из организма в виде конечной мочи (1.8-2 л/сутки) Проницаемость стенки собирательных трубочек для воды (и мочевины) регулируется антидиуретическим гормоном (АДГ). АДГ увеличивает (1) проницаемость межклеточных промежутков, а также (2) пузыьковый транспорт воды через эпителиальные клетки. При отсутсвии АДГ (несахарный диабет) реабсорбция воды в дистальных отделах нефрона резко уменьшается и почки выделяют не 1%, а 10% от объема первичной мочи (18-20 л/сутки).
Регуляция осмотического давления
Мембраны клеток проницаемы для воды и не проницаемы для солей. Движение воды через клеточные мембраны по осмотическому градиенту приводит к быстрому выравниванию осмотического давления во всех жидких средах организма: в плазме крови, в тканевой жидкости и во внутриклеточной среде. Избыток воды в организме приводит к уменьшению осмотического давления плазмы крови, вода поступает в клетки, развивается клеточный отек (набухание). Недостаток воды в организме приводит к увеличению осмотического давления плазмы крови, вода выходит из клеток, клетки сморщиваются (обезвоживание). Постоянство осмотического давления регулируется следующим образом: осморецепторы (печени, предсердий и крупных артерий, а также центральные осморецепторы в области гипоталамуса) возбуждаются при уменьшении осмолярности крови (на 1-2% от нормальной величины). Это приводит к торможению секреции антидиуретического гормона(АДГ) нейронами гипоталамуса.
Уменьшение влияния АДГ на реабсорбцию воды в собирательных трубочках почек приводит к выведению лишней воды (разведение мочи) и возвращает осмотическое давление к норме. Увеличение осмолярности крови стимулирует секрецию АДГ; вода задерживается в организме.
Регуляция объема жидкости в организме
(1) Система АДГ чувствительна не только к изменениям осмолярности крови, но также и к изменению объема циркулирующей крови (ОЦК). Увеличение ОЦК на 5% от нормальной величины вызывает возбуждение волюморецепторов предсердий (рецепторы растяжения) и рефлекторно тормозит секрецию АДГ; диурез увеличивается.
(2) Растяжение предсердий большим объемом крови увеличивает секрецию предсердного натрийуретического гормона (ПНГ), который увеличивает выведение натрия (и воды) почками.
Это приводит к уменьшению ОЦК.
(3) Уменьшение почечного кровотока при уменьшении ОЦК активирует ренин-ангиотензин-альдостероновую систему (РААС). Ангиотензин и альдостерон (минералокортикоид надпочечников) увеличивают реабсорбцию натрия (и воды) в дистальных отделах нефронов. Это приводит к увеличению ОЦК.
РЕГУЛЯЦИЯ СОДЕРЖАНИЯ ЭЛЕКТРОЛИТОВ
В регуляции содержания элктролитов участвует, главным образом, альдостерон, который увеличивает реабсорбцию натрия и секрецию (выведение) калия в дистальных канальцах почечных нефронов. Стимуляторы секреции альдостерона: (1) ангиотензин (клетки юкстагломерулярного аппарата почек (ЮГА) чувствительны к изменениям концентрации натрия в дистальных канальцах почек); (2) гипокалиемия (прямое действие на клетки коры надпочечников); (3) адренокортикотропный гормон гипофиза (АКТГ).
РЕГУЛЯЦИЯ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ
Основной почечный механизм регуляции объема жидкости в организме, ОЦК и системного АД: (1) при повышении ОЦК кровоток через корковые нефроны почек не меняется (миогенная ауторегуляция кровотока), а кровоток через юкстамедуллярные нефроны (их 5-15% от общего числа нефронов) увеличивается, поэтому в этих нефронах увеличивается СКФ и скорость движения мочи по канальцам. При увеличении скорости движения мочи по петле Генле в юкстамедуллярных нефронах уменьшается активная реабсорбции натрия (не успевает), а значит, уменьшается и осмотическое давление в мозговом веществе почек. В этих условиях почки выводят менее концентрированную мочу, диурез увеличивается. Это приводит к уменьшению ОЦК и системного АД. (2) при понижении ОЦК кровоток через корковые нефроны почек не меняется (миогенная ауторегуляция кровотока), а кровоток через юкстамедуллярные нефроны уменьшается, поэтому в этих нефронах уменьшается СКФ и скорость движения мочи по канальцам. При уменьшении скорости движения мочи по петле Генле в юкстамедуллярных нефронах активная реабсорбции натрия успевает произойти в большем количестве, чем обычно, а значит, осмотическое давление в мозговом веществе почек увеличивается. В этих условиях почки выводят концентрированную мочу, диурез уменьшается. Это приводит к увеличению ОЦК и системного АД.