Вопрос 2. Нефрон - основная структурная и функциональная единица почек.

Нефрон является структурно-функциональной единицей почки. В обеих почках взрослого человека насчитывается 2,5–4 млн нефронов. Каждый нефрон состоит из почечного (мальпигиева) тельца и системы канальцев.

Почечное тельце является начальной частью нефрона и образовано капиллярным клубочком (пучок переплетающихся капиллярных петель) и капсулой Шумлянского-Боумена, в которую вдается клубочек. Капилляры клубочка формируются из приносящей артериолы и собираются в выносящую артериолу. Диаметр приносящей артериолы примерно на 1/3 больше, чем выносящей (это необходимо для обеспечения высокого уровня гидростатического давления крови в клубочковых капиллярах).

Капсула Шумлянского–Боумена на разрезе имеет форму чаши, внутри которой расположен клубочек. Внутренний листок капсулы плотно прилегает к стенкам клубочковых капилляров. Наружный листок располагается на некотором расстоянии от внутреннего так, что между ними образуется щелевидное пространство – полость капсулы Шумлянского—Боумена. Полость капсулы непосредственно переходит в просвет канальцев нефрона.

В структуре нефрона выделяют проксимальные канальцы, петлю Генле и дистальные канальцы, которые впадают в собирательные трубочки почки. Канальцы покрыты густой сетью околоканальцевых капилляров и располагаются в глубине коркового и в мозговом веществе почки.

По ходу приносящей артериолы, а также в треугольном пространстве между приносящей и выносящей артериолами и прилегающим к ним дистальным канальцем располагаются клетки юкстагломерулярного аппарата почки, которые синтезируют ряд биологически активных веществ (ренин, эритропоэтин и другие вещества).

Вопрос 3. Механизмы мочеобразования. Фильтрация и реабсорбция.

Образование мочи происходит в нефронах и включает процессы:

1. клубочковую фильтрацию,

2. канальцевую реабсорбцшо

3. секрецию.

Клубочковая фильтрация — эти первый этап мочеобразования, который заключается в переносе жидкости и растворенных в ней веществ из клубочковых капилляров в полость капсулы Шумлянского-Боумена.

Клубочковый фильтрат (или первичная моча) представляет собой жидкую часть плазмы крови, не содержит форменных элементов и почти лишена белка. Содержание минеральных ионов и низкомолекулярных органических веществ (например, глюкозы, аминокислот) в клубочковом фильтрате соответствует их концентрации в плазме крови.

Структуры, отделяющие кровь клубочковых капилляров от пространства капсулы Шумлянского—Боумена, называются клубочковым фильтром.

Клубочковый фильтр состоит из трех слоев:

1. эндотелий капилляров клубочка,

2. базальная мембрана,

3. эпителий внутреннего листка капсулы Шумлянского—Боумена, образованный особыми клетками – подоцитами, имеющими пальцевидные отростки — ножки, располагающиеся на базальной мембране.

Проницаемость клубочкового фильтра в первую очередь определяется размером пор в базальной мембране и шириной микрощелей, образующихся между ножками подоцитов.

Многие пептиды и низкомолекулярные белки плазмы крови в значительной степени фильтруются и попадают в состав мочи. Белок плазмы крови альбумин, имеющий молекулярную массу 69 000 Дальтон, фильтруется в незначительной степени (0,02% от его содержания в плазме крови).

При повреждении структур клубочкового фильтра и увеличении размеров пор происходит увеличение фильтрации крупномолекулярных белков и выделение их с мочой (протеинурия).

В состав базальной мембраны и выстилки, покрывающей ножки подоцитов, входят отрицательно заряженные гликопротеины, влияющие на проницаемость клубочкового фильтра для белковых молекул. Отрицательный заряд структур клубочкового фильтра отталкивает отрицательно заряженные белковые молекулы плазмы крови и препятствует их фильтрации. При утрате клубочковым фильтром своего отрицательного заряда происходит увеличение фильтрации, главным образом, низкомолекулярных белков.

Основной силой, обеспечивающей фильтрацию плазмы крови из клубочковых капилляров в капсулу нефрона, является эффективное фильтрационное давление (Рф). Оно представляет собой разность между гидростатическим давлением крови в клубочковых капиллярах (Р_гк) и суммой онкотического давления плазмы крови (Р_он) и давления первичной мочи в капсуле Шумлянского—Боумена (Р_м): Рф = Ргк - (Р_он + Р_м)

Гидростатическое давление крови в капиллярах клубочка является силой, которая способствует фильтрации. У здорового человека оно составляет приблизительно 50—60 мм рт.ст. и практически не зависит от колебаний системного артериального давления вследствие включения механизмов саморегуляции почечного кровотока.

Эти механизмы позволяют поддерживать гидростатическое давление в приносящей артериоле и клубочковых капиллярах на постоянном уровне при значительных колебаниях системного артериального давления (от 80 до 180 мм рт.ст.), что достигается изменением тонуса приносящих артериол клубочка. Онкотическое давление крови и давление первичной мочи в капсуле Шумлянского—Боумена являются теми силами, которые препятствуют фильтрации. В норме Р_он составляет около 25 мм рт.ст. и зависит от концентрации белков в плазме крови. Давление первичной мочи в капсуле нефрона составляет приблизительно 10—15 мм рт.ст. Таким образом, эффективное фильтрационное давление (Рф), обеспечивающее необходимый объем фильтрации в почечных клубочках, составляет:

Р_ф = 60 - (25 + 15) = 20 мм рт.ст. Если системное артериальное давление падает до 50 мм рт.ст., гидростатическое давление в капиллярах клубочка снижаетсядо 35—40 мм рт.ст., то эффективное фильтрационное давление приближается к нулю и процесс клубочковой фильтрации резко уменьшается или полностью прекращается.

Количество выделяющейся мочи у таких больных резко снижается (олигурия), либо процесс образования и выделения мочи полностью прекращается (анурия), что приводит к нарушению гомеостаза и самоотравлению организма токсичными продуктами обмена веществ.

Скорость клубочковой фильтрации (СКФ) — это количество первичной мочи, образующееся в почках в единицу времени.

У взрослого здорового человека скорость клубочковой фильтрации поддерживается на постоянном уровне и составляет приблизительно 180 л/сут или в среднем 110 мл/мин у женщин и 125 мл/мин у мужчин.

Подавляющее количество фильтрата подвергается обратной реабсорбции в канальцах нефрона так, что из организма выводится только 1–1,5 л конечной мочи.

Фильтрационный барьер проницаем для воды, глюкозы, солей натрия, калия, фосфора, низкомолекулярных белков (альбумины), шлаковых веществ. Не проходят: форменные элементы крови, белки с высоким молекулярным весом (фибриноген, иммунные тела).

Фильтрация происходит вследствие высокого давления из-за разности диаметров выносящей и приносящей артериол.

Канальцевая реабсорбция (или обратное всасывание) — это транспорт необходимых организму веществ из канальцевой мочи в плазму крови околоканальцевых капилляров.

Реабсорбция веществ из первичной мочи происходит двумя путями:

1. через клетки канальцевого эпителия (трансцеллюлярно) либо

2. через межклеточные контакты (парацеллюлярно).

Реабсорбция макромолекул осуществляется за счет эндоцитоза, а минеральных веществ и низкомолекулярных органических — за счет активного и пассивного транспорта.

Ионы Na⁺ поступают из канальцевой жидкости в клетку эпителия канальца пассивно, по концентрационному и электрическому градиентам, а из клетки канальца во внеканальцевую среду — активно с помощью Nа⁺К⁺-насоса (против концентрационного градиента). Ионы чаще всего реабсорбируются пассивно с током растворителя (воды), а также сопряженно с переносом ионов Na⁺ по электрическому и осмотическому градиентам.

Глюкоза, аминокислоты, витамины реабсорбируются путем вторично-активного транспорта. Эти вещества связываются со специальными переносчиками мембраны эпителиальные клетки канальца и ионами Na⁺. Комплекс Na⁺ — органическое вещество-переносчик перемещается внутрь клетки, причем движущей силой является диффузия ионов Na⁺ в клетку по концентрационному и электрическому градиентам.

Вещества, подвергающиеся реабсорбции в канальцах с помощью переносчиков, называются пороговыми, так как степень их реабсорбции зависит от концентрации веществ в плазме крови и от количества белков-переносчиков, локализующихся в мембране эпителиальной клетки канальца. При высокий концентрации вещества в плазме крови и первичной моче все белки-переносчики загружаются и вещество не может быть реабсорбировано в полном объеме, так как его количество в первичной моче превышает реабсорбционную способность канальцев.

Минимальную концентрацию вещества в плазме крови, при которой оно не может быть полностью реабсорбировано и начинает обнаруживаться в конечной моче (выводиться из организма), называется порогом выведения.

Порог выведения для глюкозы составляет 10 ммоль/л (1,8 г/л). Это означает, что если концентрация глюкозы в плазме крови превышает 10 ммоль/л, наблюдается выделение глюкозы с мочой — глюкозурия, интенсивность которой возрастает пропорционально увеличению содержания глюкозы в плазме крови.

Ряд веществ не подвергается реабсорбции и полностью экскретируется при любой их концентрации в крови за счет фильтрации и секреции (например, креатинин, инулин).

Реабсорбция в различных отделах нефрона.

В проксимальных канальцах нефрона реабсорбируется большая часть первичной мочи (примерно 2/3 объема клубочкового филь­трата), значительное количество ионов Na, К⁺, Са⁺, С1, НСО₃. аминокислоты, белки, глюкоза, витамины, микроэлементы и другие вещества.

Практически все органические вещества, необходимые организму, реабсорбируются в проксимальных канальцах.

В других отделах нефрона осуществляется только реабсорбция воды и ионов.

Особенность проксимальной реабсорбции заключается в том, что вода вместе с растворенными в ней веществами реабсорбируется эквивалентно количеству Na⁺ и С1 — основных осмотически активных веществ. Поэтому канальцевая моча остается изоосмотичной плазме крови (280—300 мосмоль/л).

В петле Генле реабсорбция воды и ионов пространственно разделены. Стенка нисходящей части петли Генле хорошо проницаема для воды, но непроницаема для осмотически aктивных веществ — ионов Na и С1. В нисходящей части петли Генле происходит реабсорбция воды (вода выходит под действием высокого осмотического давления в окружающую каналец среду), а осмотически активные вещества остаются в канальцевой моче. Поэтому осмотичность мочи по мере продвижения к вершине петли Генле (в направлении от коркового к мозговому слою почки) возрастает, а объем — уменьшается. Этот процесс называется осмотическим концентрированием мочи.

Максимальная осмотичность канальцевой мочи (1200–1500 мосмоль/л) достигается на вершине петли Генле. Далее моча поступает в восходящее колено петли Генле, эпителий которого непроницаем для воды, но имеет мощную ферментную систему активного транспорта ионов Na и К.

Следовательно, из концентрированной канальцевой мочи через апикальные мембраны эпителия ионы Na' проникают по градиенту концентрации, а из эпителиальных клеток в интерстициальное пространство — переносятся активно. Вслед за ионами Na по градиенту заряда идут ионы CI Некоторые авторы считают также, что имеется активный транспорт иона С1. Активный транспорт ионов из восходящего колена петли Генле в пространство, окружающее каналец, является важнейшим механизмом создания высокого осмотического давления в интерстиции мозгового слоя почки. Этот фактор (а также повышенная концентрация мочевины в интерстиции) обеспечивает выход воды из мочи нисходящего участка петли Генле.

В восходящем отделе петли Генле вода не реабсорбируется, а концентрация осмотически активных веществ в канальцевой жидкости снижается из-за реабсорбции ионов Na⁺ и С1. Поэтому на выходе из петли Генле в канальцах всегда находится гипотоничная моча с концентрацией осмотически активных веществ ниже 200 мосмоль/л. Такое явление называют осмотическим разведенем мочи, а петлю Генле — разводящим сегментом нефрона.

Таким образом, способность почек человека концентрировать мочу связана с наличием в структуре нефрона петли Генле, которая создает корково-мозговой осмотический градиент

Возможностью перемещения жидкости в канальцах в противоположном направлении. Поэтому механизм концентрирования мочи в нефроне называют поворотно-противоточной системой нефрона. В дистальных канальцах нефрона и собирательных трубочках реабсорбция ионов Na и воды зависит от состояния водно-электролитного баланса организма и находится под контролем различных гормонов (антидиуретического гормона, альдостерона), которые регулируют проницаемость стенок дистальных канальцев и собирательных трубочек для воды и ионов.

Канальцевая секреция — это перемещение веществ в просвет канальца, в направлении, противоположном реабсорбции, с помощью активного и пассивного транспорта. В канальцах нефрона осуществляется секреция как веществ из крови околоканальцевых капилляров, так и веществ, образующихся непосредственно в клетках канальцевого эпителия.

Секреция дает возможность быстро удалить из организма некоторые органические вещества и ионы.

В проксимальных канальцах нефрона из плазмы крови секретируются многие органические кислоты и основания (например, парааминогиппуровая кислота, холин), лекарственные вещества (пенициллин);

в дистальных канальцах и собирательных трубочках — ионы К⁺, секреция которых находится под контролем гормона альдостерона.

В клетках канальцевого эпителия при дезаминировании аминокислоты глутамина образуется аммиак (NH3), который секретируется в просвет канальца и поступает в мочу. Кроме того, в эпителии канальцев различных отделов нефрона присутствует фермент карбоангидраза, катализирующий реакцию гидратации углекислого газа с образованием угольной кислоты. При диссоциации угольной кислоты образуются ионы Н⁺ и НСО₃, причем ионы HCO₃ реабсорбируются в плазму крови околоканальцевых капилляров, а ионы Н⁺ секретируются в просвет канальца, где могут связываться с аммиаком с образованием иона аммония. Секретируя аммиак и ионы Н⁺, почки принимают участие в регуляции кислотно-основного состояния организма.