2 курс / Нормальная физиология / Нормальная_физиология_Дегтярева_В_П_,_Будылиной_С_М

наряду с фильтрацией в канальцевой системе наблюдается резко выраженная реабсорбция. Прекращение фильтрации происходит лишь в тех случаях, когда противодействующие силы в клубочках уравновешены;

• скорость почечного кровотока нередко может снижаться под влиянием нервных и гуморальных факторов, например при физической нагрузке, под влиянием гормонов мозгового слоя надпочечников или ангиотензина;

• величина онкотического давления крови, которое зависит от количества и качества общего белка плазмы и соотношения белковых фракций;

•функциональное состояние других выделительных органов:

активность потовых желез, дыхания, ЖКТ;

•степень гидратации тканей (количество воды в тканях).

Состав фильтрата. Состав клубочкового фильтрата зависит прежде всего от проницаемости клубочковой мембраны. Он близок по составу к плазме с той лишь разницей, что в нем отсутствуют липиды, а белки находятся в очень незначительном количестве. Процесс фильтрации белков зависит от их мол. массы, размеров, структуры молекул, заряда и гидрофильное™. В норме через клубочковую мембрану проходят соединения с мол. массой ниже 70 ООО. К этому значению близка мол. масса гемоглобина и альбуминов, поэтому, например, при гемолизе гемоглобин появляется в моче. В то же время глобулины, имеющие мол. массу 165 ООО и выше, не проникают через клубочковый фильтр. Все низкомолекулярные соединения — натрий, калий, хлориды, фосфаты, глюкоза, креатинин, мочевина, мочевая кислота и др. содержатся в первичной моче в тех же количествах, что и в плазме крови; рН, электропроводность провизорной мочи и плазмы одинаковы, однако часть положительных ионов удерживается от диффузии белками плазмы.

Канальцевая реабсорбция. Под реабсорбцией понимают обратное всасывание воды и других веществ, необходимых организму, из первичной мочи во внутреннюю среду организма — межтканевую жидкость, лимфу, кровь. Водовыделительная функция почки сводится не столько к выделению воды, сколько к ее сбережению в организме в необходимых для него количествах. Эта функция почки обеспечивает постоянство водного баланса организма, соотношение вне- и внутриклеточной жидкостей, стабильность их осмотического давления за счет регулирования объема выделяемой мочи и содержания растворенных в ней веществ. В процессе концентрации почка создает мочу с более высоким осмотическим давлением, чем осмотическое давление плазмы крови. Это связано с тем, что вода реабсорбируется в больших количествах, нежели осмотически активные вещества. Из 150—180 л

498

первичной мочи образуется и выделяется во внешнюю среду 1,0—1,5 л вторичной мочи. Остальная часть фильтрата реабсорбируется в канальцах и собирательных трубках. В процессе реабсорбции вода и вещества из просвета канальцев через люминальную (апикальную) мембрану, обращенную к просвету почечного канальца, поступают в цитоплазму клеток эпителия, затем через базолатеральную мембрану выносятся из клеток эпителия в интерстициальное пространство, после чего поступают в околоканальцевые капилляры.

Для характеристики реабсорбции различных веществ в почечных канальцах имеет значение представление о пороге выведения, т.е. той концентрации вещества в крови, при которой оно не может быть полностью реабсорбировано и появляется в конечной моче. Практически все вещества, имеющие важное значение для организма, имеют порог выведения; их называют пороговыми. Примером порогового вещества является глюкоза: она полностью реабсорбируется, если ее

концентрация в плазме крови меньше или равна 10 ммоль/л. При увеличении концентрации глюкозы в крови сверх указанной величины определенная ее часть выделяется с мочой (глюкозурия).

Наличие порога реабсорбции определяется количеством переносчиков для данного вещества в мембране клеток. Неполная реабсорбция и выведение какого-либо вещества с мочой происходит при связывании всех молекул переносчика (насыщении) переносимым субстратом.

Непороговые вещества полностью выделяются с мочой при любой их концентрации в крови. Примером таких веществ является полисахарид инулин.

Обратное всасывание различных веществ осуществляется за счет активного и пассивного транспорта. Активно осуществляется перенос ионов Na+ и К+. Вторичноактивным транспортом реабсорбируются глюкоза и аминокислоты.

За счет пассивного транспорта реабсорбируются вода, С02, мочевина, хлориды.

Реабсорбция веществ в различных отделах нефрона неодинакова. В проксимальном сегменте нефрона из ультрафильтрата в обычных условиях полностью реабсорбируются глюкоза, аминокислоты, витамины, белки, микроэлементы, значительное количество Na+ и С1" и многие другие вещества. В последующих отделах нефрона реабсорбируются в основном Na+, С! и вода (рис. 13.3).

Большое значение в реабсорбции Na+ и воды, а также в

концентрировании мочи имеет работа поворотно-противоточ- ной системы, главным функциональным элементом которой является петля нефрона. Эпителий восходящего колена петли Генле почти непроницаем для воды; эпителий нисходящего колена пропускает воду.

499

Рис. 13.3. Топография процессов реабсорбции и секреции в нефроне. Б — низкомолекулярные белки; Ам — аминокислоты; В — витамины; М — мочевина; Г — глюкоза.

500

Ввосходящем отделе петли Генле осуществляется активная реабсорбция Na+ и С1~, что повышает осмотическое давление межклеточной жидкости. Концентрационный градиент между жидкостью нисходящего отдела и межклеточной жидкостью, окружающей этот отдел нефрона, увеличивается, что вызывает переход воды из фильтрата нисходящего отдела петли Генле

вмежклеточную жидкость и далее — в кровь. В петле нефрона реабсорбируются большое количество воды, Na+ и С! . Таким образом, в проксимальном отделе канальцевого аппарата большая часть воды ультрафильтрата всасывается обратно в кровь. Этот процесс называют проксимальной (обязательной)

реабсорбцией, так как вода обязательно следует за активно реабсорбируемыми веществами: натрием, глюкозой, фосфатами, хлоридами, бикарбонатами и пр.

Вдистальных отделах канальцев и собирательных трубках осуществляется дальнейшая реабсорбция воды, Na+, К+ и других веществ.

Реабсорбция воды в дистальных отделах нефрона происходит отдельно от натрия и называется факультативной. Переход воды в этих участках нефрона происходит через специальные водные каналы (водные поры) и регулируется эндокринной и нервной системами. Водный канал представлен транспортными белками — аквапоринами (AQP). У человека и других млекопитающих обнаружены 11 видов AQP. Они избирательно транспортируют воду через биологические мембраны из крови во внутреннюю среду органов. Некоторые аквапорины могут проводить воду в обратном направлении. В структуре нефрона описано 4 типа аквапоринов (рис. 13.4). Первый из них (AQP1) имеется в мембране проксимального канальца. Работа AQP2 полностью зависит от действия антидиуретического гормона (АДГ), а аквапорины 3-го и 4-го типов являются АДГ-независимыми. AQP3 и AQP4 располагаются на базолатеральных мембранах и свободно пропускают воду в интерстициальное пространство. АДГ взаимодействует с V2-рецепторам и базальной цитоплазматической мембраны клеток почечного эпителия преимущественно в дистальных канальцах и собирательных трубках. При участии G-белков происходит активация фермента аденилатциклазы, и из АТФ образуется циклический аденозинмонофосфат (цАМФ), который стимулирует протеинкиназу А и встраивание водных каналов в апикальную мембрану (рис. 13.5).

Протеинкиназа А является также регулятором синтеза белка AQP2 в ядре клеток эпителия. В отсутствие АДГ AQP2 подвергаются интернализации — поглощению внутрь клеток водного канала путем эндоцитоза. В клетке они доступны новому циклу активации, транспорта и встраивания в мембрану или подвергаются разрушению. Дефекты аквапоринов приводят к патологии многих органов, в том числе и почек.

501

Рис. 13.4. Локализация аквапоринов (AQP2) и реабсорбция воды в нефроне (по Б.И. Ткаченко, М.Ф. Пятину, 2002, с изменениями).

При этом развивается так называемый нефролитиаз — образование камней в почках. Величина реабсорбции зависит от многих факторов — как внутрипочечных, так и внепочечных.

•К внутрипочечным факторам относятся:

•скорость движения мочи по системе почечных канальцев;

•реабсорбционная способность почечного эпителия, которая изменяется под действием различных веществ, в частности гормонов (АДГ, альдостерон);

•количество непороговых веществ в первичной моче, которые повышают ее осмотическое давление и удерживают воду.

502

Вазопрессин

Базолатеральная

мембрана

Апикальная

мембрана

Рис. 13.5. Механизм влияния АДГ на транспорт воды в собирательной трубке нефрона (по Б.И. Ткаченко, М.Ф. Пятину, 2002, с изменениями).

• К внепочечным факторам относятся:

•состояние эндокринной системы: гормоны некоторых желез внутренней секреции существенно изменяют реабсорбционную способность канальцевого эпителия (АДГ, альдостерон);

•состояние водно-солевого баланса: изменение осмотического давления крови в сторону его увеличения при потере жидкости (обильное потоотделение, потеря жидкости при обильной рвоте, поносе) сопровождается возрастанием факультативной реабсорбции воды в дистальных канальцах нефрона и сохранением воды в организме.

Канальцевая секреция выражается прежде всего в том, что эпителиальные клетки нефрона захватывают некоторые вещества из крови и интерстициальной жидкости и переносят их в просвет канальцев, в результате чего они выделяются с мочой. Например, клетки канальцев нефрона быстро экскретируют органические кислоты, основания и некоторые ионы, участвуя в поддержании кислотно-основного состояния организма (КОС). С другой стороны, клетки эпителия канальцев обладают способностью синтезировать органические вещества, используя конечные продукты обмена.

Секреция органических кислот клетками почечного эпителия, в частности парааминогиппуровой кислоты (ПАГ), происходит с участием специальных транспортных систем. В мембране клеток проксимального отдела канальцев, обращенной к

503

и нте pcv и I in ал ьн о й жидкости, имеется переносчик, обладающий высоким сродством к ПАГ. При наличии в межтканевой жидкости ПАГ образуется комплекс переносчика с ПАГ, который изменяет конформацию и на внутренней поверхности мембраны распадается. Освободившаяся молекула ПАГ остается в цитоплазме, а переносчик соединяется с новой молекулой ПАГ. Оставшаяся в клетке ПАГ движется в цитоплазме к апикальной мембране и через нее с помощью специального механизма выделяется в просвет канальца.

Почечная экскреция и понятие о клиренсе. Скорость экскреции того или иного вещества (т.е. количество вещества, выделяемого в единицу времени) изменяется пропорционально его концентрации в плазме крови. В то же время скорость экскреции разных веществ существенно различается. Такие различия обусловлены тем, что экскреция разных веществ осуществляется почками разными способами. Так, например, если вещество фильтруется в клубочках и секретируется в канальцах, то скорость его экскреции будет выше, чем у вещества, которое после фильтрации реабсорбируется. Скорость экскреции может быть различной и из-за разных механизмов переноса веществ через мембраны нефрона, например при простой или облегченной диффузии.

Для характеристики экскреторной функции почки принято определять клиренс вещества, который количественно равен объему плазмы, полностью очищающейся от этого вещества почками за 1 мин. Иными словами, почечный клиренс отражает скорость очищения плазмы от того или иного вещества. В зависимости от механизма выделения веществ рассчитывают клиренс инулина либо клиренс парааминогиппуровой кислоты (ПАГ). Клиренс инулина соответствует скорости клубочковой фильтрации, так как инулин только фильтруется и выводится с мочой. Клиренс ПАГ характеризует почечный плазмоток и секреторную способность почки, так как ПАГ только секретируется канальцевым эпителием. Для характеристики деятельности почек необязательно рассчитывать клиренс всех выводимых веществ. Достаточно оценить почечный плазмоток, исходя из клиренса ПАГ, и скорость клубочковой фильтрации, соответствующую клиренсу инулина. Если оба эти параметра снижены, то, по всей вероятности, уменьшены и показатели очищения крови от продуктов обмена.

13.5. Гомеостатическая функция почек

13.5.1. Роль почек в регуляции водно-электролитного баланса

Вода в организме выполняет важные функции:

•создает среду, в которой протекают все метаболические процессы;

5 0 4

•является частью структуры клетки;

•является основным компонентом жидких сред организма (секреты желез, мочи, пота и др.).

Содержание воды в организме значительно превышает содержание всех остальных химических элементов. Организм новорожденного на 65—70 % состоит из воды. По мере взросления относительное содержание воды уменьшается: у юношей она составляет в среднем 63 %, а у девушек — 52 %. В дальнейшем содержание воды продолжает уменьшаться, достигая в среднем 52 и 46 % соответственно. Содержание воды

в разных тканях различно. Меньше всего ее в жировой ткани,

атак как у женщин жировой ткани больше, то содержание воды в женском организме меньше на 6—10 %. У взрослого человека на долю воды приходится 73,2+3 % безжировой массы тела. Эта величина постоянна и не зависит от пола.

Организм в процессе жизнедеятельности постоянно теряет воду. Так, через почки в сутки выводится около 1,5 л воды, которая разводит выделяемые организмом вещества и тем самым уменьшает их повреждающее действие на почечные структуры. С потом теряется в сутки около 0,5 л, с выдыхаемым воздухом — 0,35 л, с конечными продуктами переваривания пищи — 0,15 л воды. Таким образом, всего за сутки организм теряет около 2,5 л воды. Для сохранения водного баланса поступление воды в организм должно соответствовать ее выделению из организма. С продуктами питания и питьем человек получает около 2 л воды, а 0,5 л воды образуется в организме в результате обменных процессов (обменная вода). Приход воды также равен 2,5 л.

Водный баланс организма поддерживается благодаря процессам саморегуляции. Объем внеклеточной жидкости (ВКЖ) зависит главным образом от общего содержания в ней натрия и других осмотически активных веществ (коллоидов, ионов, глюкозы, мочевины), которые формируют осмотическое давление. Осмотическое давление слагается из двух компонентов — собственно осмотического и онкотического. Осмотическое давление связано со способностью ионов удерживать и притягивать воду через полупроницаемую мембрану. Онкотическое давление связано со способностью гидрофильных частиц крупномолекулярных веществ удерживать воду, препятствуя ее выходу из кровеносного русла. Величина осмотического давления плазмы крови, рН и ОЦК зависит от вод- но-солевого баланса организма, под которым понимают соответствие между количеством поступающих в организм воды и солей и выделением их во внешнюю среду. Осмотическое давление способствует движению и перераспределению воды в организме через полупроницаемые мембраны и представляет собой жизненно важную, жесткую константу внутренней

5 05

среды. Даже незначительные ее отклонения могут привести к гибельным для целого организма последствиям.

Саморегуляция величины осмотического давления осуществляется функциональной системой (ФУС), поддерживающей оптимальное для метаболизма осмотическое давление крови. Система имеет внешнее и внутреннее звенья саморегуляции. Внутреннее звено составляют эндогенные механизмы поддержания оптимального уровня воды и солей; внешнее представлено поведением, направленным преимущественно на поиск и прием воды или солей.

Афферентные сигналы об изменении константы поступают от осморецепторов сосудов, объемных рецепторов левого предсердия, барорецепторов дуги аорты, сонного синуса в гипоталамус — центральное звено ФУС.

Исполнительные механизмы внутреннего звена функциональной системы представлены почками, ЖКТ, легкими, потовыми железами. При этом почка является главным органом, нормализующим константу осмотического давления крови. Работа почек регулируется нервным и гуморальным путями. Гуморальным влияниям принадлежит ведущая роль.

Изменение работы почек. Изменение образования и выделения мочи происходит при любых изменениях константы осмотического давления крови. Важнейшими факторами, участвующими в изменении образования мочи, являются гормоны: АДГ и альдостерон. При увеличении осмотического давления (большая потеря жидкости, прием пищи, богатой осмотически активными веществами) увеличивается выделение АДГ нейросекреторными клетками супраоптических ядер гипоталамуса. Взаимодействуя с У2-рецепторами базальной цитоплазматической мембраны клеток почечного эпителия, АДГ способствует встраиванию аквапоринов-2 и факультативной реабсорбции мочи. Гормон коры надпочечников альдостерон является эффективным стимулятором реабсорбции Na+ в почечных канальцах. Организм уменьшает потерю воды

иосвобождается от избытка солей, диурез уменьшается.

•Потоотделение. Кроме почек, в ФУС поддержания оптимального уровня осмотического давления крови в качестве исполнительных механизмов участвуют потовые железы. После приема большого количества воды потоотделение значительно возрастает. Снижение потребления воды приводит к уменьшению потоотделения.

•Выделение воды через легкие осуществляется путем ее испарения при дыхании. С выдыхаемым воздухом в сутки теряется 350—400 мл воды.

•Выделение воды через пищеварительный тракт. Ежедневно с каловыми массами теряется около 100—150 мл воды.

А Транскапиллярный обмен жидкостей и ионов. При повышении осмотического давления плазмы крови возникает ряд

506

реакций, связанных с перераспределением воды в организме. Первые из них связаны с использованием резервной воды из депо. Вода начинает переходить в кровь по осмотическому градиенту из межтканевой жидкости, а также в межтканевую из внутриклеточной. При снижении осмотического давления плазмы крови направленность процессов меняется на противоположную.

Помимо включения внутренних механизмов, происходит активация внешнего механизма саморегуляции путем формирования мотивации жажды. При увеличении осмотического давления крови активируются центральные осморецепторы супраоптического ядра гипоталамуса — центра жажды. Сухость слизистой оболочки полости рта и глотки усиливает возбуждение, поступающее в кору головного мозга, формируя субъективное чувство жажды. Мотивация жажды активирует программы поведенческих реакций, направленных на поиск и прием воды, что приводит к быстрому возвращению константы осмотического давления к нормальному уровню.

Водное насыщение происходит в две фазы.

•Фаза сенсорного насыщения связана с выходом в кровь депонированной воды при раздражении принимаемой водой рецепторов слизистой оболочки полости рта и глотки.

•Фаза истинного, или метаболического, насыщения обусловлена всасыванием принятой воды в тонкой кишке и поступления ее в кровь.

Уровень секреции АДГ зависит не только от возбуждений, идущих от осмо- и натрийрецепторов, но и от волюмрецепторов, реагирующих на изменение объема внутрисосудистой и внеклеточной жидкости. Например, при увеличении кровенаполнения левого предсердия активируются низкопороговые волюмрецепторы. Импульсы возбуждения от них поступают в ЦНС по афферентным волокнам блуждающих нервов, что приводит к угнетению секреции АДГ, уменьшению реабсорбции воды и увеличению мочеотделения.

Помимо этого, растяжение стенки предсердий стимулирует образование и выделение предсердного натрийуретического пептида. Стимуляция его образования происходит также при:

•увеличении содержания в крови Na+ и АДГ;

•стойком увеличении давления крови в аорте;

•увеличении тонуса блуждающих нервов.

Влияния натрийуретического пептида на функции организма многообразны. Его эффекты в отношении мочеобразования связаны в основном с воздействием на клетки канальцевого эпителия и сосуды почки. Это проявляется в нескольких эффектах:

507