Физиология: минимум знаний на 3 балла
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 (например, лекарства). Почки выделяют водорастворимые низкомолекулярные 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 капилляров (крупные поры; задерживаются только форменные элементы крови); (2) базальная мембрана (мелкие поры; задерживаются белки плазмы крови), (3) подоциты – эпителиальные клетки капсулы. Таким образом, первичная моча (ультрафильтрат) содержит все компоненты плазмы крови, кроме белков (!). Примечание: кроме размеров пор большое 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 нервов 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 восходящего колена петли Генле, которая проницаема для мочевины). Так происходит кругооборот (циркуляция) мочевины в мозговом веществе почки, необходимый для концентрации конечной мочи. Всего в дистальных отделах нефрона реабсорбируется 9% от объема первичной мочи. 1% - 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) пузырьковый транспорт воды через эпителиальные клетки. При отсутствии 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 электролитов 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.