Теории клубочкового мочеобразования

Секреторная теория. Берцелиус еще в 1890 г. считал почку же­лезой, секретирующей воду и растворенные в ней вешества. У не­которых рыб отсутствует капиллярный клубочек, капилляры окан­чиваются слепо.

Фильтрационная теория (К. Людвиг). Согласно фильтрационной теории, белки плазмы не могут проходить через почечный фильтр и остаются в кровотоке. Благодаря этому в плазме крови существует сила онкотического давления, равная 30 мм рт. ст., удерживающая воду в кровеносном русле и направленная против вектора гидро­статического давления крови. Вторая сила, направленная против него же, обусловлена гидростатическим давлением ультрафильтра­та — первичной мочи, заполняющей полость капсулы и почечных канальцев (20 мм рт. ст.).

Таким образом, эффективное фильтрационное давление образу­ется как результат алгебраической суммы всех составляющих:

^р_ад - (^ро„к + ^р_П1.,р) = Рфи^гр. = ⁷⁰ - (3° + 2°) = 20 мм рт. ст.

Теория активного транспорта. Объясняет образование ультра­фильтрата за счет избирательной проницаемости и активного транс­порта ингредиентов крови через трехслойный эпителий почечных капилляров и капсулы.

Скорость клубочковой фильтрации. Скорость клубочковой фильтрации определяется объемом ультрафильтрата, образующе­гося в почках за единицу времени. В среднем у мужчин скорость клубочковой фильтрации составляет 125 мл/мин, у женщин — 110 мл/мин.

Эффективность фильтрации поддерживается регуляцией по­чечного кровотока. Из каждого объема протекающей через почки плазмы крови 0,2 объема проходит через почечный фильтр и со­ставляет клубочковый ультрафильтрат.

Первичная моча. В результате фильтрации за сутки образует­ся около 150 л первичной мочи, отличающейся от плазмы крови отсутствием белковых молекул, не проходящих через поры вели­
чиной в 100 А. Первичная моча содержит необходимую организму воду и растворенные в ней вещества, большинство из которых представляют биологическую ценность, например: олигопептиды, аминокислоты, углеводы, соли и др. Лишь некоторые из веществ, растворенных в первичной моче, требуют выведения из организ­ма. К ним относятся мочевина, мочевая кислота, креатинин, суль­фаты и др.

Значение первичной мочи. В механизме фильтрации большого количества первичной мочи заложен определенный смысл.

• Удаление из крови вредных веществ, образующихся в резуль­тате метаболизма. Концентрация этих веществ в крови не­велика, но при прохождении через почку больших объемов крови эти вещества выделяются, и кровь очищается от них.

• За счет обратного всасывания ингредиентов первичной мочи осуществляется тонкая регуляция задержки определенных со­лей и воды в организме или их удаление.

5.8.2.3. Канальцевая реабсорбция

Необходимые для организма биологически полезные вещества воз­вращаются (реабсорбируются) в кровь. В результате реабсорбции в сутки образуется 1,5—2,0 л конечной мочи, которая выделяется из организма. Остальной объем первичной мочи возвращается в кро­воток.

Процесс реабсорбции начинается в проксимальных канальцах, куда поступает первичная моча из капсулы клубочка.

Порог выведения. Все вещества, содержащиеся в плазме крови, разделяются на пороговые и непороговые. К пороговым веществам относятся такие, которые выделяются в составе конечной мочи только при достижении определенной концентрации их в крови: например, глюкоза поступает в конечную мочу только в том случае, если ее содержание в крови превышает 6,9 ммоль/л.

Та концентрация вещества в крови, при которой оно не может быть полностью реабсорбировано и попадает в конечную мочу, по­лучила название порог выведения.

Порог выведения для разных веществ различен и меняется при изменении функционального состояния организма.

Непороговые вещества в отличие от пороговых выводятся с мо­чой из организма при любой, даже самой низкой, концентрации
их в плазме крови. Примером таких веществ являются мочевина и креатинин.

Реабсорбция в проксимальных извитых канальцах. В этом отделе нефрона происходит обязательная, или облигатная, реаб­сорбция.

Процесс реабсорбции веществ из проксимальных канальцев в кровоток осуществляется за счет первичной реабсорбции натрия путем его активного транспорта. Активный транспорт натрия про­тив концентрационного градиента связан с окислительными фер­ментативными процессами и протекает с участием фермента деги­дрогеназы янтарной кислоты, который находится во всех клетках канальцевого эпителия.

Благодаря активному транспорту в кровь из первичной мочи всасываются также ионы К⁴, глюкоза и аминокислоты. Транспорт ионов Na⁺ на основе электростатического взаимодействия опреде­ляет также переход ионов О. Реабсорбция воды происходит пас­сивно вслед за натрием по осмотическому градиенту.

В проксимальных извитых канальцах реабсорбируется до 30 % натрия. Реабсорбируется ²/, объема ультрафильтрата. Объем мочи уменьшается в 8 раз, и одновременно увеличивается во столько же раз концентрация растворенных в ней веществ. В результате всасывания в кровоток воды повышается концентрация всех нахо­дящихся в моче веществ. Появляется концентрационный градиент между мочой, находящейся в канальцах, и плазмой крови, который обеспечивает движение растворенных в моче веществ в плазму кро­ви за счет диффузии. Под влиянием концентрационного градиента пассивно за счет диффузии в кровь реабсорбируются аминокисло­ты, глюкоза, фосфаты, бикарбонаты и другие вещества. У человека скорость реабсорбции воды в проксимальных отделах нефрона со­ставляет около 80% скорости клубочковой фильтрации.

В результате указанных процессов в проксимальных каналь­цах реабсорбируются многие аминокислоты, низкомолекулярные белки, витамины, большая часть ионов Na⁺, К⁺, Са²\ С1 и других веществ. Мочевина, мочевая кислота, аммиак реабсорбируются в очень малых количествах.

Процессы реабсорбции воды и процессы реабсорбции веществ сбалансированы, поэтому, в конечном счете, выходящая из прокси­мальных канальцев моча изотонична плазме крови.

Реабсорбция в петле нефрона. Дальнейший процесс концен­трирования и уменьшения объема мочи происходит в петле нефрона (рис. 5.64).

Рис. 5.64. Транспортные процессы (фильтрация, реабсорбция, сек­реция) в нефроне. Тонкими стрелками обозначены вещества, извле­каемые из крови канальцевым эпителием и секретируемые в просвет канальцев; толстыми стрелками — вещества, реабсорбируемые из первичной мочи в кровь

Концентрация первичной мочи в конечных отделах извитых проксимальных канальцев, как указывалось выше, изотонична кро­ви почечной артерии. В нисходящем колене петли нефрона осмоти­ческая концентрация мочи нарастает, достигая максимума в месте поворота петли: здесь она более чем в семь раз превышает осмоти­ческую концентрацию крови почечной артерии. По мере продвиже­ния мочи по восходящему колену петли нефрона в направлении от почечного сосочка к корковому слою осмотическая концентрация мочи вновь снижается. В месте перехода петли в дистальный извитой каналец она в три раза меньше осмотической концентрации крови.

Спускаясь затем по дистальному канальцу и особенно по соби­рательной трубочке к почечному сосочку, моча вновь приобретает высокую осмотическую концентрацию.

Осмотическая концентрация мочи повышается по мере ее про­движения от коркового слоя почек к сосочковому.

Поворотно-противоточная (умножительная) система почки. Принцип поворотно-противоточной системы известен в технике и используется, в частности, в теплообменниках.

Петля Генле работает как концентрирующий механизм. Благо­даря своей конструкции петля обладает высокой способностью к концентрированию веществ при минимальной затрате энергии.

Два колена петли Генле — нисходящее и восходящее, — тесно соприкасаясь друг с другом, функционируют сопряженно, как один механизм. Эпителий нисходящего колена петли активно пропускает воду, но не ионы Na⁺. Эпителий же восходящего колена петли ак­тивно реабсорбирует ионы Na⁺, но не пропускает воду в тканевую жидкость. Вследствие реабсорбции воды из нисходящего колена петли Генле моча по ходу канала становится все более гипертонич­ной. Переход ионов Na⁺ из восходящего колена петли в тканевую жидкость, в свою очередь, повышает ее осмотическое давление и способствует тем самым еще более интенсивному выходу воды из нисходящего колена петли.

Таким образом, выход воды из мочи в тканевую жидкость в нисходящем колене петли Генле способствует реабсорбции натрия в восходящем колене, а реабсорбция натрия, в свою очередь, об­условливает выход воды в нисходящем колене.

Вследствие реабсорбции натрия в восходящем колене петли Генле, гипертоничная у вершины петли моча становится затем, в
конце восходящего колена петли Генле, изотоничной и даже гипо- тоничной по отношению к плазме крови.

В петле Генле моча, таким образом, теряет большое количество воды и натрия.

Реабсорбция в дистальных извитых канальцах и собиратель­ных трубочках. В дистальных извитых канальцах нефрона проис­ходит дальнейшее всасывание натрия, калия, воды, аминокислот, глюкозы и других веществ за счет тех же самых механизмов, что и при реабсорбции в извитых проксимальных канальцах. Реабсорбция здесь не постоянная, а зависит от уровня веществ в крови и в моче (факультативная реабсорбция).

В собирательных трубочках моча окончательно концентриру­ется благодаря пассивному току воды по осмотическому градиенту, создаваемому поворотно-противоточным механизмом (рис. 5.65).

Рис. 5.65. Транспорт воды и ионов в петле Генле и собира­тельных трубочках нефрона

Реабсорбция глюкозы. Благодаря фильтрации глюкоза свобод­но проходит через почечный барьер и содержится в первичной моче в той же концентрации, что и в плазме крови. Однако в норме в конечной моче глюкозы нет или она содержится в ничтожных коли­чествах. Из этого следует, что глюкоза полностью реабсорбируется в канальцах. В проксимальных извитых канальцах реабсорбируется до 98 % всей отфильтрованной глюкозы. Выделение глюкозы с мочой происходит тогда, когда содержание ее в крови превышает порого­вую концентрацию, равную 1,8 г/л плазмы крови. При более высо­кой концентрации глюкозы в крови скорость выделения глюкозы с мочой прогрессивно возрастает.

Глюкоза поступает из просвета канальцев в клетки с помощью переносчика, который присоединяет ион Na⁺ по электрохимическо­му и концентрационному градиентам для Na⁺. Этому способствует работа натриево-калиевого насоса.

При превышении глюкозой пороговой величины содержания в крови и первичной моче она перестает реабсорбироваться. Этот по­рог обозначают как максимальный канальцевый транспорт (прежнее понятие — «почечный порог выведения»).

У мужчин максимальная скорость транспорта глюкозы в каналь­цах составляет в среднем 375 мг/мин, у женщин — 300 мг/мин.

Реабсорбция аминокислот. Механизмы реабсорбции амино­кислот и глюкозы в общем однотипны. Аминокислоты свободно проходят через почечный фильтр. Реабсорбция аминокислот, так же как и реабсорбция глюкозы, сопряжена с переносом ионов Na⁺. Для разных групп аминокислот существуют различные транспорт­ные молекулы, о чем свидетельствует конкурентное ингибирование реабсорбции одних аминокислот другими. В результате реабсорбции аминокислоты почти полностью реабсорбируются, и в конечной моче содержатся лишь их следы. Появление аминокислот в моче (аминоацидурия) может быть связано с нарушением деятельности транспортных механизмов.

Реабсорбция белков. Низкомолекулярные белки в небольших количествах (10—100 мг в 1 л фильтрата) в нормальных условиях могут проходить через почечный барьер. Однако в конечной моче белков в норме практически не содержится.

Механизм реабсорбции белков связан со способностью клеток проксимальных канальцев захватывать белки путем пиноцитоза, а
затем расщеплять их при участии лизосом. Таким путем может реаб­сорбироваться до 30 мг белков в 1 мин. При повреждении мембран клубочка и капсулы фильтрация белков возрастает и белок появля­ется в конечной моче (протеинурия).

Реабсорбция мочевины. Мочевина беспрепятственно фильтру­ется в клубочках. В проксимальных отделах нефрона в результате реабсорбции воды происходит концентрирование мочевины в моче. Благодаря трансканальцевому градиенту концентрации мочевина свободно поступает в кровь через клеточные мембраны путей пас­сивного транспорта в виде диффузии.

При существующей скорости движения фильтрата в канальцах общий объем реабсорбируемой мочевины сравнительно неболь­шой и недостаточен для выравнивания концентрации ее в плазме и фильтрате. Поэтому в физиологических условиях около 50 % про­фильтрованной мочевины удаляется с мочой. При замедлении или прекращении оттока мочи возрастает возврат мочевины в кровь. Удаление мочевины из организма зависит от объема выделенной мочи за определенное время.

В почках происходит внутрипочечный кругооборот мочевины. В собирательных трубочках под влиянием вазопрессина происходит реабсорбция воды, и концентрация мочевины повышается. Моче­вина переходит в мозговое вещество почки. Затем по концентраци­онному градиенту мочевина диффундирует в петлю Генле и вновь поступает в дистальные канальцы и собирательные трубочки. При снижении всасывания воды в дистальных отделах нефрона мочеви­ны выводится больше.

Реабсорбция воды, солей, кислот и оснований. Вода реабсор­бируется во всех отделах нефрона. При нормальном употреблении воды с мочой выделяется не более 1 % объема фильтрата, образу­ющегося за единицу времени, а 99 % реабсорбируется в кровоток. При избыточном потреблении воды диурез возрастает и может до­стигать 15% объема фильтрации, а канальцевая реабсорбция воды снижается до 85 %.

Ионы Na⁺, К⁺, Са²⁺, Mg²⁺ и НСО₃^_ содержатся в клубочковом фильтрате в тех же концентрациях, что и в плазме крови. В конеч­ной моче остается очень небольшая часть этих ионов, подлежащих удалению. Большая часть их реабсорбируется, главным образом, в проксимальных извитых канальцах.

Реабсорбция слабых кислот и оснований зависит от их иониза­ции. Степень ионизации оснований увеличивается в кислой среде, и они с большей скоростью выделяются с кислой мочой. Слабые кислоты быстрее выводятся с щелочной мочой.

5.8.2.4. Секреторная функция канальцев

В процессе образования мочи ряд веществ (например, некоторые органические кислоты) не проникают в фильтрат, но, тем не менее, оказываются в конечной моче в результате канальцевой секреции.

В результате секреции в мочу поступают вещества из крови капилляров, окружающих канальцы или образующиеся в клетках канальцев (ионы водорода и аммиак). Секреция осуществляется за счет их активного транспорта канальцевым эпителием. Процесс сопряжен с биоэнергетическими ферментативными реакциями, на­правленными на образование АТФ. При угнетении тканевого дыха­ния секреция прекращается.

Известны три транспортные системы, действующие в прок­симальных отделах нефронов, активно секретирующие различные (преимущественно инородные) вещества из крови. Одна из них осуществляет секрецию органических кислот (например, параа- миногиппуровой кислоты), йодсодержащих рентгеноконтрастных веществ (диодраст), пенициллина, красителей фенолового красно­го и др. Вторая — обеспечивает секрецию сложных органических оснований (тетраэтиламмония, N-метилникотинамида и др.), тре­тья — секрецию этилендиаминтетраацетата (ЭДТА).

В целом состав образующейся в почках мочи определяется тремя процессами: клубочковой фильтрацией, канальцевой реабсорбцией и секрецией.

Процессы фильтрации, реабсорбции и секреции веществ, про­исходящие в почечных нефронах, представлены на рис. 5.64.

Моча по мере прохождения по канальцам почек приобретает кислую реакцию (pH = 4,5—6,5) вследствие того, что поры каналь­цевой реабсорбции двууглекислого натрия значительно шире, чем фосфатов. Реакция мочи может изменяться в зависимости от ка­чества потребляемой пищи. При питании щелочной растительной пищей реакция мочи сдвигается в щелочную сторону. При питании мясной пищей или при интенсивной мышечной работе, наоборот, наблюдается возрастание кислотности мочи за счет поступления в
кровь увеличенных количеств молочных и фосфорных кислот, об­разующихся в мышцах.

Почки избирательно очищают плазму крови от некоторых ве­ществ, концентрируя их в моче, которая удаляется из организма через мочевыводящие пути.

Конечная моча характеризуется следующими признаками:

• ряд веществ, входящих в состав плазмы крови, полностью от­сутствует в конечной моче; в норме это белки, аминокислоты, глюкоза;

• некоторые вещества присутствуют в конечной моче в значи­тельно больших концентрациях, чем в плазме: мочевина — в 65 раз, сульфаты — в 80 раз, мочевая кислота — в 12 раз; таким образом проявляется концентрирующая функция почек;

• состав и реакция мочи непостоянны: например, при алкало­зе моча становится более основной, а при ацидозе — более кислой.

Для поддержания в крови постоянства концентрации водород­ных ионов и нейтрализации кислых продуктов обмена большое зна­чение имеет синтез почкой аммиака. Аммиак связывает выделяемые с мочой кислотные радикалы, замещая натрий и калий, и образует аммонийные соли нелетучих кислот.

Фильтрационно-реабсорбционно-секреторная теория моче- образования. Согласно этой теории, содержание в конечной моче какого-либо вещества и выделение его складываются из объема клубочковой фильтрации и канальцевой секреции за вычетом его канальцевой реабсорбции.

По отношению к различным веществам возможны только филь­трация (например, для инулина), фильтрация с последующей ре­абсорбцией (например, для глюкозы), фильтрация с секрецией и сочетание всех процессов (например, ионы К⁺).

5.8.2.5. Методы функциональной оценки деятельности почек

Разработаны и широко используются методы количественной оцен­ки функций почек.

Расчет коэффициента очищения. В процессе образования и выведения мочи из крови удаляется ряд веществ. Почечный клиренс отражает объемную скорость очищения определенного объема плазмы от того или иного вещества.
Этот показатель измеряется в мм за 1 мин и равен условному количеству плазмы крови, которая полностью очистилась отданного вещества за 1 мин.

Если вещество фильтруется и в дальнейшем не реабсорбируется и не секре­тируется, клиренс равен объему почечной фильтрации.

Если вещество после фильтрации реабсорбируется, клиренс будет меньше и равняется нулю в том случае, если вещество при реабсорбции полностью воз­вратилось в кровь. Если же вещество дополнительно секретируется и не реаб­сорбируется, клиренс увеличивается.

Рассмотрим пример расчета клиренса для мочевины. Концентрация моче­вины в плазме крови и первичной моче равна 300 мг/л. Из каждого литра плазмы крови почка удаляет с мочой 18 мг мочевины. При указанной концентрации мочевины в плазме 18 мг ее содержится в 60 мл крови. Эта величина условно очищенной от мочевины крови и составляет клиренс по мочевине.

Расчет скорости клубочковой фильтрации. Скорость клубочковой филь­трации измеряется объемом фильтрата, образующегося в почках за единицу времени.

Для определения фильтрации используют диагностическое вещество ину­лин (полисахарид фруктозы), который вводят в кровоток. Инулин попадает в мочу только путем клубочковой фильтрации, не реабсорбируется и не секре­тируется, а также не претерпевает метаболических превращений в канальцах почек. Инулин беспрепятственно проходит почечный фильтр, не адсорбирует­ся белками и содержится в фильтрате в той же концентрации, что и в плазме крови.

Количество инулина, профильтровывающееся за единицу времени, равно количеству этого вещества, удаленного с мочой:

С V = С х F

F ^— (С„_н/1,х V„)/ C„_H/wr,

где F— объем фильтрата за 1 мин; C„„_/u — концентрация инулина в конечной моче; У_и — объем конечной мочи за 1 мин.

Расчет скорости канальцевой реабсорбции. Скорость канальцевой ре­абсорбции определяется количеством того или иного вещества, переносимого через стенку канальца в единицу времени. Она вычисляется с учетом разности между скоростью фильтрации вещества и скоростью его выделения с мочой. Для вычисления реабсорбции необходимо предварительно определить и знать объем фильтрации по инулину.

Скорость реабсорбции определяется для каждого вещества отдельно. На­пример, для глюкозы она равна:

C,,_1/MxF = R + C_rl/slV_s„

где R — скорость реабсорбции в 1 мин.

R=C_M/,₁F-C_ra/MxV_>„

где С_гл/лл — концентрация глюкозы в плазме; F— объем почечной фильтрации за 1 мин по инулину; С_гл/и — концентрация глюкозы в моче; И_м — диурез за 1 мин.

Из уравнения видно, что если реабсорбция равна фильтрации, то вещество полностью возвращается в кровь и в конечной моче оно отсутствует. В другом случае, если все профильтровавшееся вещество окажется в конечной.моче, ре­абсорбция будет равна нулю.

Расчет скорости секреции. При расчете скорости почечной секреции так­же используют данные об объеме фильтрации по инулину и исходят из того, что находящееся в конечной моче то или иное вещество может поступить только в результате фильтрации или секреции:

C,_aF + S = C„xV.

Отсюда S (секреция вещества в 1 мин) равна:

S = C„xV₄-C_nlF,

где F— объем фильтрации по инулину; С_п,, — концентрация вещества в плазме; С_м — концентрация вещества в моче; — объем диффузии за 1 мин.

Расчет величины почечного кровотока. У взрослого человека массой тела 70 кг скорость кровотока в обеих почках составляет около 1300 мл/мин, что со­ответствует примерно 25 % общей объемной скорости кровотока в покое. Если учесть общую массу почек, равную 300 г, то видно, что скорость кровотока в почках значительно выше, чем в других крупных органах, таких как мозг, пе­чень, сердце.

Интенсивный почечный кровоток необходим для обеспечения достаточно большого объема клубочковой фильтрации и не связан с метаболическими по­требностями почек.

Определение почечного кровотока и плазмотока осуществляют с помощью веществ, вводимых в кровь, которые полностью удаляются из плазмы в мочу при однократном прохождении крови через почки.

Такое свойство наиболее выражено у парааминогиппуровой кислоты (ПАТ) и йодсодержащего рентгеноконтрастного вещества диодраста.

Количество поступающей из крови ПАГ равно ее концентрации в крови (С_кр), умноженной на объем плазмотока (Е_п1) в 1 мин.

Количество выделенной из почек ПАГ равно ее концентрации в моче (С„), умноженной на объем диуреза за 1 мин (И_м).

С xV = С xV.

кр пл м м

Отсюда:

V„ = (C_MxV_M)/C_Kp.

При определении почечного кровотока вносят коррективы с учетом гема­токрита (Г):

v_Kp = v,_n/(i-r).

5.8.2.6. Саморегуляция почечного кровотока

Почечный кровоток обладает особой стабильностью. При измене­нии артериального давления от 80 до 180 мм рт. ст. почечный кро-

воток практически не меняется и начинает возрастать, только когда артериальное давление превышает 200 мм рт. ст.

Стабильность почечного кровотока при столь большом пере­паде артериального давления определяется компенсаторными из­менениями гемодинамического сопротивления почечных сосудов мышечного типа, которые сокращаются, расслабляются и сохраня­ют кровоток на постоянном уровне.

Саморегуляция почечного кровотока обеспечивает поддержа­ние постоянства скорости клубочковой фильтрации.

Механизмы саморегуляции действуют в корковом веществе почек и практически отсутствуют в мозговом слое, где кровоток изменяется в соответствии с изменением общего артериального давления. Поскольку удельный вес кровотока в мозговом веществе почек составляет только 10% от общего кровотока, то в целом его роль невелика.

5.8.2.7. Регуляция мочеобразования

Деятельность почек зависит от почечных и внепочечных факторов регуляции.

Почечные факторы, определяющие почечную фильтрацию:

• количество функционирующих клубочков и проницаемость их канальцев;

• диаметр приносящего и выносящего сосудов;

• давление фильтрата в капсуле.

Внепочечные факторы, влияющие на почечную фильтра­цию:

• функциональное состояние кровообращения, количество циркулирующей крови, величина артериального давления и скорость кровотока;

• степень гидратации организма, осмотическое и онкотическое давление;

• выделение воды через другие выделительные органы (потовые железы, желудок и пр.).

Почечные факторы, влияющие на реабсорбцию:

• реабсорбционная способность почечного эпителия;

• содержание пороговых и непороговых веществ в первичной моче.

Внепочечные факторы, определяющие реабсорбцию:

• эндокринная регуляция деятельности почечного эпителия со стороны желез внутренней секреции;

• содержание пороговых и непороговых веществ в крови.

Нервная регуляция. Нервная регуляция деятельности почек осуществляется вегетативной нервной системой через блуждающие и чревные нервы.

Активация симпатической нервной системы вызывает сужение сосудов почки, уменьшение фильтрации и снижение диуреза. Уве­личивается канальцевая реабсорбция натрия и воды. Денервация (перерезка чревного нерва) увеличивает диурез на стороне операции (опыт К. Бернара). В результате денервации устраняются сосудосу­живающие влияния и угнетается реабсорбция натрия.

В отдельных случаях активация симпатической нервной сис­темы может вызвать временное прекращение диуреза, например, на фоне психоэмоционального стресса.

Раздражение волокон блуждающих нервов вызывает усиление реабсорбции глюкозы и секреции органических кислот.

Перерезка блуждающих нервов приводит к увеличению содер­жания хлористого натрия в моче. Раздражение блуждающих нервов вызывает снижение содержания хлористого натрия в моче (Л. А. Ор- бели). Однако не совсем ясно, что при этом первично — сосудистые изменения или изменения механизма мочеобразования.

Болевые реакции, как правило, прекращают мочеобразование. Показана возможность выработки условного рефлекса усиления ди­уреза при введении воды в желудок.

Гуморальная регуляция. Гуморальная регуляция деятельности почек в процессах мочеобразования является основной.

Влияние антидиуретического гормона — вазопрессина. Од­ним из важнейших гормонов, влияющих на функции почек, явля­ется антидиуретический гормон (АДГ) — вазопрессин. Действуя на V,-рецепторы собирательных трубочек, АДГ уменьшает диурез, сберегает воду в организме и повышает концентрацию мочи. АДГ повышает также реабсорбцию мочи в дистальных отделах нефронов за счет увеличения проницаемости для воды эпителия дистальных извитых канальцев и собирательных трубочек.

В отсутствие АДГ дистальные отделы нефрона почти непрони­цаемы для воды и реабсорбции воды практически не происходит.

1 6 Нормальная физиология

При этом образуется большое количество гипотонической мочи. Максимальный диурез в этом случае может достичь 15% объема клубочковой фильтрации, т.е. 25 л/сут. Это наблюдается у больных несахарным мочеизнурением, характеризующимся недостаточнос­тью АДГ. Таким образом, 15 % общей реабсорбции воды регулирует АДГ, а 85 % — сохраняется как обязательная реабсорбция даже при отсутствии АДГ.

Механизм действия АДГ заключается в стимуляции секреции гиалуронидазы клетками собирательных трубочек. Этот фермент деполимеризует гиалуроновые структуры соединительной ткани, увеличивая их проницаемость для воды и тем самым обеспечивая движение воды по осмотическому градиенту. Объем реабсорбции зависит от концентрации АДГ в крови.

Действие АДГ опосредовано цАМФ. Точкой приложения дей­ствия АДГ является аденилатциклаза — фермент, катализирующий превращение АТФ в цАМФ.

Влияние гормонов коры надпочечников. Деятельность поч­ки находится под контролем минералокортикоидов и глюкокор­тикоидов коры надпочечников. Одним из наиболее эффективных минералокортикоидов является альдостерон. Этот гормон регу­лирует реабсорбцию натрия, секрецию калия и ионов водорода в канальцах почек. Под влиянием альдостерона в проксималь­ных канальцах происходит задержка натрия и воды в организме. Напротив, угнетение функции надпочечников, а в эксперимен­те — удаление надпочечников приводят к повышению выделе­ния с мочой натрия и снижению экскреции калия. В результате возникает значительная потеря организмом натрия и воды. Ком­пенсаторное введение альдостерона восстанавливает баланс этих электролитов.

Альдостерон также уменьшает реабсорбцию кальция и магния в проксимальных канальцах.

Механизм действия альдостерона заключается в его проникно­вении через мембраны в клетки и взаимодействии с ядерными бел­ками-рецепторами. Действие альдостерона проявляется в стимуля­ции ДНК-зависимого синтеза информационной, транспортной и рибосомальной РНК. Последние участвуют в синтезе на рибосомах нового белка, который обеспечивает активность натриевого насоса, осуществляющего транспорт ионов Na⁺.

При введении в организм веществ, блокирующих синтез белка (например, пуромицина), эффекты альдостерона исчезают.

Гормоны коры надпочечников способствуют увеличению диу­реза, усиливая фильтрацию и уменьшая реабсорбцию.

Кортикостероиды оказывают стимулирующее влияние на мо- чеобразование.

Паратгормон увеличивает реабсорбцию кальция и тормозит реабсорбцию фосфатов в почечных канальцах. Паратгормон угне­тает реабсорбцию ионов Na⁺ и НСО₃ в проксимальных канальцах и активирует реабсорбцию магния в восходящем колене петли Ген­ле. Тиреокальцитонин способствует экскреции кальция и фосфата почками.

Натрийуретический гормон усиливает выделение ионов Na⁺ и воды с мочой.

5.8.2.8. Участие почек в различных функциональных системах

Почки участвуют в различных функциональных системах организ­ма. С деятельностью почек связано поддержание ряда жизненно важных показателей организма: ионного состава и объема межкле­точной жидкости, осмотического давления и водно-солевого ба­ланса, pH, объема циркулирующей крови, величины артериального давления, содержания продуктов белкового обмена и концентрации в крови азотистых веществ, выведения чужеродных, токсичных ве­ществ из организма (см. разд. 4.3., 5.2.12., 5.3.7).

В указанных функциональных системах почки выступают в качестве исполнительного звена саморегуляции. Можно полагать, что качественные особенности мочеобразования в разных функ­циональных системах различны. Вопрос этот требует специальных исследований.

Инкреторная функция почек. В эпителиальных клетках прок­симальных канальцев почки образуется витамин D₃, стимулирую­щий в эпителиальных клетках кишечника образование кальцийс- вязывающих и кальцийтранспортных белков, необходимых для вса­сывания ионов Са²⁺. В перитубулярных клетках почек образуется эритропоэтин, стимулирующий образование эритроцитов.

Ренин-ангиотензиновая система. Юкстагломерулярные нефро­ны наряду с мочеобразованием выполняют эндокринную функцию. Юкстагломерулярными эпителиоидными клетками вырабатывается ренин, представляющий собой фермент протеазу, поступающий в кровоток. Под действием ренина от находящегося в плазме крови ангиотензиногена отщепляется ангиотензин I. Ангиотензин I под действием превращающего фермента, активность которого в крови и легких высока, переходит в активную форму — ангиотензин II, который затем расщепляется протеолитическими ферментами, в результате чего в крови появляется ангиотензин III и в последую­щем — неактивные фрагменты. Ангиотензин II представляет собой вещество, обладающее наиболее выраженным сосудосуживающим эффектом, обусловливающим значительное повышение артериаль­ного давления.

Наряду с этим ангиотензин II стимулирует выброс альдосте­рона корой надпочечников. Альдостерон, как указывалось выше, повышает реабсорбцию натрия в почечных канальцах и задерживает воду в организме. В результате этого также повышается системное артериальное давление.

Ренин-ангиотензиновая система активируется при падении ар­териального давления, недостатке солей в организме и появлении гиповолемии. Все эти состояния тесно связаны между собой.

Стимуляция выделения ренина юкстагломерулярными клетка­ми осуществляется несколькими факторами:

• ишемизация почек, сужение почечной артерии являются причинами развития почечной гипертензии, при которой систолическое давление может достичь 200 мм рт. ст. и выше. В эксперименте почечную гипертензию можно вызвать путем искусственного стеноза, частичного пережатия почечных ар­терий (гипертензия Гольдблата);

• при увеличении артериального давления включается внутри­почечный барорецепторный механизм;

• выделение ренина увеличивается при снижении объема цир­кулирующей крови. Считают, что в этом процессе участвуют клетки плотного пятна юкстагломерулярного аппарата и их p-адренорецепторы;

• выработка ренина увеличивается при активации симпатиче­ских нервов и в эксперименте — внутриартериальном введе­нии норадреналина и адреналина;

• различные гуморальные факторы, содержащиеся в протекаю­щей через почки крови, также влияют на синтез и высвобож­дение ренина.

Интенсивная выработка ренина зависит от содержания ионов Na⁺ и К⁺ в плазме крови и клетках плотного пятна.

Наряду с факторами, активирующими выделение ренина, про­являются и тормозные влияния, в частности со стороны ангиотен­зина II и АДГ, которые по механизму отрицательной обратной связи ограничивают действие ренина.

Основная роль ренин-ангиотензиновой системы в целостной регуляции гемодинамических показателей заключается в повыше­нии артериального давления, сохранении и задержке в организме натрия и увеличении объема внеклеточной жидкости.

Непосредственно в деятельности почек ренин обеспечивает процесс мочеобразования, как только возникает угроза снижения или прекращения диуреза из-за падения артериального давления.

Предсердный натрийуретический пептид. При повышении общего уровня артериального давления в предсердиях вырабатыва­ется предсердный натрийуретический пептид, который поступает в кровь и усиливает диурез, вследствие задержки реабсорбции натрия и воды в канальцах почек. В результате общее кровяное давление снижается.

Натрийуретический пептид определяет следующие процессы в почках:

• оказывает тормозное действие на секрецию альдостерона, благодаря чему увеличивает содержание в конечной моче натрия;

• увеличивает скорость фильтрации в почечных клубочках, что приводит к увеличению объема конечной мочи;

• уменьшает секрецию ренина клетками юкстагломерулярного комплекса;

• увеличивает выделение с мочой хлоридов, магния и кальция.

Почечная недостаточность. Функциональные возможности почек имеют значительный резерв. Одна здоровая почка способ­на обеспечить нормальное существование человека. Появление почечной недостаточности развивается в том случае, если число функционирующих нефронов составляет менее 30 % по сравнению с нормальным числом, а скорость фильтрации — ниже 50 мл/мин. При почечной недостаточности происходят задержка в организме азотсодержащих веществ (мочевины, мочевой кислоты, креатина, креатинина) и повышение их уровня в крови — азотемия. Одновре­менно развиваются гиперкалиемия и метаболический ацидоз, что обусловлено недостаточностью экскреции калия. Общий синдром снижения экскреторной функции почек называется уремией.

Искусственная почка. Почечную недостаточность можно ком­пенсировать при помощи гемодиализа. Для этой цели используют аппарат «искусственная почка». В процессе диализа происходит обмен веществ через мембрану из плазмы крови в раствор по на­правлению градиента концентрации, специально созданного только для тех веществ, которые подлежат удалению из организма. Кровь из лучевой артерии поступает в аппарат, представляющий собой аналог мембран, проницаемых для низкомолекулярных растворенных в плазме веществ, удаляемых из организма.

После гемодиализа кровь возвращается в одну из вен руки. В ре­зультате токсические вещества, метаболиты и ионы переходят из крови в изотонический солевой раствор, при этом их содержание в плазме снижается. Гемодиализ является эффективным способом компенсации сниженной функции почек. Он широко используется для разгрузки почек при острой почечной недостаточности и для периодической компенсации уремии при хронической почечной недостаточности, а также при подготовке больных к операции по пересадке почки.

5.8.3. Мочевыведение

Образующаяся в нефроне моча поступает в почечные лоханки, за­полняя ее чашечки. При заполнении чашечек лоханок возбуждают­ся механорецепторы, которые запускают рефлекторное сокращение мускулатуры почечных лоханок и раскрытие мочеточников. Под воздействием периодически сокращающихся почечных чашечек моча поступает в мочеточники. В результате перистальтических со­кращений мочеточников моча поступает и накапливается в гладко­мышечном мочевом пузыре.

Механизм заполнения мочевого пузыря. Мочевой пузырь представляет собой полый гладкомышечный орган. Моча по моче­точникам благодаря их перистальтическим сокращениям порциями поступает в мочевой пузырь. Вследствие косого расположения мо­четочников в месте их вхождения в мочевой пузырь создается свое­образный клапан, препятствующий все в большей степени по мере заполнения пузыря мочой обратному выходу мочи в мочеточники.

У выхода из мочевого пузыря расположены два сфинктера — сфинктер мочевого пузыря и сфинктер мочеиспускательного канала. Первый сфинктер представляет собой гладкомышечное образование мочевого пузыря. Второй образован поперечно-полосатой мускула­турой. При пустом мочевом пузыре оба сфинктера сокращены.

Заполнение пузыря мочой происходит сначала без заметного увеличения напряжения его стенок, даже при некотором начальном расслаблении мускулатуры (пластический тонус). Вследствие этого давление в пузыре в начальной стадии его заполнения происходит не пропорционально количеству поступившей в него мочи. Оно вначале даже практически не изменяется. Только при достижении критического уровня объема мочи в пузыре (у человека в пределах 250—300 мл) резко нарастает напряжение мышечной стенки пузыря. Давление в пузыре повышается до 15—16 см вод. ст. Возникает позыв к мочеиспусканию. При этом имеет значение скорость наполнения мочевого пузыря, т.е. быстрота растяжения мышечной стенки, а так­же химическое действие определенных ингредиентов мочи. После опорожнения мочевого пузыря напряжение его стенок уменьшается и рефлекторный акт мочеиспускания прекращается.

5.8.3.1. Функциональная система, определяющая выведение мочи из организма

Функциональная система, определяющая выведение мочи из орга­низма, представлена на рис. 5.66.

Результат деятельности функциональной системы. Полезным для организма приспособительным результатом рассматриваемой функциональной системы мочевыведения является определенное количество выделяемой из организма мочи различного состава.

С мочой из организма удаляются конечные продукты метабо­лизма, которые не могут быть использованы в организме, а также некоторые чужеродные и ядовитые вещества.

Состав мочи. Общее количество мочи, выделяемой человеком в сутки, составляет в среднем около 1,5 л. Эта цифра широко ва-

Рис. 5.66. Схема функциональной системы, обеспечивающей выделение мочи из организма

Глава 5. Висцеральные функции

 

рьирует в зависимости от характера питания, количества выпитой жидкости, эмоционального состояния и мышечной деятельности человека, а также от температуры окружающей среды. Во время сна или при голодании мочеиспускание может уменьшаться, а на холо­де — увеличиваться.

С мочой из организма выводятся азотистые продукты распада белка: мочевина, мочевая кислота, аммиак, пуриновые основания, креатин, индикан.

Кроме азотистых продуктов в моче содержатся некоторые про­дукты гниения белков: индол, скатол, фенол, образующиеся в ки­шечнике и поступающие в мочу в виде индоксил-серной (индикан), скатоксил-серной, оксифенил-уксусной и оксифенил-протоновой кислот.

В нормальных условиях нерасщепленные белки в моче отсутству­ют. Белок может появиться в моче здорового человека во время на­пряженной мышечной работы и обычно исчезает после нагрузки.

В моче содержатся органические соединения: соли щавелевой кислоты, молочная кислота, кетоновые тела. Глюкоза появляется в моче только при значительном возрастании ее содержания в крови.

Кроме органических веществ в моче содержатся пигменты, определяющие ее цвет.

С мочой выделяются неорганические соли: хлористый натрий, хлористый калий, сернокислые и фосфорнокислые соли. Соли определяют кислую реакцию мочи человека.

Качественный состав, количественное содержание в моче раз­личных веществ, а также частота и объем мочевыделения в нормаль­ных условиях подчинены правилу: интенсивность выведения того или иного вещества из организма с мочой прямо пропорциональна накоплению его в организме и достижению порогового для каждо­го вещества уровня, нарушающего нормальную жизнедеятельность организма в целом.

При этом выделение отдельных веществ может быть связано с сопряженным выведением других веществ на основе физико-хими­ческих взаимодействий. Например, мочевина всегда выводится с определенным количеством воды. Выделение воды также обуслов­ливается избыточным выделением глюкозы.

За счет мочевыделения регулируется также в определенной сте­пени ряд жизненно важных показателей внутренней среды организ­ма: температура крови, водно-солевой баланс, уровень артериаль­ного давления и др.

Таким образом, выведение мочи представляет жизненно важный результат деятельности организма, который включает в динамиче­ской последовательности процессы поступления мочи из почек в почечные лоханки и через мочеточники — в мочевой пузырь. Сюда же включаются процессы наполнения мочевого пузыря и выведения мочи из организма.

Акт мочеиспускания. Акт мочеиспускания можно рассматри­вать как внешнее звено саморегуляции функциональной системы мочевыведения. Объем мочи в мочевом пузыре — предконечный результат деятельности функциональной системы мочевыведения.

Рецепторы акта мочеиспускания. В мышечном слое мочевого пузыря расположены механорецепторы, реагирующие на растяже­ние (рецепторы растяжения). Эти рецепторы относятся к разряду триггерных механизмов. Они резко увеличивают частоту импульса­ций при возрастании давления в пузыре до определенного уровня. Рецепторы растяжения имеются и в мочеточнике.

В слизистой мочевого пузыря и мочеточника расположены разнообразные хеморецепторы, избирательно чувствительные к раз­личным веществам, находящимся в моче.

Ведущим параметром подсистемы мочеиспускания, обладаю­щим наиболее выраженным раздражающим действием, является механическое действие определенного объема мочи на рецепторы растяжения, находящиеся в стенке мочевого пузыря.