Смирнов В.М. Физиология человека: Учебник

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 17

ВЫДЕЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

17.1.

ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМЫ

ВЫДЕЛЕНИЯ

Выделение

—

это освобождение организма от

конечных продуктов обмена, избытка пита-

тельных веществ и чужеродных веществ. Вы-

деление — последний этап совокупности

процессов обмена веществ, конечными про-

дуктами которых являются Н

0, С0

и NH

Аммиак образуется только при окислении

белков и выделяется в основном в виде моче-

вины после соответствующих превращений в

печени. Вода и С0

образуются при окисле-

нии белков, жиров и углеводов и выделяются

из организма в основном в свободном виде.

Лишь небольшая часть С0

выделяется по-

чками в виде карбонатов. Почки выделяют

практически все азотсодержащие вещества,

больше половины воды, минеральные соли,

чужеродные вещества (например, продукты

распада микроорганизмов, лекарственные ве-

щества), избыток питательных веществ.

Выделительную функцию, кроме почек,

выполняют также легкие, кожа (потовые

и сальные железы), желудочно-кишечный

тракт, слизистые оболочки, слюнные же-

лезы.

Легкие удаляют практически весь образу-

ющийся в организме С0

; они выделяют

также воду, некоторые летучие вещества,

попавшие в организм (алкоголь, эфир, газы

автотранспорта и промышленных предпри-

ятий).

При нарушении функций почек наблюда-

ется усиление секреции желез слизистой обо-

лочки верхних дыхательных путей, при этом

в составе секрета избыточно появляется мо-

чевина, разложение которой приводит к об-

разованию аммиака, предопределяющего

специфический запах изо рта.

Железы желудка, кишечника и слюнные

железы

могут выделять лекарственные веще-

ства (морфий, хинин, салицилаты), соли тя-

желых металлов, чужеродные органические

соединения, небольшое количество мочеви-

ны и мочевой кислоты. С помощью печени

через желудочно-кишечный тракт удаляются

из крови гормоны и продукты их превраще-

ний, продукты обмена гемоглобина, конеч-

ные продукты обмена холестерина — желч-

ные кислоты. Экскреторная функция пище-

варительной системы возрастает при заболе-

ваниях почек. При этом заметно увеличива-

ется выведение продуктов обмена белков.

Потовые железы выделяют воду, соли на-

трия, калия, кальция, креатинин, мочевую

кислоту, мочевину (5—10 % всей выводимой

организмом мочевины). Процесс потоотде-

ления регулируется симпатическими холи-

нергическими нервными волокнами и гор-

монами (альдостероном, АДГ, половыми

стероидами, гормонами щитовидной желе-

зы).

При высокой температуре потоотделе-

ние и потеря NaCl сильно возрастают, одна-

ко при этом увеличивается выработка аль-

достерона, уменьшающего выделение на-

трия с мочой. Кожа выделяет также неболь-

шое количество С0

(около 2 %). Пот содер-

жит 0,03—1,05 % мочевины, мочевую кисло-

ту, аммиак, индикан, гиппуровую кислоту.

Потовые железы наиболее плотно располо-

жены на ладонях, подошвах и в подмышеч-

ных впадинах.

Выделение воды различными органами

распределяется следующим образом: около

1,5 л выводится с мочой, 100 мл — с калом и

примерно по 500 мл удаляется в виде паров

с поверхности кожи и через легкие (всего

около 2,5 л/сут). Половина этой воды посту-

пает при питье, половина — с твердой

пищей. Эта вода в основном является сво-

бодной или связанной (около 1 л может ос-

вободиться в случае высушивания пищевых

веществ), часть ее (около 0,3 л) являет-

ся конституционной водой и освобождается

в конечном итоге только в процессе мета-

болизма. С потом в покое выводится при-

мерно '/3 всей выделяемой организмом

воды.

Количество воды, выводимой легкими

(как и кожей), сильно колеблется — от

400 мл в покое до 1000 мл при усиленном

дыхании, причем, по данным некоторых ав-

торов, до 50 % этой воды приходится на сек-

рет слизистой оболочки носа, который ув-

лажняет поступающий в легкие воздух, при-

мерно

/3 этой жидкости выводится с выды-

хаемым воздухом, 1/5 жидкости реабсорбиру-

ется. Небольшая часть воды (100—150 мл)

не поступает во внутреннюю среду из пище-

варительного тракта организма и выводится

с калом.

Таким образом, многие органы участвуют

в процессах выделения, они взаимодейству-

ют между собой, образуя систему выделе-

ния. Следует отметить, что главным выдели-

тельным (экскреторным) органом является

почка.

431

17.2.

СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ

ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЧКИ

17.2.1.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ЕДИНИЦА

ПОЧКИ, ОСОБЕННОСТИ КРОВОСНАБЖЕНИЯ

ПОЧЕК

А. Элементы нефрона. Нефрон состоит из

нескольких структурных элементов, значение

каждого из которых специфично (рис. 17.1).

Нефрон начинается с почечного (мальпигие-

ва) тельца

—

клубочка.

Впервые его описал итальянский медик и

анатом М.Мальпиги (1628—1694). Затем рус-

ский гистолог A.M.Шумлянский (1748—1795)

и английский анатом В.Боумен (1816—1892)

описали капсулу мальпигиева тельца, кото-

рую стали называть капсулой Шумлянско-

го—Боумена (в иностранной литературе —

капсула Боумена). Мальпигиево тельце пред-

ставляет собой клубочек капилляров, окутан-

ный капсулой Шумлянского—Боумена. Ка-

пилляры клубочка являются разветвлениями

приносящей артериолы. Каждый клубочек

включает 30—50 капиллярных петель. Они

соединяются между собой и выходят из клу-

бочка в виде выносящей артериолы. Капсула

Шумлянского—Боумена двухслойная. Внут-

ренний слой ее в виде слепого конца эпите-

лиального канальца покрывает капилляры

клубочка, наружная стенка капсулы (ее

внешний диаметр равен 0,2 мм) образует не-

большую полость вокруг клубочка, переходит

в следующий элемент нефрона

—

проксималь-

ный извитой каналец, длина которого равна

около 14 мм. Продолжением последнего яв-

ляется петля нефрона, имеющая нисходящую

и восходящую части.

Восходящая часть петли нефрона подни-

мается до уровня клубочка своего же нефро-

на, где она продолжается в виде дистального

извитого канальца, впадающего в собиратель-

ную трубку

—

конечный отдел нефрона. В со-

бирательную трубку впадает несколько дис-

тальных извитых канальцев, т.е. она является

конечным элементом нескольких нефронов.

Нередко нефроном как функциональной

единицей называют почечное тельце в сово-

купности с системой канальцев до собира-

тельной трубки. Однако эту систему называть

функциональной единицей нет оснований,

поскольку процесс мочеобразования в ней не

заканчивается

—

он завершается только в со-

бирательных трубках. Собирательные трубки

начинаются в корковом слое почки, опуска-

ются в мозговой слой, сливаются в более

крупные выводные протоки, которые впада-

ют в почечные лоханки. Средняя длина соби-

Рис.

17.1. Основные функциональные элементы

нефрона.

—

кжстамедуллярный нефрон; Б

—

интракортикальный

нефрон. 1 — почечное тельце; 2 — проксимальный кана-

лец; 3

—

петля нефрона; 4

—

плотное пятно (macula densa)

дистального канальца; 5

—

дистальный каналец; 6

—

соби-

рательная трубка.

рательных трубок составляет 22 мм от общей

длины нефрона (50—70 мм), общая длина

всех канальцев в двух почках

—

около 170 км.

В почке человека насчитывают около

1 млн нефронов; они располагаются в разных

слоях почки, имеются и функциональные их

различия. Различают суперфициальные, т.е.

поверхностные (их около 20—30 %), интра-

кортикальные (60—70 %) и юкстамедулляр-

ные нефроны — самые малочисленные (10—

15 %). Первые два вида называют также кор-

ковыми нефронами, так как они полностью

432

располагаются в корковом слое почки, и

лишь петля нефрона опускается на неболь-

шую глубину в мозговое вещество почки.

Юкстамедуллярные нефроны располагаются

в основном в наружной зоне мозгового слоя,

а петля нефрона опускается глубоко во внут-

реннюю зону мозгового вещества почки.

Одновременно функционируют не все неф-

роны, их активность чередуется, что повыша-

ет функциональную надежность почек.

Главную роль в мочеобразовательной

функции почки играют корковые нефроны

(от них зависит объем выводимой мочи),

поэтому при нарушении их функции может

возникнуть анурия (прекращение мочеобра-

зования), что наблюдается, например, при

краш-синдроме (синдроме раздавливания).

В крови человека при этом появляются био-

логически активные вещества, вызывающие

сужение сосудов почек, в результате чего об-

разование мочи резко снижается. Главное на-

значение юкстамедуллярных нефронов с их

длинной

петлей нефрона — создание высокого

осмотического

давления в мозговом слое почки.

Важным структурно-функциональным эле-

ментом нефрона является так называемый

юкстагломерулярный

комплекс, состоящий из

четырех групп клеток, одна из которых назы-

вается юкстагломерулярными клетками. Все

клетки расположены в треугольнике, образо-

ванном приносящей и выносящей артериола-

ми (в их стенках) с основанием, образован-

ным участком дистального извитого каналь-

ца, плотно прилегающего к приносящей ар-

териоле (участок получил название плотного

пятна

—

macula densa). Юкстагломерулярные

клетки вырабатывают ренин, роль других

клеток изучена недостаточно.

Б.

Особенности кровоснабжения почек. Во-

первых,

в почке самый большой удельный (на

единицу массы) кровоток: две почки состав-

ляют 0,4 % от общей массы тела, а количест-

во крови, проходящее через них, составляет

около 25 % от минутного выброса крови

сердцем, т.е. удельный кровоток в почке при-

мерно в 60 раз больше, чем во всем теле.

В минуту через обе почки проходит около

1,3 л крови, а минутный выброс крови серд-

цем равен около 5 л. Обильное кровоснабже-

ние почки связано с особенностями мочеоб-

разовательной функции — в сутки образуется

150—180 л первичной мочи, причем на кор-

ковый кровоток приходится около 90 % от

общего почечного кровотока — именно здесь

образуется наибольшее количество первич-

ной мочи.

Во-вторых,

в клубочковых капиллярах вы-

сокое кровяное давление — около 50 мм

рт.ст. Это объясняется широким просветом

приносящей артериолы, что в свою очередь

сформировалось в процессе эволюции под

влиянием обильного кровотока через почки.

Следует отметить, что у корковых нефронов

диаметр выносящей артериолы почечного клубоч-

ка уже приносящей, чем обычно и объясняют (в

основном) высокое давление в капиллярах почек.

Последнее должным образом не обосновано. Суже-

ние просвета выносящей артериолы — следствие

уменьшения объема крови, поступающей в ее

просвет, так как около 20 % жидкости из крови

капилляров клубочка уходит в первичную мочу.

Поэтому к выносящей артериоле корковых неф-

ронов поступает крови меньше, чем приходит к ее

клубочку по приносящей артериоле. В результате

меньшей функциональной нагрузки на вынося-

щую артериолу в процессе эволюции и сформиро-

вался более узкий ее просвет относительно при-

носящей артериолы. Косвенно это подтверждает-

ся и тем, что диаметры приносящей и выносящей

артериол юкстамедуллярных нефронов примерно

равны.

В-третьих, в корковом слое, в первую

очередь в почечных клубочках, весьма ста-

бильны капиллярное давление и кровоток

даже при значительных колебаниях систем-

ного артериального давления — от 80 до 180

мм рт.ст. Постоянство кровотока коркового

слоя обеспечивается миогенным механизмом

его регуляции. При повышении системного

артериального давления гладкие мышцы

приносящей артериолы сокращаются, ее

просвет уменьшается, что предотвращает из-

быточное поступление крови в почечный

клубочек, а из него — в околоканальцевые

сосуды. В случае снижения артериального

давления в указанных пределах, напротив,

приносящая артериола расширяется, крово-

ток в корковом слое почки сохраняется на

прежнем уровне и при меньшем артериаль-

ном давлении (эффект Бейлиса с предотвра-

щением колебания кровяного давления в ка-

пиллярах органов при изменениях системно-

го артериального давления). Если системное

артериальное давление падает ниже 80 мм

рт.ст., то включается механизм его регуляции

с помощью ренин-ангиотензиновой системы.

Однако почечный кровоток все же неред-

ко снижается (при физической нагрузке, под

влиянием ангиотензина, при возбуждении

симпатико-адреналовой системы). Эффект

симпатических нервов и катехоламинов

крови подавляется блокадой а-адренорецеп-

торов. Почечный кровоток падает также при

эмоциональном стрессе, после кровопотерь,

при этом возрастает сопротивление почеч-

ных сосудов. Под действием пирогенных ве-

433

ществ почечный кровоток, напротив, возрас-

тает.

В-четвертых, имеются две системы ка-

пилляров в корковом слое почки: первич-

ная — в почечных клубочках и вторичная —

околоканальцевая (эти капилляры оплетают

проксимальные и дистальные извитые ка-

нальцы и начальный отдел собирательных

трубок). Клубочковые капилляры образуются

в результате ветвления приносящей артерио-

лы,

затем капилляры клубочка вновь слива-

ются вместе и образуют выносящую артерио-

лу почечного тельца. Последняя снова вет-

вится и образует вторичную сеть капилляров

в корковом слое почек. Назначение этих сис-

тем капилляров принципиально различается:

клубочковые капилляры обеспечивают обра-

зование первичной мочи, а вторичная сеть

капилляров — реабсорбцию веществ из пер-

вичной мочи, питание и доставку кислорода

к тканям почки. Поскольку гемоглобин не

проходит в первичную мочу, практически

весь запас кислорода, имеющийся в артери-

альной крови, поступает во вторичную сеть

капилляров.

В отличие от выносящей артериолы кор-

ковых нефронов выносящие артериолы юкс-

тамедуллярных нефронов не распадаются на

вторичную капиллярную сеть, а образуют

прямые сосуды (артериальные, длиной до не-

скольких сантиметров), спускающиеся в моз-

говой слой параллельно петле нефрона и по-

ворачивающие на 180°, переходя в венозные

прямые сосуды. Вместе с артериями они об-

разуют вторую противоточную систему, по-

добную петле нефрона. Прямые сосуды моз-

гового слоя выполняют обычную функцию

капилляров — обмен веществ и газов между

кровью и клетками органа, а также участвуют

в сохранении высокого осмотического давле-

ния в мозговом слое почки.

17.2.2.

ФУНКЦИИ ПОЧЕК. ПРОЦЕСС

МОЧЕОБРАЗОВАНИЯ И ЕГО МЕХАНИЗМЫ

А. Функции почек весьма разнообразны и со-

ставляют четыре основные группы.

Экскреторная функция является жиз-

ненно важной. Острая почечная недостаточ-

ность ведет к летальному исходу в течение

1—2 нед вследствие отравления организма

продуктами обмена белкового происхожде-

ния. Нефрэктомия в эксперименте в эти же

сроки ведет к гибели подопытного животно-

го.

В случае сохранения в эксперименте

одной почки или после удаления пораженной

почки в клинической практике оставшаяся

почка вполне удовлетворительно выполняет

функцию обеих почек. При этом у оставшей-

ся почки функционирует большее число неф-

ронов и появляются новые нефроны.

Обязательному выделению из организма

подлежат продукты обмена белков: мочевина,

мочевая кислота, креатинин. Мочевая кисло-

та фильтруется в клубочках почки, затем зна-

чительное количество ее вновь реабсорбиру-

ется и небольшое количество секретируется в

канальцах нефрона. Нарушение выделения

мочевой кислоты способствует развитию по-

дагры. Количество выделяемого креатинина

обычно пропорционально мышечной массе

человека. Профильтровавшийся креатинин

полностью выводится из организма, что ис-

пользуется для определения скорости клу-

бочковой фильтрации. Почкой выводятся

гормоны и продукты их распада (например,

глюкагон, гастрин, паратгормон), ферменты

(например, ренин, рибонуклеаза), глюкуро-

новая кислота, производные индола. Почкой

выделяются также инородные вещества

—

ле-

карства, особенно те, которые не разрушают-

ся.

Накопление их в организме также может

привести к отравлению. Почкой выделяется

избыток веществ, поступающих с пищей, —

глюкоза, аминокислоты, вода, минеральные

соли. Количество выводимых веществ регу-

лируется почкой таким образом, чтобы не

нарушалось постоянство внутренней среды

организма.

Поддержание ряда физиологических по-

казателей. Почка участвует в регуляции

таких жестких показателей организма, как

рН и осмотическое давление. Ведущая роль в

поддержании постоянства ионного состава

плазмы крови также принадлежит почке (как

исполнительному органу — регуляция обме-

на Na

, Ca

, K

, Mg

, СГ); она регулирует

объем циркулирующей в организме жидкости

за счет увеличения или уменьшения объема

диуреза, что в свою очередь обеспечивает ре-

гуляцию системного артериального давления.

Выработка биологически активных ве-

ществ. Почка синтезирует ферменты —

ренин, урокиназу, тромбопластин, тромбо-

ксан (способствует агрегации тромбоцитов,

сужает сосуды), простациклин (тормозит

агрегацию тромбоцитов). Выработка ренина

активируется снижением артериального дав-

ления в почке, содержания натрия в организ-

ме.

Ренин активирует ангиотензиноген, ко-

торый вызывает сужение сосудов. Урокиназа

активирует плазминоген, вызывающий фиб-

ринолиз. Клетки почки, как и печени, пре-

вращают провитамин D в активную его

форму — витамин D

. Данный стероид регу-

434

лирует обмен кальция в организме. Почка

вырабатывает также вещества, действующие

непосредственно на клетки различных тка-

ней и вызывающие различные эффекты. Та-

ковыми являются серотонин, простагланди-

ны,

брадикинин — полипептид, расширяю-

щий сосуды; эритрогенин, который, соеди-

няясь с а-глобулинами плазмы крови, пре-

вращается в активный комплекс

—

эритропо-

этин; дигидрокальциферол — гормон белко-

вой природы, который облегчает реабсорб-

цию Са

в нефроне и транспорт Са

через

стенку кишечника. Простагландины увели-

чивают также выделение Na

с мочой, умень-

шают чувствительность канальцев почки к

АДГ.

Метаболическая функция. Роль почки в

обмене белков заключается в том, что она

расщепляет белки, реабсорбируемые из пер-

вичной мочи с помощью пиноцитоза. Обра-

зовавшаяся вакуоль, содержащая белок,

передвигается в клетке стенки почечного ка-

нальца и сливается с лизосомами. Протеоли-

тические ферменты лизосом расщепляют по-

глощенный белок, продукты лизиса которого

(аминокислоты, низкомолекулярные пепти-

ды) поступают из клеток в кровь. В почке до-

статочно активно идет глюконеогенез, осо-

бенно при голодании, когда 50 % глюкозы,

поступающей в кровь, образуется в почке.

Почка участвует также в обмене липидов.

В ней синтезируются важные компоненты

клеточных мембран — фосфатидилинозитол,

глюкуроновая кислота, триацилглицериды,

фосфолипиды — все они поступают в кровь.

Роль почек в обмене веществ организма за-

ключается и в том, что при гипергликемии в

качестве основного источника энергии почки

используют глюкозу, при низком уровне глю-

козы в крови почки используют преимущест-

венно жирные кислоты. Почки являются ос-

новным органом окислительного катаболиз-

ма инозитола. В них образуются вещества,

выделяющиеся с мочой, — гиппуровая кис-

лота, аммиак (NH

), преобразующийся в

почке в аммонийные соли, например

C1,

(NH

)2S0

, синтезируется мочевина. Однако

главной функцией почек является экскретор-

ная,

которая осуществляется в процессе мо-

чеобразования.

Б.

Процессы, обеспечивающие мочеобразо-

вание. Моча образуется с помощью трех про-

цессов: фильтрации, реабсорбции и секре-

ции, механизмы которых различны.

Фильтрация

— переход веществ из крови

клубочковых капилляров в капсулу Шумлян-

ского—Боумена под действием гидростати-

ческого (точнее, фильтрационного) давле-

ния, создаваемого за счет деятельности серд-

ца. Назначение фильтрации — образование

первичной мочи.

Секреция — транспорт веществ из интер-

стиция клетками эпителия канальцев в их

просвет — идет по всему канальцу нефрона.

Ее назначение — выведение из организма не-

нужных или токсичных веществ. Она осу-

ществляется посредством транспорта с пере-

носчиком или без него с непосредственной

затратой энергии.

Реабсорбция — возврат веществ из каналь-

цев в интерстиций и кровь, она обеспечивает

сохранение необходимых организму веществ.

Осуществляется во всех канальцах нефрона.

Реабсорбция в нефроне обеспечивается с по-

мощью нескольких вторично активных меха-

низмов: диффузии, осмоса, следования за

растворителем и с помощью соединения

переносимого вещества с ионом Na

(на-

трийзависимый транспорт), а также с помо-

щью первичного активного транспорта ве-

ществ.

17.3.

РОЛЬ РАЗЛИЧНЫХ ОТДЕЛОВ НЕФРОНА

В МОЧЕОБРАЗОВАНИИ

17.3.1.

РОЛЬ ПОЧЕЧНЫХ КЛУБОЧКОВ

Почечные клубочки обеспечивают образова-

ние первичной мочи с помощью фильтрации

жидкости из крови, проходящей по капилля-

рам клубочка.

А. Факторы, определяющие состав фильт-

рата

Состав плазмы крови (форменные эле-

менты и белки не проходят через фильтрую-

щую мембрану).

Начало исследованиям первичной мочи

положил американский физиолог Ричарде.

Вводя микропипетку в капсулу Шумлянско-

го—Боумена почки лягушки, он собрал неко-

торое количество клубочкового фильтрата и

установил, что фильтрат сходен по составу с

плазмой крови. В этих исследованиях ис-

пользовались почки амфибий, потому что

мальпигиевы тельца в них относительно

крупные и расположены близко к поверхнос-

ти почки. Метод почечной микропункции

был затем применен для получения жидкости

из других отделов нефрона у разных видов

животных, в том числе и у млекопитающих.

Дальнейшие исследования показали, что пер-

вичная моча — это плазма крови, лишенная

белков. Некоторые отклонения от этого пра-

вила объясняются тем, что крупномолеку-

лярные анионы белковой природы (протеи-

435

наты) не проходят через фильтрующую мем-

брану и удерживают соответствующее их сум-

марному заряду количество фильтрующихся

катионов согласно равновесию Доннана.

Различие в концентрации составляет при-

мерно 5 %.

Проницаемость фильтрующей мембра-

ны,

определяемая размером ее пор, составля-

ет 5—12 нм. Она состоит из трех слоев и

включает эндотелий капилляров, основную

мембрану, окружающую капилляр с внешней

стороны, и внутренний слой капсулы Шум-

лянского—Боумена, образованный эпители-

альными клетками — подоцитами. Главным

элементом фильтрующей мембраны является

основная мембрана. Эндотелий капилляров

построен по фенестрированному типу. Ос-

новная мембрана — сетчатая структура, т.е.

все элементы мембраны имеют щели. Изнут-

ри фильтрующая мембрана выстлана слоем

белка. Клетки-подоциты содержат актомио-

зиновые миофибриллы, которые могут со-

кращаться и расслабляться, что способствует

фильтрации в капсулу Шумлянского—Боуме-

на, т.е. образованию первичной мочи.

Размер частиц. Частицы с молекуляр-

ной массой 70 тыс. дальтон, как правило, не

проходят через фильтрующую мембрану; 60—

68 тыс. — проходят в небольших количествах.

Альбумины, например, молекулярная масса

которых равна 69 тыс., проходят через фильт-

рующую мембрану в ничтожно малых количе-

ствах — сотые доли процента. Гемоглобин,

молекулярная масса которого равна 64,5 тыс.,

проходит только в количестве 3 %. Поэтому

плазмозаменители должны содержать вещест-

ва с молекулярной массой 68—70 тыс. В этом

случае они, как и белки, будут удерживать

воду в капиллярах, предотвращая развитие

отека тканей и постепенно выводиться — ор-

ганизм освободится от чужеродных веществ.

Электрический заряд частиц. Фильтра-

ции белков, несущих отрицательные заряды,

препятствуют также отрицательно заряжен-

ные молекулы базальной мембраны. Естест-

венно, не фильтруются ионы, связанные с

белками (например, 40 % Са

крови связано

с белками).

Б.

Факторы, определяющие объем фильт-

рации.

Проницаемость

фильтрующей мембра-

ны.

Площадь фильтрующей мембраны, ко-

торая весьма велика и составляет 1,5—2 м

(площадь поверхности тела в среднем равна

около 1,7 м

). Площадь, через которую идет

реабсорбция веществ в почке, еще больше

(40-50 м

Фильтрационное

давление (ФД).

ФД = КД - ОД - ПД,

где КД — капиллярное давление (при АД =

120 мм рт.ст., КД = 45—50 мм рт.ст.); ОД -

онкотическое давление плазмы крови, около

25 мм рт.ст.; ПД — почечное (капсульное

гидростатическое давление первичной мочи,

около 10 мм рт.ст.). Таким образом, в сред-

нем ФД = 50 - 25 - 10 = 15 мм рт.ст.

Если артериальное давление падает до

50 мм рт.ст., то капиллярное давление в

почке снижается до 35—40 мм рт.ст., в ре-

зультате чего фильтрационное давление

приближается к нулю, моча не образуется,

хотя секреция продолжается. Однако следу-

ет напомнить, что при колебаниях систем-

ного артериального давления в пределах

80—180 мм рт.ст. почечный кровоток мало

изменяется вследствие эффекта Остроумо-

ва—Бейлиса. Естественно, что жесткой ста-

билизации кровотока в почке и объема

фильтрации не наблюдается. Так, физичес-

кая нагрузка, переход из горизонтального

положения в вертикальное уменьшают клу-

бочковую фильтрацию. Онкотическое давле-

ние плазмы крови препятствует фильтрации

согласно закону осмоса, поскольку онкоти-

ческое давление — это часть осмотического

давления плазмы крови, создаваемая белка-

ми.

Белки практически не проходят через

фильтрующую мембрану, поэтому они сдер-

живают фильтрацию. В сутки образуется

около 180 л фильтрата, т.е. первичной мочи.

17.3.2.

РОЛЬ ПРОКСИМАЛЬНЫХ ИЗВИТЫХ

КАНАЛЬЦЕВ

Главной функцией проксимальных канальцев

является

реабсорбция

из

первичной

мочи

необ-

ходимых организму веществ, в том числе и

большого объема воды — реабсорбируется

фактически та же плазма крови, лишенная

белков, которая профильтровалась в капсулу

Шумлянского—Боумена, — это обязательная

(нерегулируемая) реабсорбция в отличие от

регулируемой (факультативной) реабсорбции

в дистальных отделах нефрона. Не реабсор-

бируются лишь вещества, подлежащие удале-

нию из организма, — продукты обмена, чу-

жеродные вещества, например лекарства.

Здесь реабсорбируется около 65 % объема

всего фильтрата: полностью реабсорбируют-

ся белки, которые в малых количествах попа-

дают в первичную мочу, аминокислоты, глю-

коза, витамины и микроэлементы, почти

полностью реабсорбируются фосфаты, суль-

436

фаты, основная часть бикарбоната. Белков

попадает в фильтрат всего лишь

% от обще-

го их количества в плазме крови. Но вся

плазма крови за сутки фильтруется, т.е. очи-

щается 60 раз, поэтому потери белка могли

бы быть существенными. В проксимальных

извитых канальцах реабсорбируются значи-

тельная часть ионов НСО], СГ, 50 % мочеви-

ны,

около 65 % натрия. В следующих отделах

нефрона осуществляется лишь тонкая регу-

ляция содержания сильных электролитов,

воды, водорода.

Все реабсорбируемые вещества в зависи-

мости от степени их реабсорбции делят на

пороговые и беспороговые. Пороговые

вещества выводятся из организма при

высокой их концентрации в плазме крови

(«порог выведения», «почечный порог»),

обычно они реабсорбируются полностью. Это

составные части плазмы — глюкоза, амино-

кислоты. Выделение глюкозы с мочой (гли-

козурия) происходит лишь тогда, когда ее со-

держание в крови превышает пороговый уро-

вень

—

примерно 1,8 г/л плазмы (10 ммоль/л).

При более высоких концентрациях (3,5 г/л)

скорость выделения глюкозы с мочой возрас-

тает прямо пропорционально ее содержанию

в плазме. Это объясняется тем, что все моле-

кулы-переносчики загружены. Максималь-

ный канальцевый транспорт для глюкозы со-

ставляет 303 мг/мин у женщин и 375 мг/мин

у мужчин. Беспороговые вещества выводятся

из организма при любой их концентрации в

плазме крови (нет порога выведения) — это

конечные продукты обмена, подлежащие

удалению из организма. Одни из них не реаб-

сорбируются вообще (креатинин, сульфаты),

другие (мочевина, мочевая кислота) реабсор-

бируются не полностью.

Механизмы реабсорбции отдельных ве-

ществ различны. Глюкоза и аминокислоты

реабсорбируются с помощью натриевого ме-

ханизма (у отдельных аминокислот или их

групп имеются особые переносчики), белки

транспортируются пиноцитозом, электро-

литы (Na

, K

, Ca

, Mg

) — первично-ак-

тивно и вторично-активно; анионы (СГ,

НСОз, SO

,", PO4") следуют за катионами, в

основном за Na

(симпорт). Вторичный тран-

спорт катионов из просвета канальца через

межклеточные шунты обеспечивает электри-

ческий градиент — интерстиций здесь несет

отрицательный заряд (2 мВ) относительно

просвета канальца.

Изнутри мембраны эпителиальных клеток

стенок канальцев заряжены отрицательно от-

носительно интерстиция и просвета канальца

во всех отделах нефрона.

Вода, как обычно, реабсорбируется со-

гласно закону осмоса — идет за осмотически

активными веществами, т.е. вторично-актив-

но.

Мочевина следует за водой: вода из ка-

нальца уходит, в результате чего концентра-

ция мочевины в канальце увеличивается, и

она переходит из канальца в интерстиций со-

гласно градиенту концентрации. Мочевина,

как и любое другое вещество, может следо-

вать за водой, если мембрана для них прони-

цаема, и без градиента концентрации, но в

пропорциональных с водой количествах.

Здесь реабсорбируется примерно '/3 про-

фильтровавшейся мочевины. Пептиды (глу-

татион, карнозин) и пептидные гормоны (ан-

гиотензин, инсулин, паратгормон) из-за

малых своих размеров легко фильтруются в

первичную мочу, но они быстро расщепля-

ются пептидазами щеточной каймы до ами-

нокислот, которые успевают реабсорбиро-

ваться в проксимальных канальцах. Первич-

но-активно переносится только '/? Na

(1 мо-

лекула АТФ транспортирует 3 иона Na

). По-

скольку

/5 Na

реабсорбируется вторично-

активно, то получается, что 1 молекула АТФ

транспортирует 9 ионов Na

. Эта же энергия

обеспечивает вторичный транспорт глюкозы,

аминокислот, Н

, Mg

, HCO]. Общий расход

энергии почкой в основном идет на транс-

порт Na

— почти все остальное связано с

ним. При блокаде Na/K-АТФазы прекраща-

ется вторичный транспорт всех перечислен-

ных веществ и ионов. Величину реабсорбции

какого-либо вещества определяют по разнос-

ти между количеством профильтровавшегося

в первичную мочу вещества и его количест-

вом в конечной моче.

Секреция в проксимальных канальцах, как

и в других, осуществляется первично-актив-

но с помощью различных переносчиков.

Здесь секретируются парааминогиппуровая

кислота (ПАГ), йодсодержащие контрастные

вещества, такие как, например, диодраст; ле-

карственные вещества, например пеницил-

лин, морфин; феноловый красный; органи-

ческое основание — тетраэтиламмоний,

холин,тиамин, серотонин, гуанидин, хинин.

Секретируются также водород и аммиак, как

и в других отделах нефрона, но здесь больше.

Это единственный участок нефрона, где сек-

ретируются слабые органические кислоты,

основания. Суммарный объем секреции

обеих почек определяется по разности между

количеством секретируемого вещества в ко-

нечной моче и его количеством в первичной

моче. Переносчики совершают челночные

движения: войдя в виде комплекса в клетку,

освобождаются (комплекс распадается) и

437

вновь возвращаются в интерстиций. Далее

вещество, например ПАГ, мембраной клетки

выделяется в каналец. Механизм этого про-

цесса изучен недостаточно.

Мочу, прошедшую через проксимальные

извитые канальцы, по-видимому, лучше на-

зывать вторичной мочой (имеется ряд других

названий) в отличие от первичной, посту-

пающей в проксимальные извитые канальцы,

и от конечной мочи (или просто мочи), вы-

ходящей из собирательных трубок. Таким об-

разом, в петлю нефрона поступает уже вто-

ричная моча.

17.3.3.

РОЛЬ ПЕТЛИ НЕФРОНА

Петля нефрона обеспечивает создание высо-

кого осмотического давления в мозговом ве-

ществе почки, что осуществляется в основ-

ном с помощью реабсорбции NaCl. Эту фун-

кцию выполняют главным образом юкстаме-

дуллярные нефроны, петля нефрона которых

пронизывает весь мозговой слой почки. По

мере продвижения от коркового слоя почки к

мозговому осмотическое давление возрастает

от 300 мосмоль/л (изотонический раствор

0,9 % NaCl) до 1450 мосмоль/л (гипертони-

ческий раствор 3,6 % NaCl). В петле нефрона

еще достаточно много реабсорбируется Na

(до 25 %), за натрием идут хлор, вода (около

16 % объема первичной мочи), но в непро-

порциональных количествах, что и обеспечи-

вает создание высокой осмолярности в моз-

говом слое почки. Высокое осмотическое

давление создается петлей нефрона благода-

ря тому, что она работает как поворотно-

противоточная система, элементом которой

является также и собирательная трубка. Зна-

чение высокого осмотического давления в

мочеобразовательной функции почки заклю-

чается в том, что оно обеспечивает выполне-

ние функции собирательных трубок, в кото-

рых концентрируется моча вследствие пере-

хода воды в интерстиций — в область с высо-

кой осмолярностью.

Вопрос

о том, как

создается высокая осмоляр-

ность, изучен недостаточно. Широко известная

гипотеза Куна

суммации небольшого попере-

чного градиента осмотического давления

боль-

шого увеличения осмолярности

продольном

на-

правлении сама

по

себе соответствует реальной

действительности,

но она не

согласуется

рядом

данных.

помощью различных методик (микро-

пункция жидкости

из

разных отделов канальца

нефрона, изучение поперечных срезов заморо-

женной почки — криоскопия, перфузия канальца

растворами

радиоактивной меткой

и др.)

уста-

новлен фундаментальный факт:

на

одном уровне

поперечного среза почки осмотическое давление

нисходящем колене петли нефрона, интерстиций

и собирательной трубке одинаково. Исключение

составляет восходящее колено петли нефрона:

нем осмотическое давление вторичной мочи при-

мерно

на 200

мосмоль/л меньше. Этот факт

не-

однократно подтвержден

признается всеми экс-

периментаторами, изучающими функции почки.

Твердо установлен факт увеличения осмолярнос-

ти

продольном направлении

от

коркового слоя

почки

сосочку.

области проксимальных

из-

витых канальцев осмотическое давление равно

300 мосмоль/л,

как и в

плазме крови,

а в

области

сосочка почки осмотическое давление достигает

1450 мосмоль/л.

Первично-активного транспорта веществ

нисходящем колене

не

обнаружено. Мнения

о его

проницаемости противоречивы.

В восходящем колене первично-активный

транспорт

(за Na

идет

СГ) из

толстой

его

части

интерстиций доказан

признается всеми

исследователями,

как и

факт

непроницаемости для

воды всего восходящего колена петли нефрона.

Возможно,

из

петли

интерстиций первично

транспортируются

другие ионы. Вторично-ак-

тивно здесь могут транспортироваться

из

петли

интерстиций через межкле-

точные шунты согласно электрическому градиен-

ту

—

заряд

интерстиций

— 7 мВ

относительно

просвета канальца.

Но

этому препятствует

не-

большой

(200

мосмоль/л) концентрационный гра-

диент:

восходящей части петли нефрона осмо-

лярность вторичной мочи ниже,

чем в

интерсти-

ций.

клетку

из

просвета канальца

идет

со-

гласно законам диффузии (клетка внутри имеет

отрицательный заряд, концентрация

в ней

мала).

Са

здесь реабсорбируется также

помо-

щью натрийзависимого транспорта

(см.

раздел

2.6.3). Наличие первичного транспорта электро-

литов

тонкой части восходящего колена,

на-

против, отрицается.

Это

заключение обосновы-

вается

тем, что

стенки тонкой части восходяще-

го колена,

как и

нисходящего, состоят

из

плос-

ких эпителиальных клеток

малым числом мито-

хондрий.

Однако градиент осмотического давления

между интерстицием

тонкой частью восходяще-

го колена больше, нежели

канальце. Возникает

вопрос, каков

же

механизм существования этого

поперечного градиента осмотического давления.

Ряд исследователей утверждают,

что

NaCl

из

тон-

кой части восходящего колена петли нефрона

диффундирует

интерстиций мозгового слоя

почки.

Но это

противоречит законам диффузии

осмоса: растворенные частицы,

как

известно, дви-

жутся через мембрану

из

области

более высокой

концентрацией

область

более низкой концент-

рацией.

Осмолярность

по

направлению

почечному

сосочку растет

и в той

части мозгового слоя,

где

располагается тонкая часть петли нефрона. Если

бы

не

было первичного транспорта

из

тонкой

части петли

интерстиций, осмолярность

не

воз-

растала

бы в

этой области мозгового слоя почки.

438

63 53 43 33 23 13 3

65 55 45 35 25 15 5

Нагревание

Рис.

17.2. Пассивный обмен тепла в поворотной

противоточной системе с подогревом жидкости в

одной точке. Цифрами обозначена температура по

Цельсию.

Изложенные факты свидетельствуют о том, что

восходящее колено петли нефрона действительно

непроницаемо для воды и в нем, в том числе и в

тонкой его части, имеется механизм первично-ак-

тивного транспорта Na

из канальца в интерсти-

ций мозгового слоя почки, что и создает попере-

чный градиент осмотического давления: в интерс-

тииии оно больше, нежели в канальце, — послед-

нее многократно подтверждено экспериментами.

В нисходящем колене осмолярность вторичной

мочи равна осмолярности интерстиция, что объ-

ясняется отсутствием механизмов первичного

транспорта веществ — здесь устанавливается ди-

намическое равновесие в результате диффузии ос-

мотически активных веществ и воды: из интерсти-

ция в каналец переходят ионы Na

и СГ, в обрат-

ном направлении — вода.

Отметим важный факт — максимум осмоляр-

ности наблюдается в области почечного сосочка

(поворота петли нефрона, где нисходящее колено

переходит в восходящее — именно в области, где

отрицается первично-активный транспорт Na

Нередко для объяснения механизма создания

высокого осмотического давления в мозговом

слое почки петлю нефрона сравнивают с техни-

ческой поворотно-противоточной системой в

виде двух труб, по одной из которых течет холод-

ная вода или воздух, по другой — вода с более вы-

сокой температурой. Холодная вода нагревается

на каждом участке незначительно (в нашем при-

мере на 2 °С), но в результате суммации неболь-

шого поперечного градиента температур возника-

ет большой продольный градиент — 70 °С (рис.

17.2).

Этот технический пример помогает понять ме-

ханизм работы поворотно-противоточной систе-

мы почки. Однако необходимо иметь в виду и их

различия: в почке имеется активный элемент со-

здания небольшого поперечного градиента, а в

системе труб он отсутствует. Тепло одной трубы

пассивно передается другой трубе согласно раз-

ности температур. Естественно, температура тру-

бы,

отдающей тепло, остается выше. В почке же,

напротив, осмотически активные вещества из вос-

ходящего колена активно переносятся вопреки

градиенту концентрации, с затратой энергии.

результате концентрация веществ в восходящем

(активном) элементе становится ниже, чем в нис-

ходящем (пассивном) элементе, — в систему труб

наоборот. Поворотно-противоточная система

почек сравнивается также с поворотно-противо-

точной системой артерий и вен у арктических жи-

вотных. Но в поворотно-противоточной системе

артерий и вен арктических животных, как и в тех-

нической системе труб, нет активного элемента

для передачи тепловой энергии. Кровь по мере

продвижения по артерии на периферию конеч-

ностей отдает тепло идущим рядом венам, согре-

вает их постепенно, согревается и кровь в венах,

текущая в обратном направлении — к сердцевине

тела организма. Подобный теплообменник имеет-

ся не только у арктических, но и у всех животных.

Он ярко выражен и у человека. Поэтому темпера-

тура конечностей значительно ниже, и потери

тепла благодаря подобному анатомическому стро-

ению сосудов значительно уменьшены.

Механизм создания высокого осмотическо-

го давления в мозговом слое почки можно

представить следующим образом. Активным

элементом является ионная помпа, транс-

портирующая ионы Na

из просвета восходя-

щего колена петли нефрона в интерстиций

вопреки концентрационному градиенту. За

натрием идет ион СГ. Поскольку восходящее

колено петли нефрона непроницаемо для

воды, возникает концентрационный гради-

ент: в интерстиций осмотическое давление

больше, нежели в просвете канальца, на

200 мосмоль/л. Весьма важными факторами

в создании и поддержании высокой осмоляр-

ности в почке являются: 1) движение вторич-

ной мочи в канальце нефрона, что обеспечи-

вается работой сердца; 2) различная прони-

цаемость для воды и ионов нисходящего и

восходящего колен петли нефрона; 3) цирку-

ляция Na

и СГ в петле нефрона; 4) циркуля-

ция мочевины в системе собирательная труб-

ка — интерстиций — восходящее колено

петли нефрона — собирательная трубка;

5) конструкция сосудов мозгового слоя

почки, образующих собственную, но пассив-

ную поворотно-противоточную систему, ко-

торая не создает градиента осмотического

давления, но и не разрушает его.

Суммация одиночного эффекта. Если

представить петлю нефрона, заполненную

вторичной мочой без ее движения, то на

всем протяжении петли будет только по-

перечный градиент — 200 мосмоль/л, а про-

дольного градиента осмотического давления

наблюдаться не будет (рис. 17.3, А). Так,

при осмотическом давлении в нисходящем

колене и интерстиций 300 мосмоль/л (изо-

тонический раствор) в восходящем колене

будет 100 мосмоль/л — гипотонический рас-

твор.

Как только вторичная моча начнет

двигаться, в начальный участок восходящего

439

300

100

300

700

1400

300

700

1400

100

500

1200

Рис.

17.3. Механизм работы петли

нефрона как поворотной противо-

точной системы.

А, Б,

В —

этапы формирования высокой

осмолярности в мозговом слое почки

(объяснение

тексте).

колена поступит из нисходящего колена

первая порция вторичной мочи с нормаль-

ным осмотическим давлением 300 мос-

моль/л (для удобства пояснения — 200+100,

см.рис. 17.3, Б).

Если теперь в самом начале восходящего

колена эпителий переведет часть Na

и СП в

интерстиций (количество, эквивалентное

100 мосмоль/л), то в интерстиций осмоти-

ческое давление суммируется и возрастет с

300 до 400 мосмоль/л (300+50+50). В на-

чальном же участке восходящего колена

петли нефрота возрастет со 100 до 200 мос-

моль/л — максимально возможное различие

(рис.

17.3, Б). В остальной части восходяще-

го колена гипотоническая вторичная моча

имеет осмотическое давление 100 мос-

моль/л. Эпителий восходящего колена до-

полнительно не будет выводить Na

и СГ в

интерстиций — больше 200 мосмоль/л он не

в состоянии обеспечить.

Затем осмолярность в нисходящем коле-

не и интерстиций уравнивается вследствие

встречной диффузии воды и ионов и стано-

вится равной 350 мосмоль/л. Далее в восхо-

дящее колено поступит вторичная моча с

осмолярностью 350 мосмоль/л и ионная

помпа снова переведет часть Na

в интерс-

тиций.

После многократной суммации одиноч-

ных поперечных эффектов 200 мосмоль/л в

области поворота петли нефрона и дополни-

тельного выведения NaCl в интерстиций из

восходящего колена по всей его длине в моз-

говом слое почки установится стабильное ос-

мотическое давление на всех уровнях (рис.

17.3,

В). Максимально высокое осмотическое

давление (около 1450 мосмоль/л) сформиру-

ется в области поворота петли нефрона. Это

объясняется тем, что в нисходящем колене

вторичная моча движется вниз и на каждом

его участке из восходящего колена добавля-

ются Na

и СГ, что ведет к суммации оди-

ночных осмотических градиентов в интерс-

тиций и нисходящем колене петли нефрона в

продольном направлении.

Однако осмолярность мочи по мере про-

движения ее вверх по восходящему колену

петли нефрона постепенно падает, так как

все новые порции Na

и СГ выводятся из

него в интерстиций, а вода остается в каналь-

це.

Поэтому в корковом слое почки осмоти-

ческое давление в восходящем отделе петли

нефрона становится низким: 100 мосмоль/л

(моча гипотонична, примерно 0,6 % NaCl)

—

на 200 мосмоль/л ниже, чем на том же уровне

в начале нисходящего колена петли нефрона.

Здесь создается только один поперечный гра-

диент осмолярности 200 мосмоль/л.

Подобные представления о механизме со-

здания высокого осмотического давления в

мозговом слое почки свидетельствуют еще об

одном факторе, играющем важную роль в со-

здании высокой осмолярности в почке, —

циркуляции Na

и CI в мозговом ее слое. Нат-

рий и хлор выводятся из восходящего колена

в интерстиций, затем диффундируют в нис-

ходящее колено, далее с током мочи опять

поступают в восходящее колено, а из него в

интерстиций и т.д.

Несмотря на непрерывную работу эпите-

лия восходящего колена петли нефрона и

перенос NaCl в интерстиций и диффузию со-

гласно электрическому градиенту Mg

, Ca

в последнем не происходит чрезмерного на-

копления электролитов, поскольку значи-

тельная часть их реабсорбируется в общий

кровоток.

Мочевина также циркулирует в поворот-

но-противоточной системе почки и участву-

ет в сохранении высокой осмолярности в

мозговом веществе почки. Мочевина выхо-

440