2 курс / Нормальная физиология / Методичка.Физиология

Процесс образования мочи.

ной) реабсорбцией, гак как вода обязательно следует за осмотически активны ми веществами: натрием, глюкозой, фосфатами, хлоридами, бикарбонатами.

В дистальных отделах канальцев и собирательных трубках осуществляется дальнейшая реабсорбция воды, ионов натрия, калия и других веществ.

Реабсорбция воды в дистальных отделах нефрона происходи! через специальные водные каналы (водные поры) и регулируется эндокринной и нервной системами. Этот процесс также осуществляется под влиянием осмотического градиента между жидкостью в просвете канальца и в межтканевых пространствах.

Вода транспортируется через мембрану по специальным каналам, которые представлены транспортными белками - аквапоринами (AQP). В структуре нефрона описано 4 типа аквапоринов (рис.38). Первый из них - AQP 1 — локализован в мембране проксимальных канальцев и обеспечивает обязательную реабсорбцию воды, остальные находятся в клетках дистального отдела нефрона.

201

Глава 12. Выделение

AQP 3 и AQP 4 располагаются на базолатеральных мембранах клеток эпителия собирательных трубок и свободно пропускают воду в интерстициальную среду с более высоким осмотическим давлением. Аквапорины AQP 2 синтезируются и встраиваются в апикальную мембрану клеток эпителия собирательных трубок под влиянием антидиуретического гормона (АДГ). При отсутствии АДГ аквапорины AQP 2 путем эндоцитоза перемещаются внутрь клеток. Аквапорины второго, третьего и четвертого типов обеспечивают регулируемую (факультативную) реабсорбцию воды. Реабсорбция веществ в собирательных трубках завершает процесс концентрирования мочи.

Реабсорбцию различных веществ в почечных канальцах характеризует порог выведения, под которым понимают ту концентрацию вещества в крови, при которой оно не может быть полностью реабсорбировано и появляется в конечной моче. Практически все вещества, имеющие важное значение для организма, имеют порог выведения. Эти вещества называются пороговыми. Примером порогового вещества является глюкоза, она полностью реабсорбируется, если ее концентрация в плазме крови меньше или равна 10 ммоль/л. При увеличении концентрации глюкозы в крови сверх указанной величины определенная ее часть выделяется с мочой (глюкозурия).

Наличие порога реабсорбции определяется количеством переносчиков для данного вещества в мембране клеток. Неполная реабсорбция и выведение какого-либо вещества с мочой 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.

Величина реабсорбции зависит от многих факторов - как внутрипочечных, так и внепочечных. К внутрипочечным факторам относятся:

•скорость движения мочи по системе почечных канальцев;

•реабсорбционная способность почечного эпителия, которая изменяется под действием различных веществ, в частности, гормонов;

•количество непороговых веществ в первичной моче.

К виепочечным факторам относятся:

•состояние эндокринной системы организма, особенно желез, гормоны которых усиливают обмен веществ (инсулин, тироксин, адреналин) и влияют на реабсорбционную способность канальцевого эпителия (АДГ, альдостерон);

•состояние водно-солевого баланса организма;

Каналъцевая секреция. Канальцевая секреция выражается прежде всего в том, что эпителиальные клетки нефрона захватывают некоторые вещества из крови и интерстициальной жидкости и переносят их в просвет канальцев, в результате чего они выделяются с мочой. Например, клетки канальцев нефрона

202

Гомеостатическая функция почек. Роль почек в осморегуляции и волюморегуляции.

экскретируют органические кислоты, основания и некоторые ионы, участвуя в поддержании кислотно-основного состояния организма.

Секреция органических кислот клетками почечного эпителия, в частности, парааминогиппуровой кислоты (ПАГ) осуществляется с участием специальных транспортных систем. В базальной мембране клеток имеется переносчик, обладающий высоким сродством к ПАГ. Синтезируемая ПАГ образует комплекс с переносчиком, который изменяет пространственную структуру и на внутренней поверхности мембраны распадается. Освободившаяся молекула ПАГ остается в цитоплазме, а переносчик соединяется с новой молекулой ПАГ. Оставшаяся в клетке ПАГ движется в цитоплазме к апикальной мембране и через нее с помощью специального механизма выделяется в просвет канальца.

Из неорганических веществ клетки дистальных отделов почечных канальцев и собирательных трубок в наибольших количествах секретируют ионы калия.

Другой вариант канальцевой секреции заключается в выделении в просвет канальца новых веществ, синтезированных в клетках нефрона. Так, в клетках почечных канальцев синтезируются белки, секретируемые с мочой, ПАГ и NH4+ (путем переаминирования аминокислот).

Экскреторную функцию почки оценивают по клиренсу вещества. Почечный клиренс отражает скорость очищения плазмы от того или иного вещества.

Количественно он равен объёму плазмы, полностью очищающейся в почках от этого вещества за 1 минуту. В зависимости от механизма выделения веществ определяют клиренс инулина либо клиренс парааминогиппуровой кислоты

(ПАГ). Клиренс инулина соответствует скорости клубочковой фильтрации, т.к. инулин только фильтруется и выводится с мочой. Клиренс ПАГ характеризует почечный плазмоток и секреторную способность почки, т.к. ПАГ переносится

иконечную мочу только путем секреции. Оценка скорости почечного плазмотока и клубочковой фильтрации является достаточной для характеристики дея-

тельности почек. Снижение этих параметров свидетельствует об уменьшении

показателей очищения крови от продуктов обмена.

Гомеостатическая функция ночек. Роль ночек в осморегуляции и волюморегуляции.

Вода в организме выполняет важные функции:

•создает среду, в которой протекают все метаболические процессы;

•является частью структуры клетки;

•является основным компонентом жидких сред организма - секретов разлимых желез, мочи, пота.

203

Глава 12. Выделение

Организм человека на 65-70% состоит из воды, т.е. у человека весом 70 кг в организме находится около 45 л воды. Из этого количества 32 л составляет внутриклеточная вода, 13 л — внеклеточная вода, из которой 4,5 л составляет кровь и 8,5 л - межклеточная жидкость и ее разновидности (лимфа, спинномозговая и др.).

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 самым уменьшает их повреждающее действие на почечные структуры. С потом теряется в сутки около 0,5 л воды, с выдыхаемым воздухом - 0,35 л воды, с конечными продуктами переваривания пищи 0,15 л воды. Таким образом, всего за сутки организм теряет около 2,5 л воды. Для сохранения водного баланса в организм должно поступать такое же количество воды. При этом с продуктами питания и питьем поступает около 2 л воды, а 0,5 л воды образуется в организме в результате обменных процессов (обменная вода), т.е. приход воды также равен 2,5 л.

Водно-солевой баланс организма (соответствие между количеством поступающих в организм воды и солей и выделением их во внешнюю среду) поддерживается благодаря процессам саморегуляции. Объем внеклеточной жидкости зависит главным образом от величины осмотического давления, которое слагается из двух компонентов - собственно осмотического и онкотического давления. Собственно осмот ическое давление связано со способностью ионов удерживать и притягивать воду через полупроницаемую мембрану. Онкотическое давление плазмы крови связано со способностью гидрофильных частиц крупномолекулярпых веществ удерживать воду, препятствуя её выходу из кровеносного русла. Осмотическое давление способствует движению и перераспределению воды в организме через полупроницаемые мембраны. Этот показатель представляет собой жизненно важную, жёсткую константу внутренней среды, незначительные изменения которой могут вызвать глубокие нарушения функций организма.

Саморегуляция величины осмотического давления осуществляется функциональной системой (ФУС), поддерживающей оптимальное для метаболизма осмотическое давление крови.

внутреннее звено этой функциональной системы обеспечивается в первую очередь работой почек, а также ЖКТ, лёгких, потовых желез. Активность почек изменяется по следующему механизму. При увеличении осмотического давления раздражаются периферические осморсцепторы, натриореценгоры различных участков сосудистого русла, а также центральные осморецепторы супраоптических ядер в гипоталамусе — центральном звене ФУС. Раздражение осморецепторов приводит к увеличению выделения антидиуретического гормона (вазопрессин, АДГ) нейросекреторными клетками супраоптических

204

ГЪмеостатическая функция почек. Роль почек в осморегуляции и волюморегуляции.

ядер гипоталамуса. АДГ взаимодействует с V2-рецепторами базальной цитоплазматической мембраны клеток почечного эпителия в собирательных трубках. При участии G-белков в клеточной мембране происходит активация фермента аденилатциклазы, и из АТФ образуется циклический аденозинмонофосфат (3',5'-цАМФ), который стимулирует протеинкиназу А и встраивание водных каналов (AQP 2) в апикальную мембрану. Это приводит к увеличению реабсорбции воды в почках, уменьшению диуреза и увеличению концентрации мочи.

Увеличение осмотического давления плазмы крови приводит к изменениям деятельности других органов, принимающих участие в стабилизации этой константы. Уменьшается выделение пота потовыми железами, снижается количество испаряемой воды в дыхательных путях, уменьшаются потери воды в пищеварительном канале.

Помимо включения внутренних механизмов происходит активация и внешнего механизма саморегуляции путем формирования мотивации жажды. При увеличении осмотического давления крови возбуждение осморецепторов активирует клетки супраоптического ядра гипоталамуса - центра жажды. Сухость слизистой оболочки полости рта и глотки усиливает возбуждение, поступающее в кору головного мозга, формируя субъективное чувство жажды. Мотивация жажды активизирует программы поведенческих реакций, направленных на поиск и прием воды, что приводит к быстрому возвращению константы осмотического давления к нормальному уровню.

Водное насыщение происходит в две фазы:

•фаза сенсорного насыщения - связана с выходом в кровь депонированной воды при раздражении принимаемой водой рецепторов слизистой оболочки полости рта и глотки;

•фаза истинного или метаболического насыщения - обусловлена всасыванием приня той воды в тонкой кишке и поступлением ее в кровь.

Объем жидкости в организме поддерживается также за счет волюморегулирующих механизмов, связанных с изменением секреции АДГ и натрийуретического пептида при возбуждении волюморецепторов, реагирующих на изменение объема внутрисосудистой и внеклеточной жидкости. Волюморецепторы располагаются, в основном, в полых венах, предсердиях, приносящей артериоле и чувствительны к растяжению стенок предсердий и сосудов при изменении объема циркулирующей крови и артериального давления. Например, при увеличении кровенаполнения левого предсердия активируются низкопороговые волюморецепторы. Импульсы возбуждения от них поступают в ЦНС по афферентным волокнам блуждающего нерва, что приводит к угнетению секреции АДГ, уменьшению реабсорбции воды и увеличению мочеотделения.

205

Глава 12. Выделение

Натрийуретический волюморегулирующий механизм связан с образованием и выделением атриального натрийуретического пептида при растяжении стенки предсердий. Стимуляция его образования происходит также при увеличении:

•содержания в крови натрия и АДГ;

•давления крови в аорте (стойком);

•тонуса блуждающих нервов.

Влияния натрийуретического пептида на функции организма многообразны. Его эффекты в отношении мочеобразования связаны в основном с воздействием на клетки канальцевого эпителия и сосуды почки. Это проявляется в следующих эффектах:

•увеличении в конечной моче содержания натрия (увеличении иатрийуреза), что связано с тормозящим действием пептида на секрецию гормона альдостерона, от которого зависит реабсорбция натрия в дистальных канальцах;

•увеличении объема конечной мочи вследствие увеличения скорости фильтрации в клубочках (пептид расширяет приносящие артериолы) и снижения реабсорбции воды в канальцах (в связи с уменьшением реабсорбции натрия);

•уменьшении секреции ренина клетками юкстагломерулярного аппарата

почек;

•увеличении выделения с мочой хлоридов, магния и кальция. Существенную роль в стабилизации осмот ического давления плазмы кро-

ви играют антинатрийуретические механизмы. Их активация связана с увеличением секреции ренина клетками юкстагломерулярного аппарата почки (ЮГА), который расположен между приносящей и выносящей артериолами клубочка и частью стенки дистального канальца. В него входят гранулярные клетки приносящей артериолы, клетки плотного пятна дистального канальца и специальные клетки, которые контактируют с обеими группами клеток. Гранулярные клетки ЮГА секретируют ренин, который является протеолитическим ферментом. Поступая в кровь, он превращает ангиотензиноген в малоактивный пептид - ангиотензин I. Ангиотензин I под влиянием ангиотензинпревращающего фермента кровн превращается в ангиотензин II. Ангиотензин II повышает тонус системных и почечных артериальных сосудов, стимулирует активность симпатической нервной системы, повышает сократимость миокарда, ослабляет клубочковую фильтрацию, усиливает секрецию АДГ, способствует формированию мотивации жажды. Кроме того, он стимулирует секрецию клетками клубочковой зоны коры надпочечников альдостеропа, который активирует реабсорбцию натрия в дистальных отделах нефрона и собирательных трубках.

К увеличению секреции ренина приводит: снижение давления крови в приносящей артериоле клубочка, возрастание концентрации натрия в моче

206

Участие ночек в регуляции кислотно-основного состояния

внутренней среды организма.

дистального канальца и увеличение симпатических влияний на гранулярные клетки ЮГА, в мембране которых имеются бе га-адренорецепторы. Уменьшение секреции ренина происходит под влиянием натрийуретического атриопептида, а также при увеличении степени растяжения стенки приносящей артериолы клубочка.

Участие ночек в регуляции кислотно-основного состояния внутренней среды организма.

Почки по мере необходимости могут экскретировагь кислые и щелочные продукты обмена. Реакция ультрафильтрата и мочи в проксимальных канальцах слабощелочная (рН 7,4). В процессе метаболизма клетки почечного эпителия в нормальных условиях выделяют много кислых продуктов, чем и объясняется тот факт, что конечная моча у человека имеет кислую реакцию в пределах 4,4-8,0.

В обеспечении кислотно-основного состояния важную роль играют катионы металлов, в частности, натрий. Клетки эпителия дистального отдела нефрона помогают избежать избыточных потерь ионов натрия, обменивая их на ионы водорода. При сдвиге кислотно-основного состояния плазмы крови в кислую сторону этот обмен усиливается. В дистальных отделах нефрона действует обмен Na' не только на Н+, но и на ионы 1С . Количество водорода и калия, секретируемых в обмен на Na+, зависит от содержания этих ионов в клетках. При ацидозе или недостаточности К+ секреция Н+ в ответ на реабсорбцию Na1 увеличивается, а К1 снижается. Кислотность мочи возрастает. При относительном преобладании ионов К+ наблюдается обратная картина.

Интенсивность реабсорбции Na+ изменяет скорость секреции как Н+,так и К+. При увеличении скорости реабсорбции Na' возрастает объем секреции ночками ионов Н' и К1 и выделение их с мочой. Снижение скорости реабсорбции натрия сопровождается уменьшением секреции ионов К+ и Н+.

Ионы водорода выделяются с мочой также в виде NH (H. Ион NH4+ образуется во всех канальцевых клетках преимущественно из глютамина, являющеюся продуктом белкового обмена. Скорость выведения ионов аммония возрастает при сдвиге реакции мочи в кислую сторону (рис. 13.7). Выведение ионов Н+ при определённом значении рН мочи тем больше, чем выше содержание в моче аммония. В состоянии хронического ацидоза скорость образования NH4' и его экскреции может увеличиваться в 10 раз. Вместе с тем снижение рН мочи ниже 4,5 даже в условиях очень тяжёлого хронического ацидоза не наблюдается.

При белковом питании образуется много кислот, и моча закисляется. При потреблении растительной пищи рН мочи сдвигается в щелочную сторону. Мри интенсивной мышечной работе в кровь поступает большое количество

207

Глава 12. Выделение

молочной и фосфорной кислот, и почки в этих условиях резко увеличивают выделение кислых продуктов.

Инкреторная функция почек.

Почки рассматривают как важный инкреторный орган, так как в них вырабатываются физиологически активные вещества, которые оказывают влияние на другие органы и ткани, а также обладают выраженным влиянием на функциональные структуры самих почек

Инкреторная функция почек связана с функцией гранулярных клеток юкстагломерулярного аппарата, секретирующих ренин. Кроме ренина, в почках синтезируются гормоны медуллипин нуродилатин, повышающие диурез и препятствующие избыточной реабсорбции натрия.

Вэпителиальных клетках проксимальных канальцев почки происходит образование наиболее активной формы витамина D3. Он стимулирует образование в эпителиальных клетках кишечника кальцийсвязывающих и кальцийтранспортных белков, необходимых для всасывания ионов кальция. Он увеличивает также реабсорбцию этих веществ и в ночках. Витамин D3 стимулирует функцию остеобластов и, следовательно, рост и минерализацию костей. Кроме того, через активизацию транспорта кальция в клетках разных тканей, в том числе и эндокринных, он может оказывать влияние на их функции.

Вперитубулярных клетках почек образуется гормон эритропоэтин, который стимулирует образование эритроцитов путем ускорения деления клетокпредшественниц и синтеза гемоглобина. Кроме того, он увеличивает кровоток

вэритропоэтической ткани костного мозга, что сопровождается увеличением выхода в кровь рстикулоцитов из его синусоидов.

Впочках также образуются гормоноподобные вещества местного действия: например, кииины, которые являются сильными вазодилятаторами, участвующими в регуляции почечного кровотока и выделения натрия.

Вмозговом веществе почки синтезируются простагландины, в том числе простагландин Е, (медуллин), под влиянием которого увеличивается почечный кровоток и выделение ионов натрия без изменения клубочковой фильтрации. Он также уменьшает чувствительность клеток канальцев к АДГ.

Почки играют определенную роль в процессах свертывания крови. В них синтезируются активатор плазминогена (урокиназа) и другие вещества, участвующие в этом процессе. Фибринолитическая активность крови, взятой в почечной вене, значительно выше, чем в почечной артерии.

Метаболическая функция почек.

Прежде всего следует разграничить понятия «метаболизма почки» и «метаболической функции почки». Метаболизм почки - это процессы обмена ве-

208

Роль почек в регуляции ионного состава крови.

ществ в почке, которые обеспечивают выполнение ее функций. Метаболическая же функция почек связана с поддержанием в жидкостях внутренней среды постоянного уровня, белков, углеводов и липидов.

Через мембрану клубочка не проходят альбумины и глобулины, но свободно фильтруются низкомолекулярные белки, пептиды. Клетки проксимального канальца нефрона захватывают их и расщепляют до аминокислот, которые через базальную плазматическую мембрану транспортируются во внеклеточную жидкость, а затем в кровь, что пополняет ее фонд аминокислот. Расщепляя низкомолекулярные и измененные белки, почки освобождают организм от биологически активных веществ, что повышает точность гуморальной регуляции функций.

В почках имеется активная система образования глюкозы. При длительном голодании в почках синтезируется примерно половина общего количества глюкозы, поступающей в кровь. Для этого используются органические кислоты. Превращая эти кислоты в глюкозу (химически нейтральное вещество), почки т ем самым способствуют увеличению рН крови. При алкалозе синтез глюкозы из кислых субстратов снижен.

Участие почек в обмене липидов связано с тем, что эпителием почек из межтканевой жидкости извлекаются свободные жирные кислоты. Эти кислоты в плазме связаны с альбуминами и поэтому не фильтруются. Свободные жирные кислоты включаются в состав триацилглицеридов и фосфолипидов, которые играют важную роль в выполнении различных транспортных функций как в почках, так и в других органах.

Роль почек в регуляции ионного состава крови.

Экспериментальные исследования свидетельствуют о том, что в организме существуют системы регуляции баланса каждого иона. Известен ряд гормонов, регулирующих реабсорбцию и секрецию ионов в почечных канальцах. Так, например, альдостерон увеличивает реабсорбцию ионов натрия, а натрийуретический атриопептид ее угнетает.

Гормон альдостерон усиливает выделение калия с мочой, а инсулин - уменьшает. Паратгормон увеличивает реабсорбцию кальция в почечных канальцах и способствует извлечению кальция из костей, что приводит к повышению концентрации кальция в крови. Гормон щитовидной железы тирокальцитонин способствует экскреции кальция почками и переходу ионов кальция в кости, что приводит снижению концентрации кальция в крови.

В почечных канальцах регулируется также уровень реабсорбции мш ния, хлора, сульфатов и др.

209

Глава 12. Выделение

Регуляция мочеобразовательной функции почек.

Нервная регуляция. Почки являются одним из важных эффекторных органов в системе рефлексов, регулирующих постоянство внутренней среды организма. Нервная система оказывает влияние на все процессы мочеобразования - фильтрацию, реабсорбцию и секрецию.

Раздражение симпатических волокон приводит к снижению диуреза за счет их суживающего действия на сосуды почек, стимуляции канальцевой реабсорбции натрия, глюкозы, воды и секреции ренина. Сужение приносящих артериол сопровождается уменьшением давления крови в клубочках и уменьшением величины фильтрации. При сужении выносящих артериол фильтрационное давление повышается и фильтрация увеличивается.

Парасимпатические влияния активируют реабсорбцию глюкозы и секрецию органических кислот.

Болевые раздражения приводят к рефлекторному уменьшению мочеотделения вплоть до полного прекращения мочеобразования. Это явление получило название болевой анурии. Механизм болевой анурии заключается в том, что в результате чрезмерной активации симпатической нервной системы и секреции катехоламинов надпочечниками наступает спазм приносящих артериол, что приводит к резкому снижению клубочковой фильтрации. Помимо этою в результате активации ядер гипоталамуса болевым возбуждением происходит увеличение секреции АДГ, который усиливает реабсорбцию воды и тем самым уменьшает диурез.

Уменьшение или увеличение мочеотделения может быть вызвано условнорефлекторно, что свидетельствует о влиянии на деятельность ночек высших отделов ЦНС, в том числе и коры головного мозга.

Гуморальная регуляция. Гуморальным механизмам регуляции деятельности ночек принадлежит ведущая роль. Перестройка уровня функционирования почек, его приспособление к непрерывно меняющимся условиям существования организма определяется преимущественно влияниями на гломерулярный и канальцевый аппараты почек гормонов: АДГ, альдостерона, натрийуретического пептида, паратгормона, тироксина и многих других. Из них наиболее важными являются первые два.

Антидиуретический гормон, как уже отмечалось выше, усиливает реабсорбцию воды и тем самым уменьшает диурез (отсюда и его название). При уменьшении секреции АДГ стенки дистальных отделов нефрона становятся практически полностью непроницаемыми для воды, и большое количество ее выводится с мочой, при этом диурез может возрасти до 25 л в сутки. Такое состояние называется несахарным диабетом (несахарным мочеизнурением).

Гормон альдостерон увеличивает реабсорбцию ионов натрия клетками почечных канальцев путем увеличения синтеза молекул белков натриевых кана-

210