Рис. 14.2. Типы и структура нефронов

 

1 — клубочек интракортикального нефрона; 2 — клубочек юкстамедуллярного нефрона; 3 — петля Генле интракортикального нефрона; 4 — петля Генле юкстамедуллярного нефрона; 5 — проксимальные извитые канальцы; 6 —дистальные извитые канальцы; 7 — собирательные трубочки; 8 — капиллярная сеть интракортикального нефрона; 9 — прямые капиллярные сосу­ды юкстамедуллярного нефрона; 10 — артерии и артериолы; 11 — венулы и вены.

Интракортикальные нефроны имеют короткие петли Генле, выносящая артериола клубочка образует густую капиллярную сеть вокруг канальцев. Юкстамедуллярные нефроны имеют длинные петли Генле, спускающиеся вглубь мозгового вещества к почечному сосочку и обра­зующие канальцевую противоточную систему почки, а выносящие артериолы клубочка фор­мируют в мозговом веществе почки прямые нисходящие и восходящие капиллярные сосуды, образующие сосудистую противоточную систему.

спускающийся в мозговое вещество почки, где поворачивает на 180° и пе­реходит в тонкую восходящую часть, соединяющуюся с дистальным отде­лом канальцев.

Дистальный отдел канальцев, состоящий из толстой восходящей части петли Генле или прямого отдела и извитой части. Восходящая часть по­крыта клетками, напоминающими клетки проксимального отдела, но ли­шенными щеточной каемки. Восходящая часть дистального канальца вновь входит в кору почки, подходит к клубочку и обязательно соприкаса­ется с его полюсом между приносящей и выносящей артериолами. Здесь эпителий канальца становится цилиндрическим, ядра клеток — гипер- хромными, этот участок выглядит темным, плотным, что и дало ему назва­ние macula densa — плотное пятно. Поскольку непрерывная базальная мембрана здесь отсутствует и клетки эпителия канальца имеют тесный

Рис. 14.3. Схема строения клубочка.

А — схематическое изображение клубочка в целом, Б — фрагмент трехслойного фильтрацион­ного барьера, В — увеличенный участок фильтрационного барьера. Отчетливо выявляются три слоя барьера: эндотелий капилляра клубочка, базальная мембрана и клетки висцерального ли­стка капсулы Боумена—Шумлянского (подоциты). Фильтрация воды с растворенными в ней веществами происходит из плазмы крови капилляра клубочка через фенестры эндотелия, по­ры базальной мембраны и щелевые диафрагмы между ножками подоцитов. Все эти структуры фильтрационного барьера имеют отрицательный заряд.

Из просвета канальца через люминальную мембрану клеток эпителия канальца происходит процесс реабсорбции воды и веществ, содержащихся в первичной моче. Поступившие в клет­ки вещества далее транспортируются через базолатеральные мембраны. Выведение через базо­латеральные мембраны натрия в интерстициальную жидкость способствует повышению ее ос­мотического давления и обеспечивает осмотический транспорт воды. Из интерстициальной жидкости вода и вещества всасываются в кровь перитубулярных капилляров. Клетки эпителия канальцев обладают также способностью захватывать вещества из кровеносных перитубуляр­ных капилляров и затем секретировать их в просвет канальца через люминальные мембраны.

контакт с гранулированными миоэпителиоидными клетками артериолы клубочка (юкстагломерулярными клетками), плотное пятно является структурой юкстагломерулярного аппарата почки. Дистальные извитые ка­нальцы через короткий связующий отдел впадают в коре почек в следую­щий отдел нефрона — собирательные трубки.

Собирательные трубки спускаются из коры почек вглубь мозгового ве­щества, где их эпителий из кубического становится цилиндрическим. Тем­ные цилиндрические эпителиальные клетки дистальных отделов собира­тельных трубок богаты карбоангидразой и обеспечивают секрецию ионов водорода. В глубине мозгового вещества в области вершин пирамид соби­рательные трубки сливаются в выводные протоки, открывающиеся в по­лость лоханки.

По особенностям локализации клубочков в коре почек, строения ка­нальцев и особенностям кровоснабжения различают три типа нефронов: суперфициальные, интракортикалъные и юкстамедуллярные (см. рис. 14.2).

Суперфициальные нефроны имеют поверхностно расположенные в ко­ре клубочки, наиболее короткую петлю Генле, их 20—30 %. Интракорти- кальные нефроны, клубочки которых расположены в средней части коры почки, наиболее многочисленны (60—70 %) и выполняют основную роль в процессах ультрафильтрации мочи. Диаметр их приносящей артериолы больше, чем у выносящей, ветви последней дают густую сеть капилляров в корковом и мозговом веществе. Юкстамедуллярных нефронов значительно меньше (10—15 %), клубочки их расположены у границы коркового и моз­гового вещества почки, выносящие артериолы шире приносящих, петли Генле самые длинные и спускаются почти до вершины сосочка пирамид. Выносящие артериолы образуют прямые капиллярные нисходящие и вос­ходящие сосуды, идущие в глубину мозгового вещества параллельно пет­лям Генле. Юкстамедуллярные нефроны играют ведущую роль в процессах концентрирования и разведения мочи.

Механизм мочеобразования складывается из трех основных процессов:

• клубочковой ультрафильтрации из плазмы крови воды и низкомоле­кулярных компонентов с образованием первичной мочи;

• канальцевой реабсорбции (обратного всасывания в кровь) воды и не­обходимых для организма веществ из первичной мочи;

• канальцевой секреции ионов, органических веществ эндогенной и экзогенной природы.

14.2.1.1. Клубочковая ультрафильтрация и ее регуляция

Процесс клубочковой ультрафильтрации (далее просто фильтрация) осу­ществляется под влиянием физико-химических и биологических факторов через структуры гломерулярного фильтра, находящегося на пути выхода жидкости из просвета капилляров клубочка в полость капсулы Боумена— Шумлянского. Гломерулярный фильтр состоит из 3 слоев: эндотелия капил­ляров, базальной мембраны и эпителия висцерального листка капсулы или подоцитов (см. рис. 14.3). Эндотелий капилляров пронизан отверстиями диаметром до 100 нм. На поверхности эндотелия находится особая выстил­ка отрицательно заряженными молекулами гликопротеинов, мешающая доступу форменных элементов и крупных молекул, в том числе и белков, к лежащей под эндотелием базальной мембране. Базальная мембрана являет­ся основной частью фильтра, препятствующей проникновению из плазмы крови крупномолекулярных соединений (белков). При этом не только раз­мер пор мембраны (около 2,9 нм), но и их отрицательный заряд противо­действуют прохождению молекул с отрицательным зарядом, например аль­буминов. Базальная мембрана довольно быстро «изнашивается» за счет не­прерывного процесса фильтрации, и ее элементы постоянно восстанавли­ваются с помощью мезангиальных клеток, при этом в течение года проис­ходит полная замена ее основного вещества. Третий слой фильтра образо­ван отростками подоцитов, между которыми остаются щелевые диафрагмы с диаметром пор около 10 нм, поры покрыты гликокаликсом, оставляю­щим отверстия радиусом около 3 нм. Эта часть фильтра также несет отри­цательный заряд.

Поскольку подоциты содержат внутри отростков — педикул актомиози­новые миофибриллы, они могут сокращаться и расслабляться, действуя как микронасосы, откачивающие фильтрат в полость капсулы. Эта актив­ность подоцитов составляет один из биологических факторов обеспечения процесса фильтрации, к числу которых относится также сокращение и расслабление мезангиальных клеток, изменяющих тем самым площадь по­верхности клубочкового фильтра.

Физико-химические факторы обеспечения фильтрации представлены от­рицательным зарядом структур фильтра и фильтрационным давлением, яв­ляющимся основной причиной фильтрационного процесса.

Фильтрационное давление — это сила, обеспечивающая движение жидко-

Капилляры Выносящая клубоч ка   артер иола

Сужение выносящей артериолы

Приносящая артериола

 

При сужении выносящей артериолы гидростатическое давление растет и скорость клубочко­вой фильтрации (СКФ) повышается, а при сужении приносящей артериолы гидростатическое давление и СКФ падают.

сти с растворенными в ней веществами из плазмы крови капилляров клу­бочка в просвет капсулы. Эта сила создается гидростатическим давлением крови в капилляре клубочка. Препятствующими фильтрации силами явля­ются онкотическое давление белков плазмы крови (так как белки почти не проходят через фильтр) и давление жидкости (первичной мочи) в полости капсулы клубочка. Таким образом, фильтрационное давление (ФД) пред­ставляет собой разность между гидростатическим давлением крови в ка­пиллярах (Рг) и суммой онкотического давления плазмы крови (Ро) и дав­ления первичной мочи (Рм) в капсуле: ФД - Рг — (Ро + Рм). По ходу ка­пилляров клубочка от приносящего к выносящему отделу гидростатиче­ское давление снижается за счет сосудистого сопротивления, а онкотиче­ское давление плазмы, благодаря потере фильтрующейся воды и сгуще­нию, возрастает. Гидростатическое давление крови в приносящей части капилляров клубочка высокое, примерно 50—60 мм рт. ст., т. е. выше, чем в капиллярах других тканей. Это связано, во-первых, с тем, что капилляры клубочка находятся близко к аорте (короткие почечные и внутрипочечные артерии), и, во-вторых,—диаметр приносящих артериол клубочка больше, чем у выносящих. Гидростатическое давление в выносящей части капилля­ров ниже на 2—5 мм рт. ст. Гидростатическое давление увеличивается или снижается при изменении соотношения диаметров приносящей и вынося­щей артериол, что является ведущим механизмом регуляции процесса фильтрации (рис. 14.5). Онкотическое давление белков плазмы крови в приносящей части капилляров клубочка около 25 мм рт. ст., а в вынося­щей части капилляров, благодаря фильтрации из плазмы воды, оно возрас­тает до 35—40 мм рт.ст. Давление первичной мочи в капсуле Боумена— Шумлянского примерно равно 15—20 мм рт. ст. Таким образом, ФД в приносящей части капилляров клубочка составляет в среднем: 60 — (25 + 15) = 20 мм рт. ст. В выносящей части капилляров фильтрации практиче­ски не происходит, так как ФД равно: 58 — (40 + 15) = 3 мм рт. ст.

Основной количественной характеристикой процесса фильтрации явля­ется скорость клубочковой фильтрации (СКФ). СКФ — это объем ультра­фильтрата или первичной мочи, образующийся в почках за единицу време­ни. Эта величина зависит от нескольких факторов: 1) от объема крови, точнее плазмы, проходящей через корковое вещество почек в единицу вре­мени, т. е. почечного плазмотока, составляющего в среднем у здорового человека массой 70 кг около 600 мл/мин; 2) фильтрационного давления, обеспечивающего сам процесс фильтрации; 3) фильтрационной поверхно­сти, которая равна примерно 2—3 % от общей поверхности капилляров клубочка (1,6 м²) и может изменяться при сокращении подоцитов и мезан­гиальных клеток; 4) массы действующих нефронов, т. е. числа клубочков, осуществляющих процесс фильтрации в определенный промежуток вре­мени.

В физиологических условиях СКФ поддерживается на довольно посто­янном уровне (несмотря на изменения системного артериального давле­ния) за счет механизмов ауторегуляции. К их числу относятся: 1) миоген- ная ауторегуляция тонуса приносящих артериол по принципу феномена Остроумова—Бейлиса; 2) канальцево-клубочковая обратная связь, приво­дящая к изменению соотношения тонуса приносящих и выносящих арте­риол клубочка. Вовлечение в регуляцию механизма обратной связи обу­словлено изменением доставки с фильтратом в область плотного пятна (macula densa) ионов натрия и хлора, что ведет к изменению продукции в ЮГА гуморальных регуляторов: аденозина (суживающий афферентные ар­териолы фактор), NO (дилатирующий артериолы фактор), ренина и ангио- тензина-П, кининов и простагландинов (рис. 14.6); 3) изменения числа функционирующих нефронов. Первые два механизма поддерживают по­стоянство кровотока в клубочках и фильтрационное давление, гумораль­ные регуляторы могут менять площадь фильтрационной поверхности и функции подоцитов, третий механизм определяет конечный эффект ауто­регуляции СКФ в органе, что в итоге обеспечивает постоянство объема об­разуемой первичной мочи.

СКФ определяют в результате сопоставления концентрации определен­ного вещества в плазме крови и моче. При этом используемое вещество должно выделяться вместе с водой только путем фильтрации и не всасы­ваться в нефроне обратно в кровь. Таким условиям больше всего соответ­ствует полисахарид фруктозы инулин. Исходя из концентрации инулина в плазме [Пин], и, определив его концентрацию в определенном объеме (V) конечной мочи [Мин], рассчитывают, какой объем первичной мочи соот­ветствует найденной концентрации инулина. Насколько выросла концен­трация инулина в конечной моче по сравнению с его концентрацией в плазме, во столько раз больше объем профильтровавшейся плазмы (т. е. первичной мочи) объема конечной мочи. Этот показатель получил назва­ние «клиренса» инулина или коэффициента очищения и рассчитывается по формуле:

_{Син =} Мин^умочи _{= скф (мл/мин) (}
показывающей, в каком объеме плазмы крови в единицу времени выдели-
лось в мочу найденное количество инулина или какой объем плазмы «очи-
стился» от инулина. По мере прохождения мочи по канальцам вода всасы-

Увеличение загрузки канальцев натрием и хлоридом 

Увеличение реабсорбции натрия и хлорида клетками - macula densa

Рис. 14.6. Канальцево-клубочковая обратная связь как механизм ауторегуляции клубочковой фильтрации.

Сплошные стрелки указывают последовательность реакций, штриховые стрелки ■—участки нефрона, где происходит соответствующий процесс. В качестве примера приведен случай пер­вичного повышения гидростатического давления в капиллярах клубочка при расширении при­носящей артериолы. В результате повышенного гидростатического давления растут скорость клубочковой фильтрации, объем образующейся первичной мочи и скорость ее продвижения по канальцам. При повышенной скорости тока мочи в проксимальных канальцах не успевает реабсорбироваться должная часть профильтровавшихся натрия и хлорида, соответственно, увеличивается загрузка дистальных отделов канальцев натрием и хлоридом и их реабсорбция клетками macula densa. Последние увеличивают синтез и секрецию в кровь аденозина, побуж­дают юкстагломерулярные клетки к активации синтеза и секреции ренина. Поступающий в кровь аденозин, равно как и образующийся в ней под влиянием ренина ангиотензин, вызыва­ют сужение приносящей артериолы клубочка, снижение гидростатического давления и восста­новление скорости клубочковой фильтрации.

вается обратно в кровь и концентрация инулина растет, что и находят в конечной моче.

Поскольку инулин в организме отсутствует, для определения СКФ его необходимо капельно вводить в кровоток, создавая постоянную концен­трацию. Это затрудняет исследование, поэтому в клинике обычно исполь­зуют эндогенное вещество креатинин, концентрация которого в крови до­вольно стабильна.

Таблица 14.1. Основные гуморальные влияния на процессы мочеобразовання

Процесс	Увеличивают	Уменьшают
Клубочковая	Простагландины — PGE2 и простациклин	Норадреналин и адреналин
фильтрация	Атриопептид Оксид азота Прогестерон Гл юкокорти коид ы Окситоцин Глюкагон Т-3 и Т-4 Паратирин Хорионический гонадотропин Допамин Брадикинин	Ангиотензин-П Аденозин Вазопрессин Тромбоксан А2 Лейкотриены Эндотелии
Канальцевая	Вазопрессин	Простагландины
реабсорбция	Пролактин	Атриопептид
воды	Ангиотензин-П Инсулин Эстрогены Хорионический гонадотропин	Кинины Паратирин Кальцитриол Т-3 и Т-4 Эпифизарный экстракт

 

Сравнивая клиренс инулина с клиренсом других веществ, определяют процессы, участвующие в выделении этих веществ с мочой. Если клиренс определенного вещества равен клиренсу инулина, значит вещество выде­ляется почками только путем фильтрации в клубочках. Если клиренс ве­щества больше клиренса инулина, следовательно, вещество выделяется не только за счет фильтрации, но и секрецией эпителием канальцев. Если клиренс вещества меньше, чем у инулина,— вещество после фильтрации реабсорбируется в канальцах.

В норме СКФ составляет у мужчин около 125 мл/мин, а у женщин — ПО мл/мин. В сутки образуется около 180 л первичной мочи, а за 25 мин фильтруется примерно 3 л плазмы крови, т. е. весь циркулирующий ее объем. За сутки этот объем плазмы крови фильтруется, т. е. очищается, примерно 60 раз. Так как объем конечной мочи составляет около 1,5 л в сутки, очевидно, что из объема первичной мочи за это время всасывается в канальцах обратно в кровь примерно 178,5 л жидкости.

Поскольку первичная моча (клубочковый ультрафильтрат) образуется из плазмы крови, по своему составу она близка плазме, почти полностью лишенной белков. Так, в ультрафильтрате такое же, как в плазме крови, количество аминокислот, глюкозы, мочевины, креатинина, свободных ио­нов и низкомолекулярных комплексов. В связи с тем что белки-анионы не проникают через клубочковый фильтр, для сохранения мембранного рав­новесия Доннана (равенства произведений концентрации противоположно заряженных ионов электролитов, находящихся по обе стороны мембраны) в первичной моче оказывается на 5 % больше концентрация анионов хло­ра и бикарбоната и пропорционально меньше концентрация катионов на­трия и калия, меньше концентрация одновалентных катионов (натрия и калия). В первичную мочу проходит небольшое количество наиболее мел­ких молекул белка — менее 3 % гемоглобина и 0,01 % альбуминов.

Регуляция СКФ осуществляется за счет нервных и гуморальных меха­низмов. Независимо от природы, регулирующие факторы влияют на СКФ за счет изменения: 1) тонуса артериол клубочков и, соответственно, объем­ного кровотока (плазмотока) через них и величины фильтрационного дав­ления; 2) тонуса мезангиальных клеток и фильтрационной поверхности; 3) активности подоцитов и их «отсасывающей» функции. Нервные влия­ния реализуются вазомоторными ветвями почечных нервов, преимущест­венно симпатической природы, обеспечивающими изменение соотноше­ния тонуса приносящих и выносящих артериол клубочков. Кроме того, симпатические влияния на юкстагломерулярные клетки через бета-адрено­рецепторы стимулируют секрецию ренина и тем самым реализуют ангио- тензинный механизм регуляции фильтрации (спазм выносящих и/или приносящих артериол). Гуморальные факторы (табл. 14.1) могут как увели­чивать, так и уменьшать клубочковую фильтрацию через три описанных выше механизма, причем эффекты вазопрессина реализуются через V,-pe- цепторы. Важнейшую роль в обеспечении постоянства СКФ играет мест­ная ауторегуляция коркового кровотока в почке.

14.2.1.2.Канальцевая реабсорбция и ее регуляция

При сравнении состава и количества первичной и конечной мочи выяв­ляется, что в канальцах нефрона происходит процесс обратного всасыва­ния воды и веществ, профильтровавшихся в клубочках, что необходимо для поддержания их внешнего баланса. Этот процесс называется каналь­цевой реабсорбцией и в зависимости от отдела канальцев, где он происхо­дит, различают реабсорбцию проксимальную и дистальную. В процессе ре­абсорбции вода и вещества из просвета канальцев через люминальную мембрану поступают в цитоплазму клеток эпителия, затем через базолате­ральную мембрану выносятся из клеток эпителия в интерстициальное пространство, после чего поступают в перитубулярные (околоканальце- вые) капилляры. Такой путь реабсорбции носит название трансцеллюляр- ного, в его основе лежат общие механизмы транспорта веществ через плазматические мембраны. Кроме того, возможен путь реабсорбции че­рез плотные соединения между клетками эпителия посредством простой диффузии или переносом вещества вместе с растворителем, что носит на­звание парацеллюлярного пути реабсорбции. Реабсорбция представляет со­бой транспорт веществ из мочи в лимфу и кровь, и в зависимости от ме­ханизма выделяют пассивный, первично и вторично активный транспорт (см. главу 2).

Проксимальная реабсорбция обеспечивает полное всасывание ряда ве­ществ первичной мочи — глюкозы, белка, аминокислот и витаминов. В проксимальном отделе канальцев всасывается ²/₃ профильтровавшихся воды и ионов натрия (рис. 14.7), большие количества ионов калия, двухва­лентных катионов, анионов хлора, бикарбоната, фосфата, а также мочевая кислота и мочевина. К концу проксимального отдела в его просвете оста­ется только 7з объема ультрафильтрата, и, хотя его состав из-за неодина­ковой реабсорбции разных компонентов уже существенно отличается от плазмы крови, осмотическое давление первичной мочи остается таким же, как в плазме.

Эпителий проксимального канальца хорошо проницаем для воды, бла­годаря наличию в апикальной мембране водных каналов, образованных особыми белковыми молекулами аквапоринами. В структурах нефрона опи­сано 6 типов аквапоринов, первый из них (AQP-1) имеется в мембранах клеток проксимальных канальцев (рис. 14.8). Всасывание воды происходит пассивно путем простой диффузии по осмотическому градиенту и прямо зависит от реабсорбции ионов натрия хлорида, других осмотически актив-

СКФ = 180 л/день [Na] плазмы = 140 ммоль/л

Фильтрационная загрузка Na+ = 25 200 ммоль/день

16 800 ммоль/день — 67 % фильтр, загрузки (ф. з.

6300 ммоль/день 25 % ф. з.

750 ммоль/день 3%ф. з.

V мочи = 1500 мл/день [Na] мочи = 100 ммоль/л

Экскреция Na = 150 ммоль/день 0,6 % ф. з.