Дегтярев В.П. Нормальная физиология

Подождите немного. Документ загружается.

наряду с фильтрацией в канальцевой системе наблюда-

ется резко выраженная реабсорбция. Прекращение фи-

льтрации происходит лишь в тех случаях, когда противо-

действующие силы в клубочках уравновешены;

• скорость почечного кровотока нередко может снижаться

под влиянием нервных и гуморальных факторов, напри-

мер при физической нагрузке, под влиянием гормонов

мозгового слоя надпочечников или ангиотензина;

• величина онкотического давления крови, которое зависит

от количества и качества общего белка плазмы и соотно-

шения белковых фракций;

• функциональное состояние других выделительных органов:

активность потовых желез, дыхания, ЖКТ;

• степень гидратации тканей (количество воды в тканях).

Состав фильтрата. Состав клубочкового фильтрата зависит

прежде всего от проницаемости клубочковой мембраны. Он

близок по составу к плазме с той лишь разницей, что в нем

отсутствуют липиды, а белки находятся в очень незначитель-

ном количестве. Процесс фильтрации белков зависит от их

мол. массы, размеров, структуры молекул, заряда и гидро-

фильное™. В норме через клубочковую мембрану проходят

соединения с мол. массой ниже 70 ООО. К этому значению

близка мол. масса гемоглобина и альбуминов, поэтому, на-

пример, при гемолизе гемоглобин появляется в моче. В то же

время глобулины, имеющие мол. массу 165 ООО и выше, не

проникают через клубочковый фильтр. Все низкомолекуляр-

ные соединения — натрий, калий, хлориды, фосфаты, глюко-

за, креатинин, мочевина, мочевая кислота и др. содержатся в

первичной моче в тех же количествах, что и в плазме крови;

рН, электропроводность провизорной мочи и плазмы одина-

ковы, однако часть положительных ионов удерживается от

диффузии белками плазмы.

Канальцевая реабсорбция. Под реабсорбцией понимают об-

ратное всасывание воды и других веществ, необходимых ор-

ганизму, из первичной мочи во внутреннюю среду организ-

ма — межтканевую жидкость, лимфу, кровь. Водовыделитель-

ная функция почки сводится не столько к выделению воды,

сколько к ее сбережению в организме в необходимых для

него количествах. Эта функция почки обеспечивает постоян-

ство водного баланса организма, соотношение вне- и внутри-

клеточной жидкостей, стабильность их осмотического давле-

ния за счет регулирования объема выделяемой мочи и содер-

жания растворенных в ней веществ. В процессе концентра-

ции почка создает мочу с более высоким осмотическим

давлением, чем осмотическое давление плазмы крови. Это

связано с тем, что вода реабсорбируется в больших количест-

вах, нежели осмотически активные вещества. Из 150—180 л

498

первичной мочи образуется и выделяется во внешнюю среду

1,0—1,5 л вторичной мочи. Остальная часть фильтрата реаб-

сорбируется в канальцах и собирательных трубках. В процес-

се реабсорбции вода и вещества из просвета канальцев через

люминальную (апикальную) мембрану, обращенную к просве-

ту почечного канальца, поступают в цитоплазму клеток эпи-

телия, затем через базолатеральную мембрану выносятся из

клеток эпителия в интерстициальное пространство, после

чего поступают в околоканальцевые капилляры.

Для характеристики реабсорбции различных веществ в

почечных канальцах имеет значение представление о пороге

выведения, т.е. той концентрации вещества в крови, при кото-

рой оно не может быть полностью реабсорбировано и появ-

ляется в конечной моче. Практически все вещества, имею-

щие важное значение для организма, имеют порог выведе-

ния; их называют пороговыми. Примером порогового вещест-

ва является глюкоза: она полностью реабсорбируется, если ее

концентрация в плазме крови меньше или равна 10 ммоль/л.

При увеличении концентрации глюкозы в крови сверх ука-

занной величины определенная ее часть выделяется с мочой

(глюкозурия).

Наличие порога реабсорбции определяется количеством

переносчиков для данного вещества в мембране клеток. Не-

полная реабсорбция и выведение какого-либо вещества с мо-

чой происходит при связывании всех молекул переносчика

(насыщении) переносимым субстратом.

Непороговые вещества полностью выделяются с мочой при

любой их концентрации в крови. Примером таких веществ

является полисахарид инулин.

Обратное всасывание различных веществ осуществляется

за счет активного и пассивного транспорта. Активно осуще-

ствляется перенос ионов Na

и К

. Вторичноактивным транс-

портом реабсорбируются глюкоза и аминокислоты.

За счет пассивного транспорта реабсорбируются вода,

С0

, мочевина, хлориды.

Реабсорбция веществ в различных отделах нефрона неоди-

накова. В проксимальном сегменте нефрона из ультрафиль-

трата в обычных условиях полностью реабсорбируются глю-

коза, аминокислоты, витамины, белки, микроэлементы, зна-

чительное количество Na

и С1" и многие другие вещества.

В последующих отделах нефрона реабсорбируются в основ-

ном Na

, С! и вода (рис. 13.3).

Большое значение в реабсорбции Na

и воды, а также в

концентрировании мочи имеет работа поворотно-противоточ-

ной системы, главным функциональным элементом которой

является петля нефрона. Эпителий восходящего колена петли

Генле почти непроницаем для воды; эпителий нисходящего

колена пропускает воду.

499

Рис. 13.3. Топография процессов реабсорбции и секреции в нефроне.

Б — низкомолекулярные белки; Ам — аминокислоты; В — витамины; М —

мочевина; Г — глюкоза.

500

В восходящем отделе петли Генле осуществляется активная

реабсорбция Na

и С1~, что повышает осмотическое давление

межклеточной жидкости. Концентрационный градиент между

жидкостью нисходящего отдела и межклеточной жидкостью,

окружающей этот отдел нефрона, увеличивается, что вызыва-

ет переход воды из фильтрата нисходящего отдела петли Генле

в межклеточную жидкость и далее — в кровь. В петле нефро-

на реабсорбируются большое количество воды, Na

и С! . Та-

ким образом, в проксимальном отделе канальцевого аппарата

большая часть воды ультрафильтрата всасывается обратно в

кровь. Этот процесс называют проксимальной (обязательной)

реабсорбцией, так как вода обязательно следует за активно

реабсорбируемыми веществами: натрием, глюкозой, фосфа-

тами, хлоридами, бикарбонатами и пр.

В дистальных отделах канальцев и собирательных трубках

осуществляется дальнейшая реабсорбция воды, Na

, К

других веществ.

Реабсорбция воды в дистальных отделах нефрона происхо-

дит отдельно от натрия и называется факультативной. Пере-

ход воды в этих участках нефрона происходит через специ-

альные водные каналы (водные поры) и регулируется эндо-

кринной и нервной системами. Водный канал представлен

транспортными белками — аквапоринами (AQP). У человека

и других млекопитающих обнаружены 11 видов AQP. Они из-

бирательно транспортируют воду через биологические мемб-

раны из крови во внутреннюю среду органов. Некоторые ак-

вапорины могут проводить воду в обратном направлении.

В структуре нефрона описано 4 типа аквапоринов (рис. 13.4).

Первый из них (AQP1) имеется в мембране проксимального

канальца. Работа AQP2 полностью зависит от действия анти-

диуретического гормона (АДГ), а аквапорины 3-го и 4-го ти-

пов являются АДГ-независимыми. AQP3 и AQP4 располага-

ются на базолатеральных мембранах и свободно пропускают

воду в интерстициальное пространство. АДГ взаимодействует

с V2-рецепторам и базальной цитоплазматической мембраны

клеток почечного эпителия преимущественно в дистальных

канальцах и собирательных трубках. При участии G-белков

происходит активация фермента аденилатциклазы, и из АТФ

образуется циклический аденозинмонофосфат (цАМФ), ко-

торый стимулирует протеинкиназу А и встраивание водных

каналов в апикальную мембрану (рис. 13.5).

Протеинкиназа А является также регулятором синтеза бел-

ка AQP2 в ядре клеток эпителия. В отсутствие АДГ AQP2

подвергаются интернализации — поглощению внутрь клеток

водного канала путем эндоцитоза. В клетке они доступны но-

вому циклу активации, транспорта и встраивания в мембрану

или подвергаются разрушению. Дефекты аквапоринов при-

водят к патологии многих органов, в том числе и почек.

501

тонкая часть моча

петли нефрона

Рис. 13.4. Локализация аквапоринов (AQP2) и реабсорбция воды в

нефроне (по Б.И. Ткаченко, М.Ф. Пятину, 2002, с изменениями).

При этом развивается так называемый нефролитиаз — обра-

зование камней в почках. Величина реабсорбции зависит

от многих факторов — как внутрипочечных, так и внепочеч-

ных.

• К внутрипочечным факторам относятся:

• скорость движения мочи по системе почечных канальцев;

• реабсорбционная способность почечного эпителия, кото-

рая изменяется под действием различных веществ, в ча-

стности гормонов (АДГ, альдостерон);

• количество непороговых веществ в первичной моче, кото-

рые повышают ее осмотическое давление и удерживают

воду.

502

Вазопрессин

Базолатеральная

мембрана

Апикальная

мембрана

о н

Рис. 13.5. Механизм влияния АДГ на транспорт воды в собиратель-

ной трубке нефрона (по Б.И. Ткаченко, М.Ф. Пятину, 2002, с изме-

нениями).

• К внепочечным факторам относятся:

• состояние эндокринной системы: гормоны некоторых же-

лез внутренней секреции существенно изменяют реаб-

сорбционную способность канальцевого эпителия (АДГ,

альдостерон);

• состояние водно-солевого баланса: изменение осмоти-

ческого давления крови в сторону его увеличения при

потере жидкости (обильное потоотделение, потеря жид-

кости при обильной рвоте, поносе) сопровождается воз-

растанием факультативной реабсорбции воды в дисталь-

ных канальцах нефрона и сохранением воды в орга-

низме.

Канальцевая секреция выражается прежде всего в том, что

эпителиальные клетки нефрона захватывают некоторые ве-

щества из крови и интерстициальной жидкости и переносят

их в просвет канальцев, в результате чего они выделяются с

мочой. Например, клетки канальцев нефрона быстро экскре-

тируют органические кислоты, основания и некоторые ионы,

участвуя в поддержании кислотно-основного состояния орга-

низма (КОС). С другой стороны, клетки эпителия канальцев

обладают способностью синтезировать органические вещест-

ва, используя конечные продукты обмена.

Секреция органических кислот клетками почечного эпите-

лия, в частности парааминогиппуровой кислоты (ПАГ), про-

исходит с участием специальных транспортных систем. В мем-

бране клеток проксимального отдела канальцев, обращенной к

503

и нте pcv и I in ал ьн о й жидкости, имеется переносчик, обладаю-

щий высоким сродством к ПАГ. При наличии в межтканевой

жидкости ПАГ образуется комплекс переносчика с ПАГ, кото-

рый изменяет конформацию и на внутренней поверхности

мембраны распадается. Освободившаяся молекула ПАГ оста-

ется в цитоплазме, а переносчик соединяется с новой молеку-

лой ПАГ. Оставшаяся в клетке ПАГ движется в цитоплазме к

апикальной мембране и через нее с помощью специального

механизма выделяется в просвет канальца.

Почечная экскреция и понятие о клиренсе. Скорость экс-

креции того или иного вещества (т.е. количество вещества,

выделяемого в единицу времени) изменяется пропорциональ-

но его концентрации в плазме крови. В то же время скорость

экскреции разных веществ существенно различается. Такие

различия обусловлены тем, что экскреция разных веществ

осуществляется почками разными способами. Так, например,

если вещество фильтруется в клубочках и секретируется в ка-

нальцах, то скорость его экскреции будет выше, чем у веще-

ства, которое после фильтрации реабсорбируется. Скорость

экскреции может быть различной и из-за разных механизмов

переноса веществ через мембраны нефрона, например при

простой или облегченной диффузии.

Для характеристики экскреторной функции почки принято опре-

делять клиренс вещества, который количественно равен объему плаз-

мы, полностью очищающейся от этого вещества почками за 1 мин.

Иными словами, почечный клиренс отражает скорость очищения

плазмы от того или иного вещества. В зависимости от механизма вы-

деления веществ рассчитывают клиренс инулина либо клиренс пара-

аминогиппуровой кислоты (ПАГ). Клиренс инулина соответствует ско-

рости клубочковой фильтрации, так как инулин только фильтруется и

выводится с мочой. Клиренс ПАГ характеризует почечный плазмоток

и секреторную способность почки, так как ПАГ только секретируется

канальцевым эпителием. Для характеристики деятельности почек нео-

бязательно рассчитывать клиренс всех выводимых веществ. Достаточ-

но оценить почечный плазмоток, исходя из клиренса ПАГ, и скорость

клубочковой фильтрации, соответствующую клиренсу инулина. Если

оба эти параметра снижены, то, по всей вероятности, уменьшены и

показатели очищения крови от продуктов обмена.

13.5. Гомеостатическая функция почек

13.5.1. Роль почек в регуляции

водно-электролитного баланса

Вода в организме выполняет важные функции:

• создает среду, в которой протекают все метаболические

процессы;

504

• является частью структуры клетки;

• является основным компонентом жидких сред организ-

ма (секреты желез, мочи, пота и др.).

Содержание воды в организме значительно превышает со-

держание всех остальных химических элементов. Организм

новорожденного на 65—70 % состоит из воды. По мере взрос-

ления относительное содержание воды уменьшается: у юно-

шей она составляет в среднем 63 %, а у девушек — 52 %.

В дальнейшем содержание воды продолжает уменьшаться, до-

стигая в среднем 52 и 46 % соответственно. Содержание воды

в разных тканях различно. Меньше всего ее в жировой ткани,

а так как у женщин жировой ткани больше, то содержание

воды в женском организме меньше на 6—10 %. У взрослого че-

ловека на долю воды приходится 73,2+3 % безжировой массы

тела. Эта величина постоянна и не зависит от пола.

Организм в процессе жизнедеятельности постоянно теряет

воду. Так, через почки в сутки выводится около 1,5 л воды,

которая разводит выделяемые организмом вещества и тем са-

мым уменьшает их повреждающее действие на почечные

структуры. С потом теряется в сутки около 0,5 л, с выдыхае-

мым воздухом — 0,35 л, с конечными продуктами перевари-

вания пищи — 0,15 л воды. Таким образом, всего за сутки

организм теряет около 2,5 л воды. Для сохранения водного

баланса поступление воды в организм должно соответство-

вать ее выделению из организма. С продуктами питания и

питьем человек получает около 2 л воды, а 0,5 л воды образу-

ется в организме в результате обменных процессов (обменная

вода). Приход воды также равен 2,5 л.

Водный баланс организма поддерживается благодаря про-

цессам саморегуляции. Объем внеклеточной жидкости (ВКЖ)

зависит главным образом от общего содержания в ней натрия

и других осмотически активных веществ (коллоидов, ионов,

глюкозы, мочевины), которые формируют осмотическое дав-

ление. Осмотическое давление слагается из двух компонен-

тов — собственно осмотического и онкотического. Осмотиче-

ское давление связано со способностью ионов удерживать и

притягивать воду через полупроницаемую мембрану. Онко-

тическое давление связано со способностью гидрофильных

частиц крупномолекулярных веществ удерживать воду, пре-

пятствуя ее выходу из кровеносного русла. Величина осмоти-

ческого давления плазмы крови, рН и ОЦК зависит от вод-

но-солевого баланса организма, под которым понимают соот-

ветствие между количеством поступающих в организм воды и

солей и выделением их во внешнюю среду. Осмотическое

давление способствует движению и перераспределению воды

в организме через полупроницаемые мембраны и представля-

ет собой жизненно важную, жесткую константу внутренней

505

среды. Даже незначительные ее отклонения могут привести к

гибельным для целого организма последствиям.

Саморегуляция величины осмотического давления осуще-

ствляется функциональной системой (ФУС), поддерживающей

оптимальное для метаболизма осмотическое давление крови.

Система имеет внешнее и внутреннее звенья саморегуляции.

Внутреннее звено составляют эндогенные механизмы поддер-

жания оптимального уровня воды и солей; внешнее представ-

лено поведением, направленным преимущественно на поиск

и прием воды или солей.

Афферентные сигналы об изменении константы поступа-

ют от осморецепторов сосудов, объемных рецепторов левого

предсердия, барорецепторов дуги аорты, сонного синуса в ги-

поталамус — центральное звено ФУС.

Исполнительные механизмы внутреннего звена функцио-

нальной системы представлены почками, ЖКТ, легкими, по-

товыми железами. При этом почка является главным орга-

ном, нормализующим константу осмотического давления

крови. Работа почек регулируется нервным и гуморальным

путями. Гуморальным влияниям принадлежит ведущая роль.

Изменение работы почек. Изменение образования и выде-

ления мочи происходит при любых изменениях константы

осмотического давления крови. Важнейшими факторами,

участвующими в изменении образования мочи, являются гор-

моны: АДГ и альдостерон. При увеличении осмотического

давления (большая потеря жидкости, прием пищи, богатой

осмотически активными веществами) увеличивается выделе-

ние АДГ нейросекреторными клетками супраоптических ядер

гипоталамуса. Взаимодействуя с У2-рецепторами базальной

цитоплазматической мембраны клеток почечного эпителия,

АДГ способствует встраиванию аквапоринов-2 и факульта-

тивной реабсорбции мочи. Гормон коры надпочечников аль-

достерон является эффективным стимулятором реабсорбции

в почечных канальцах. Организм уменьшает потерю воды

и освобождается от избытка солей, диурез уменьшается.

• Потоотделение. Кроме почек, в ФУС поддержания оп-

тимального уровня осмотического давления крови в качестве

исполнительных механизмов участвуют потовые железы. По-

сле приема большого количества воды потоотделение значи-

тельно возрастает. Снижение потребления воды приводит к

уменьшению потоотделения.

• Выделение воды через легкие осуществляется путем ее ис-

парения при дыхании. С выдыхаемым воздухом в сутки теря-

ется 350—400 мл воды.

• Выделение воды через пищеварительный тракт. Ежеднев-

но с каловыми массами теряется около 100—150 мл воды.

А Транскапиллярный обмен жидкостей и ионов. При повы-

шении осмотического давления плазмы крови возникает ряд

506

реакций, связанных с перераспределением воды в организме.

Первые из них связаны с использованием резервной воды из

депо. Вода начинает переходить в кровь по осмотическому

градиенту из межтканевой жидкости, а также в межтканевую

из внутриклеточной. При снижении осмотического давления

плазмы крови направленность процессов меняется на проти-

воположную.

Помимо включения внутренних механизмов, происходит

активация внешнего механизма саморегуляции путем форми-

рования мотивации жажды. При увеличении осмотического

давления крови активируются центральные осморецепторы

супраоптического ядра гипоталамуса — центра жажды. Су-

хость слизистой оболочки полости рта и глотки усиливает

возбуждение, поступающее в кору головного мозга, форми-

руя субъективное чувство жажды. Мотивация жажды акти-

вирует программы поведенческих реакций, направленных

на поиск и прием воды, что приводит к быстрому возвраще-

нию константы осмотического давления к нормальному

уровню.

Водное насыщение происходит в две фазы.

• Фаза сенсорного насыщения связана с выходом в кровь де-

понированной воды при раздражении принимаемой водой

рецепторов слизистой оболочки полости рта и глотки.

• Фаза истинного, или метаболического, насыщения обу-

словлена всасыванием принятой воды в тонкой кишке и по-

ступления ее в кровь.

Уровень секреции АДГ зависит не только от возбуждений,

идущих от осмо- и натрийрецепторов, но и от волюмрецепто-

ров, реагирующих на изменение объема внутрисосудистой и

внеклеточной жидкости. Например, при увеличении кровена-

полнения левого предсердия активируются низкопороговые

волюмрецепторы. Импульсы возбуждения от них поступают в

ЦНС по афферентным волокнам блуждающих нервов, что

приводит к угнетению секреции АДГ, уменьшению реабсорб-

ции воды и увеличению мочеотделения.

Помимо этого, растяжение стенки предсердий стимулиру-

ет образование и выделение предсердного натрийуретическо-

го пептида. Стимуляция его образования происходит также

при:

• увеличении содержания в крови Na

и АДГ;

• стойком увеличении давления крови в аорте;

• увеличении тонуса блуждающих нервов.

Влияния натрийуретического пептида на функции орга-

низма многообразны. Его эффекты в отношении мочеобразо-

вания связаны в основном с воздействием на клетки каналь-

цевого эпителия и сосуды почки. Это проявляется в несколь-

ких эффектах:

507