Кровоснабжение нефронов

Кровь попадает в каждую почку через почечную артерию, которая затем разделяется на всё более мелкие ветви – междольковая, дуговая и радиальные артерии коркового вещества (ранее называвшиеся междольковые артерии). Каждая из радиальных артерий коркового вещества изменяет свое направление под прямым углом, по мере её движения к наружной поверхности почки, в виде группы идущих параллельно афферентных (приносящих) артериол, каждая из которых подходит к гломеруле.

В норме 20 % плазмы (но не эритроциты), достигающей клубочка, фильтруется в нем в боуменову капсулу. Почти во всех органах капилляры заново сливаются, давая образование венозной системе, но гломерулярные капилляры вместо этого сливаются и образуют другую систему артериол, получившую название эфферентные (выносящие) артериолы. Таким образом, кровь покидает каждую гломерулу через единственную эфферентную артериолу, которая вскоре разделяется на вторую систему капилляров. Это перитубулярные капилляры, которые в виде разветвленной сети распределяются вокруг канальца. Перитубулярные капилляры потом объединяются с образованием вены, по которой кровь в конечном итоге покидает почку.

Сосудистые структуры, снабжающие кровью мозговое вещество, также отличаются от соответствующей системы в коре. Из многих югстамедулярных клубочков длинные эфферентные артериолы направляются в наружную часть мозгового вещества, где они многократно делятся с образованием сосудистых пучков. От границы этих пучков берет начало капиллярная сеть, которая окружает петли Генле и собирательные трубки в наружной части мозгового вещества. Из центральной части пучков нисходящие прямые сосуды направляются к внутренней части мозгового вещества, где они также образуют капиллярные сплетения. Эти капилляры внутреннего мозгового вещества дают начало венам (восходящие прямые сосуды), которые располагаются в тесном взаимодействии с нисходящими vasa recta в пределах сосудистых пучков. Эти взаимоотношения имеют значение для концентрирования мочи.

Типы нефронов

В различных сегментах канальцев нефрона имеются существенные отличия в зависимости от их локализации в той или иной зоне почки. В корковом веществе содержатся все почечные тельца (этим обусловлен гранулярный внешний вид), извитые части проксимальных канальцев, кортикальные части петель Генле, дистальные извитые канальцы, связующие канальцы и корковые отделы собирательных трубок. Мозговое вещество содержит медуллярные участки петель генле и собирательные трубки.

Нефроны классифицируются в соответствии с расположением их почечных телец в коре:

1. в поверхностных корковых нефронах почечные тельца расположены в пределах 1 мм от капсулы почки;

2. в интракортикальных нефронах почечные тельца расположены, соответственно названию, в средних отделах коры почки, глубже, чем поверхностные корковые нефроны;

3. почечные тельца юкстамедуллярных нефронов расположены как раз над границей коркового и мозгового вещества.

Одним важным отличием перечисленных трех типов нефронов является длина петли Генле. Все поверхностные корковые нефроны обладают короткой петлей, в результате чего колено петли располагается выше границы между наружной и внутренней частями мозгового вещества. У всех юкстамедуллярных нефронов длинные петли проникают во внутренний отдел мозгового вещества, часто достигая верхушки сосочка.

Интракортикальные нефроны могут иметь и короткую и длинную петлю. Дополнительное увеличение длины петли Генле у дллиннопетельных нефронов возникает за счет увеличения размера нисходящей тонкой части и наличия восходящей тонкой части. В итоге начало толстого восходящего колена в самых длинных петлях располагается выше границы между наружным и внутренним слоями мозгового вещества; другими словами, толстые восходящие части петель Генле обнаруживаются только в корковой зоне и наружном мозговом слое.

Юкстагломерулярный аппарат.1

Каждый юкстагломерулярный аппарат состоит из трех типов клеток:

1. Гранулярные клетки, которые представляют собой дифференцированные гладкомышечные клетки в стенках артериол, особенно афферентных артериол. Они содержат секреторные пузырьки и секретируют ренин.

2. Экстрагломерулярные мезангиальные клетки. Они морфологически сходны с гломерулярными мезангиальными клетками и составляют с ними единое целое.

3. Клетки плотного пятна - конечного участка восходящей толстой части петли, которая во всех нефронах располагается между афферентной и эфферентной артериолами в воротах почечного тельца собственного нефрона. Плотное пятно участвует в регуляции скорости гломерулярной фильтрации и в регуляции секреции ренина.

Функции почек.1

1. Регуляция баланса воды

и неорганических ионов.

2. Удаление конечных продуктов обмена из крови и экскреция их с мочой.

3. Извлечение чужеродных химических соединений из крови и их экскреция с мочой.

4. Глюконеогенез.

5. Секреция гормонов

а. Ренин

б. Эритропоэтин

в. 1,25-дигидроксивитамин Д₃

Основная функция почки заключается в регуляции объема, осмолярности, минерального состава и кислотно-основного состояния организма посредством экскреции воды и неорганических электролитов в количествах, необходимых для поддержания их баланса в организме и нормальной концентрации этих веществ во внеклеточной жидкости. К числу ионов, которые регулируются таким образом, относятся натрий, калий, хлор, кальций, магний, сульфат, фосфат и ион водорода. Почки также участвуют в гомеостатическом регулировании некоторых органических питательных веществ.

Второй функцией почки является экскреция конечных продуктов обмена, шлаков. К этим веществам относится мочевина (она образуется из белка), мочевая кислота (из нуклеиновых кислот), креатинин (из креатина мышц), конечные продукты распада гемоглобина, благодаря которым моча имеет определенный цвет, метаболиты различных гормонов и многое другое.

Третья функция почки - экскреция с мочой многих чужеродных веществ - лекарств, пестицидов, пищевых добавок.

Четвертая функция - глюконеогенез. Во время длительного голодания почки синтезируют глюкозу из аминокислот и других предшественников и глюкоза поступает в кровь. В почках образуется примерно 20% от того количества глюкозы, которое синтезирует печень в данной ситуации.

Наконец, почки функционируют как эндокринные железы, секретируя по крайней мере 3 гормона: 1,25-дигидроксивитамин Д₃, эритропоэтин и ренин.

1,25-дигидроксивитамин Д₃: витамин Д₃, образующийся в коже под воздействием ультрафиолетового излучения и поступающий с пищей, неактивен, и в организме он должен претерпеть метаболические изменения, прежде чем он сможет воздействовать на клетки-мишени. Он поступает в кровь и гидроксилируется в 25-й позиции в печени и затем в 1-ой позиции в почках, конкретно в клетках проксимального канальца. Главный эффект 1,25-дигидроксивитамина Д₃ заключается в стимуляции активной абсорбции кальция и фосфата в кишечнике. Помимо его эффекта на абсорбцию кальция в кишечнике 1,25-дигидроксивитамин Д₃ также существенно усиливает резорбцию кости.

Концентрация в крови 1,25-дигидроксивитамина Д₃ является объектом физиологической регуляции. Основной пункт, подвергающийся регулированию, это второй этап гидроксилирования, происходящий в почках. Низкая концентрация кальция в плазме стимулирует секрецию паратгормона, который, в свою очередь, увеличивает образование 1,25-дигидроксивитамина Д₃, и оба гормона участвуют в восстановлении уровня кальция в плазме до нормы.

Эритропоэтин - это пептидный гормон, который участвует в регуляции продукции эритроцитов костным мозгом. Его главным источником являются почки, хотя печень тоже секретирует его в небольших количествах. Клетки почек, которые секретируют эритропоэтин, представляют собой специальную группу клеток в интерстициальной ткани. Стимулом к его секреции является снижение нормального давления кислорода в почках, что происходит, например, при анемии, артериальной гипоксии или неадекватном почечном кровотоке. Вероятно, что сенсором содержания кислорода в интерстициальных клетках является способный к быстрому превращению гемсодержащий белок, чья конформация изменяется, когда к нему присоединяется кислород. Почечная патология может привести к снижению секреции эритропоэтина, и последующее снижение активности костного мозга является важным фактором возникновения анемии при хронической почечной патологии.

Ренин, компонент ренин-ангиотензиновой системы, представляет собой фермент, секретируемый в почках гранулярными клетками юкстагломерулярного аппарата. Находясь в кровотоке, ренин катализирует отщепление декапептида, ангиотензина I, образующегося из белка плазмы, известного под названием ангиотензиноген, который синтезируется в основном в печени и всегда присутствует в плазме в высокой концентрации.

Общее представление о процессах мочеобразования

Начальным этапом образования мочи является фильтрация в клубочках почечных телец. Клубочковая фильтрация – пассивный процесс. В условиях покоя у взрослого человека около ¼ части крови, выбрасываемой в аорту левым желудочком сердца, поступает в почечные артерии.

Иными словами, через обе почки у взрослого мужчины проходит около 1300 мл крови в минуту, у женщин несколько меньше. Общая фильтрационная поверхность клубочков почек составляет примерно 1,5 м ² . в клубочках кровеносных капилляров в просвет капсулы почечного клубочка происходит ультрафильтрация плазмы крови, в результате чего образуется первичная моча, в которой практически отсутствует белок.

В норме белки как каллоидные вещества не проходят через стенку капилляров в полость капсул почечного клубочка. при ряде патологических состояний проницаемость мембраны почечного фильтра повышается, что ведет к изменению состава ульрафильтрата. Повышение проницаемости является главной причиной протеинурии, и прежде всего альбуминурии. В норме объемная скорость фильтрации в среднем составляет 125 мл/мин, что в 100 аз превышает продукцию конечной мочи.

Для обеспечения процесса фильтрации необходимо, чтобы гидростатическое давление крови в капиллярах превышало сумму онкотического и внутрикапсулярного.в норме эта величина составляет около 40 гПа (30 мм.рт.ст.)

Суточное количество ультрафильтрата в 3 раза превышает общее количество жидкости, содержащейся в организме. Естесственно, что первичная мочча во время движения по почечным канальцам (общая длина почечных канальцев приблизительно 120км) отдает большую часть своих составных частей особенно воду, обратно в кровь. Лишь1 % жидкости, профильтроваванной клубочками, превращается в мочу.

В канальцах реабсорбируется 99% воды, натрия, хлора, гидрокарбоната, аминокислот, 93% калия, 45% мочевины и т.д. из первичной мочи в результате реабсорбции образуется вторичная, или окончательная моча, которая затем попадает в почечные чашечки, лоханки и по мочеточникам попадает в мочевой пузырь.

Гломерулярная фильтрация.1

Образование мочи начинается с клубочковой фильтрации, то есть переноса жидкости от гломерулярных капилляров в боуменову капсулу. Объем фильтрата, образующегося в единицу времени, обозначают как скорость клубочковой фильтрации. У здорового взрослого мужчины она составляет 180л/сутки (125мл/мин). Средний общий объем плазмы в организме человека составляет примерно 3 л, следовательно, вся плазма фильтруется в почках около 60 раз в сутки.

Гломерулярный фильтрат преимущественно не содержит белка, но в то же время содержит большенство неорганических ионов и растворенных низкомолекулярных органических веществ практически в той же концентрации, что и в плазме.

Путь, по которому фильтруемые вещества преодоливают мембраны почечного тельца, следующий: отверстия (поры) в слое клеток эндотелия клубочка и капилляра, базальная мембрана, щелевидные диафрагмы и щелевидные отверстия между пальцевидными отростками подоцитов.

Мембраны почечного тельца не создают никакой помехи передвижению молекул с молекулярной массой менее 7000 и являются почти абсолютным препятствием по отношению к альбумину плазмы (молекулярная масса около 70000). Препятствие для альбумина плазмы в мембране почечного тельца возникает не 100%, тем не менее гломерулярный фильтрат действительно содержит предельно малые количества альбумина, около 10 мг/л или меньше.

Для молекул с массой 7000 - 70000 фильтрация прогрессивно уменьшается по мере увеличения размера молекулы. Таким образом, многие пептиды и небольшие по размерам белки, в норме находящиеся, в значительной степени фильтруются. Более того, если определенные небольшие по размеру белки в норме отсутствуют в плазме, но при заболевании вдруг появляются в ней (например гемоглобин, освобождающийся при разрушении эритроцитов, и миоглобин, освобождающийся при разрушении мышечной ткани), то может происходить их фильтрация в существенных количествах.

Электрический разряд является вторым по значимости фактором, определяющим фильтруемость макромолекул. Для любой исходной величины заряда, отрицательно заряженные макромолекулы фильтруются в меньшей степени, а положительно заряженные макромолекулы - в большей степени, чем электронейтральные молекулы. Дело в том, что поверхность всех компонентов фильтрационного барьера (клеточная эндотелиальная выстилка, базальная мембрана и поверхностный слой на подоците) содержат фиксированные полианионы, которые отталкивают отрицательно заряженные макромолекулы во время процесса фильтрации.

Поскольку подавляющее число белков плазма несет почти только отрицательные электрические заряды, это препятствие в виде электрического заряда играет очень важную роль, увеличивая значимость барьера, который реагирует только на величину молекулы. (Например, когда электронейтральный декстран с величиной молекулы, близкой к величине молекулы альбумина, назначается экспериментальным животным, то оказывается, что они (молекулы декстрана) фильтруются на 5 - 10%, т.е. значительно больше, чем соответствующие 0.02% молекул альбумина). При определенной форме патологии почки, когда почечное тельце становится "проницаемым" по отношению к белкам, это происходит, поскольку на мембранах исчезает отрицательный заряд.

Следует указать, что отрицательный заряд на фильтрующих мембранах служит препятствием только по отношению к макромолекулам, но не по отношению к неорганическим ионам или низкомолекулярным органическим растворенным веществам.

В конечном итоге следует заметить, что определенные низкомолекулярные растворенные вещества, которые в другой ситуации могут быть профильтрованы полностью, в реальности частично связаны с крупными белками плазмы; та часть молекул, которая будет связана с альбумином, не будет фильтроваться через стенку клубочка.

Концентрация такого вещества в боуменовой капсуле будет равнятся не абсолютной концентрации в плазме, но концентрации в плазме вешества, не связанного с белком. Например, 40% кальция в плазме связано с белком и, таким образом, концентрация кальция в гломерулярном фильтрате составляет 60% от его концентрации в плазме.

Скорость клубочковой фильтрации 1

Скорость движения жидкости при фильтрации в любом участке капиллярного русла в организме определяется гидравлической проницаемостью стенки капилляров, площадью их поверхности и результирующим фильтрационным давлением, действующим через стенку капилляров. Поскольку трудно вычислить площадь поверхности капиллярного русла, то параметр, называемый фильтрационный коэффициент (К_f), используется для определения результата взаимодействия гидравлической проницаемости и площади поверхности. Показатель РФД является алгебраической суммой гидростатического давления и осмотического давления, обусловленного белком - онкотическое давление - по обе стороны стенки капилляра.

Таким образом,

РФД = (Р_GC+П_ВС) - (Р_ВС-П_GC)

силы, способствую- силы, препятствую-

щие фильтрации щие фильтрации

Р_GC-клубочково-капиллярное гидростатическое давление

П_ВС-онкотическое давление жидкости в боуменовой капсуле

Р_ВС-гидростатическое давление в боуменовой капсуле

П_GC-онкотическое давление в плазме клубочковых капилляров

Поскольку белка в боуменовой капсуле практически нет, то величину П_ВС можно принять равной нулю и не учитывать в расчетах.

Тогда:

СКФ = K_ x РФД

(гидравлическая про- (P_GC -P_BC -П_GC)

проницаемость x площадь

поверхности тела)

Этот процесс является начальным, исходным в мочеобразовании. В капиллярах клубочков почки вследствие превышения гидростатического давления над онкотическим происходит ультрафильтрация в просвет нефрона практически безбелковой жидкости с растворенными в ней веществами. От величины клубочковой фильтрации и состояния фильтрующей мембраны, через которую проникают из крови вода и различные вещества, во многом зависит выполнение почкой ее гомеостатической функции. Трудно переоценить значимость этого показателя, ибо имеется четкая зависимость между количеством сохраненных и функционирующих нефронов и уровнем клубочковой фильтрации. Разработка методов определения клубочковой фильтрации в эксперименте и клинике, особенно развитие клиренсовых методов, сыграло важную роль в прогрессе нефрологии.

Для измерения объема клубочковой фильтрации используют хорошо растворимые в воде, физиологически инертные вещества, не токсичные, не подвергающиеся секреции и реабсорбции в нефроне, но свободно проникающие из плазмы крови с жидкостью в той же концентрации , в которой они содержатся в плазме. Профильтровавшаяся вода постепенно всасывается в канальцах вместе с биологически ценными для организма веществами, объем жидкости уменьшается, а концентрация вещества, используемого для определения фильтрации, пропорционально возрастает.

Так как все количество данного вещества выделяется с мочой U_x^. V, то очевидно, что правомочно равенство профильтровавшегося и экскретированного вещества:

C_x^. P_x = U_x^.V,

Где С_х – объем жидкости, профильтровавшейся в клубочке.

Р_х – концентрация в плазме крови (соответственно и в ультрафильтрате) вещества х, используемого для определения объема фильтрации, U_x – концентрация этого вещества в моче, V – уровень мочеотделения. Для определения клубочковой фильтрации используют такие вещества, как инулин (полимер фруктозы), маннитол, ЭДТА, а из эндогенных веществ наиболее пригодным оказался креатинин.

В случае креатинина (cr) или инулина (in) формулы для расчета клубочковой фильтрации будут иметь вид:

С_in=U_in ^. V/P_in и C_cr=U_cr^.V/P_cr.

Определение клиренса.1

Клиренс вещества – это объем плазмы, который полностью очищается от вещества почками за единицу времени. Каждое вещество плазмы имеет свою собствненную величину клиренса; единица измерения – объем плазмы, подвергающийся очищению за определенное время.

Основная формула для определения клиренса.

C_x = ^{экскретируемая масса Х/ время}

P_x

U_x = U_x V / P_x

Где С_х – клиренс вещества Х

U_х – концентрация вещества Х в моче

V – объем мочеотделения в единицу времени

Р_х – концентрация вещества Х в артериальной плазме

В лабораторном исследовании мочи для определения клиренса используют, так называемый, «показатель клиренса по инулину». Определенный объем плазмы теряет свой инулин полностью во время прохождения через почку; т.е. определенный объем плазмы «очищается» от инулина. Для инулина этот объем равен скорости клубочковой фильтрации, поскольку в гломерулярном фильтрате, возвращающемся в кровь, совершенно не остается инулина (инулин не реабсорбируется), а также поскольку плазма, которая не профильтровалась, не теряет свой инулин (инулин не секретируется). Поэтому объем плазмы, равный скорости клубочковой фильтрации, полностью очищается от инулина. Этот объем называется клиренсом инулина и обозначается символом С_In.