16.2 Типы нефронов
По особенностям локализации клубочков в коре почек, строения канальцев и особенностям кровоснабжения различают 3 типа нефронов:
- суперфициальные – имеют поверхностно расположенные в коре клубочки, короткую петлю Генле.
- интракортикальные – клубочки расположены в средней части коры почки. Наиболее многочисленны и выполняют основную роль в ультрафильтрации мочи.
- юкстамедуллярные – клубочки расположены на границе коркового и мозгового вещества почки. Выносящие артериолы шире приносящих. Петли Генле самые длинные и спускаются до вершины сосочка пирамид.
Юкстагломерулярный аппарат
Располагается между афферентной и эфферентной артериолами в воротах почечного тельца собственного нефрона. Эта зона известна как юкстагломерулярный аппарат. Не путайте юкстагломерулярный аппарат и юкстамедуллярный нефрон. Юкстагломерулярный аппарат (ЮГА) состоит из трёх типов клеток:
1. гранулярные клетки, которые представляют собой дифференцированные гладкомышечные клетки в стенках артериол, особенно афферентных;
2. экстрагломерулярные мезангиальные клетки;
3. клетки плотного пятна дистального извитого канальца.
Основные функции юкстагломерулярного аппарата:
Синтез биологически активных веществ, которые участвуют в регуляции водно-солевого обмена, постоянства артериального давления, эритропоэза, свёртывания крови:
- ренин
- медуллин
- эритропоэтины
- витамин Д3
- урокиназа
- брадикинин
Особенности кровообращения в почке
Для почек характерно наличие двух сетей капилляров. I – мальпигиево тельце. Афферентная (приносящая) артериола распадается на множество (до 50) капиллярных петель, образуя капиллярную сеть. Сливаясь, капилляры образуют эфферентную (выносящую) артериолу. По афферентной и эфферентной артериолам течёт артериальная кровь. Диаметр приносящей артериолы в два раза больше, чем выносящей. Выносящая артериола распадается на капилляры, оплетающие канальцы того же самого нефрона (II-ая сеть капилляров). Капилляры собираются в венулы, в междольковые, дуговые и междолевые вены, они образуют почечную вену, впадающую в нижнюю полую вену.
16.3. Механизм образования мочи
Процесс мочеобразования включает в себя фильтрацию в почечных клубочках, реабсорбцию в почечных канальцах, секрецию и синтез.
Клубочковая фильтрация состоит в том, что в полость капсулы Шумлянского-Боумена из плазмы крови капилляров мальпигиева клубочка фильтруется вода и все растворённые в плазме вещества за исключением высокомолекулярных белков и форменных элементов. Образующийся ультрафильтрат плазмы называется первичной (провизорной) мочой.
Процесс фильтрации осуществляется через структуры гломерулярного фильтра, находящегося на пути выхода жидкости из просвета капилляров клубочка в полость капсулы. Фильтрационный барьер состоит из трёх слоёв: эндотелия капилляров, базальной мембраны и эпителия висцерального листка капсулы или подоцитов (Рис.). В цитоплазме клеток эндотелия имеются поры, которые занимают до 30 % поверхности клетки, что позволяет свободно проходить через них воде с растворёнными в ней веществами, включая белки, за исключением форменных элементов крови. Базальная мембрана – это гелеподобное, бесклеточное ячеистое образование, состоящее из гликопротеинов и протеогликанов. Она является основной частью фильтра, препятствующей проникновению из плазмы крови крупномолекулярных соединений (белков). Поры базальной мембраны изнутри содержат анионные локусы (отрицательные заряды), которые препятствуют вхождению отрицательно заряженных частиц. Базальная мембрана быстро «изнашивается» и её элементы непрерывно восстанавливаются с помощью мезангиальных клеток, при этом в течение года происходит полная замена её основного вещества. Подоциты имеют осьминогоподобное строение. Щелевидные пространства между подоцитами представляют собой проходы, по которым фильтрат проникает в боуменово пространство. Но в то же время не все вещества могут пройти через щелевидные пространства. Препятствием служит, во-первых, то, что пальцевидные отростки покрыты сиалогликопротеином и, во-вторых, тонкие диафрагмы перекрывают щелевидные пространства в виде мостиков базальной мембраны. Щелевая диафрагма формирует решётку с диаметром пор около 10 нм, поры покрыты гликокаликсом, имеющим отрицательный заряд и оставляющим отверстия радиусом около 3 нм. Поэтому вещество, имеющее молекулярную массу больше 80000, непроходимо через фильтрационную поверхность.
Итак, в процессе фильтрации вместе с водой фильтруются все низкомолекулярные вещества, которые свободно проходят через фильтрационную поверхность, за исключением большей части белков и форменных элементов крови.
Поэтому первичная моча (клубочковый ультрафильтрат) по содержанию аминокислот, глюкозы, мочевины, креатинина, пептидов и ионному составу идентична плазме крови.
Процесс фильтрации обуславливается давлением, создаваемым в мальпигиевом клубочке.
Фильтрационное давление – это сила, обеспечивающая движение жидкости с растворёнными в ней веществами из плазмы крови капилляров клубочка в просвет капсулы. Кровяное давление в капиллярах клубочка является фильтрующей силой, а онкотическое давление и давление первичной мочи в капсуле – силами, противодействующими фильтрации.
Следовательно, давление (Рф), обеспечивающее клубочковую фильтрацию, представляет собой разность между гидростатическим давлением крови в капиллярах (Рг) и суммой онкотического давления (Ро) и давления первичной (провизорной) мочи (Рм).
Рф = Рг - (Ро + Рм)
Рг - давление крови в капиллярах клубочка (70 - 90 мм.рт.ст.). Чем выше артериальное давление, тем больше фильтрация и, следовательно, больше образуется первичной мочи. Все факторы, повышающие в организме кровяное давление, увеличивают образование ультрафильтрата плазмы крови.
Ро - онкотическое давление плазмы крови (давление, создаваемое белками - 20-30 мм.рт.ст.). При увеличении онкотического давления снижается образование первичной мочи, т.к. вода удерживается белками в крови.
Рм - давление первичной мочи в капсуле Шумлянского-Боумена и в почечных канальцах (около 20 мм.рт.ст.). Чем выше это давление, тем меньше фильтрация. Следовательно, Рф составляет в среднем:
70 – (30 + 20) = 20 мм. рт. ст.
Падение артериального давления или повышение онкотического давления белков плазмы приводит к уменьшению фильтрационного давления вплоть до полного прекращения первичной мочи.
Процесс фильтрации характеризуется скоростью клубочковой фильтрации (СКФ) и определяется объёмом ультрафильтрата, образованным за единицу времени (мин.).
СКФ зависит от:
1. Объёма протекающей через почки крови
2. Фильтрационной поверхности
3. Фильтрационного давления
4. Количества функционирующих нефронов
СКФ определяется при сопоставлении концентрации вещества в плазме (например, инулин) и конечной моче, не реабсорбируемое в почечных канальцах. По концентрации инулина в плазме (Пин) и концентрации его в определённом объёме (V) конечной мочи (Мин) рассчитывают коэффициент очищения или «клиренс» инулина по формуле:
Мин х V мочи
СКФ (мл/мин) = ---------------------- ,
Пин
Показывающей, какой объём плазмы крови в единицу времени «очистился» от инулина, где :
Мин – концентрация инулина в конечной моче
Пин – концентрация инулина в плазме крови
V - объём мочи
СКФ (мл/мин) – скорость клубочковой фильтрации
В клинической практике, когда говорят об очищении плазмы крови от какого либо вещества, употребляют термин - клиренс. В клинике, для определения клиренса используют вещество эндогенного происхождения креатинин, концентрация которого в плазме крови стабильна. Клиренс эндогенного креатинина называется пробой Роберга.
Количество образующейся первичной мочи очень велико. По разности концентрации некоторых веществ в первичной и конечной моче можно определить, какое количество воды всасалось обратно в кровь, Например, концентрация сульфатов в конечной моче 0,18 %, а в первичной – 0,002 %, т.е. концентрация возрастает в 90 раз. Следовательно для образования 1 литра вторичной мочи необходимо, чтобы через канальцы прошло 90 литров первичной мочи.
Количество первичной мочи у разных животных:
Крупный рогатый скот – 630 л.
Лошади - 450 л.
Свиньи - 360 л.
Собаки - 56 л.
Человек - 150-170 л.
Канальцевая реабсорбция – это процесс обратного всасывания воды и растворённых в ней веществ из почечных канальцев в кровь.
Основная функциональная значимость структур, обеспечивающих обратное всасывание в канальцах, состоит в том, чтобы вернуть в кровь все жизненно важные вещества и в необходимых концентрациях.
В зависимости от локализации отдела канальцев различают проксимальную и дистальную реабсорбцию, а в зависимости от механизма транспорта выделяют пассивную, первично и вторично активную реабсорбцию.
В проксимальном извитом канальце из ультрафильтрата почти полностью реабсорбируются: глюкоза, низкомолекулярные белки, жирные кислоты, аминокислоты, пептиды, витамины, микроэлементы, Nа+, К+, СI-, Са2+, Мg2+, бикарбонаты, фосфаты, мочевина. К концу проксимального отдела в его просвете остаётся только 1/3 объёма ультрафильтрата. И хотя его состав отличается от плазмы крови, осмотическое давление первичной мочи остаётся таким же, как и в плазме, так как вслед за всасываемыми веществами реабсорбируется вода. В проксимальном отделе нефрона имеют место два механизма всасывания воды и электролитов: 1. Активный транспорт натрия с пассивной реабсорбцией бикарбоната и воды. 2. Пассивный транспорт хлоридов с пассивной реабсорбцией натрия и воды. Всасывание воды происходит пассивно, по градиенту осмотического давления и зависит от реабсорбции натрия и хлора. Ионы натрия реабсорбируются как по активному так и по пассивному транспорту. Через апикальную мембрану в клетки эпителия натрий входит пассивно по натриевым каналам, а выводится через базалатеральные мембраны эпителиальны клеток с помощью натрий-калиевых насосов, использующих энергию АТФ. Наряду с ионами натрия всасывается бикарбонаты.
Реабсорбция вещества против градиента концентрации называется активным транспортом. Различают два вида активного транспорта: первично-активный и вторично-активный. Первично-активный транспорт происходит за счёт энергии клеточного метаболизма. Например, транспорт ионов натрия через натриевые каналы при участии фермента Nа+, К+- АТФазы, использующей энергию АТФ. Вторично-активный транспорт – это перенос веществ против градиента концентрации с помощью белков переносчиков, но без затрат энергии клетки непосредственно на этот процесс. При помощи такого транспорта переносятся глюкоза, аминокислоты. Обратное всасывание этих веществ зависит от концентрации их в крови, а также от деятельности цилиндрического эпителия почечных канальцев. В результате деятельности последнего возможно всасывание веществ против градиента концентрации. Реабсорбция осуществляется с помощью специальных переносчиков, локализованных в щёточной каёмке апикальной мембраны эпителиальных клеток. Переносчики транспортируют глюкозу или аминокислоты совместно с ионами натрия. Этот комплекс (переносчик + органическое вещество + ион Na+) способствует перемещению вещества через мембрану щёточной каёмки и его поступлению внутрь клетки. Движущей силой этого процесса служит меньшая по сравнению с просветом канальца концентрация натрия в цитоплазме клетки, что обеспечивается энергозависимой работой натрий-калиевого насоса базальной мембраны. В мембране создаётся мощное электрическое поле, которое «втягивает» переносчик к внутренней поверхности мембраны, где он отделяет глюкозу и натрий. Переносчик вместе с глюкозой и натрием пересекает плазматическую мембрану и входит внутрь клетки, где комплекс распадается на составные компоненты. Внутри почечного эпителия создаётся высокая концентрация глюкозы. По градиенту концентрации она переходит в интерстиций (за счёт облегчённой диффузии), а далее уходит в кровоток, а натрий активно с помощью ионного насоса удаляется из клетки. Затем белок-переносчик вновь проходит через жидкую липидную мембрану на поверхность, где захватывает новые молекулы глюкозы и натрия. Таким образом, мембранный потенциал используется всеми клетками для электрического транспорта разных веществ. При избытке глюкозы происходит полная загрузка всех молекул переносчиков, и глюкоза уже не может реабсорбироваться в кровь и появляется в конечной моче. В соответствие с этим существует понятие «почечный порог выведения».
Порог выведения - это та концентрация вещества в крови и в первичной моче, при которой оно не может быть полностью реабсорбировано в канальцах и попадает в конечную мочу. Различают пороговые и беспороговые вещества.
Пороговые вещества - это вещества, которые до определённой концентрации всасываются из первичной мочи обратно в кровь (глюкоза, витамины, аминокислоты, натрий, калий, кальций, хлор, вода). Например, глюкоза при содержании 150 - 180 мг% в крови полностью реабсорбируется в проксимальном извитом канальце. Если концентрация глюкозы повышается, а все молекулы-переносчики заняты, то наблюдается глюкозурия. Увеличение содержания глюкозы в моче приводит к повышению объёма выделяемой мочи (полиурия).
Беспороговые или непороговые вещества не реабсорбируются в почечных канальцах и выделяются с мочой при любых, даже очень небольших концентрациях их в крови (креатинин, инулин, сульфаты, маннитол).