Схема 11.1. Регуляция водо- и электролитовыделительной функции почки

Клубочковая фильтрация

Мысль о фильтрации воды и растворенных веществ как первом этапе мочеобразования была высказана в 1842 г. немецким физиологом К. Люд­вигом. В 20-х годах XX столетия американскому физиологу А. Ричардсу в прямом эксперименте удалось подтвердить это предположение — с помо­щью микроманипулятора он пунктировал микропипеткой капсулу клубоч­ка и извлек из нее жидкость, действительно оказавшуюся ультрафильтра­том плазмы крови.

Ультрафильтрация воды и низкомолекулярных компонентов из плазмы крови происходит через клубочковый фильтр. Этот фильтрационный барьер почти непроницаем для высокомолекулярных веществ. Процесс ультрафиль­трации обусловлен разностью между гидростатическим давлением крови, гидростатическим давлением в капсуле клубочка и онкотическим давлением белков плазмы крови. Общая поверхность капилляров клубочка больше об­щей поверхности тела человека и достигает 1,5 м² на 100 г массы почки.

Фильтрующая мембрана (фильтрационный барьер), через которую про­ходит жидкость из просвета капилляра в полость капсулы клубочка, состо­ит из трех слоев: эндотелиальных клеток капилляров, базальной мембраны и эпителиальных клеток висцерального (внутреннего) листка капсулы — подоцитов (рис. 11.2).

Клетки эндотелия, кроме области ядра, очень истончены, толщина ци­топлазмы боковых частей клетки менее 50 нм; в цитоплазме имеются круглые или овальные отверстия (поры) размером 50—100 нм, которые за­нимают до 30 % поверхности клетки. При нормальном кровотоке наибо­лее крупные белковые молекулы образуют барьерный слой на поверхности пор эндотелия и затрудняют движение через них альбуминов, ограничивая тем самым прохождение форменных элементов крови и белков через эн­дотелий. Другие компоненты плазмы крови и вода могут свободно прохо­дить через эндотелий и достигать базальной мембраны.

Базальная мембрана — важнейшая составная часть фильтрующей мемб­раны клубочка. У человека толщина базальной мембраны 250—400 нм. Эта

	4
			1

Рис. 11.2. Строение фильтрующей мембраны клубочка.

1 — эндотелий; 2 — базальная мембра­на; 3 — подоцит; 4 — отверстие в эндо­телии; 5 — шелевая мембрана подоцита.

мембрана состоит из трех слоев — центрального и двух периферических. Поры в базальной мембране препятствуют прохождению молекул диамет­ром больше 6 нм.

Наконец, важную роль в качестве барьера для фильтруемых веществ играют щелевые мембраны между «ножками» подоцитов. Эти эпителиаль­ные клетки обращены в просвет капсулы почечного клубочка и имеют от­ростки — «ножки», которыми прикрепляются к базальной мембране. Ба­зальная мембрана и щелевые мембраны между этими «ножками» ограни­чивают фильтрацию веществ, диаметр молекул которых больше 6,4 нм (т.е. не проходят вещества, радиус молекулы которых превышает 3,2 нм). Поэтому в просвет нефрона свободно проникает инулин (радиус молекулы 1,48 нм, мол. м. около 5200), может фильтроваться лишь 22 % яичного альбумина (радиус мол. 2,85 нм, мол. м. 43 500), 3 % гемоглобина (радиус мол. 3,25 нм, мол. м. 68 000) и меньше 1 % сывороточного альбумина (ра­диус мол. 3,55 нм, мол. м. 69 000).

Прохождению белков через клубочковый фильтр препятствуют отрица­тельно заряженные молекулы — полианионы, входящие в состав вещества базальной мембраны, и сиалогликопротеиды в выстилке, лежащей на по­верхности подоцитов и между их «ножками». Ограничение для фильтра­ции белков, имеющих отрицательный заряд, обусловлено размером пор клубочкового фильтра и их электронегативностью. Таким образом, состав клубочкового фильтрата зависит от свойств эпителиального барьера и ба­зальной мембраны. Естественно, размер и свойства пор фильтрационного барьера вариабельны, поэтому в обычных условиях в ультрафильтрате об­наруживают лишь следы белковых фракций, характерных для плазмы кро­ви. Прохождение достаточно крупных молекул через поры зависит не то­лько от их размера, но и конфигурации молекулы, ее заряда и пространст­венного соответствия форме поры.

Величина клубочковой фильтрации зависит от разности между гидроста­тическим давлением крови (около 70 мм рт. ст. в капиллярах клубочка), он­котическим давлением белков плазмы крови (около 30 мм рт. ст.) и гидро­статическим давлением в капсуле клубочка (около 20 мм рт. ст.). Эффек­тивное фильтрационное давление, т.е. давление, которое определяет клу­бочковую фильтрацию, составляет примерно 20 мм рт. ст. [70 мм рт. ст. — (30 мм рт. ст. + 20 мм рт. ст.) = 20 мм рт. ст.]. Фильтрация происходит толь­ко в том случае, если давление крови в капиллярах клубочков превышает сумму онкотического давления белков в плазме и величину давления жид­кости в капсуле клубочка.

Ультрафильтрат практически не содержит белков; он подобен плазме по общей концентрации осмотически активных веществ, глюкозы, моче­вины, мочевой кислоты, креатинина и др. Небольшое различие концент­рации ряда ионов по обеим сторонам клубочковой мембраны обусловлено 496

равновесием Доннана — наличием в плазме крови анионов, не диффунди­рующих через мембрану и удерживающих часть катионов. Следовательно, для расчета количества фильтруемых веществ в клубочках необходимо учитывать, какая их часть может проходить из плазмы крови в просвет нефрона через гломерулярный фильтр.

Для внесения поправки на связывание некоторых ионов белками плаз­мы крови вводится понятие об ультрафилыпруемой фракции (f) — той части вещества в плазме от общего его количества в плазме крови, которая не связана с белком и свободно проходит через клубочковый фильтр. Ультра- фильтруемая фракция для кальция составляет 60 %, магния — 75 %. Эти величины свидетельствуют о том, что около 40 % кальция и 25 % магния плазмы связаны с белком и не фильтруются в клубочках. Однако в про­фильтровавшейся жидкости кальций (и магний) также представлен двумя фракциями: одна из них — ионизированный кальций (магний), другая — кальций (магний), связанный с низкомолекулярными соединениями, про­ходящими через клубочковый фильтр.

В ультрафильтрате обнаруживают следы белка. Различие размера пор в клубочках даже у здорового человека обусловливает проникновение не­большого количества обычно измененных белков; из нормальной мочи удалось выделить в следовых количествах белковые фракции, характерные для плазмы крови.

Измерение скорости клубочковой фильтрации. Для расчета объема жид­кости, фильтруемой в 1 мин в почечных клубочках (скорость клубочко­вой фильтрации), и ряда других показателей процесса мочеобразования используют методы и формулы, основанные на принципе очищения (клиренс). Для измерения величины клубочковой фильтрации использу­ют физиологически инертные вещества, не токсичные и не связывающи­еся с белком в плазме крови, свободно проникающие через поры мемб­раны клубочкового фильтра из просвета капилляров вместе с безбелко- вой частью плазмы. Следовательно, концентрация этих веществ в клу­бочковой жидкости будет такой же, как в плазме крови. Эти вещества не должны реабсорбироваться и секретироваться в почечных канальцах, по­этому с мочой будет выделяться все количество данного вещества, посту­пившего в просвет нефрона с ультрафильтратом в клубочках. К вещест­вам, используемым для измерения скорости клубочковой фильтрации, относятся полимер фруктозы инулин, маннитол, полиэтиленгликоль-400, креатинин.

Рассмотрим принцип очищения на примере измерения объема клубочковой фильтрации с помощью инулина. Количество профильтровавшегося в клубочках инулина (In) равно произведению объема фильтрата (С(_П) на концентрацию в нем инулина (она равна его концентрации в плазме крови, Р_|п). Выделившееся за то же время с мочой количество инулина равно произведению объема экскретиро­ванной мочи (V) на концентрацию в ней инулина (U]_n).

Так как инулин не реабсорбируется и не секретируется, то количество профиль­тровавшегося инулина (С_(п Р|_П) равно количеству выделившегося (V Р_!п), откуда:

С_1п = V U_In /Р_|л.

Эта формула является основной для расчета скорости клубочковой фильтрации. При использовании других веществ для измерения скорости клубочковой филь­трации инулин в формуле заменяют на анализируемое вещество и рассчитывают скорость клубочковой фильтрации данного вещества, например креатинина. Ско­рость фильтрации жидкости вычисляют в мл/мин; для сопоставления величины клубочковой фильтрации у людей различных массы тела и роста ее относят к стандартной площади поверхности тела человека (1,73 м²). В норме у мужчин в обеих почках скорость клубочковой фильтрации на 1,73 м² составляет около 125 мл/мин, у женщин — приблизительно 110 мл/мин.

Измеренная с помощью инулина величина фильтрации в клубочках, называемая также коэффициентом очищения от инулина (инулиновый кли­ренс), показывает, какой объем плазмы крови освобожден от инулина за это время. Для измерения очищения от инулина необходимо непрерывно вводить в вену раствор инулина, чтобы в течение всего исследования под­держивать постоянной его концентрацию в крови. Очевидно, что это весь­ма сложно и в клинике не всегда осуществимо, поэтому чаще используют креатинин — естественный компонент плазмы, по очищению от которого можно было бы судить о скорости клубочковой фильтрации, хотя с его по­мощью скорость клубочковой фильтрации измеряется менее точно, чем при инфузии инулина. При некоторых физиологических, и особенно па­тологических, состояниях креатинин может реабсорбироваться и секрети­роваться, поэтому очищение от креатинина не отражает истинной величи­ны клубочковой фильтрации.

У здорового человека вода попадает в просвет нефрона в результате фильтрации в клубочках, реабсорбируется в канальцах, и вследствие этого концентрация инулина растет. Концентрационный показатель инулина Uin/P.n указывает, во сколько раз уменьшается объем фильтрата при его прохождении по канальцам. Эта величина имеет важное значение для суж­дения об особенностях обработки любого вещества в канальцах, для ответа на вопрос о том, подвергается ли вещество реабсорбции или секретируется клетками канальцев. Если концентрационный показатель данного вещест­ва X Ux/Px меньше, чем одновременно измеренная величина Ui_n/Pi_n, то это указывает на реабсорбцию вещества X в канальцах. Если Ux/Px боль­ше, чем U]_n/Pi_n, то это указывает на его секрецию. Отношение концентра­ционных показателей вещества X и инулина Ux/Px U[_n/P]_n носит назва­ние экскретируемой фракции (EF).

Канальцевая реабсорбция

Начальный этап мочеобразования, приводящий к фильтрации всех низ­комолекулярных компонентов плазмы крови, неизбежно должен сочетать­ся с существованием в почке систем, реабсорбирующих все ценные для организма вещества. В обычных условиях в почке человека за сутки обра­зуется до 180 л фильтрата, а выделяется 1,0—1,5 л мочи, остальная жид­кость всасывается в канальцах. Роль клеток различных сегментов нефрона в реабсорбции неодинакова. Проведенные на животных опыты с извлече­нием микропипеткой жидкости из различных участков нефрона позволили выяснить особенности реабсорбции различных веществ в разных частях почечных канальцев (рис. 11.3). В проксимальном сегменте нефрона прак­тически полностью реабсорбируются аминокислоты, глюкоза, витамины, белки, микроэлементы, значительное количество ионов Na⁺, С1^_, НСОз В последующих отделах нефрона всасываются преимущественно электро­литы и вода.

Реабсорбция натрия и хлора представляет собой наиболее значительный по объему и энергетическим тратам процесс. В проксимальном канальце в результате реабсорбции большинства профильтровавшихся веществ и

		Na*
	NH3 -Холин

	! Са2+—
		.Пенициллин; сг-<£
			сг Вода

Саг*

Вода

Na*

£

Вода

Na*

Мочевина

Рис. 11.3. Локализация реабсорбции и секреции веществ в почечных канальцах. Направление стрелок указывает на фильтрацию, реабсорбцию и секрецию ве­ществ.

воды объем первичной мочи уменьшается, и в начальный отдел петли нефрона поступает около % профильтровавшейся в клубочках жидкости. Из всего количества натрия, поступившего в нефрон при фильтрации, в петле нефрона всасывается до 25 %, в дистальном извитом канальце — около 9 % и менее 1 % реабсорбируется в собирательных трубках или эк­скретируется с мочой.

Реабсорбция в дистальном сегменте характеризуется тем, что клетки переносят меньшее, чем в проксимальном канальце, количество ионов, но против большего градиента концентрации. Этот сегмент нефрона и соби­рательные трубки играют важнейшую роль в регуляции объема выделяе­мой мочи и концентрации в ней осмотически активных веществ (осмоти­

ческая концентрация)^[I]. В конечной моче концентрация натрия может снижаться до 1 ммоль/л по сравнению со 140 ммоль/л в плазме крови. В дистальном канальце калий не только реабсорбируется, но и секретиру­ется при его избытке в организме.

В проксимальном отделе нефрона реабсорбция натрия, калия, хлора_и дру­гих веществ происходит через высокопроницаемую для воды мембрану стен­ки канальца. Напротив; в толстом восходящем отделе петли нефрона, ди­стальных извитых канальцах и собирательных трубках реабсорбция ионов и воды происходит через малопроницаемую для воды стенку канальца; прони­цаемость мембраны для воды в отдельных участках нефрона и собирательных трубках может регулироваться, а величина проницаемости изменяется в за­висимости от функционального состояния организма (факультативная реаб­сорбция). Под влиянием импульсов, поступающих по эфферентным нервам, и при действии биологически активных веществ реабсорбция натрия и хлора регулируется в проксимальном отделе нефрона. Это особенно отчетливо проявляется в случае увеличения объема крови и внеклеточной жидкости, когда уменьшение реабсорбции в проксимальном канальце способствует усилению экскреции ионов и воды и тем самым — восстановлению водно­солевого равновесия. В проксимальном канальце всегда сохраняется изоос­мия. Стенка канальца проницаема для воды, и объем реабсорбируемой воды определяется количеством реабсорбируемых осмотически активных веществ, за которыми вода движется по осмотическому градиенту. В конечных частях дистального сегмента нефрона и собирательных трубках проницаемость стенки канальца для воды регулируется вазопрессином.

Факультативная реабсорбция воды зависит от осмотической проницае­мости канальцевой стенки, величины осмотического градиента и скорости движения жидкости по канальцу.

Для характеристики всасывания различных веществ в почечных каналь­цах существенное значение имеет представление о пороге выведения. Непо­роговые вещества выделяются при любой их концентрации в плазме крови (и соответственно в ультрафильтрате). Такими веществами являются ину­лин, маннитол. Порог выведения практически всех физиологически важ­ных, ценных для организма веществ различен. Так, выделение глюкозы с мочой (глюкозурия) наступает тогда, когда ее концентрация в клубочковом фильтрате (и в плазме крови) превышает 10 ммоль/л. Физиологический смысл этого явления будет раскрыт при описании механизма реабсорбции.

Механизмы канальцевой реабсорбции. Обратное всасывание различных веществ в канальцах обеспечивается активным и пассивным транспортом. Если вещество реабсорбируется против электрохимического и концентра­ционного градиентов, процесс называется активным транспортом. Разли­чают два вида активного транспорта — первично-активный и вторич­но-активный. Первично-активным транспорт называется в том случае, ког­да происходит перенос вещества против электрохимического градиента за счет энергии клеточного метаболизма. Примером служит транспорт ионов Na⁺, который происходит при участии фермента №⁺-К.⁺-АТФазы, ис­пользующей энергию АТФ. Вторично-активным называется перенос веще­ства против концентрационного градиента, но без затраты энергии клетки непосредственно на этот процесс; так реабсорбируются глюкоза, амино­кислоты. Из просвета канальца эти органические вещества поступают в клетки проксимального канальца с помощью специального переносчика, который обязательно должен присоединить ион Na⁺ Этот комплекс (пе­реносчик + органическое вещество + Na⁺) способствует перемещению ве­щества через мембрану щеточной каемки и его поступлению внутрь клет­ки. Движущей силой переноса этих веществ через апикальную плазмати­ческую мембрану служит меньшая по сравнению с просветом канальца концентрация натрия в цитоплазме клетки. Градиент концентрации на­трия обусловлен непрестанным активным выведением натрия из клетки во внеклеточную жидкость с помощью №⁺-К⁺-АТФазы, локализованной в латеральных и базальной мембранах клетки.

Реабсорбция воды, хлора и некоторых других ионов, мочевины осуще­ствляется с помощью пассивного транспорта — по электрохимическому, концентрационному или осмотическому градиенту. Примером пассивного транспорта является реабсорбция в дистальном извитом канальце хлора по электрохимическому градиенту, создаваемому активным транспортом на­трия. По осмотическому градиенту транспортируется вода, причем ско­рость ее всасывания зависит от осмотической проницаемости стенки ка­нальца и разности концентрации осмотически активных веществ по обеим сторонам его стенки. В содержимом проксимального канальца вследствие всасывания воды и растворенных в ней веществ растет концентрация мо­чевины, небольшое количество которой по концентрационному градиенту реабсорбируется в кровь.

Достижения в области молекулярной биологии позволили установить строение молекул ионных и водных каналов (аквапорины), рецепторов, гормонов и тем самым проникнуть в сущность некоторых клеточных меха­низмов, обеспечивающих транспорт веществ через стенку канальца. Раз­личны свойства клеток разных отделов нефрона, неодинаковы свойства цитоплазматической мембраны в одной и той же клетке. Апикальная мем­брана клетки, обращенная в просвет канальца, имеет иные характеристи­ки, чем ее базальная и боковые мембраны, омываемые межклеточной жидкостью и соприкасающиеся с кровеносным капилляром. Вследствие этого апикальная и базальная плазматические мембраны участвуют в транспорте веществ по-разному; специфично и действие биологически ак­тивных веществ на ту и другую мембраны.

Клеточный механизм реабсорбции ионов рассмотрим на примере Na⁺. В проксимальном канальце нефрона всасывание Na⁺ в кровь происходит в результате, ряда процессов, один из которых — активный транспорт Na⁺ из просвета канальца, другой — пассивная реабсорбция Na⁺ вслед за активно транспортируемыми в кровь как ионами гидрокарбоната, так и С1^_ При введении одного микроэлектрода в просвет канальцев, а второго — в око- локанальцевую жидкость было выявлено, что разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностью стенки проксимального канальца оказалась очень небольшой — около 1,3 мВ; в области дистального кана­льца она может достигать 60 мВ (рис. 11.4). Просвет обоих канальцев электроотрицателен, а в крови (следовательно, и во внеклеточной жидко­сти) концентрация Na⁺ выше, чем в жидкости, находящейся в просвете этих канальцев, поэтому реабсорбция Na⁺ осуществляется активно против градиента электрохимического потенциала. При этом из просвета каналь­ца Na⁺ входит в клетку по натриевому каналу или при участии переносчи­ка. Внутренняя часть клетки заряжена отрицательно, и положительно за­ряженный Na⁺ поступает в клетку по градиенту потенциала, движется в сторону базальной плазматической мембраны, через которую натриевым

насосом выводится в межклеточную жидкость; градиент потенциала на этой мембране достигает 70—90 мВ.

Имеются вещества, которые могут влиять на отдельные элементы сис­темы реабсорбции Na⁺ Так, натриевый канал в мембране клетки дисталь­ного канальца и собирательной трубки блокируется амилоридом и триам- тереном, в результате чего Na⁺ не может войти в канал. В клетках имеется несколько типов ионных насосов. Один из них представляет собой №⁺-К⁺-АТФазу. Этот фермент находится в базальной и латеральных мем­бранах клетки и обеспечивает транспорт Na⁺ из клетки в кровь и поступ­ление из крови в клетку К⁺ Фермент угнетается сердечными гликозида­ми, например строфантином, уабаином. В реабсорбции гидрокарбоната важная роль принадлежит ферменту карбоангидразе, ингибитором которо­го является ацетазоламид — он прекращает реабсорбцию гидрокарбоната, который экскретируется с мочой.

Фильтоуемая глюкоза практически полностью реабсорбируется клетками проксимального канальца, и в норме за сутки с мочой выделяется незначи­тельное (не более 130 мг) ее количество. Процесс обратного всасывания глюкозы осуществляется против высокого концентрационного градиента и является вторично-активным. В апикальной (люминальная) мембране клет­ки гйЮкоза соединяется с переносчиком, который должен присоединить также Na⁺, после чего комплекс транспортируется через апикальную мемб­рану, т.е. в цитоплазму поступают глюкоза и Na⁺ Апикальная мембрана от­личается высокой селективностью и односторонней проницаемостью и не пропускает ни глюкозу, ни Na⁺ обратно из клетки в просвет канальца. Эти вещества движутся к основанию клетки по градиенту концентрации. Пере­нос глюкозы из клетки в кровь через базальную плазматическую мембрану носит характер облегченной диффузии, a Na⁺, как уже отмечалось выше, удаляется натриевым насосом, находящимся в этой мембране.

Аминокислоты почти полностью реабсорбируются клетками проксималь­ного канальца. Имеется не менее 4 систем транспорта аминокислот из про­света канальца в кровь, осуществляющих реабсорбцию нейтральных, двуос­новных, дикарбоксильных аминокислот. Каждая из этих систем обеспечи­вает всасывание ряда аминокислот одной группы. Так, система реабсорб­ции двуосновных аминокислот участвует во всасывании лизина, аргинина, орнитина и, возможно, цистина. При введении в кровь избытка одной из этих аминокислот начинается усиленная экскреция почкой аминокислот 502

только данной группы. Системы транспорта отдельных групп аминокислот контролируются раздельными генетическими механизмами. Описаны на­следственные заболевания, одним из проявлений которых служит увели­ченная экскреция определенных групп аминокислот (аминоацидурия).

Выделение с мочой слабых кислот и оснований зависит от их клубочко­вой фильтрации, процесса реабсорбции или секреции. Процесс выведения этих веществ во многом определяется «неионной диффузией», влияние которой особенно сказывается в дистальных канальцах и собирательных трубках. Слабые кислоты и основания могут существовать в зависимости от pH среды в двух формах — неионизированной и ионизированной. Кле­точные мембраны более проницаемы для неионизированных веществ. Многие слабые кислоты с большей скоростью экскретируются с щелочной мочой, а слабые основания, напротив, — с кислой. Степень ионизации оснований увеличивается в кислой среде, но уменьшается в основной. В неионизированном состоянии эти вещества через липиды мембран прони­кают в клетки, а затем в плазму крови, т.е. они реабсорбируются. Если значение pH канальцевой жидкости сдвинуто в кислую сторону, то осно­вания ионизируются, плохо всасываются и экскретируются с мочой. Ни­котин — слабое основание, при pH 8,1 ионизируется 50 %, в 3—4 раза бы­стрее экскретируется с кислой (pH около 5), чем с основной (pH 7,8) мо­чой. Процесс «неионной диффузии» влияет на выделение почками слабых оснований и кислот, барбитуратов и других лекарственных веществ.

Небольшое количество профильтровавшегося в клубочках белка реаб­сорбируется клетками проксимальных канальцев. Выделение белков с мо­чой в норме составляет не более 20—75 мг/сут, а при заболеваниях почек оно может возрастать до 50 г/сут. Увеличение выделения белков с мочой (протеинурия) может быть обусловлено нарушением их реабсорбции либо увеличением фильтрации.

В отличие от реабсорбции электролитов, глюкозы и аминокислот, кото­рые, проникнув через апикальную мембрану, в неизмененном виде дости­гают базальной плазматической мембраны и транспортируются в кровь, реабсорбция белка обеспечивается принципиально иным механизмом. Бе­лок попадает в клетку с помощью пиноцитоза. Молекулы профильтровав­шегося белка адсорбируются на поверхности апикальной мембраны клет­ки, при этом мембрана участвует в образовании пиноцитозной вакуоли. Эта вакуоль движется в сторону базальной части клетки. В околоядерной области, где локализован пластинчатый комплекс (аппарат Гольджи), ва­куоли могут сливаться с лизосомами, обладающими высокой активностью ряда ферментов. В лизосомах захваченные белки расщепляются и образо­вавшиеся аминокислоты, дипептиды удаляются в кровь через базальную плазматическую мембрану. Однако не все белки подвергаются гидролизу в процессе транспорта и часть их переносится в кровь в неизмененном виде.

Определение величины реабсорбции в канальцах почки. Обратное всасы­вание веществ, или, иными словами, их транспорт (Т) из просвета каналь­цев в тканевую (межклеточную) жидкость и в кровь, при реабсорбции R (T^R) определяется по разности между количеством вещества X (F ₽х fx), профильтровавшегося в клубочках, и количеством вещества, выделенного с мочой (Ux V).

T^r = F Р_х fx-Ux v,

где F — объем клубочковой фильтрации, fx — фракция вещества X, не связанная с белками в плазме по отношению к его общей концентрации в плазме крови, В — концентрация вещества в плазме крови, V — концент­рация вещества в моче.

По приведенной формуле рассчитывают абсолютное количество реаб­сорбируемого вещества. При вычислении относительной реабсорбции (% R) определяют долю вещества, подвергшуюся обратному всасыванию по от­ношению к количеству вещества, профильтровавшегося в клубочках:

% R = (I — EFX) 100.

Для оценки реабсорбционной способности клеток проксимальных ка­нальцев важное значение имеет определение максимальной величины транспорта глюкозы (Т_тс). Эту величину измеряют при полном насыще­нии глюкозой системы ее канальцевого транспорта. Для этого вводят в кровь раствор глюкозы и тем самым повышают ее концентрацию в клу­бочковом фильтрате до тех пор, пока значительное количество глюкозы не начнет выделяться с мочой:

T_mG = F P_g-U_g V,

где F — клубочковая фильтрация, Pg — концентрация глюкозы в плазме крови, a L)g — концентрация глюкозы в моче; Т_т — максимальный ка­нальцевый транспорт изучаемого вещества. Величина T_mG характеризует полную загрузку системы транспорта глюкозы; у мужчин эта величи­на равна 375 мг/мин, а у женщин — 303 мг/мин при расчете на 1,73 м² по­верхности тела.

Канальцевая секреция

В выделении продуктов обмена и чужеродных веществ имеет значение их секреция из крови в просвет канальца против концентрационного и электрохимического градиентов. Этот дополнительный механизм выделе­ния ряда веществ, помимо их фильтрации в клубочках, позволяет быстро экскретировать некоторые органические кислоты и основания, а также не­которые ионы, например К⁺ Секреция органических кислот (феноловый красный, ПАГ, диодраст, пенициллин) и органических оснований (холин) происходит в проксимальном сегменте нефрона и обусловлена функцио­нированием специальных систем транспорта. Калий секретируется в ко­нечных частях дистального сегмента и собирательных трубках. Рассмот­рим механизм процесса секреции органических кислот на примере выде­ления почкой ПАГ. При введении ПАГ в кровь человека ее выделение с мочой зависит от фильтрации в клубочках и секреции клетками каналь­цев. Когда секреция ПАГ достигает максимального уровня (Ттпрдн), она становится постоянной и не зависит от содержания ПАГ в плазме крови. Механизм секреции органических кислот включает ряд этапов. В базаль­ной плазматической мембране имеется Ма⁺-К⁺-АТФаза, которая удаляет из клетки ионы Na⁺ и способствует поступлению в клетку ионов К⁺ Бо­лее низкая концентрация в цитоплазме ионов Na⁺ позволяет поступать внутрь клетки ионам Na⁺ по градиенту концентрации при участии натрие­вых котранспортеров. Один из типов такого котранспортера способствует поступлению через базальную плазматическую мембрану а-кетоглутарата и Na⁺ В этой же мембране имеется анионный обменник, который удаляет из цитоплазмы а-кетоглутарат в обмен на поступающий из межклеточной жидкости в клетку парааминогиппурат, диодраст или некоторые иные ор­ганические кислоты. Это вещество движется по клетке в сторону люми­нальной мембраны и через нее проходит в просвет канальца по механизму облегченной диффузии. Угнетение дыхания цианидами, разобщение дыха­ния и окислительного фосфорилирования в присутствии динитрофенола снижают и прекращают секрецию. Уровень секреции зависит от числа пе­реносчиков в мембране. Секреция ПАГ возрастает пропорционально уве­личению концентрации ПАГ в крови до тех пор, пока все молекулы пере­носчика не насыщаются ПАГ. Максимальная скорость транспорта ПАГ достигается в тот момент, когда количество ПАГ, доступное для транспор­та, становится равным количеству молекул переносчика, которые могут образовывать комплекс с ПАГ.

Поступившая в клетку ПАГ движется по цитоплазме к апикальной мембране и с помощью имеющегося в ней специального механизма выде­ляется в просвет канальца. Способность клеток почки к секреции органи­ческих кислот и оснований носит адаптивный характер. Если в течение нескольких дней часто инъецировать ПАГ (или пенициллин), то интен­сивность секреции возрастает. Это обусловлено тем, что в клетках прокси­мальных канальцев при участии систем белкового синтеза вырабатывают­ся вещества, являющиеся необходимыми компонентами процесса перено­са через мембрану органических веществ.

Подобно секреции органических кислот, секреция органических осно­ваний (например, холин) происходит в проксимальном сегменте нефрона и характеризуется Тт. Системы секреции органических кислот и основа­ний функционируют независимо друг от друга, при угнетении секреции органических кислот секреция оснований не нарушается.

Транспорт в нефроне К⁺ характеризуется тем, что К⁺ не только подвер­гается обратному всасыванию, но и секретируется клетками эпителия ко­нечных отделов нефрона и собирательных трубок. При реабсорбции из просвета канальца К⁺ поступает в эпителиальную клетку, где концентра­ция К⁺ во много раз выше, чем в канальцевой жидкости, и К⁺ диффунди­рует из клетки через базальную плазматическую мембрану в тканевую ин­терстициальную жидкость, а затем уносится кровью. При секреции К⁺ по­ступает в клетку в обмен на Na⁺ через эту же мембрану с помощью нат­рий-калиевого насоса, который удаляет Na⁺ из клетки; тем самым поддер­живается высокая внутриклеточная концентрация К⁺ При избытке К⁺ в организме система регуляции стимулирует его секрецию клетками каналь­цев. Возрастает проницаемость для К⁺ мембраны клетки, обращенной в просвет канальца, появляются «каналы», по которым К⁺ по градиенту концентрации может выходить из клетки. Скорость секреции К⁺ зависит от градиента электрохимического потенциала на этой мембране клетки: чем больше электроотрицательность апикальной мембраны, тем выше уровень секреции. При введении в кровь и поступлении в просвет каналь­ца слабо реабсорбируемых анионов, например сульфатов, увеличивается секреция К⁺ Таким образом секреция К⁺ зависит от его внутриклеточной концентрации, проницаемости для К⁺ апикальной мембраны клетки и градиента электрохимического потенциала этой мембраны. При дефиците К⁺ в организме клетки конечных отделов нефрона и собирательных тру­бок прекращают секрецию К⁺ и только реабсорбируют его из канальцевой жидкости. В этом случае К⁺ из просвета канальца транспортируется через апикальную плазматическую мембрану внутрь клетки, движется по цито­плазме в сторону основания клетки и через базальную плазматическую мембрану поступает в тканевую жидкость, а затем в кровь. Приведенные данные указывают на высокую пластичность клеток этих отделов каналь­цев, способных под влиянием регуляторных факторов перестраивать свою деятельность, изменяя направление транспорта К⁺, осуществляя то его ре­абсорбцию, то секрецию.

Определение величины канальцевой секреции. Секреторную функцию проксимальных канальцев измеряют с помощью веществ, которые выде­ляются из организма главным образом посредством канальцевой секре­ции. В кровь вводят ПАГ (или диодраст) вместе с инулином, который слу­жит для измерения клубочковой фильтрации. Величина транспорта (Т) ор­ганического вещества (Т⁵рдц) при секреции (S) его из крови в просвет ка­нальца определяется по разности между количеством этого вещества, вы­деленным почкой (Up_AH V), и количеством попавшего в мочу вследствие фильтрации в (Cj_n Ррдн):

T^SPAH ⁼ Up_AH V — С_1п РрАН’

Приведенная формула характеризует величину секреции вещества поч­кой при любом уровне загрузки секреторной системы. В то же время мерой работы секреторного аппарата почки служит его максимальная загрузка.

При условии полного насыщения секреторного аппарата ПАГ опреде­ляется величина максимального канальцевого транспорта ПАГ (Тгпрдц), которая является мерой количества функционирующих клеток прокси­мальных канальцев. У человека Тгпрдн составляет 80 мг/мин на 1,73 м² поверхности тела.

11.2.4. Определение величины почечного плазмо- и кровотока

Непрямые методы измерения величины почечного кровотока основаны на оценке способности клеток почечных канальцев к секреции — практи­чески полному извлечению из околоканальцевой жидкости (и соответст­венно из плазмы крови) ряда органических кислот и их секреции в про­свет канальца. С этой целью используют ПАГ или диодраст, которые сек­ретируются клетками почечных канальцев столь эффективно, что при не­высокой их концентрации в артериальной крови она полностью очищает­ся от этих веществ при однократном прохождении через почку. Используя те же обозначения, можно рассчитать очищение от ПАГ по формуле:

СрАН ~ V Пран / Г РАН*

Это позволяет измерить величину эффективного почечного плазмотока, т.е. то количество плазмы, которое протекает по сосудам коркового веще­ства почки и омывает клетки проксимального сегмента нефрона. Так как эритроциты не содержат ПАГ, для расчета величины эффективного почеч­ного кровотока (ERBF) необходимо ввести в формулу величину, учитыва­ющую соотношение между эритроцитами и плазмой крови (показатель ге­матокрита — Ht):

ERBF = Cp_AH/(l - Ht).

Выше шла речь об эффективном плазмотоке и кровотоке. Для опреде­ления общего кровотока и плазмотока через почки необходимо знать, ско­лько ПАГ остается в оттекающей из почки крови. Так как считается, что ПАГ полностью извлекается из крови, протекающей по корковому веще­ству почки, то наличие в почечной вене небольшого количества ПАГ обу­словлено тем, что часть крови минует корковое вещество почки и посту­пает в сосуды мозгового вещества. Доля кровотока через мозговое вещест­во почки составляет около 9 %, а кровоток во внутреннем мозговом веще­стве (сосочек) равен лишь 1 % от общего почечного кровотока.

У мужчин эффективный почечный плазмоток составляет около 655 мл/мин (на 1,73 м² площади поверхности тела), общий плазмоток ра­вен 720 мл/мин, а общий кровоток через почки — 1300 мл/мин. Чтобы определить, сколько жидкости из плазмы крови подвергается клубочко­вой фильтрации, рассчитывают фильтрационную фракцию (FF):

FF = С|_П / Срдн-

Фильтрационная фракция составляет около 0,2, т.е. равна почти 20 % от объема плазмы, протекающей через почку.

11.2.5. Синтез веществ в почках

В почках образуются некоторые вещества, выделяемые в мочу (напри­мер, гиппуровая кислота, аммиак) или поступающие в кровь (ренин, про­стагландины, глюкоза, синтезируемая в почке, и др.). Гиппуровая кислота образуется в клетках канальцев из бензойной кислоты и гликокола. В опытах на изолированной почке было показано, что при введении в арте­рию раствора бензойной кислоты и гликокола в моче появляется гиппуро­вая кислота. В клетках канальцев при дезаминировании аминокислот, главным образом глутамина, из аминогрупп образуется аммиак. Он посту­пает преимущественно в мочу, частично проникает и через базальную плазматическую мембрану в кровь, и в почечной вене аммиака больше, чем в почечной артерии.

11.2.6. Осмотическое разведение и концентрирование мочи

Способностью к осмотическому разведению мочи, т. е. способностью к выделению мочи с меньшей концентрацией осмотически активных ве­ществ, а следовательно, с меньшим осмотическим давлением, чем плазма крови, обладают почки млекопитающих, птиц, рептилий, амфибий, пре­сноводных рыб и круглоротых. В то же время способностью к образова­нию мочи с большей концентрацией осмотически активных веществ, т. е. с большей осмотической концентрацией, чем кровь, обладают лишь почки теплокровных животных. Многие исследователи пытались разгадать фи­зиологический механизм этого процесса, но лишь в начале 50-х годов XX века была обоснована гипотеза, согласно которой образование осмоти­чески концентрированной мочи обусловлено деятельностью поворотно­противоточной множительной системы в почке.

Принцип противоточного обмена достаточно широко распространен в природе и используется в технике. Механизм работы такой системы рас­смотрим на примере кровеносных сосудов в конечностях арктических жи­вотных. Во избежание больших потерь тепла кровь в параллельно распо­ложенных артериях и венах конечностей течет таким образом, что теплая

Вена Q ir ₁₅° 13° 11° 9° 7° 5° 3° 1° ^А Артерия (рУ 17° 15° 13" 11° 9° 7° 5°

	300

			700
	б

 

артериальная кровь согревает охлажденную венозную кровь, движущуюся к сердцу (рис. 11.5, А). В стопу притекает артериальная кровь низкой тем­пературы, что резко уменьшает теплоотдачу. Здесь такая система функци­онирует только как противоточный обменник; в почке же она обладает множительным эффектом, т. е. увеличением эффекта, достигаемого в каж­дом из отдельных сегментов системы. Для лучшего понимания ее работы рассмотрим систему, состоящую из трех параллельно расположенных тру­бок (рис. 11.5, Б). Трубки I и II дугообразно соединены на одном из кон­цов. Стенка, общая для обеих трубок, обладает способностью переносить ионы, но не пропускать воду. Когда в такую систему через вход I налива­ют раствор концентрации 300 мосмоль/л (рис. 11.5, Б, а) и он не течет, то через некоторое время в результате транспорта ионов в трубке I раствор станет гипотоническим, а в трубке II — гипертоническим. В том случае, когда жидкость течет по трубкам непрерывно, начинается концентрирова­ние осмотически активных веществ (рис. 11.5, Б, б). Перепад их концент­раций на каждом уровне трубки вследствие одиночного эффекта транс­порта ионов нс превышает 200 мосмоль/л, однако по длине трубки проис­ходит умножение одиночных эффектов, и система начинает работать как противоточная множительная. Так как по ходу движения жидкости из нее извлекаются не только ионы, но и некоторое количество воды, концентра­ция раствора все более повышается по мере приближения к изгибу петли. В отличие от трубок I и II в трубке III регулируется проницаемость стенок для воды: когда стенка становится водопроницаемой — начинает пропус­кать воду, объем жидкости в ней уменьшается. При этом вода идет в сто­рону большей осмотической концентрации в жидкость возле трубки, а соли остаются внутри трубки. В результате этого растет концентрация ионов в трубке III и уменьшается объем содержащейся в ней жидкости. Концентрация в ней веществ будет зависеть от ряда условий, в том числе от работы противоточной множительной системы трубок I и II. Как будет ясно из последующего изложения, работа почечных канальцев в процессе осмотического концентрирования мочи похожа на описанную модель.

В зависимости от состояния водного баланса организма почки выделя­ют гипотоническую (осмотическое разведение) или, напротив, осмотиче­ски концентрированную (осмотическое концентрирование) мочу. В про- 508

А — состояние водного диуреза; Б — состояние антидиуреза; Э — электролиты; НЭ — не­электролиты; ДК — дистальный сегмент нефрона; М — мочевина. Цифры у просвета клу­бочка обозначают в процентах долю Э и НЭ в воде (HjO) ультрафильтрата и реабсорбцию этих веществ (цифры у обозначений Э и НЭ в корковом веществе). Цифры в просвете ка­нальца и вне нефрона без специальных буквенных обозначений указывают на осмоляль­ность жидкости в соответствующем месте почки.

цессе осмотического концентрирования мочи в почке принимают участие все отделы канальцев, сосуды мозгового вещества, интерстициальная ткань, которые функционируют как поворотно-противоточная множите­льная система. Из 100 мл фильтрата, образовавшегося в клубочках, около 60—70 мл реабсорбируется к концу проксимального сегмента. Концентра­ция осмотически активных веществ в оставшейся в канальцах жидкости такая же, как и в ультрафильтрате плазмы крови, хотя состав жидкости от­личается от состава ультрафильтрата вследствие реабсорбции ряда веществ вместе с водой в проксимальном канальце (рис. 11.6). Далее канальцевая жидкость переходит из коркового вещества почки в мозговое, перемеща­ясь по петле нефрона до вершины мозгового вещества (где каналец изги­бается на 180°), переходит в восходящий отдел петли и движется в направ­лении от мозгового к корковому веществу почки.

Функциональное значение различных отделов петли нефрона неодно­значно. Поступающая из проксимального канальца в тонкий нисходящий отдел петли нефрона жидкость попадает в зону почки, в интерстициаль­ной ткани которой концентрация осмотически активных веществ выше, чем в корковом веществе почки. Это повышение осмоляльной концентра­ции в наружной зоне мозгового вещества обусловлено деятельностью тол­стого восходящего отдела петли нефрона. Его стенка непроницаема для воды, а клетки транспортируют Cl~, Na⁺ в интерстициальную ткань. Стен­ка нисходящего отдела петли проницаема для воды. Вода всасывается из просвета канальца в окружающую интерстициальную ткань по осмотиче­скому градиенту, а осмотически активные вещества остаются в просвете канальца. Концентрация осмотически активных веществ в жидкости, по­ступающей из восходящего отдела петли в начальные отделы дистального извитого канальца, составляет уже около 200 мосмоль/кг Н2О, т. е. она ниже, чем в ультрафильтрате. Поступление С1" и Na⁺ в интерстициальную ткань мозгового вещества увеличивает концентрацию осмотически актив­ных веществ (осмоляльная концентрация) межклеточной жидкости в этой зоне почки. На такую же величину растет и осмоляльная концентрация жидкости, находящейся в просвете нисходящего отдела петли. Это обу­словлено тем, что через водопроницаемую стенку нисходящего отдела пет­ли нефрона в интерстициальную ткань по осмотическому градиенту пере­ходит вода, в то же время осмотически активные вещества остаются в про­свете этого канальца.

Чем дальше от коркового вещества по длиннику почечного сосочка на­ходится жидкость в нисходящем колене петли, тем выше ее осмоляльная концентрация. Таким образом, в каждых соседних участках нисходящего отдела петли имеется лишь небольшое нарастание осмотического давле­ния, но вдоль мозгового вещества почки осмоляльная концентрация жид­кости в просвете канальца и в интерстициальной ткани постепенно растет от 300 до 1450 мосмоль/кг ЩО.

На вершине мозгового вещества почки осмоляльная концентрация жидкости в петле нефрона возрастает в несколько раз, а ее объем умень­шается. При дальнейшем движении жидкости по восходящему отделу пет­ли нефрона, особенно в толстом восходящем отделе петли, продолжается реабсорбция С1~ и Na⁺, вода же остается в просвете канальца. В началь­ные отделы дистального извитого канальца всегда — и при водном диуре­зе, и при антидиурезе — поступает гипотоническая жидкость, концентра­ция осмотически активных веществ в которой менее 200 мосмоль/кг Н2О.

При уменьшении мочеотделения (антидиурез), вызванном инъекцией АДГ или секрецией АДГ нейрогипофизом при дефиците воды в организ­ме, увеличивается проницаемость стенки конечных частей дистального сегмента (связующий каналец) и собирательных трубок для воды. Из ги­потонической жидкости, находящейся в связующем канальце и собира­тельной трубке коркового вещества почки, вода реабсорбируется по осмо­тическому градиенту, осмоляльная концентрация жидкости в этом отделе увеличивается до 300 мосмоль/кг Н2О, т. е. становится изоосмотичной крови в системном кровотоке и межклеточной жидкости коркового веще­ства почки. Концентрирование мочи продолжается в собирательных труб­ках; они проходят параллельно канальцам петли нефрона через мозговое вещество почки. Как отмечалось выше, в мозговом веществе почки посте­пенно возрастает осмоляльная концентрация жидкости и из мочи, находя­щейся в собирательных трубках, реабсорбируется вода; концентрация осмотически активных веществ в жидкости просвета канальца выравнива­ется с таковой в интерстициальной жидкости на вершине мозгового веще­ства. В условиях дефицита воды в организме усиливается секреция АДГ, что увеличивает проницаемость стенок конечных частей дистального сег­мента и собирательных трубок для воды.

В отличие от наружной зоны мозгового вещества почки, где повышение осмолярной концентрации основано главным образом на транспорте Na⁺ и С1~, во внутреннем мозговом веществе почки это повышение обусловлено участием ряда веществ, среди которых важнейшее значение имеет мочеви­на — для нее стенки проксимального канальца проницаемы. В проксималь­ном канальце реабсорбируется до 50 % профильтровавшейся мочевины, од­нако в начале дистального канальца количество мочевины несколько боль­ше, чем количество мочевины, поступившей с фильтратом. Оказалось, что имеется система внутрипочечного кругооборота мочевины, которая участ­вует в осмотическом концентрировании мочи. При антидиурезе АДГ увели­чивает проницаемость собирательных трубок мозгового вещества почки не только для воды, но и для мочевины. В просвете собирательных трубок вследствие реабсорбции воды повышается концентрация мочевины. Когда проницаемость канальцевой стенки для мочевины увеличивается, она диф­фундирует в мозговое вещество почки. Мочевина проникает в просвет пря­мого сосуда и тонкого отдела петли нефрона. Поднимаясь по направлению к корковому веществу почки по прямому сосуду, мочевина непрерывно участвует в противоточном обмене, диффундирует в нисходящий отдел пря­мого сосуда и нисходящую часть петли нефрона. Постоянное поступление во внутреннее мозговое вещество мочевины, Na⁺ и С1", реабсорбируемых клетками тонкого восходящего отдела петли нефрона и собирательных тру­бок, удержание этих веществ благодаря деятельности противоточной систе­мы прямых сосудов и петель нефрона обеспечивают повышение концентра­ции осмотически активных веществ во внеклеточной жидкости во внутрен­нем мозговом веществе почки. Вслед за увеличением осмоляльной концен­трации окружающей собирательную трубку интерстициальной жидкости возрастает реабсорбция воды из нее и повышается эффективность осморе­гулирующей функции почки. Эти данные об изменении проницаемости ка­нальцевой стенки для мочевины позволяют понять, почему очищение от мочевины уменьшается при снижении мочеотделения.

Прямые сосуды мозгового вещества почки, подобно канальцам петли нефрона, образуют противоточную систему. Благодаря такому расположе­нию прямых сосудов обеспечивается эффективное кровоснабжение мозго­вого вещества почки, но не происходит вымывания из крови осмотически активных веществ, поскольку при прохождении крови по прямым сосудам наблюдаются такие же изменения ее осмотической концентрации, как и в тонком нисходящем отделе петли нефрона. При движении крови по на­правлению к вершине мозгового вещества концентрация осмотически ак­тивных веществ в ней постепенно возрастает, а во время обратного движе­ния крови к корковому веществу соли и другие вещества, диффундирую­щие через сосудистую стенку, переходят в интерстициальную ткань. Тем самым сохраняется градиент концентрации осмотически активных ве­ществ внутри почки и прямые сосуды функционируют как противоточная система. Скорость движения крови по прямым сосудам определяет коли­чество удаляемых из мозгового вещества солей и мочевины и отток реаб­сорбируемой воды.

В случае водного диуреза функции почек отличаются от описанной ра­нее картины. Проксимальная реабсорбция не изменяется, в дистальный сегмент нефрона поступает такое же количество жидкости, как и при ан­тидиурезе. Осмоляльность мозгового вещества почки при водном диурезе в 3 раза меньше, чем на максимуме антидиуреза, а осмотическая концент­рация жидкости, поступающей в дистальный сегмент нефрона, такая же — приблизительно 200 мосмоль/кг HjO. При водном диурезе стенка конеч­ных отделов почечных канальцев остается водопроницаемой, а из протека­ющей мочи клетки продолжают реабсорбировать Na⁺. В итоге выделяется

гипотоническая моча, концентрация осмотически активных веществ в ко­торой может снижаться до 50 мосмоль/кг HjO. Проницаемость канальцев для мочевины низкая, поэтому мочевина экскретируется с мочой, не на­капливаясь в мозговом веществе почки.

Таким образом, деятельность петли нефрона, конечных частей дисталь­ного сегмента и собирательных трубок обеспечивает способность почек вырабатывать большие объему разведенной (гипотоническая) мочи — до 900 мл/ч, а при дефиците воды экскретировать всего 10—12 мл/ч мочи, в

4,5 раза более осмотически концентрированной, чем кровь. Способность почки осмотически концентрировать мочу исключительно развита у неко­торых пустынных грызунов, что позволяет им длительное время обходить­ся без воды.

11.2.7. Гомеостатические функции почек

Для поддержания почками постоянства объема и состава внутренней среды, и прежде всего крови, существуют специальные системы рефлек­торной регуляции, включающие специфические рецепторы, афферентные пути и нервные центры, где происходит переработка информации. Коман­ды к почке поступают по эфферентным нервам или гуморальным путем.

В целом перестройка работы почки, ее приспособление к непрестанно изменяющимся условиям определяются преимущественно влиянием на гломерулярный и канальцевый аппарат аргинин-вазопрессина [антидиуре- тический гормон (АДГ)], альдостерона, паратирина и ряда других гормо­нов.

Роль почек в осмо- и волюморегуляции. Почки являются основным ор­ганом осморегуляции. Они обеспечивают выделение избытка воды из ор­ганизма в виде гипотонической мочи при увеличенном содержании воды (гипергидратация) или экономят воду и экскретируют мочу, гипертониче­скую по отношению к крови, при обезвоживании организма (дегидрата­ция).

После питья воды или при ее избытке в организме снижается концент­рация растворенных осмотически активных веществ в крови и падает ее осмоляльность. Это уменьшает активность центральных осморецепторов, расположенных в области супраоптического ядра гипоталамуса, а также периферических осморецепторов, имеющихся в печени, почке и других ор­ганах, что приводит к снижению секреции АДГ нейрогипофизом и увели­чению выделения воды почкой. Центральные осморецепторы открыл анг­лийский физиолог Верней, а представление об осморегулирующем реф­лексе и периферических осморецепторах разработал А. Г Гинецинский.

При обезвоживании организма или введении в сосудистое русло гипер­тонического раствора NaCl увеличивается концентрация осмотически ак­тивных веществ в плазме крови, возбуждаются осморецепторы, усиливает­ся секреция АДГ, возрастает всасывание воды в канальцах, уменьшается мочеотделение и выделяется осмотически концентрированная моча (схема 11.1). В эксперименте было показано, что, помимо осморецепторов, сек­рецию АДГ стимулируют натрийрецепторы. При введении в область III желудочка мозга гипертонического раствора NaCl наблюдался антидиу­рез, если же вводить в то же место гипертонический раствор сахарозы, то мочеотделение не уменьшается.

Осморецепторы высокочувствительны к сдвигам концентрации осмоти­чески активных веществ в плазме крови. При увеличении концентрации в 512

Схема 11.1. Регуляция водо- и электролитовыделительной функции почки

 

плазме осмотически активных веществ на 1 % (около 3 мосмоль/кг HjO) концентрация аргинин-вазопрессина в плазме крови у человека возрастает на 1 пг/мл^[II] Повышение концентрации осмотически активных веществ в плазме на 1 мосмоль/кг ЩО вызывает благодаря выделению АДГ увеличе­ние осмотической концентрации мочи почти на 100 мосмоль/кг HjO, а переход от состояния водного диуреза до максимального осмотического концентрирования мочи требует десятикратного возрастания активности АДГ в крови — с 0,5 до 5 пг/мл.

Помимо осмо- и натрийрецепторов, уровень секреции АДГ определяет активность волюморецепторов, воспринимающих изменение объема внут­рисосудистой и внеклеточной жидкости. Ведущее значение в регуляции секреции АДГ имеют рецепторы, которые реагируют на изменение напря­жения сосудистой стенки в области низкого давления. Прежде всего это рецепторы левого предсердия, импульсы от которых передаются в ЦНС по афферентным волокнам блуждающего нерва. При увеличении кровена­полнения левого предсердия активируются волюморецепторы и угнетается секреция АДГ, что вызывает усиление мочеотделения. Поскольку актива­ция волюморецепторов в отличие от осморецепторов обусловлена увели­чением объема жидкости, т. е. возросшим содержанием в организме воды и солей натрия, возбуждение волюморецепторов приводит к увеличению экскреции почкой не только воды, но и натрия. Эти процессы связаны с секрецией натрийуретического гормона, уменьшением секреции ренина, ангиотензина, альдостерона, при этом снижается тонус симпатической нервной системы, в результате уменьшается реабсорбция натрия и возрас­тают натрийурез и мочеотделение. В конечном счете восстанавливается объем крови и внеклеточной жидкости.

Роль почек в регуляции ионного состава крови. Почки являются эффек­торным органом системы ионного гомеостаза. В организме существуют системы регуляции баланса каждого из ионов. Для некоторых ионов уже описаны специфические рецепторы, например натрийрецепторы. Рефлек­торная регуляция транспорта ионов в почечных канальцах осуществляется как периферическими, так и центральными нервными механизмами.

Регуляция реабсорбции и секреции ионов в почечных канальцах осуще­ствляется несколькими гормонами. Реабсорбция натрия возрастает в ко­нечных частях дистального сегмента нефрона и собирательных трубках пбд влиянием гормона коркового вещества надпочечника альдостерона. Этот гормон выделяется в кровь при уменьшении концентрации натрия в плазме крови и уменьшении объема циркулирующей крови. В усилении выделения натрия почкой участвует натрийуретический гормон, одним из мест образования которого являются предсердия. При увеличении объема циркулирующей крови, повышении объема внеклеточной жидкости в ор­ганизме усиливается секреция в кровь этого пептидного гормона.

Секрецию калия в дистальном сегменте и собирательных трубках уси­ливает альдостерон. Инсулин уменьшает выделение калия Алкалоз сопро­вождается усилением выделения калия, а при ацидозе калийурез уменьша­ется.

При уменьшении концентрации кальция в крови паращитовидные же­лезы выделяют паратгормон, который способствует нормализации уровня кальция в крови, в частности благодаря увеличению его реабсорбции в по­чечных канальцах и высвобождению из кости. При гиперкальциемии, а также под влиянием гастрина (или подобного ему вещества), вырабатыва­емого в пищеварительном тракте в процессе всасывания кальция, стиму­лируется выделение в кровь парафолликулярными клетками щитовидной железы кальцитонина, который способствует уменьшению концентрации Са²⁺ в плазме крови благодаря увеличению экскреции этого иона почкой и переходу Са²⁺ в кость. В регуляции обмена Са²⁺ участвуют образующие­ся в почке активные формы витамина D3, в частности 1,25(ОН)г-холекаль- циферол. В почечных канальцах регулируется уровень реабсорбции Mg²⁺ Cl^-, SO^^-, а также микроэлементов.

Роль почек в регуляции кислотно-основного состояния. Почки участвуют в поддержании постоянства концентрации Н⁺ в крови, экскретируя кис­лые продукты обмена. Активная реакция мочи у человека и животных мо­жет очень резко меняться в зависимости от состояния кислотно-основного состояния организма. Концентрация Н⁺ при ацидозе и алкалозе различа­ется почти в 1000 раз, при ацидозе pH может снижаться до 4,5, при алка­лозе — превышать 8,0. Это способствует участию почек в стабилизации pH плазмы крови на уровне 7,36. Механизм подкисления мочи основан на секреции клетками канальцев Н⁺ В апикальной плазматической мембра­не и цитоплазме клеток различных отделов нефрона находится фермент карбоангидраза (КА), катализирующий реакцию гидратации COj:

СО₂ + Н₂О о Н₂СО₃ о Н⁺ + HCOJ.

Секреция Н⁺ создает условия для реабсорбции вместе с гидрокарбона­том эквивалентного количества Na⁺ Наряду с натрий-калиевым насосом и электрогенным натриевым насосом, обусловливающим перенос Na⁺ с СГ, реабсорбция Na⁺ с гидрокарбонатом играет важную роль в поддержа­нии натриевого баланса. Фильтрующийся из плазмы крови гидрокарбонат соединяется с секретированным клеткой Н⁺ и в просвете канальца пре­

вращается в Н2СО3. Образование Н⁺ происходит следующим образом Внутри клетки вследствие гидратации СО2 образуется Н2СО3 и диссоции­рует на Н⁺ и НСО3. В просвет канальца секретируется Н⁺, протоны свя­зываются не только с НСОз, но и с такими соединениями, как двузаме­щенный фосфат (Na2HPO4), и некоторыми другими, в результате чего уве­личивается экскреция титруемых кислот (ТА^-) с мочой. Это способствует выделению кислот и восстановлению резерва оснований в плазме крови. Наконец, секретируемый Н⁺ может связываться в просвете канальца с NH3, образующимся в клетке при дезаминировании глутамина и ряда ами­нокислот и диффундирующим через мембрану в просвет канальца, в кото­ром образуется ион аммония: NH3 + Н⁺ -> NH^ Этот процесс способст­вует сбережению в организме Na* и К⁺, которые реабсорбируются в ка­нальцах. Таким образом, общая экскреция кислот почкой складывается из трех компонентов — титруемых кислот, аммония и гидрокарбоната.

При питании мясом образуется большое количество кислот и моча ста­новится кислой, а при потреблении растительной пищи pH сдвигается в основную сторону. При интенсивной физической работе из мышц в кровь поступает значительное количество молочной и фосфорной кислот и поч­ки увеличивают выделение «кислых» продуктов с мочой.

11.2.8. Экскреторная функция почек

Почки играют ведущую роль в выделении из крови нелетучих конечных продуктов обмена и чужеродных веществ, попавших во внутреннюю среду организма. В процессе метаболизма белков и нуклеиновых кислот образу­ются различные продукты азотистого обмена (у человека — мочевина, мо­чевая кислота, креатинин и др.). Катаболизм пуриновых оснований в ор­ганизме человека останавливается на уровне образования мочевой кисло­ты, в клетках некоторых животных имеются ферменты, обеспечивающие распад пуриновых оснований до СО2 и аммиака. Мочевая кислота в почке человека фильтруется в клубочках, затем реабсорбируется в канальцах, часть мочевой кислоты секретируется клетками в просвет нефрона. Обыч­но экскретируемая фракция мочевой кислоты довольно низкая (9,8 %), что указывает на реабсорбцию значительного количества мочевой кислоты в канальцах. Интерес к изучению механизмов транспорта мочевой кисло­ты в почечных канальцах обусловлен резко возросшей частотой заболева­ния подагрой, при которой нарушен обмен мочевой кислоты.

Образующийся в течение суток креатинин, источником которого слу­жит креатинфосфорная кислота, выделяется почками. Его суточная экск­реция зависит не столько от потребления мяса с пищей, сколько от массы мышц тела. Креатинин, как и мочевина, свободно фильтруется в почеч­ных клубочках, с мочой выводится весь профильтровавшийся креатинин, в то время как мочевина частично реабсорбируется в канальцах.

Помимо перечисленных, имеется много разнообразных веществ, посто­янно удаляемых почкой из крови. О том, какие вещества удаляет или раз­рушает почка, можно судить при изучении состава крови у людей с уда­ленными почками. В их крови, помимо мочевины, креатинина, мочевой кислоты, накапливаются гормоны (глюкагон, паратирин, гастрин), фер­менты (рибонуклеаза, ренин), производные индола, глюкуроновая кислота и др.

Существенно, что физиологически ценные вещества при их избытке в крови начинают экскретироваться почкой. Это относится как к неоргани-

ческим веществам, о которых шла речь выше при описании осмо-, волю- мо- и ионорегулирующей функции почек, так и к органическим вещест­вам — глюкозе, аминокислотам. Повышенная экскреция этих веществ мо­жет в условиях патологии наблюдаться и при нормальной концентрации в крови, когда нарушена работа клеток, реабсорбирующих то или иное про­фильтровавшееся вещество из канальцевой жидкости в кровь.

11.2.9. Инкреторная функция почек

В почках вырабатывается несколько биологически активных веществ, позволяющих рассматривать ее как инкреторный орган. Гранулярные клетки юкстагломерулярного аппарата выделяют в кровь ренин при умень­шении АД в почке, снижении содержания натрия в организме, при пере­ходе человека из горизонтального положения в вертикальное. Уровень вы­броса ренина из клеток в кровь изменяется и в зависимости от концентра­ции Na⁺ и С1^_ в области плотного пятна дистального канальца, обеспечи­вая регуляцию электролитного и клубочково-канальцевого баланса. Ренин синтезируется в гранулярных клетках афферентной артериолы юкстагло­мерулярного аппарата и представляет собой протеолитический фермент. В плазме крови он отщепляет от ангиотензиногена, находящегося главным образом во фракции аз-глобулина, физиологически неактивный пептид, состоящий из 10 аминокислот, — ангиотензин I. В плазме крови под влия­нием ангиотензинпревращающего фермента от ангиотензина I отщепля­ются 2 аминокислоты и он превращается в активное сосудосуживающее вещество ангиотензин II. Он повышает АД благодаря сужению артериаль­ных сосудов, усиливает секрецию альдостерона, увеличивает чувство жаж­ды, регулирует реабсорбцию натрия в дистальных отделах канальцев и со­бирательных трубках. Все перечисленные эффекты способствуют норма­лизации объема крови и АД.

В почке синтезируется активатор плазминогена — урокиназа. В мозго­вом веществе почки и клубочках образуются простагландины. Они участву­ют, в частности, в регуляции почечного и общего кровотока, увеличивают выделение натрия с мочой, уменьшают чувствительность клеток канальцев к АДГ Клетки почки извлекают из плазмы крови образующийся в печени прогормон — витамин D3 и превращают его в физиологически активный гормон — активные формы витамина D3. Этот стероид стимулирует обра­зование кальцийсвязывающего белка в кишечнике, способствует освобож­дению кальция из костей, регулирует его реабсорбцию в почечных каналь­цах. Почка является местом продукции эритропоэтина, стимулирующего эритропоэз в костном мозге. В почке вырабатывается брадикинин, являю­щийся сильным вазодилататором.

11.2.10. Метаболическая функция почек

Почки участвуют в обмене белков, липидов и углеводов. Не следует смешивать понятия «метаболизм почек», т. е. процесс обмена веществ в их паренхиме, благодаря которому осуществляются все формы деятельности почек, и «метаболическая функция почек». Данная функция обусловлена участием почек в обеспечении постоянства концентрации в крови ряда физиологически значимых органических веществ. В почечных клубочках фильтруются измененные белки, низкомолекулярные белки, пептиды. 516

Клетки проксимального отдела нефрона расщепляют их до аминокислот или дипептидов и транспортируют через базальную плазматическую мемб­рану в кровь. Это способствует восстановлению в организме фонда амино­кислот, что важно при дефиците белков в рационе. При заболеваниях по­чек эта функция может нарушаться. Почки способны синтезировать глю­козу (глюконеогенез) При длительном голодании почки могут синтезиро­вать до 50 % от общего количества глюкозы, образующейся в организме и поступающей в кровь. Почки являются местом синтеза фосфатидилинози- та — необходимого компонента плазматических мембран. Для энерготрат почки могут использовать глюкозу или свободные жирные кислоты. При низком уровне глюкозы в крови клетки почки в большей степени расходу­ют жирные кислоты, при гипергликемии преимущественно расщепляется глюкоза. Значение почек в липидном обмене состоит в том, что свободные жирные кислоты могут в клетках почек включаться в состав триацилгли- церина и фосфолипидов и в виде этих соединений поступать в кровь.

11.2.11. Принципы регуляции реабсорбции и секреции веществ в клетках почечных канальцев

Почки способны в широком диапазоне изменять интенсивность транс­порта различных веществ- воды, электролитов и неэлектролитов. Это яв­ляется непременным условием выполнения почкой ее основного назначе­ния — стабилизации основных физических и химических показателей жидкостей внутренней среды. Широкий диапазон изменения скорости ре­абсорбции каждого из профильтровавшихся в просвет канальца веществ, необходимых для организма, требует существования соответствующих ме­ханизмов регуляции функций клеток. Действие гормонов и медиаторов, влияющих на транспорт ионов и воды, состоит в изменении функций (или числа) ионных или водных каналов, переносчиков, ионных насосов. Изве­стно несколько вариантов биохимических механизмов, с помощью кото­рых гормоны и медиаторы регулируют транспорт веществ клеткой нефро­на. В одном случае происходит активирование генома и усиливается син­тез специфических белков, ответственных за реализацию гормонального эффекта, в другом — изменение проницаемости и работы насосов проис­ходит без непосредственного участия генома.

Сравнение особенностей действия альдостерона и вазопрессина позво­ляет раскрыть сущность обоих вариантов регуляторных влияний. Альдо­стерон увеличивает реабсорбцию Na⁺ в клетках почечных канальцев. Из внеклеточной жидкости альдостерон проникает через базальную плазма­тическую мембрану в цитоплазму клетки, соединяется с рецептором, и об­разовавшийся комплекс поступает в ядро (рис. 11.7). В ядре стимулируется ДНК-зависимый синтез тРНК и активируется образование белков, необ­ходимых для увеличения транспорта Na⁺ Альдостерон стимулирует синтез компонентов натриевого насоса (Na⁺—К⁺-АТФазы), ферментов цикла трикарбоновых кислот и натриевых каналов, по которым Na⁺ входит в клетку через апикальную мембрану из просвета канальца. В обычных, фи­зиологических условиях одним из факторов, ограничивающих реабсорб­цию Na⁺, является проницаемость для Na⁺ апикальной плазматической мембраны. Возрастание числа натриевых каналов или времени их откры­того состояния увеличивает вход Na⁺ в клетку, повышает содержание Na⁺ в ее цитоплазме и стимулирует активный перенос Na⁺ и клеточное ды­хание.

		-| У2-рецептор
								Цитоплазматический рецептор альдостерона
				цАМФ
			Ядро —►РНК г
										Энерго­снабжение V транспорта натрия
	Протеинкиназа А
										Натриевый канал

	Н2О		Н2О

Рис. 11.7. Механизм действия альдостерона и вазопрессина на реабсорбцию на­трия и воды. Объяснение в тексте.

Увеличение секреции К⁺ под влиянием альдостерона обусловлено воз­растанием калиевой проницаемости апикальной мембраны и транспорта К⁺ из клетки в просвет канальца. Усиление синтеза Na⁺—К⁺-АТФазы при действии альдостерона обеспечивает усиленное поступление К⁺ в клетку из внеклеточной жидкости и благоприятствует секреции К⁺

Другой вариант механизма клеточного действия гормонов рассмотрим на примере АДГ (вазопрессин). Он взаимодействует со стороны внекле­точной жидкости с У₂-рецептором, локализованным в базальной плазма­тической мембране клеток конечных частей дистального сегмента и соби­рательных трубок. При участии G-белков происходит активация фермента аденилатциклазы и из АТФ образуется 3’,5’-АМФ (цАМФ), который сти­мулирует протеинкиназу А и встраивание водных каналов (аквапорины) в апикальную мембрану. Это приводит к увеличению проницаемости для воды. В дальнейшем цАМФ разрушается фосфодиэстеразой и превращает­ся в 5’-АМФ

11.2.12. Регуляция деятельности почек

Почка служит исполнительным органом в цепи различных рефлексов, обеспечивающих постоянство состава и объема жидкостей внутренней среды. В ЦНС поступает информация о состоянии внутренней среды, происходит интеграция сигналов и обеспечивается регуляция деятельно­сти почек при участии эфферентных нервов или эндокринных желез, гор­моны которых регулируют процесс мочеобразования. Работа почки, как и других органов, подчинена не только безусловнорефлекторному контро­лю, но и регулируется корой большого мозга, т. е. мочеобразование может меняться условнорефлекторным путем. Анурия, наступающая при болевом раздражении, может быть воспроизведена условнорефлекторным путем. Механизм болевой анурии основан на раздражении гипоталамических центров, стимулирующих секрецию вазопрессина нейрогипофизом. Наря- 518

ду с этим усиливаются активность симпатической части автономной нерв­ной системы и секреция катехоламинов надпочечниками, что и вызывает резкое уменьшение мочеотделения вследствие снижения клубочковой фильтрации и увеличения канальцевой реабсорбции воды.

Не только уменьшение, но и увеличение диуреза может быть вызвано условнорефлекторным путем. Многократное введение воды в организм со­баки в сочетании с действием условного раздражителя приводит к образо­ванию условного рефлекса, сопровождающегося увеличением мочеотделе­ния. Механизм условнорефлекторной полиурии в данном случае основан на том, что из коры большого мозга импульсы поступают в гипоталамус и уменьшается секреция АДГ Импульсы, поступающие по эфферентным нервам почки, регулируют гемодинамику и работу юкстагломерулярного аппарата почки, оказывают прямое влияние на реабсорбцию и секрецию ряда неэлектролитов и электролитов в канальцах. Импульсы, поступающие по адренергическим волокнам, стимулируют транспорт натрия, а по холи­нергическим — активируют реабсорбцию глюкозы и секрецию органиче­ских кислот. Механизм изменения мочеобразования при участии адренер­гических нервов обусловлен активацией аденилатциклазы и образованием цАМФ в клетках канальцев. Катехоламинчувствительная аденилатциклаза имеется в базолатеральных мембранах клеток дистальных извитых каналь­цев и начальных отделов собирательных трубок. Афферентные нервы почки играют существенную роль как информационное звено системы ионной ре­гуляции, обеспечивают осуществление рено-ренальных рефлексов

11.2.13. Количество, состав и свойства мочи

Диурезом называют количество мочи, выделяемое человеком за опреде­ленное время. Эта величина у здорового человека колеблется в широких пределах в зависимости от состояния водного обмена. При обычном вод­ном режиме за сутки выделяется 1—1,5 л мочи. Концентрация осмотиче­ски активных веществ в моче зависит от состояния водного обмена и со­ставляет 50—1450 мосмоль/кг Н₂О. После потребления значительного ко­личества воды и при функциональной пробе с водной нагрузкой (испытуе­мый выпивает воду в объеме 20 мл на 1 кг массы тела) скорость мочеотде­ления достигает 15—20 мл/мин. В условиях высокой температуры окружа­ющей среды вследствие возрастания потоотделения количество выделяе­мой мочи уменьшается. Ночью во время сна диурез меньше, чем днем.

Состав и свойства мочи. С мочой могут выделяться большинство ве­ществ, имеющихся в плазме крови, а также некоторые соединения, синте­зируемые в почке. С мочой выделяются электролиты, количество которых зависит от их потребления с пищей, а концентрация в моче — от уровня мочеотделения. Суточная экскреция Na⁺ составляет 40—220 ммоль, К⁺ — 25-125, СГ - 110-250, Са²⁺ - 1-4, Mg²⁺ - 1-5, SO²’ - 15-30 ммоль.

Почки служат главным органом экскреции конечных продуктов азоти­стого обмена. У человека при распаде белков образуется мочевина, состав­ляющая до 90 % азота мочи; ее суточная экскреция достигает 25—35 г. С мочой выделяется 0,4—1,2 г азота аммиака, 0,2—0,7 г мочевой кислоты (при потреблении пищи, богатой пуринами, выделение возрастает до 2— 3 г). Креатин, образующийся в мышцах из фосфокреатина, переходит в креатинин; его выделяется около 1,5 г/сут. В небольшом количестве в мочу поступают некоторые производные продуктов гниения белков в ки­шечнике — индол, скатол, фенол, они в основном обезвреживаются в

печени, где образуются парные соединения с серной кислотой — индок­силсерная, скатоксилсерная и другие кислоты. Белки в нормальной моче выявляются в очень небольшом количестве (суточная экскреция не пре­вышает 125 мг). Небольшая протеинурия наблюдается у здоровых людей после тяжелой физической нагрузки и исчезает после отдыха.

Глюкоза в моче в обычных условиях не выявляется. При избыточном потреблении сахара, когда концентрация глюкозы в плазме крови превы­шает 10 ммоль/л, при гипергликемии иного происхождения наблюдается глюкозурия — выделение глюкозы с мочой.

Цвет мочи зависит от величины диуреза и уровня экскреции пигментов. Цвет меняется от светло-желтого до оранжевого. Пигменты образуются из билирубина желчи в кишечнике, где билирубин превращается в уробилин и урохром, которые частично всасываются в кишечнике и затем выделя­ются почками. Часть пигментов мочи представляет собой окисленные в почке продукты распада гемоглобина.

С мочой выделяются различные биологически активные вещества и продук­ты их превращения, по которым в известной степени можно судить о функ­ции некоторых желез внутренней секреции. В моче обнаружены производ­ные гормонов коркового вещества надпочечников, эстрогены, АДГ, витами­ны (аскорбиновая кислота, тиамин), ферменты (амилаза, липаза, трансами­наза и др.). При патологии в моче обнаруживаются вещества, обычно в ней не выявляемые, — ацетон, желчные кислоты, гемоглобин и др.

11.2.14. Мочеиспускание

Образующаяся в почечных канальцах моча выделяется в почечную ча­шечку, а затем в фазе систолы почечной чашечки происходит опорожне­ние в почечную лоханку. Последняя постепенно заполняется мочой, и по достижении порога раздражения возникают импульсы от барорецепторов, сокращаются мышцы почечной лоханки, раскрывается просвет мочеточ­ника, и моча благодаря сокращениям его стенки продвигается в мочевой пузырь. Объем мочи в пузыре постепенно увеличивается, его стенка растя­гивается, но вначале напряжение стенок не изменяется и давление в моче­вом пузыре не растет. Когда объем мочи в пузыре достигает определенно­го предела, круто нарастает напряжение гладкомышечных стенок и повы­шается давление жидкости в его полости. Раздражение механорецепторов мочевого пузыря определяется растяжением его стенок, а не увеличением давления. Если поместить мочевой пузырь в капсулу, которая препятство­вала бы его растяжению, то повышение давления внутри пузыря не вызо­вет рефлекторных реакций. Существенное значение имеет скорость на­полнения пузыря: при быстром растяжении мочевого пузыря резко увели­чивается импульсация в афферентных волокнах тазового нерва. После опорожнения пузыря напряжение стенки уменьшается и быстро снижает­ся импульсация.

В процессе мочеиспускания моча выводится из мочевого пузыря в резу­льтате рефлекторного акта. Наступают сокращение гладкой мышцы стен­ки мочевого пузыря, расслабление внутреннего и наружного сфинктеров мочеиспускательного канала, сокращение мышц брюшной стенки и дна таза; в это же время происходит фиксация грудной стенки и диафрагмы. В результате моча, находившаяся в мочевом пузыре, выводится из него.

При раздражении механорецепторов мочевого пузыря импульсы по центростремительным нервам поступают в крестцовые отделы спинного 520

мозга, во II — IV сегментах которого находится рефлекторный центр моче­испускания. Первые позывы к мочеиспусканию появляются у человека, когда объем содержимого пузыря достигает 150 мл, усиленный поток им­пульсов наступает при увеличении объема до 200—300 мл. Спинальный центр мочеиспускания находится под влиянием вышележащих отделов мозга, изменяющих порог возбуждения рефлекса мочеиспускания. Тормо­зящие влияния на этот рефлекс исходят из коры большого мозга и средне­го мозга, возбуждающие — из заднего гипоталамуса и переднего отдела моста мозга.

Возбуждение центра мочеиспускания вызывает импульсацию в пара­симпатических волокнах тазовых внутренностных нервов, при этом стиму­лируется сокращение мышцы мочевого пузыря, давление в нем возрастает до 20—60 см вод. ст., расслабляется внутренний сфинктер мочеиспуска­тельного канала. Поток импульсов к наружному сфинктеру мочеиспуска­тельного канала уменьшается, его мышца — единственная исчерченная в мочевыводящих путях, иннервируемая соматическим нервом — ветвью полового нерва, расслабляется, и начинается мочеиспускание.

Раздражение рецепторов при растяжении стенки пузыря рефлекторно по эфферентным волокнам тазовых внутренностных нервов вызывает со­кращение мышцы мочевого пузыря и расслабление его внутреннего сфин­ктера. Растяжение пузыря и продвижение мочи по мочеиспускательному каналу ведет к изменению импульсации в половом нерве, и наступает рас­слабление наружного сфинктера. Движение мочи по мочеиспускательному каналу играет важную роль в акте мочеиспускания, оно рефлекторно по афферентным волокнам полового нерва стимулирует сокращение мочево­го пузыря. Поступление мочи в задние отделы мочеиспускательного кана­ла и его растяжение способствуют сокращению мышцы мочевого пузыря. Передача афферентных и эфферентных импульсов этого рефлекса осуще­ствляется по подчревному нерву.

11.2.15. Последствия удаления почки и искусственная почка

После удаления одной почки у человека и животных в течение несколь­ких недель увеличивается масса оставшейся почки, наступает ее компен­саторная гипертрофия. Клубочковая фильтрация возрастает в оставшейся почке почти в 1,5 раза по сравнению с исходным уровнем, увеличивается реабсорбционная и секреторная способность нефронов. Одна почка успешно обеспечивает стабильность состава внутренней среды. После уда­ления обеих почек или их выключения у человека в течение нескольких дней развивается уремия, в крови возрастает концентрация продуктов азо­тистого обмена, содержание мочевины может увеличиваться в 20—30 раз, нарушаются кислотно-основное состояние и ионный состав крови, разви­ваются слабость, расстройство дыхания, и через несколько дней наступает смерть.

Для временного замещения некоторых функций почек во время острой и хронической почечной недостаточности,'а также постоянно у больных с удаленными почками используется аппарат «искусственная почка». Он представляет собой диализатор, в котором через поры полупроницаемой мембраны кровь очищается от шлаков, в результате чего нормализуется ее состав. Сконструированы десятки различных типов аппаратов искусствен­ной почки — спиральный, улиточный, пластинчатый. В этих аппаратах используют пленки, радиус пор в которых около 3 нм. Через эти поры проходят (как и в почечном клубочке) низкомолекулярные компоненты плазмы, но не проникают белки. По одну сторону пленки непрерывно протекает кровь пациента, поступающая из артерии и после прохождения через аппарат вливаемая в его вену, по другую сторону находится раствор для диализа. Он по ионному составу и осмотической концентрации подо­бен плазме крови. Больного подключают к аппарату искусственная почка обычно 2—3 раза в неделю. С помощью этого метода удается поддержи­вать жизнь больных более 25 лет. Один сеанс гемодиализа длится несколь­ко часов. Важную роль в проведении регулярных гемодиализов сыграло использование артериовенозных шунтов, которые вживляют в лучевую ар­терию и вену предплечья, в результате чего исчезает необходимость хирур­гических операций перед каждым сеансом гемодиализа. В клинике гемо­диализ иногда сочетают с гемосорбцией, что дает возможность дополни­тельно удалить из крови ряд веществ, которые должна была бы экскрети­ровать почка.

11.2.16. Возрастные особенности структуры и функции почек

У человека к моменту рождения нефроны в основном сформированы. У новорожденного почечный плазмоток и гломерулярная фильтрация в несколько раз ниже, чем у взрослого человека. Эти показатели достигают уровня взрослого при расчете на стандартную величину площади поверх­ности тела к концу первого — началу второго года жизни. В клетках про­ксимальных канальцев у новорожденных резко снижена способность к секреции органических кислот, которая постепенно нарастает в течение первых нескольких месяцев жизни. В почках новорожденных недостаточ­но эффективно осуществляется осмотическое концентрирование мочи, слабо действует АДГ, что обусловлено незрелостью многих элементов по­чек. Определенную роль в низком осмотическом концентрировании мочи у детей первых месяцев жизни играют и высокая степень утилизации бел­ков, и обусловленная этим низкая концентрация мочевины в крови и моче, а следовательно, и в мозговом веществе почки.

Основные процессы, обеспечивающие мочеобразование, достигают уровня взрослого человека к началу второго года жизни и сохраняются до 45—50 лет, после чего происходит медленное снижение почечного плазмо­тока, гломерулярной фильтрации, канальцевой секреции, осмотического концентрирования мочи. Отмечается параллельное уменьшение крово­снабжения нефронов и функциональной способности их клеток.

 

^[I] Концентрация осмотически активных веществ; син.: осмотическая концентра­ция, осмоляльная концентрация, осмоляльность.

^[II] 1 пг (пикограмм) = Ю^-12 г.

---

Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 71; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!