Механизм мочеобразования

Образование конечной мочи является результатом трех последовательных процессов.

I. В почечных клубочках образуется первичная моча - начальный этап мочеобразования или так называемая клубочковая, или гломерулярная фильтрация. Первичная моча это ультрафильтрат безбелковой жидкости из плазмы крови в капсулу почечного клубочка.

II. Канальцевая реабсорбция - процесс обратного всасывания профильтровавшихся веществ и воды.

III. Секреция. Клетки некоторых отделов канальца переносят из внеклеточной жидкости в просвет нефрона (секретируют) ряд органических и неорганических веществ либо выделяют в просвет канальца молекулы, синтезированные в клетке канальца.

Скорость гломерулярной фильтрации, реабсорбции и секреции регулируется в зависимости от состояния организма при участии гормонов, эфферентных нервов или локально образующихся биологически активных веществ — аутакоидов. Факторы, участвующие в регуляции образования мочи могут быть подразделены на ренальные и экстраренальные. К ренальным факторам относятся: давление в капиллярах клубочков, просвет приводящих и отводящих артериол, количество функционирующих капилляров, состояние клубочков и канальцев, почечное давление. Чем выше давление в капиллярах клубочков, больше просвет приводящих артериол или меньше просвет выводящих артериол, больше количество функционирующих капилляров, меньше почечное давление, тем больше фильтрация и диурез в целом. К экстраренальным факторам относятся: величина системного артериального давления, коллоидно- осмотическое состояние крови, водный баланс организма и состояние желез внутренней секреции, участвующих в регуляции мочеообразованеия.

Клубочковая фильтрация

В 1842 г. немецкий физиолог К.Людвиг высказал мысль о фильтрации воды и растворенных веществ как первом этапе мочеобразования. В 20-х годах XX столетия американский физиолог А.Ричардс подтвердил это предположение – он с помощью микроманипулятора пунктировал микропипеткой клубочковую капсулу и извлек из нее жидкость, действительно оказавшуюся ультрафильтратом плазмы крови.

Ультрафильтрация воды и низкомолекулярных компонентов из плазмы крови происходит через клубочковый фильтр, он почти непроницаем для высокомолекулярных веществ. Ультрафильтрация происходит в результате разности между гидростатическим давлением крови, гидростатическим давлением в капсуле клубочка и онкотическим давлением белков плазмы крови. Общая поверхность капилляров клубочка больше общей поверхности тела человека и достигает 1,5 м² на 100 г массы почки. Фильтрующая мембрана (фильтрационный барьер), через которую проходит жидкость из просвета капилляра в полость капсулы клубочка, состоит из трех слоев: эндотелиальных клеток капилляров, базальной мембраны и эпителиальных клеток висцерального (внутреннего) листка капсулы-подоцитов.

Базальная мембрана является одной из важнейших составных частей фильтрующей мембраны клубочка. Она состоит из трех слоев - центрального и двух периферических. Поры в базальной мембране препятствуют прохождению молекул диаметром больше 6 нм.

Кроме того, важную роль играют щелевые мембраны между «ножками» подоцитов. Эти эпителиальные клетки обращены в просвет капсулы почечного клубочка и имеют отростки – «ножки», которыми прикрепляются к базальной мембране. Базальная мембрана и щелевые мембраны между этими «ножками» ограничивают фильтрацию веществ, диаметр молекул которых больше 6,4 нм (т.е. не проходят вещества, радиус молекулы которых превышает 3,2 нм). Поэтому в просвет нефрона свободно проникает инулин (радиус молекулы 1,48 нм, молекулярная масса около 5200), может фильтроваться лишь 22% яичного альбумина (радиус молекулы 2,85 нм, молекулярная масса 43500), 3% гемоглобина (радиус молекулы 3,25 нм, молекулярная масса 68 000 и меньше 1% сывороточного альбумина (радиус молекулы 3,55 нм, молекулярная масса 69000).

Прохождению белков через клубочковый фильтр препятствуют отрицательно заряженные молекулы - полианионы, входящие в состав вещества базальной мембраны, и сиалогликопротеиды в выстилке, лежащей на поверхности подоцитов и между их «ножками». Ограничение для фильтрации белков, имеющих отрицательный заряд, обусловлено размером пор клубочкового фильтра и их электронегативностью.

Фильтрация в клубочках зависит от разности между гидростатическим давлением крови (около 60–70 мм рт.ст. в капиллярах клубочка), онкотическим давлением белков плазмы крови (около 25–30 мм рт.ст.) и гидростатическим давлением в капсуле клубочка (около 10 мм рт.ст.). Эффективное фильтрационное давление:

ФД = давление в капиллярах клубочков – (онкотическое давление крови + почечное давление)

т.е. ФД = 60 – (30 + 10) = 20 мм. рт.ст. От величины эффективного ФД зависит скорость фильтрации. Фильтрация происходит только в том случае, если давление крови в капиллярах клубочков превышает сумму онкотического давления белков в плазме и давления жидкости в капсуле клубочка.

По своему составу ультрафильтрат практически подобен плазме по общей концентрации осмотически активных веществ, глюкозы, мочевины, мочевой кислоты, креатинина и др., но не содержит белков.. Следовательно, для расчета количества фильтруемых веществ в клубочках необходимо учитывать, какая их часть может проходить из плазмы в просвет нефрона через гломерулярный фильтр.

Некоторые ионы частично связаны с белками плазмы крови и эта их часть не фильтруется, по этому вводится понятие об ультрафильтруемой фракции - той части вещества от общей его концентрации в плазме крови, которая не связана с белком и свободно проходит через клубочковый фильтр. Ультрафильтруемая фракция для кальция составляет 0,6, для магния - 0,75. Эти величины свидетельствуют о том, что около 40% кальция плазмы связано с белком и не фильтруется в клубочках. Однако в профильтровавшейся жидкости кальций (и магний) также состоит из двух фракций: одна из них-ионизированный кальций (магний), другая -кальций (магний), связанный с низкомолекулярными соединениями, проходящими через клубочковый фильтр. В ультрафильтрате могут быть следы белка.

Измерение скорости клубочковой фильтрации. Для расчета скорости клубочковой фильтрации и ряда других показателей процесса мочеобразования используют методы и формулы, основанные на принципе очищения («клиренсовые методы», от английского слова clearance - очищение). Для измерения величины клубочковой фильтрации используют физиологически инертные вещества, не связывающиеся с белком в плазме крови, свободно проникающие через поры мембраны клубочков из просвета капилляров вместе с безбелковой частью плазмы. К веществам, используемым для измерения скорости клубочковой фильтрации, относятся полимер фруктозы инулин, маннитол, полиэтиленгликоль-400, креатинин.

В норме у мужчин в обеих почках скорость клубочковой фильтрации на 1,73 м² поверхности тела составляет около 125 мл/мин, у женщин - приблизительно 110 мл/мин.

Измеренная с помощью инулина величина фильтрации в клубочках, называемая также коэффициентом очищения от инулина (или инулиновым клиренсом), показывает, какой объем плазмы крови освобожден от инулина за это время. Для измерения очищения от инулина необходимо непрерывно вливать в вену раствор инулина, чтобы в течение всего исследования поддерживать постоянной его концентрацию в крови. Это весьма сложно и в клинике не всегда осуществимо, поэтому чаще используют креатинин - естественный компонент плазмы, по очищению от которого можно было бы судить о скорости клубочковой фильтрации, хотя с его помощью скорость клубочковой фильтрации измеряется менее точно, чем при инфузии инулина. При некоторых физиологических и особенно патологических состояниях креатинин может реабсорбироваться и секретироваться, тем самым очищение от креатинина может не отражать истинной величины клубочковой фильтрации.