Фильтрационный барьер

Фильтрационный барьер (рис. 26–8Б,В) состоит из эндотелия капилляров, базальной мембраны и фильтрационных щелей между ножками подоцитов.

 Эндотелиальные клетки капилляров максимально уплощены, за исключением области, содержащей ядро. Уплощённая часть клетки содержит не затянутые диафрагмой фенестры (овальные окна) полигональной формы диаметром 70 нм, суммарно занимающие примерно 30% всей поверхности эндотелия. В результате плазма крови непосредственно контактирует с базальной мембраной. Таким образом, эндотелиальная часть фильтра задерживает только клеточные элементы, но не плазму крови.

 Базальная мембрана толщиной до 300 нм формируется за счёт синтетической активности подоцитов и мезангиальных клеток. Основу базальной мембраны образует мелкоячеистая сеть, образованная молекулами коллагена типа IV, ламинина и связывающих их сульфатированного гликопротеина энтактина. Отрицательно заряженные цепи гепарансульфата, присутствующие в составе протеогликанов базальной мембраны, препятствует прохождению сквозь неё анионов, в том числе и анионных белков плазмы. Вещества с M_r до 1 кД проходят через базальную мембрану свободно, до 10 кД в ограниченном количестве, а более 50 кД — в ничтожных количествах.

Мезангиальные клетки (см. рис. 26–8Г). Внутренний листок капсулы не полностью покрывает каждый отдельный капилляр клубочка. Между капиллярами, не имеющими в таких местах общей с эпителием базальной мембраны, располагаются отростчатые мезангиальные клетки. В цитоплазме мезангиальных клеток в большом количестве присутствуют микрофиламенты. Поэтому мезангиальные клетки обладают сократительной активностью и способны уменьшать площадь наружной поверхности стенки капилляров, через которую происходит фильтрация, снижая таким образом её уровень. Мезангиальные клетки фагоцитируют остатки базальных мембран и синтезируют макромолекулы межклеточного вещества, а также фактор активации тромбоцитов (PAF).

 Фильтрационные щели образованы лабиринтом щелевидных пространств между малыми ножками подоцитов. Фильтрационные щели имеют ширину около 25 нм и затянуты щелевыми диафрагмами (сеть с ячейками размерами от 4 до 14 нм). Щелевые диафрагмы содержат отрицательно заряженные гликопротеины, белок нефрин, а в участках соединения диафрагм с плазмолеммой ножек подоцитов присутствует белок плотных контактов. Ножки подоцитов (за счёт актиновых микрофиламентов) в широких пределах изменяют свою толщину, что неизбежно сказывается на ширине фильтрационных щелей.

Параметры фильтрации

Клубочковую фильтрацию характеризуют различные параметры (объём фильтрата, скорость клубочковой фильтрации — СКФ, эффективное фильтрационное давление, показатель фильтруемости, разности осмотического давления между просветом капилляра и полостью эпителиальной капсулы, характер фильтруемых ионов и молекул).

 Объём первичной мочи (отфильтрованной плазмы крови) составляет 10% от объёма крови (20% от объёма плазмы), протекающей по капиллярам клубочка (для взрослого человека 10% от 1800 л крови/сут = 180 л ультрафильтрата/сут, или 125 мл/мин).

 СКФ (см. также выше, в том числе уравнение 26–2) определяют из уравнения:

Уравнение 26–4

СКФ = K_fP_UF

где K_f — коэффициент фильтрации, а P_UF — эффективное фильтрационное давление.

 Коэффициент фильтрации (K_f) зависит от гидравлической проводимости клубочковых капилляров и площади фильтрации. При СКФ 125 мл/мин и при P_UF 10 мм рт.ст величина K_f составляет примерно 12,5 мл/мин/мм рт.ст. (на 100 г массы почки — 4,2 мл/мин/мм рт.ст., что минимально в 200 раз больше, чем K_f в любой другой ткани.

 Увеличение значения K_f повышает СКФ.

 Уменьшение значения K_f понижает СКФ.

 Эффективное фильтрационное давление (P_UF, силы Старлинга, или движущая сила фильтрации):

Уравнение 26–5

P_UF = (P_GS — P_BS) — (_GS — _BS)

где P_GC — гидростатическое давление в просвете клубочковых капилляров (в норме около 50 мм рт.ст. и не изменяется по длине капилляра), P_BS — гидростатическое давление в полости капсулы Боумена–Шумлянского (в норме около 10 мм рт.ст.), _gc — онкотическое давление крови в просвете клубочковых капилляров (в начале каждого клубочкового капилляра в норме около 25 мм рт.ст., но постепенно увеличивается, достигая к концу капилляра 30 мм рт.ст.), а _bs — онкотическое давление фильтрата в полости капсулы Боумена–Шумлянского (в норме величина этого давления пренебрежимо мала). Реальные значения параметров (мм. рт.ст.) в начальном и конечном отделе капилляров почечного тельца приведены в табл. 26–2.

Таблица 26–2. Эффективное фильтрационное давление в капиллярах почечного тельца

начало капилляра		конец капилляра
60	PGC	58
0	bs	0
–15	PBS	–15
–28	gc	–35
 = 17 мм рт.ст	PUF (эффективное фильтрационное давление)	 = 8 мм рт.ст

 Увеличение значений P_GC и _bs повышает СКФ.

 Увеличение значений P_BS и _gc уменьшают СКФ.

 Показатель фильтруемости (UF_X/P_x) — отношение концентрации вещества X в ультрафильтрате (UF_X) к концентрации вещества X в плазме крови — зависит от молекулярной массы и эффективного молекулярного радиуса вещества X.

Показатель фильтруемости (UF_X/ P_x) составляет (в скобках — первое значение молекулярная масса, второе — эффективный молекулярный радиус, или радиус Эйнштейна–Стокса [численно равен сфере, диффундирующей с той же скоростью, что и исследуемое вещество]): 1 — для Na⁺ (23; 0,10 нм), K⁺ (39; 0,14 нм), Cl^– (35,5; 0,18 нм), воды (18; 0,15 нм), мочевины (60; 0,16 нм), глюкозы (180; 0,33 нм), сахарозы (342; 0,44 нм), белка Бенс–Джонса (44 000; 2,77 нм); 0,98 для инулина (5200; 1,48 нм); 0,8 для лизоцима (14 600; 1,90 нм), 0,75 для миоглобина (16 900; 1,88 нм), 0,4 для лактоглобулина (36 000; 2,16 нм), 0,03 для Hb (68 000; 3,25 нм), менее 0,01 для сывороточного альбумина (69 000; 3,55 нм).

 UF_X/P_X 1. Вещества с малой молекулярной массой (<5,5 кД) и небольшим эффективным молекулярным радиусом (вода, мочевина, глюкоза, инулин), как правило, имеют в фильтрате ту же концентрацию, что и в плазме крови.

 UF_X/P_X 1. С увеличением молекулярной массы веществ их концентрация в фильтрате прогрессивно уменьшается (например, в ультрафильтрате обнаруживаются лишь следы сывороточного альбумина). Тем не менее, показатель фильтруемости для лизоцима, миоглобина, лактоглобулина и массы других белков с молекулярной массой до 30 кД достаточен для появления в фильтрате ощутимых их количеств.

 Электрический заряд. Поскольку ячейки сети в базальной мембране и фильтрационные щели несут отрицательный заряд, это обстоятельство ограничивает фильтрацию анионов и способствует фильтрации катионов. Однако, при этом существенное значение имеют величины молекулярных массы и радиуса заряженных веществ.

 Ионы Na⁺, K⁺, Cl^– и другие низкомолекулярные вещества с эффективным молекулярным радиусом 2 нм свободно проходят через фильтр.

 При эффективном молекулярном радиусе от 2 нм до 4 нм фильтрация анионов существенно ограничена.

 При эффективном молекулярном радиусе 4 нм практически не фильтруются ни анионы, ни катионы.

 При гломерулонефрите (воспаление паренхимы почки) отрицательный заряд фильтра существенно снижен, что приводит к увеличению фильтрации анионов. При этом в фильтрате значительно увеличивается количество сывороточного альбумина (заряжен отрицательно при физиологических значениях pH) и развивается альбуминурия.

Состав клубочкового фильтрата. В результате фильтрации состав первичной мочи оказывается близким к составу плазмы, но в ультрафильтрате нет клеточных элементов крови и относительно мало белка. В частности в первичной моче отсутствуют макромолекулы, эффективный радиус которых превышает 4 нм.