Клубочковая фильтрация

Начальный этап мочеобразования представляет собой фильтрацию плазмы крови, протекающей по клубочковым капиллярам в капсулу почечного тельца. При этом образуется ультрафильтрат плазмы или первичная моча.

Качественный состав образовавшегося при этом фильтрата или первичной мочи определяется структурой гломерулярного фильтра (Код. 41.3.). Фильтр представляет собой многомембранную систему почечного тельца, включающую фенестрированный эндотелий, базальную мембрану и эпителиальные клетки.

1. Фенестрированный эндотелий. Отверстия диаметром до 100 нм покрытые гликокаликсом мешают проникновению форменных элементов крови и крупных молекул.

2. Базальная мембрана клубочка – трехслойный матрикс толщиной 300 нм, состоящий из веществ, продуцируемых соседними клетками. Входящие в состав базальной мембраны коллагеновые нити, образуют промежутки около 3-4 нм, выстланные гликокаликсом, что обеспечивает наименьшую проницаемость базальной мембраны из трех структур почечной мембраны.

3. Эпителиальные клетки капсулы – подоциты. Подоцит – спрутоподобная клетка, своими ножками покрывающая всю фильтрационную поверхность. Внутри ножек находятся нити актина и миозина, которые, сокращаясь и расслабляясь, работают как микронасосы, откачивая жидкость в полость капсулы. Ножки отростков соседних клеток переплетаются и создают щели размером 30–50 нм. Эти щели заняты фибриллярными структурами и гликокаликсом, уменьшающими размер щелей до 10 нм.

Следовательно, основным барьером в многомембранной системе почечного тельца является базальная мембрана.

Важно, что гломерулярный фильтр обладает избирательностью не только в отношении размера, но и заряда фильтруемых частиц. Дело в том, что поверхность всех компонентов фильтрационного барьера: и эндотелийоциты, и базальная мембрана, и поверхностный слой на подоцитах содержиат фиксированные отрицательные заряды (полианионы), которые отталкивают отрицательно заряженные макромолекулы во время процесса фильтрации. Таким образом, многомембранная система почечного тельца напоминает соковыжималку, сквозь которую легко проходит вода и низкомолекулярные вещества размером 2,5 нм, когда же размер молекулы превышает 4 нм, фильтрация становится ограниченной или невозможной.

Первичная моча отличается от крови отсутствием компонентов, размеры которых превышают поры в базальной мембране (Табл.41.7.). В первичной моче практически отсутствуют белки плазмы. Например, средний размер молекулы сывороточного альбумина составляет около 3,55 нм, тем не менее в первичную мочу попадает лишь 0,02% от его содержания в плазме. Поскольку прохождение альбумина затруднено главным образом из-за его отрицательного заряда.

Следовательно, качественный состав первичной мочи определяется

1. составом крови (так как первичная моча является ультрафильтратом плазмы)

2. характеристикой пор (прежде всего размер, а также их отрицательный заряд)

(В первичной моче отсутствуют форм.элементы крови и белки).

Количественной характеристикой фильтрации является скорость клубочковой фильтрации (СКФ). СКФ – объем первичной мочи, образующийся в единицу времени. У мужчин СКФ составляет 125 мл/мин, у женщин –110 мл/мин. В результате фильтрации за сутки образуется около 180 л ультрафильтрата. Вспомните, что во всех других капиллярах в сутки фильтруется только около 20 л.

Эффективность фильтрации поддерживается почечным кровотоком. Почечный кровоток (ПК) в среднем равен 1,1 л/мин, что составляет 20-25% минутного объема крови в покое (5 л/мин). Если нормальная величина гематокрита – 45%, то почечный плазмоток (ПП) – 605 мл/мин. Таким образом, из 605 мл плазмы, поступающей в клубочек по афферентным артериолам, профильтровывается только

125 мл, т.е. 20%. Отношение СКФ/ПП (доля плазмы, фильтруемая в клубочках) называют фильтрационной фракцией.

От чего зависит СКФ, почему образуется такой большой объем первичной мочи?

От фильтрационного градиента grad P_ф = P_ф /l, который является движущей силой клубочковой фильтрации.

P_ф – фильтрационное давление является результирующей взаимодействия сил, способствующих и противодействующих фильтрации (Табл.41.8.).

P_ф = (P_{гидр.крови} - P_{гидр.первичн.мочи}) – (P_{онк.крови} - P_{онк.первичн.мочи})

(65 - 15) - (30 - 0) = 20 мм рт ст.

P_{гидр.крови} в приносящей артериоле 65-70 мм рт ст. Поддержанию такого высокого давления способствуют (Код. 41.1.): меньший диаметр выносящей артериолы, что создает повышенное гемодинамическое сопротивление току крови через клубочек; близость к брюшному отделу аорты, от которого почечные артерии отходят под прямым углом в виде короткого ствола.

P_{гидр.первичн.мочи} в капсуле почечного тельца составляет 15 мм рт ст.

P_{онк.крови} в гломерулярном капилляре в среднем 30 мм рт ст.

P_{онк.первичн.мочи} можно не учитывать, т.к. его величина не превышает 1 – 3 мм рт ст.

Клубочковая фильтрация имеет место лишь в том случае, если давление крови в клубочковых капиллярах выше чем суммарное давление противоположно направленных сил онкотического и гидростатического первичной мочи (Табл.41.8.).

Таким образом, можно говорить об эффективном фильтрационном давлении – давлении при котором фильтрация возможна - если алгебраическая сумма сил, способствующих фильтрации (P_{гидр.крови} + P_{онк.перв.мочи}) будет превышать таковую препятствующих сил (P_{гидр.перв.мочи} + P_{онк.крови}). Оно составляет в среднем 20 мм рт ст.

Снижение градиента фильтрации приводит к тяжелым нарушениям гомеостазиса вследствие ослабления мочеобразования.

Фильтрация через мембрану капилляров зависит также от проницаемости мембраны и от размера поверхности, через которую происходит фильтрация. Общая поверхность клубочковых капилляров в почках человека составляет 1,6 м², из которых 2-3% занимает суммарная поверхность пор, в то время как в капиллярах мышц фильтрующая поверхность составляет 0,1%.

Произведение проницаемости и площади поверхности доступной для фильтрации называют коэффициентом фильтрации (К_ф).

Скорость клубочковой фильтрации поэтому может быть выражена следующим уравнением:

СКФ = grad P_ф х К_ф

Как мы уже говорили, процессы мочеобразования тесно связаны с кровотоком. И интенсивность его, и состав крови сказываются на составе мочи. При сопоставлении состава крови и состава конечной мочи, можно судить об активности конкретного процесса, протекающего в почках, т.е. о фильтрации, реабсорбции или секреции.

Для определения СКФ пользуются клиренсовым методом. Клиренс вещества – это объем плазмы, который полностью очищается от этого вещества почками за единицу времени.

Каждое вещество плазмы имеет свою собственную величину клиренса.

Для оценки СКФ используют нетоксичные вещества, которые свободно фильтруется в клубочке, не реабсорбируется, не секретируется в канальцах и не связывается с белками плазмы крови. Таким требованиям соответствует полисахарид ИНУЛИН. Следовательно, масса инулина, экскретируемого в единицу времени почками, равна массе вещества, профильтровавшегося за тот же период, т.е. клиренс инулина равен скорости его клубочковой фильтрации.

С_ин. = СКФ = [ин.]_м х V _м

[ин.]_пл.

Инулин является наилучшим веществом для измерения СКФ, но его нужно постоянно вводить внутривенно. Поэтому в клинической практике для измерения СКФ используется клиренс эндогенного креатинина, концентрация которого в крови довольно стабильна. Определение клиренса эндогенного креатинина получил название проба Реберга.

Клиренс любого вещества можно сравнить с клиренсом инулина. При этом, - если С_в-ва = С_in, вещество только фильтруется;

- если С_в-ва < С_in, вещество фильтруется и реабсорбируется;

[в-ва]_пл. х СКФ - [в-ва]_м х V _м

- если С_в-ва > С_in, вещество фильтруется и секретируется.

[в-ва]_м х V _м - [в-ва]_пл. х СКФ