14.3. Механизм мочеобразования

Образование мочи происходит в нефронах и включает про цессы: клубочковую фильтрацию, канальцевую реабсорбцшо и секрецию.

Клубочковая фильтрация. Клубочковая фильтрация — эти первый этап мочеобразования, который заключается в перс носе жидкости и растворенных в ней веществ из клубочковых капилляров в полость капсулы Шумлянского—Боумена. В ре зультате этого процесса в полость капсулы поступает жидкая часть плазмы крови, не содержащая форменных элементов и почти лишенная белка, — клубочковый фильтрат (или пер вичная моча). Содержание минеральных ионов и низкомолеку лярных органических веществ (например, глюкозы, аминокис лот) 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: эндотелий капилляров клубоч­ка, базальная мембрана, 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. Клу­бочковый фильтр свободно пропускает молекулы органиче­ских веществ с молекулярной массой менее 7000 Дальтон. Фильтрация органических молекул с молекулярной массой от 7000 до 70 000 Дальтон прогрессивно уменьшается по мере увеличения их размеров. Частицы с молекулярной массой бо­лее 70 000 Дальтон практически не попадают в клубочковый фильтрат. Таким образом, 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).

470

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 - (Рт * ^ри)-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 арте-риоле 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 снижается

471

до 35—40 мм рт.ст., то эффективное фильтрационное дэвлешн приближается к нулю и процесс клубочковой фильтрации ре i ко уменьшается или полностью прекращается. Количеств > выделяющейся мочи у таких больных резко снижается (олигу рия), либо процесс образования и выделения мочи полностью прекращается (анурия), что приводит к нарушению гомеостл за и самоотравлению организма токсичными продуктами of> мена веществ.

При повышении Р_т (увеличение содержания белков и плазме крови) или Р_м (закупорка мочевыводящих путей) эф фективное фильтрационное давление также снижается, что приводит к уменьшению образования первичной мочи.

Скорость клубочковой фильтрации (СКФ) — это коли чество первичной мочи, образующееся в почках в единицу вре мени. 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 этого фильтрата подвергается обратной реабсорбции в ка­нальцах нефрона так, что из организма выводится только 1 — 1,5 л конечной мочи.

Канальцевая реабсорбция. Канальцевая реабсорбция (или обратное всасывание) — jto транспорт необходимых ор­ганизму веществ из канальцевой мочи в плазму крови около-канальцевых капилляров.

Реабсорбция веществ из первичной мочи происходит двумя путями: через клетки канальцевого эпителия (трансцеллю-лярно) либо через межклеточные контакты (парацеллюляр-но). Реабсорбция макромолекул осуществляется за счет эндо-цитоза, 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 внеканальце-вую среду — активно с помощью Ыа⁺К⁺-насоса (против кон­центрационного градиента). Ионы Cl~, HCOJ 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 связыва-

472

•Дся со специальными переносчиками мембраны эпителиаль-летки канальца и ионами Na⁺. Комплекс Na⁺ — органи-кое вещество-переносчик перемещается внутрь клетки, примем движущей силой является диффузия ионов Na⁺ в клет­ку по концентрационному и электрическому градиентам.

Вещества, подвергающиеся реабсорбции в канальцах с по-Мшцью переносчиков, называются пороговыми, так как сте-||№нь их реабсорбции зависит от концентрации веществ в плаз-|Ме 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 1быть 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. Осмотиче­ское разведение и концентрирование мочи. В проксималь­ных канальцах нефрона реабсорбируется большая часть первичной мочи (примерно 2/3 объема клубочкового филь­трата), значительное количество ионов Na , К⁺, Са ⁺, С1~, НСОз. 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).

473

В петле Генле реабсорбция воды и ионов пространстищн разделены. Стенка нисходящей части петли Генле хорош ницаема для воды, но непроницаема для осмотически ai ных веществ — ионов Na и СП, В нисходящей части ш Генле происходит реабсорбция воды (вода выходит пол ствием высокого осмотического давления в окружающую i налец среду), а осмотически активные вещества остаются и м J нальцевой моче. Поэтому осмотичность мочи по мере про шп жения к вершине петли Генле (в направлении от корковш и мозговому слою почки) возрастает, а объем — уменьшаем!» Этот процесс называется осмотическим концентрировани< м мочи. Максимальная осмотичность канальцевой мочи (1200 1500 мосмоль/л) достигается на вершине петли Генле. Дал< ■ моча поступает в восходящее колено петли Генле, эпителии которого непроницаем для воды, но имеет мощную фермеш ную систему активного транспорта ионов Na и К - Бел юс Na⁺K -насоса встроены в базальные мембраны эпителиал!. ных клеток. Следовательно, из концентрированной каналы и-вой мочи через апикальные мембраны эпителия ионы Na' проникают по градиенту концентрации, а из эпителиальных клеток в интерстициальное пространство — переносятся ак тивно. Вслед за ионами Na по градиенту заряда идут ионы CI Некоторые авторы считают также, что имеется активный транспорт иона С1~. Активный транспорт ионов из восходяще го колена петли Генле в пространство, окружающее каналец, является важнейшим механизмом создания высокого осмоти ческого давления в интерстиции мозгового слоя почки. Эточ фактор (а также повышенная концентрация мочевины в ин терстиции) обеспечивает выход воды из мочи нисходящего участка петли Генле.

В восходящем отделе петли Генле вода не реабсорбирует-ся, а концентрация осмотически активных веществ в каналь­цевой жидкости снижается из-за реабсорбции ионов Na⁺ и СР. 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,

474

Возможностью перемещения жидкости в канальцах в проти-¹ и июжном направлении. Поэтому механизм концентрирова­нии мочи в нефроне называют поворотно-противоточной

чеителъной системой нефрона. В дистальных канальцах нефрона и собирательных пцбочках реабсорбция ионов Na и воды зависит от состоя­ния водно-электролитного баланса организма и находится ■ОД контролем различных гормонов (антидиуретического рмона, альдостерона), которые регулируют проницаемость ■ инок дистальных канальцев и собирательных трубочек для

I йоды и ионов.

Канальцевая секреция. Канальцевая секреция — это пере­мещение веществ в просвет канальца, в направлении, проти-

|воположном 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 канальцево-

ю 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, парааминогип-пуровая 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 (Н2СО3). При диссоциации угольной кислоты образуются ионы Н⁺ и НСО3, причем ионы HCOJ реабсорбируются в плазму крови околоканальцевых капилляров, а ионы Н⁺ сек­ретируются в просвет канальца, где могут связываться с амми­аком с образованием иона аммония NH₄⁺: NH₃ + H⁺-» NH₄⁺. Секретируя аммиак и ионы Н⁺, почки принимают участие в регуляции кислотно-основного состояния организма.

475