2 курс / Нормальная физиология / Физиология_с_основами_анатомии_человека_Малоштан_Л_Н_ред_,_Рядных

Глава 15. ВЫДЕЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

Одним из механизмов блокады функционирования ферментов явE ляется так называемое ретроингибирование, когда продукт реакции снижает их активность. Именно так в общем виде можно представить себесамоотравлениеорганизмаметаболитами(например,мочевойкисE лотой, мочевиной и креатинином).

Кподобнымвеществам,которыедолжныбытьудаленыизорганизE ма,относятсяэкзогенныевещества:лекарственныесредстварастительE ного или синтетического происхождения, пищевые красители, алкоE голь. Кроме того, необходимо удаление избыточных количеств воды, солей. Все это потребовало формирования специальной выделительE ной системы.

Вданнуюсистемувходят:почки,желудочноEкишечныйтракт,кожа

илегкие (рис. 84).

Рис. 84. Органы, принимающие участие в выделительных процессах (очищение крови от продуктов метаболизма)

361

Выделительные функции почек: удаление метаболитов, избытка воды, солей и ионов.

Выделительные функции желудочноEкишечного тракта: удаление остатков непереваренной пищи, вредных метаболитов, солей тяжелых металлов, вирусов.

Выделительныефункциикожи:удалениеэндогенныхиэкзогенных вредных веществ с потом, кожным салом.

Выделительные функции легких: удаление конечных метаболитов окислительныхпроцессов(СО2 иН2О),летучихигазообразныхвеществ, средств для ингаляционного наркоза, паров этанола.

Кроме того, молочные железы в период лактации выделяют лекарE ственные вещества, поступающие в организм.

Ведущим органом в системе выделения является почка.

15.1. Функции почек

Почки выполняют ряд гомеостатических функций в организме чеE ловека и высших животных. К функциям почек относятся следующие: 1) участие в регуляции объема крови и внеклеточной жидкости (волюE морегуляция); 2) регуляция концентрации осмотически активных веE ществ в крови и других жидкостях тела (осморегуляция); 3) регуляция ионного состава сыворотки крови и ионного баланса организма (ионE ная регуляция); 4) участие в регуляции кислотноEосновного состояния (стабилизация рН крови); 5) участие в регуляции артериального давлеE ния, эритропоэза, свертывания крови, модуляции действия гормонов благодаря образованию и выделению в кровь биологически активных веществ (инкреторная функция); 6) участие в обмене белков, липидов и углеводов (метаболическая функция); 7) выделение из организма коE нечных продуктов азотистого обмена и чужеродных веществ, избытка органическихвеществ(глюкоза,аминокислотыидр.),поступившихспиE щейилиобразовавшихсявпроцессеметаболизма(экскреторнаяфункE ция).Такимобразом,рольпочкиворганизменеограничиваетсятолько выделением конечных продуктов обмена и избытка неорганических и органическихвеществ.Почкаявляетсягомеостатическиморганом,учаE ствующим в поддержании постоянства основных физикоEхимических константжидкостейвнутреннейсреды,вциркуляторномгомеостазе,стаE билизациипоказателейобменаразличныхорганическихвеществ.

15.2. Строение почки

Почки находятся во внебрюшинном пространстве по обе стороны позвоночниканауровнепоследнихгрудныхиІ–ІІпоясничныхпозвонE

362

ков. Они представляют собой парные бобовидные органы, покрытые снаружи фиброзной и жировой капсулами. В почке различают коркоE вое и мозговое вещество (рис. 85). Корковое вещество занимает периE ферическийслойорганаиимееттолщину4мм.МозговоевеществослаE гается из образований конической формы, носящих название почечE ных пирамид. Основаниями пирамиды обращены к поверхности почE ки. В каждой почке находится 8–18 пирамид, входящих в состав мозгоE вого слоя. Верхушки пирамид по две или более соединяются и образуE

Капсула

Чашечка

Мочеточник

Рис. 85. Строение почки человека

ют сосочки, которые обращены в малые почечные лоханки. Малые поE чечные лоханки объединены в большую почечную лоханку, которая переходит в мочеточник. Структурным элементом почки является не фрон. Их число в организме человека близко к миллиону.

15.2.1. Строение нефрона

Каждый нефрон состоит из капиллярного клубочка (мальпигиева тельца), который заключен в двустенную капсулу (ШумлянскогоEБоуE мена) и системы извитых канальцев (рис. 86). Внутренняя поверхность капсулы выстлана эпителиальными клетками. Полость между висцеE ральным и париетальным листками капсулы переходит в просвет проE ксимального извитого канальца. Особенностью клеток этого канальца

363

являетсяналичиещеточнойкаемки —большогоколичествамикроворE синок, обращенных в просвет канальца. Следующий отдел нефрона — тонкаянисходящаячастьпетлинефрона(петлиГенле).ЕестенкаобраE зована низкими, плоскими эпителиальными клетками. Нисходящая часть петли может опускаться глубоко в мозговое вещество, где канаE лец изгибается на 180° и поворачивает в сторону коркового вещества почки, образуя восходящую часть петли нефрона. Она поднимается до уровня клубочка нефрона, где начинается дистальный извитой канаE лец. Этот отдел канальца обязательно прикасается к клубочку между приносящей и выносящей артериолами в области плотного пятна. КоE нечный отдел нефрона — короткий связующий каналец, впадает в соE бирательную трубку. Начинаясь в корковом веществе почки, собираE тельные трубочки проходят через мозговое вещество и открываются в полость почечной лоханки. Диаметр капсулы клубочка около 0,2 мм, общая длина канальцев одного нефрона достигает 35–50 мм.

Рис. 86. Строение и кровоснабжение нефрона:

А — нефрон; Б — мальпигиев клубочек

Различают следующие сегменты нефрона: 1) проксимальный, в соE став которого входят извитая и прямая части проксимального канальE ца; 2) тонкий отдел петли нефрона, включающий нисходящую и тонE

364

кую восходящую части петли; 3) дистальный сегмент, образованный толстым восходящим отделом петли нефрона, дистальным извитым канальцем и связующим отделом. Канальцы нефрона соединены с соE бирательными трубками.

В почке функционирует несколько типов нефронов: суперфициаль

ные (поверхностные),интракортикальные июкстамедулярные. Различие между ними заключается в локализации в почке, величине клубочков (юкстамедулярныекрупнеесуперфициальных),глубинерасположения клубочковипроксимальныхканальцеввкорковомвеществепочки(клуE бочки юкстамедулярных нефронов лежат у границы коркового и мозE гового веществ) и в длине отдельных участков нефрона, особенно пеE тель нефрона.

В общем виде нефрон представляет собой полый канал, имеющий различные структурные элементы, участвующие в мочеобразовании путем фильтрации, реабсорбции и секреции.

Структурные элементы нефрона, указанные выше, имеют особенE ности клеточного строения стенки, представленные в табл. 14.

Таблица 14

Особенности строения отделов нефрона

15.2.2. Кровоснабжение почки

В обычных условиях через обе почки проходит от 1/5 до 1/4 крови, поступающей из сердца в аорту. Кровоток по корковому веществу почE ки достигает 4–5 мл/мин на 1 г ткани: это наиболее высокий уровень органногокровотока.Особенностьпочечногокровотокасостоитвтом,

365

что в условиях изменения системного артериального давления в шиE роких пределах (от 90 до 190 мм рт. ст.) он остается постоянным. Это обусловлено специальной системой саморегуляции кровообращения в почке.

Короткиепочечныеартерииотходятотбрюшногоотделааорты,разE ветвляютсявпочкенавсеболеемелкиесосуды,иоднаприносящая(афE ферентная) артериола входит в клубочек. Здесь она распадается на каE пиллярныепетли,которые,сливаясь,образуютвыносящую(эфферентE ную)артериолу,покоторойкровьоттекаетотклубочка.ДиаметрэффеE рентнойартериолыменьшечемафферентной.Вскорепослеотхождения от клубочка эфферентная артериола вновь распадается на капилляры, образуягустуюсетьвокругпроксимальныхидистальныхизвитыхканальE цев.Такимобразом,большаячастькровивпочкедваждыпроходитчерез капилляры —вначалевклубочке,затемуканальцев.ОтличиекровоснабE женияюкстамедулярногонефроназаключаетсявтом,чтоэфферентная артериола не распадается на околоканальцевую капиллярную сеть, аобразуетпрямыесосуды,спускающиесявмозговоевеществопочки.Эти сосудыобеспечиваюткровоснабжениемозговоговеществапочки.Кровь изоколоканальцевыхкапилляровипрямыхсосудовоттекаетввенозную системуипопочечнойвенепоступаетвнижнююполуювену.

15.3. Регуляция почечного кровотока

В сосудистой системе почки можно выделить два круга: большой (кортикальный) и малый (юкстамедулярный). Кортикальный круг включает междольковые артерии, приносящие и выносящие артериоE лы, околоканальцевую капиллярную и венозные сети. Юкстамедуляр ный (ЮМ) круг составляют проксимальные отделы артерий, приносяE щие артериолы ЮМ клубочков, сосуды пирамид, проксимальные отE резки вен. ЮМ кровообращение имеет более высокий уровень артериE ального давления. Оно является своеобразной «распределительной зоE ной». Выносящие артериолы ЮМ клубочков широко анастомозируют между собой и с венами. Опускаясь в пирамиды, они образуют широE копетлистые артериовенозные сплетения, после чего впадают в основE ные венозные стволы почки. Таким путем создается дренажная систеE ма паренхимы почки. Пограничный слой осуществляет перераспредеE ление крови между корой и пирамидами. В физиологических условиях 85–90 % крови течет по кортикальному и лишь 10–15 % по ЮМ пути. ОднакозасчетширокопредставленныхздесьшунтовзначительнобольE шее количество крови может сбрасываться в пирамиды, минуя коркоE вое вещество. Включение или выключение шунтирования регулируетE

366

ся нервноEрефлекторными механизмами. В развитии спазма артерий коры имеет значение и гуморальный механизм регуляции.

Для мочеобразования требуются постоянные условия почечного кровотока.Поэтомукровотокздесьотносительноавтономен.Давление в капиллярах может оставаться постоянным, несмотря на возможные колебания среднего системного давления в пределах 90–190 мм рт. ст. (12–25 кПа). Это обеспечивается механизмами ауторегуляции кровоE тока. Поддержание стабильного давления в капиллярах клубочка во многомопределяетсясоотношениемдиаметраприносящегоивыносяE щего сосудов. Имеется два основных механизма их регуляции: миогенE ная ауторегуляция и гуморальная. В связи с относительно небольшим количеством адренорецепторов симпатические нервы оказывают слаE бое влияние на почечные сосуды.

Миогенная ауторегуляция заключается в том, что гладкие мышцы приносящей артериолы сокращаются, если в них растет артериальное давление. В результате количество крови, поступающей в капилляры, уменьшается, и давление в них нормализуется. Напротив, при падении системного давления приносящие артерии расширяются, и кровоток в капиллярах клубочка возрастает.

Тонус артериол регулируют гормоны и вазоактивные субстанции, большинство из которых образуется в самой почке. Наиболее мощный из них — ангиотензин ІІ суживает оба сосуда (v. аfferens и v. еfferens), но наиболее активно — v. еfferens. Аналогичное влияние оказывают проE изводные арахидоновой кислоты — тромбоксан и лейкотриен. АденоE зин суживает приносящую артериолу. Предсердный натрийуретичесE кий пептид расширяет v. afferens. Вазодилататорами обоих сосудов явE ляются ацетилхолин, дофамин, гистамин, простациклин.

15.4. Процесс мочеобразования

Образование конечной мочи является результатом трех последоваE тельных процессов (рис. 87).

I. В клубочках нефрона происходит начальный этап мочеобразоваE ния — клубочковая фильтрация, ультрафильтрация безбелковой жидE кости из плазмы крови в капсулу почечного клубочка, в результате чего образуется первичная моча.

II.Канальцеваяреабсорбция —процессобратноговсасыванияпроE фильтровавшихся веществ и воды из просвета канальцев в кровь каE пилляров почек.

III. Секреция. Клетки некоторых отделов канальца переносят из внеклеточной жидкости в просвет нефрона (секретируют) ряд органиE

367

ческих и неорганических веществ либо выделяют в просвет канальца и капилляры вещества, синтезированные в клетке канальца.

Рис. 87. Процессы, происходящие в канальцах при прохождении по ним различных компонентов мочи

15.4.1. Клубочковая фильтрация

УльтрафильтрацияводыинизкомолекулярныхкомпонентовизплазE мыкровипроисходитчерезклубочковыйфильтр.Этотфильтрационный барьерпочтинепроницаемдлявысокомолекулярныхвеществ.Процесс ультрафильтрацииобусловленразностьюмеждугидростатическимдавE лениемкрови,гидростатическимдавлениемвкапсулеклубочкаионкоE тическим давлением плазмы крови. Фильтрующая мембрана (фильтраE ционныйбарьер),черезкоторуюпроходитжидкостьизпросветакапилE ляравполостькапсулыклубочка,состоитизтрехслоев:эндотелиальных клеток капилляров, базальной мембраны и эпителиальных клеток висE церального(внутреннего)листкакапсулы —подоцитов.

Клеткиэндотелия истончены,толщинацитоплазмыбоковыхчастей клетки менее 50 нм. В мембране имеются круглые или овальные отверE стия(поры)размером50–100нм,которыезанимаютдо30%поверхносE тиклетки.ПринормальномкровотокенаиболеекрупныебелковыемоE лекулыобразуютслойнаповерхностипоризатрудняютдвижениечерез нихформенныхэлементовкровиибелков.Другиекомпонентыплазмы кровииводамогутсвободнодостигатьбазальноймембраны.

Базальная мембрана является одной из важнейших составных часE тей фильтрующей мембраны клубочка. У человека толщина базальной мембраны 250–400 нм. Эта мембрана состоит из трех слоев: центральE

368

ного и двух периферических. Поры в базальной мембране препятствуE ют прохождению молекул диаметром больше 6 нм.

Важную роль в определении размера фильтруемых веществ играют щелевые мембраны между «ножками» подоцитов. Эти эпителиальные клетки обращены в просвет капсулы почечного клубочка и имеют отE ростки — «ножки», которыми прикрепляются к базальной мембране. Базальнаямембранаищелевыемембранымеждуэтими«ножками»ограE ничиваютфильтрациювеществ,диаметрмолекулкоторыхбольше6,4нм. Поэтому в просвет нефрона свободно проникает инулин (радиус молеE кулы 1,48 нм, молекулярная масса около 5200), фильтруется лишь 22 % яичного альбумина (радиус молекулы 2,85 нм, молекулярная масса 43 500), 3 % гемоглобина (радиус молекулы 3,25 нм, молекулярная масE са 68 000) и меньше 1 % сывороточного альбумина (радиус молекулы 3,55 нм, молекулярная масса 69 000).

Прохождению белков через клубочковый фильтр препятствуют отE рицательнозаряженныемолекулы,входящиевсоставбазальноймембE раны. Ограничение для фильтрации белков, имеющих отрицательный заряд, обусловленоразмерами порклубочковогофильтраи ихэлектроE негативностью. Таким образом, состав клубочкового фильтрата завиE сит от свойств эпителиального барьера и базальной мембраны.

Уровень клубочковой фильтрации зависит от разности между гидE ростатическим давлением крови (около 44–47 мм рт. ст. в капилляE рах клубочка), онкотическим давлением белков плазмы крови (около 25 мм рт. ст.) и гидростатическим давлением в капсуле клубочка (около 10 мм рт. ст.). Эффективное фильтрационное давление, определяющее скорость клубочковой фильтрации, составляет 10–15 мм рт. ст. ФильтE рация происходит только в том случае, если давление крови в капилляE рахклубочковпревышаетсуммуонкотическогодавлениябелковвплазE ме и давления жидкости в капсуле клубочка.

Ультрафильтрат в полости клубочка практически не содержит белE ков, но подобен плазме по общей концентрации осмотически активE ныхвеществ:глюкозы,мочевины,мочевойкислоты,креатининаидруE гих,следовательно,длярасчетаколичествафильтруемыхвеществвклуE бочкахнеобходимоучитывать,какаяихчастьможетпроходитьизплазE мы в просвет нефрона через гломерулярный фильтр.

Как любой процесс пассивного перехода веществ, фильтрация заE висит от нескольких факторов.

= Pфильтр × S

Фильтрация , d

где Рфильтр — фильтрационное давление;

369

S —площадьфильтрации(вобеихпочкахоколо1,5–2,0м2,т.е.равна площади поверхности тела);

d — толщина фильтрационной мембраны.

Фильтрационное давление (Рфильтр) — это результат действия давE ления крови в сосудистом клубочке, равного около 50 мм рт. ст. (Ргидр), онкотического давления, создаваемого белками плазмы крови, котоE рое мешает выходу жидкости из сосуда в полость капсулы, равного около 30 ммрт.ст.(Ронкотич),давленияфильтратавкапсулеклубочкаокоE ло 10 мм рт. ст. (Ргидр. фильтр).

Рфильтр = Ргидр – Ронкотич – Ргидр. фильтр = (50 – 30 – 10) = 10 мм рт. ст.

Измерение скорости клубочковой фильтрации

Величинаизмененияскоростифильтрацииоцениваетсяпотому,какуходитизплазE мы веществоEмаркер. В качестве меры этого перехода используется коэффициент очиE щения — клиренс (от англ. «clear» — чистый, светлый).

Требования к веществуEмаркеру, клиренс которого позволяет оценить величину фильтрации:

—нетоксичность вещества;

—хорошая его растворимость в воде;

—неспособность связываться с белками плазмы или фильтрационной мембраны;

—способность фильтроваться;

—неспособность реабсорбироваться и секретироваться.

В качестве таких веществ чаще всего используют полимер фруктозы — инулин. СлеE довательно, в качестве показателя фильтрации используют клиренс, т. е. оценивают, сколько плазмы очистилось от инулина в единицу времени, т. е. профильтровалось.

Рассмотрим принцип очищения на примере измерения объема клубочковой фильE трации с помощью инулина. Определение проводят на фоне постоянной концентрации

инулина в крови. Для этого либо постоянно вводят этот полимер во время исследоваE ния крови, либо вводят его в избытке.

Количество профильтровавшегося в клубочках инулина (In) равно произведению объема фильтрата (CIn) на концентрацию в нем инулина (она равна его концентрации в плазме крови, РIn). Выделившееся за то же время с мочой количество инулина равно произведению объема экскретированной мочи (V) на концентрацию в ней инулина (UIn).

Так как инулин не реабсорбируется и не секретируется, то количество профильтроE вавшегося инулина (СIn·РIn) равно количеству выделившегося (V·UIn), откуда:

СIn= UIn·V/ РIn.

Эта формула является основой для расчета скорости клубочковой фильтрации. Скорость фильтрации жидкости вычисляют в мл/мин; для сопоставления величины клубочковой фильтрации у людей различных массы тела и роста ее относят к стандартE ной поверхности тела человека (1,73 м 2). В норме у мужчин в обеих почках скорость клубочковой фильтрации на 1,73 м 2 составляет около 125 мл/мин, у женщин — приE близительно 110 мл/мин.

У здорового человека вода попадает в просвет нефрона в результате фильтрации в клубочках, реабсорбируется в канальцах, и вследствие этого концентрация инулина растет.Концентрационный показательинулина UIn / PIn указывает, во сколько раз уменьE шается объем фильтрата при его прохождении по канальцам. Эта величина имеет важE ное значение для суждения об особенностях обработки любого вещества в канальцах, для ответа на вопрос о том, подвергается ли вещество реабсорбции или секретируется клеткамиканальцев.ЕсликонцентрационныйпоказательданноговеществаХ Uх/Pх меньE ше, чем одновременно измеренная величина UIn /PIn, то это указывает на реабсорбцию вещества Х в канальцах. Если Uх /Pх больше,чем UIn /PIn,тоэтоуказываетнаегосекрецию.

Отношение концентрационных показателей вещества Х и инулина Uх /Pх : UIn /PIn носит название экскретируемой фракции (EF).

370