В чем заключается принцип поворотно противоточной системы почки

В чем заключается принцип поворотно противоточной системы почки

Практически во всех частях тела человека осмолярность межклеточной жидкости составляет около 300 мосм/л, что соответствует осмолярности плазмы. Ее скорригированное значение с учетом межмолекулярных взаимодействий составляет примерно 282 мосм/л. Осмолярность межклеточной жидкости в мозговом слое почки значительно выше: здесь она, постепенно возрастая, достигает в области, ближайшей к лоханке, 1200-1400 мосм/л. Это означает, что в межклеточной жидкости мозгового слоя почки сосредоточено большое количество растворенных веществ. После достижения высокой концентрации веществ в мозговом слое она в дальнейшем будет поддерживаться за счет баланса между притекающей и оттекающей жидкостью и растворенными веществами.

Основными причинами, способствующими созданию высокой концентрации веществ в мозговом слое почки, являются следующие.

1. Активный транспорт ионов натрия, котранспорт калия, хлора, а также других ионов из толстого восходящего отдела петли Генле в паренхиму мозгового вещества.

2. Активный транспорт ионов из собирательных протоков в мозговой слой.

3. Облегченная диффузия большого количества мочевины из глубоких отделов собирательных протоков в мозговой слой почки.

4. Диффузия лишь небольшого, по сравнению с объемом реабсорбции растворенных веществ, количества воды из петель Генле в мозговой слой почки.

а) Особые свойства петель Генле, благодаря которым растворенные вещества задерживаются в мозговом слое почки. Общая характеристика транспорта в петлях Генле, проксимальных и дистальных канальцах, собирательных трубочках коркового слоя и собирательных протоках в глубине мозгового слоя приведена в таблице выше.

Наиболее важной причиной высокой осмолярности мозгового слоя является активный транспорт ионов натрия, котранспорт калия, хлора и других ионов из толстого восходящего отдела петель Генле в паренхиму почки. Эта транспортная система способна устанавливать градиент концентрации в 200 мосм между просветом канальца и межклеточной жидкостью. Поскольку толстый восходящий отдел петли Генле практически непроницаем для воды, переносимые ионными насосами вещества направляются в мозговой слой изолированно, а вода, несмотря на осмос, вслед за веществами не перемещается. Таким образом, активный транспорт натрия и других ионов из толстого восходящего отдела петли Генле увеличивает содержание растворенных в мозговом веществе в значительно большем по сравнению с водой количестве. Высокой осмолярности в мозговом слое почки способствует слабая пассивная реабсорбция NaCl из тонкого восходящего отдела петли Генле, который также непроницаем для воды.

Нисходящий отдел петли Генле в противоположность восходящему отделу проницаем для воды, поэтому осмолярность жидкости в его просвете быстро уравнивается с мозговым слоем. Следовательно, вода диффундирует из нисходящего отдела петли Генле в мозговой слой, осмолярность жидкости в ее просвете по мере углубления в мозговое вещество постепенно увеличивается.

Противоточно-множительная система петель Генле, создающая высокую осмолярность в мозговом слое почки (численные значения приведены в мосм/л)

б) Этапы создания высокой осмолярности в мозговом слое почки. Помня о перечисленных свойствах петли Генле, обсудим, как мозговой слой почки становится гиперосмотическим. Допустим, что вначале петля Генле заполнена жидкостью с такой же осмолярностью, как и в покидающей проксимальный каналец первичной моче — 300 мосм/л (для облегчения понимания просим вас изучить рисунок выше). Затем включается активная система транспорта веществ в толстом восходящем отделе петли, уменьшая их содержание в просвете и увеличивая в межклеточной жидкости; насос устанавливает градиент концентрации между мочой и межклеточной жидкостью в 200 мосм/л (этап 2). Градиент ограничен значением 200 мосм/л, поскольку обратная диффузия ионов через промежутки между клетками снова в просвет в итоге уравновешивает деятельность насоса.

На этапе 3 моча в нисходящем отделе петли Генле и межклеточная жидкость из-за движения воды быстро достигают осмотического равновесия. Осмолярность межклеточной жидкости поддерживается на уровне 400 мосм/л вследствие непрерывного транспорта ионов из толстого восходящего отдела петли Генле. Таким образом, сам по себе активный транспорт NaCl из толстого восходящего отдела петли Генле способен устанавливать лишь градиент концентрации в 200 мосм/л, что значительно ниже возможностей противоточной системы.

На этапе 4 происходит дополнительное поступление первичной мочи в петлю Генле из проксимального канальца, что способствует перемещению уже сформированной в нисходящем отделе гиперосмотической жидкости в ее восходящий отдел. Как только эта моча попадет в восходящий отдел, насосы начнут дополнительно перемещать ионы в мозговой слой, оставляя воду в просвете данного сегмента. Транспорт будет продолжаться до тех пор, пока между мочой и межклеточной жидкостью не будет установлен градиент концентрации в 200 мосм/л, при этом осмолярность межклеточной жидкости возрастет до 500 мосм/л (этап 5). Затем моча в нисходящем отделе вновь достигает равновесия с гиперосмолярной межклеточной жидкостью мозгового слоя (этап 6), потом уже гиперосмолярная моча попадает в восходящий отдел петли Генле, где благодаря постоянной работе насосов еще больше растворенного вещества переместится в межклеточное пространство мозгового слоя.

Данные этапы повторяются много раз, в итоге в мозговой слой почки поступает все большее по сравнению с водой количество растворенного вещества; со временем этот процесс способствует удержанию растворенных веществ в мозговом слое почки и «умножению» градиента концентрации за счет активного перекачивания ионов из толстого восходящего отдела петли Генле в мозговой слой, что в итоге (этап 7) доводит осмолярность межклеточной жидкости до 1200-1400 мосм/л.

На этом основании повторяющуюся реабсорбцию ионов Na+ и Сl- в толстом сегменте восходящего отдела петли Генле при постоянном притоке новых ионов из проксимального канальца называют противоточным множителем. К NaCl, который реабсорбируется в восходящем отделе, продолжают добавляться вновь прибывшие ионы, таким образом «умножая» концентрацию в мозговом веществе.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Источник

В чем заключается принцип поворотно противоточной системы почки

Способность почки образовывать концентрированную или разведенную мочу обеспечивается деятельностью противоточно-множительной канальцевой системы почки, которая представлена параллельно расположенными коленами петли Генле и собирательными трубочками (рис. 14.11). Моча двигается в этих канальцах в противоположных направлениях (почему система и названа противоточной), а процессы транспорта веществ в одном колене системы усиливаются («умножаются») за счет деятельности другого колена. Определяющую роль в работе противоточного механизма играет восходящее колено петли Генле. Его эпителий активно реабсорбирует в окружающее интерстициальное пространство ионы натрия, поддерживая гиперосмолярность интерстициальной жидкости. Транспорт натрия сопряжен с транспортом калия и хлора (Na, К, 2С1-котранспорт) и антипортом с ионами водорода, осуществляется посредством соответствующих переносчиков. Проницаемость для воды здесь очень низкая из-за отсутствия аквапоринов. В результате интерстициальная жидкость становится гиперосмо-тичной по отношению к содержимому нисходящего колена петли и по направлению к вершине петли осмотическое давление в окружающей ткани растет. Клетки эпителия нисходящего колена, содержащие в апикальной мембране аквапорины 1-го типа (см. рис. 14.8), проницаемы для воды, которая пассивно уходит из просвета в гиперосмотический интерстиций. Таким образом, в нисходящем колене моча из-за всасывания воды становится все более и более гиперосмотичной, т. е. устанавливается осмотическое равновесие с интерстициальной жидкостью. В восходящем колене из-за всасывания натрия моча становится все менее осмотичной и в корковый отдел дистального канальца восходит уже гипотоничная моча. Однако ее количество из-за всасывания воды и солей в петле Генле существенно уменьшилось.

Собирательная трубочка, в которую затем поступает моча, тоже образует с восходящим коленом петли Генле противоточную систему. Если в собирательных трубочках вода всасывается мало, а натрий, хлориды, мочевина продолжают реабсорбироваться, то нефрон выделяет большие количества гипотоничной слабо концентрированной мочи. Этот процесс носит название разведения мочи. Он реализуется при необходимости выделения избытка воды из внутренней среды.

Рис. 14.11. Противоточно-множительная канальцевая система мозгового вещества почки. Цифрами обозначены величины осмотического давления интерстициальной жидкости и мочи. В собирательных трубочках цифрами в скобках обозначено осмотическое давление мочи в отсутствие вазопрессина (разведение мочи), а цифрами без скобок — осмотическое давление мочи в условиях действия вазопрессина (концентрирование мочи). Первичная моча, образовавшаяся путем фильтрации плазмы крови в клубочке, поступает в проксимальный извитой каналец с осмотическим давлением, изотоничным плазме крови. Здесь реабсорбируются вода и соли и осмотическое давление остается без изменений. В нисходящем колене петли Генле вода реабсорбируется в гиперосмотичный интерстиций и по мере продвижения к вершине моча становится все более гипертоничной. Восходящее колено петли Генле реабсорбирует в интерстиций ионы натрия, тем самым создавая в нем высокое осмотическое давление, а в моче, теряющей натрий, осмотическое давление снижается. Гипотетичная моча поступает в извитые дистальные отделы и собирательные трубочки, где реабсорбируются натрий и, в присутствии вазопрессина, вода. Если действует вазопрессин и реасорбиру-ется вода, осмотическое давление мочи растет, она концентрируется и ее выделяется мало. Если вазопрессина нет, вода не всасывается, а за счет реабсорбции натрия осмотическое давление становится все ниже и ниже, происходит разведение мочи, ее выделяется много с низким удельным весом.

Стенка собирательной трубочки становится проницаемой для воды только в присутствии вазопрессина. Этот эффект вазопрессина обусловлен тем, что гормон вазопрессин обеспечивает встраивание в апикальную мембрану эпителия собирательных клеток молекул аквапорина 2-го типа (см. рис. 14.8), образующих водные каналы, а в отсутствии вазопрессина аква-порины-2 путем эндоцитоза поглощаются внутрь клеток, что носит название интернализации водного канала. На базолатеральных мембранах клеток собирательных трубочек постоянно встроены независимые от вазопрессина аквапорины 3-го и 4-го типов, свободно пропускающие воду в интерстициальное пространство. По мере продвижения мочи по собирательным трубочкам вглубь мозгового вещества вода пассивно уходит в гиперосмотичный интерстиций и моча становится все более концентрированной.

Под влиянием вазопрессина реализуется еще один важный для концентрирования мочи механизм: активация переносчика, усиливающая выход мочевины из собирательных трубочек, расположенных в глубине мозгового вещества, в окружающий интерстиций. Всасывание воды в верхних отделах собирательных трубочек ведет к нарастанию концентрации мочевины в моче, а в самых нижних их отделах, расположенных в глубине мозгового вещества, вазопрессин повышает проницаемость для мочевины и она пассивно диффундирует в интерстиций, резко повышая его осмотическое давление. Таким образом, интерстиций мозгового вещества становится наиболее высоко осмотичным в области вершины почечных пирамид, где и происходит увеличение всасывания воды из просвета канальцев в интерстиций и концентрирование мочи.

Мочевина интерстициальной жидкости по концентрационному градиенту диффундирует в просвет тонкой восходящей части петли Генле и вновь поступает с током мочи в дистальные канальцы и собирательные трубочки. Так осуществляется кругооборот мочевины в канальцах, сохраняющий высокий уровень ее концентрации в мозговом веществе. Описанные процессы транспорта мочевины осуществляются, в основном, в юк-стамедуллярных нефронах, имеющих наиболее длинные петли Генле, спускающиеся глубоко внутрь мозгового вещества почки.

Источник

Рис. 14.11. Противоточно-множительная канальцевая система мозгового вещества почки.

Цифрами обозначены величины осмотического давления интерстициальной жидкости и мочи. В собирательных трубочках цифрами в скобках обозначено осмотическое давление мочи в от­сутствие вазопрессина (разведение мочи), а цифрами без скобок — осмотическое давление мо­чи в условиях действия вазопрессина (концентрирование мочи).

Первичная моча, образовавшаяся путем фильтрации плазмы крови в клубочке, поступает в проксимальный извитой каналец с осмотическим давлением, изотоничным плазме крови. Здесь реабсорбируются вода и соли и осмотическое давление остается без изменений. В нис­ходящем колене петли Генле вода реабсорбируется в гиперосмотичный интерстиций и по мере продвижения к вершине моча становится все более гипертоничной. Восходящее колено петли Генле реабсорбирует в интерстиций ионы натрия, тем самым создавая в нем высокое осмоти­ческое давление, а в моче, теряющей натрий, осмотическое давление снижается. Гипотонич- ная моча поступает в извитые дистальные отделы и собирательные трубочки, где реабсорбиру­ются натрий и, в присутствии вазопрессина, вода. Если действует вазопрессин и реасорбиру- ется вода, осмотическое давление мочи растет, она концентрируется и ее выделяется мало. Ес­ли вазопрессина нет, вода не всасывается, а за счет реабсорбции натрия осмотическое давле­ние становится все ниже и ниже, происходит разведение мочи, ее выделяется много с низким удельным весом.

ние интернализации водного канала. На базолатеральных мембранах кле­ток собирательных трубочек постоянно встроены независимые от вазо­прессина аквапорины 3-го и 4-го типов, свободно пропускающие воду в интерстициальное пространство. По мере продвижения мочи по собира­тельным трубочкам вглубь мозгового вещества вода пассивно уходит в ги­перосмотичный интерстиций и моча становится все более концентриро­ванной.

Под влиянием вазопрессина реализуется еще один важный для концен­трирования мочи механизм: активация переносчика, усиливающая выход мочевины из собирательных трубочек, расположенных в глубине мозгового вещества, в окружающий интерстиций. Всасывание воды в верхних отде-

Рис. 14.12. Противоточная со­судистая система мозгового ве­щества почки.

Цифрами обозначены величины осмотического давления плазмы крови (в просвете капилляров) и интерстициальной жидкости. Пас­сивная диффузия воды (сплошные стрелки) происходит по градиенту осмотического давления, в резуль­тате кровь в нисходящем колене капилляра теряет воду, натрий и мочевина пассивно по градиенту концентрации диффундируют из интерстиция в кровь и она стано­вится более высоко осмотичной, а в восходящем колене капилляра из крови в интерстиций происходит диффузия натрия и мочевины, а из интерстиция в кровь — диффузия воды. В результате к концу восхо­дящего колена капилляра осмоти­ческое давление крови восстанав­ливается. Таким образом сосуди­стая противоточная система сохра­няет высокие концентрации на­трия и мочевины в интерстиции и его высокое осмотическое дав­ление.

—► Пассивная диффузия воды

лах собирательных трубо- — Пассивная диффузия натрия и мочевины чек ведет к нарастанию концентрации мочевины в

моче, а в самых нижних их отделах, расположенных в глубине мозгового вещества, вазопрессин повышает проницаемость для мочевины и она пас­сивно диффундирует в интерстиций, резко повышая его осмотическое дав­ление. Таким образом, интерстиций мозгового вещества становится наибо­лее высоко осмотичным в области вершины почечных пирамид, где и про­исходит увеличение всасывания воды из просвета канальцев в интерсти­ций и концентрирование мочи.

Мочевина интерстициальной жидкости по концентрационному гради­енту диффундирует в просвет тонкой восходящей части петли Генле и вновь поступает с током мочи в дистальные канальцы и собирательные трубочки. Так осуществляется кругооборот мочевины в канальцах, сохра­няющий высокий уровень ее концентрации в мозговом веществе. Описан­ные процессы транспорта мочевины осуществляются, в основном, в юк- стамедуллярных нефронах, имеющих наиболее длинные петли Генле, спус­кающиеся глубоко внутрь мозгового вещества почки.

В мозговом веществе почки имеется и другая — сосудистая противоточ­ная система, образованная кровеносными капиллярами. Кровеносная сеть юкстамедуллярных нефронов образует длинные параллельные прямые нисходящие и восходящие капиллярные сосуды (рис. 14.12),спускающие­ся вглубь мозгового вещества. Двигающаяся по нисходящему прямому ка­пилляру кровь постепенно отдает воду в окружающее интерстициальное пространство в силу нарастающего осмотического давления в ткани и, на­против, обогащается натрием и мочевиной, сгущается и замедляет свое движение. В восходящем капиллярном отделе сосуда по мере движения крови в ткани с постепенно снижающимся осмотическим давлением про­исходят обратные процессы — натрий и мочевина по концентрационному градиенту диффундируют обратно в ткань, а вода всасывается в кровь (см. рис. 14.12).Таким образом, сосудистая противоточная система не создает, а лишь способствует поддержанию высокого осмотического давления в глубоких слоях ткани мозгового вещества почек, обеспечивая удаление во­ды и удержание натрия и мочевины в интерстиции.

Деятельность описанных противоточных систем находится в зависимо­сти от скорости движения находящихся в них жидкостей (мочи или кро­ви). Чем быстрее будет двигаться моча по трубкам противоточной системы канальцев, тем меньшие количества натрия, мочевины и воды успеют ре­абсорбироваться в интерстиций и большие количества менее концентриро­ванной мочи будут выделяться почкой. Чем выше будет скорость кровото­ка по прямым капиллярным сосудам мозгового вещества почки, тем боль­ше натрия и мочевины унесет кровь из почечного интерстиция, так как они не успеют диффундировать из крови обратно в ткань. Этот эффект на­зывают «вымыванием» осмотически активных веществ из интерстиция, в результате его осмолярность падает, концентрирование мочи уменьшается и почкой выделяется больше мочи низкого удельного веса (разведение мо­чи). Чем медленнее происходит движение мочи или крови в мозговом ве­ществе почек, тем больше осмотически активных веществ накапливается в интерстиции и выше способность почки концентрировать мочу.

Регуляция канальцевой реабсорбции осуществляется как нервным, так и, в большей мере, гуморальным путем.

Нервные влияния реализуются преимущественно симпатическими про­водниками и медиаторами через бета-адренорецепторы мембран клеток проксимальных и дистальных канальцев. Симпатические эффекты прояв­ляются в виде активации процессов реабсорбции глюкозы, ионов натрия, воды и анионов фосфатов и осуществляются через систему вторичных по­средников (аденилатциклаза — цАМФ). Нервная регуляция кровообраще­ния в мозговом веществе почки увеличивает или уменьшает эффектив­ность сосудистой противоточной системы и концентрирование мочи. Со­судистые эффекты нервной регуляции также опосредуются через внутри­почечные системы гуморальных регуляторов — ренин-ангиотензиновую, кининовую, простагландины и др.

Основным фактором регуляции реабсорбции воды в дистальных отделах нефрона является гормон вазопрессин, называвшийся ранее антидиурети- ческим гормоном. Этот гормон образуется в супраоптическом и паравен- трикулярных ядрах гипоталамуса, по аксонам нейронов транспортируется в нейрогипофиз, откуда и поступает в кровь. Влияние вазопрессина на проницаемость эпителия канальцев обусловлено наличием рецепторов к гормону, относящихся к У₂-типу, на поверхности базолатеральной мембра­ны клеток эпителия. Образование гормон-рецепторного комплекса влечет за собой через посредство GS-белка и гуанилового нуклеотида активацию аденилатциклазы и образование цАМФ, активацию синтеза и встраивания аквапоринов 2-го типа («водных каналов») в апикальную мембрану клеток эпителия собирательных трубочек. Перестройка ультраструктур мембраны и цитоплазмы клетки ведет к образованию внутриклеточных специализи­рованных структур, переносящих большие потоки воды по осмотическому градиенту от апикальной к базолатеральной мембране, не позволяя транс­портируемой воде смешиваться с цитоплазмой и препятствуя набуханию клетки. Такой трансцеллюлярный транспорт воды через клетки эпителия реализуется вазопрессином в собирательных трубочках. Кроме того, в дис­тальных канальцах вазопрессин обусловливает активацию и выход из кле­ток гиалуронидаз, вызывающих расщепление гликозаминогликанов основ­ного межклеточного вещества, тем самым способствуя межклеточному пассивному транспорту воды по осмотическому градиенту.

Канальцевая реабсорбция воды регулируется и другими гормонами (табл. 14.1). По механизму действия все гормоны, регулирующие реабсорб­цию воды, делятся на шесть групп:

• повышающие проницаемость мембран дистальных отделов нефрона для воды (вазопрессин, пролактин, хорионический гонадотропин);

• меняющие чувствительность клеточных рецепторов к вазопрессину (паратирин, кальцитонин, кальцитриол, простагландины, альдосте- рон);

• меняющие осмотический градиент интерстиция мозгового слоя почки и, соответственно, пассивный осмотический транспорт воды (парати­рин, кальцитриол, тиреоидные гормоны, инсулин, вазопрессин);

• меняющие активный транспорт натрия и хлорида, а за счет этого и пассивный транспорт воды (альдостерон, вазопрессин, атриопептид, прогестерон, глюкагон, кальцитонин, простагландины);

• повышающие осмотическое давление канальцевой мочи за счет нере- абсорбированных осмотически активных веществ, например глюкозы (контринсулярные гормоны);

• меняющие кровоток по прямым сосудам мозгового вещества и, тем самым, накопление или «вымывание» осмотически активных веществ из интерстиция (ангиотензин-П, кинины, простагландины, парати­рин, вазопрессин, атриопептид).

Канальцевая реабсорбция электролитов, так же как и воды, регулирует­ся преимущественно гормональными, а не нервными влияниями.

Реабсорбция ионов натрия в проксимальных канальцах активируется альдостероном и угнетается паратирином, в толстой части восходящего ко­лена петли Генле реабсорбция натрия активируется вазопрессином, глюка­гоном, кальцитонином, а угнетается — простагландинами Е. В дистальном отделе канальцев главными регуляторами транспорта натрия являются аль­достерон (активация), простагландины и атриопептид (угнетение). Основ­ной активатор реабсорбции натрия — альдостерон — обеспечивает образо­вание и активацию всех структур, необходимых для транспорта натрия: ком­понентов натрий-калиевого насоса базолатеральной мембраны и ферментов его энергетического обеспечения, структур натриевых каналов апикальной мембраны и переносчиков иона. Наиболее отчетливо выражена активация реабсорбции ионов натрия под влиянием альдостерона в корковом отделе собирательных трубочек. Действие альдостерона имеет место не только в почках, но также и в желудочно-кишечном тракте, железах внешней секре­ции — везде этот гормон способствует всасыванию натрия в кровь. В почках альдостерон стимулирует также секрецию ионов калия в мочу.

Регуляция канальцевого транспорта ионов кальция, фосфата и частично магния обеспечивается, в основном, кальций-регулирующими гормонами. Влияния паратирина отличаются в разных отделах канальцевого аппарата почки. В проксимальных канальцах (прямой отдел) всасывание кальция происходит параллельно с транспортом натрия и воды. Угнетение реаб­сорбции ионов натрия в этом отделе под влиянием паратирина сопровож­дается параллельным снижением реабсорбции ионов кальция. За предела­ми проксимального канальца паратирин избирательно усиливает реабсорб­цию кальция, особенно в дистальном извитом канальце и корковой части собирательных трубочек. Реабсорбция ионов кальция активируется также

кальцитриолом, а подавляется кальцитонином. Всасывание анионов фос­фата в канальцах почки угнетается и паратирином (проксимальная реаб­сорбция), и кальцитонином (дистальная реабсорбция), а усиливается каль- цитриолом и соматотропином. Паратирин активирует реабсорбцию ионов магния в корковой части восходящего колена петли Генле и тормозит про­ксимальную реабсорбцию аниона бикарбоната.

14.2.1.3. Канальцевая секреция и ее регуляция

печения гомеостазиса в организме.

Секреция водородных ионов происходит в проксимальных канальцах в большей мере, чем в дистальных. Однако дистальная секреция водородных ионов играет основную роль в регуляции кислотно-основного состояния внутренней среды.

Секреция ионов калия происходит в дистальных канальцах и собира­тельных трубочках. Поскольку почти весь профильтровавшийся калий ре­абсорбируется в канальцах до дистальной извитой их части, то выделяе­мый с мочой калий является результатом его секреции в дистальных изви­тых канальцах и собирательных трубочках. Регуляция выделения ионов ка­лия осуществляется альдостероном, усиливающим секрецию К + и подав­ляющим его реабсорбцию. Секреция аммиака, образующегося в самих клетках эпителия, происходит в проксимальном и в дистальном отделах.

Регуляция канальцевой секреции осуществляется с помощью гормонов и симпатической нервной системы. Эффекты нервной регуляции реализу­ются за счет изменений кровотока в постгломерулярных капиллярах поч­ки, т. е. транспорта веществ кровью к секретирующим клеткам, и влияния на энергетический обмен в клетках эпителия канальцев. Гормонами, уси-

i ______________________________________________________ jливающими проксимальную канальцевую секрецию органических веществ за счет метаболических эффектов, являются соматотропин аденогипофиза, йодсодержащие гормоны щитовидной железы и андрогены.

Процесс секреции некоторых веществ в проксимальных канальцах идет настолько интенсивно, что за одно прохождение крови через корковое ве­щество почек из нее удаляются полностью путем секреции такие вещества, как, например, парааминогиппуровая кислота или рентгеноконтрастные препараты. Следовательно, определяя клиренс этих веществ, можно рас­считать объем плазмы крови, проходящей в единицу времени через кору почек, или величину эффективного (т. е. участвующего в мочеобразовании) почечного плазмотока.

14.2.1.4.Состав и свойства конечной мочи

В сутки у человека образуется и выделяется от 0,7 до 2 л мочи. Эта величина носит название суточного диуреза и зависит от количества выпитой жидко­сти, так как здоровым человеком выделяется 65—80 % ее объема с мочой. Основное количество мочи образуется днем, тогда как ночью оно составля­ет не более половины дневного объема. Удельный вес мочи колеблется в широком диапазоне —от 1005 до 1025, обратно пропорционально объему принятой жидкости и образовавшейся мочи. Реакция суточной мочи обыч­но слегка кислая, однако pH колеблется в зависимости от характера пита­ния. При растительной пище моча приобретает щелочную реакцию, а при белковой — становится более кислой. Моча обычно прозрачна, но имеет не­большой осадок, получаемый при центрифугировании и состоящий из ма­лого количества эритроцитов, лейкоцитов и эпителиальных клеток. В осад­ке мочи, собранной за 12 ночных часов, содержится от 0 до 400 000 эритро­цитов, от 300 000 до 1,8 миллионов лейкоцитов. Здесь также могут присут­ствовать кристаллы мочевой кислоты, уратов и оксалата кальция (в кислой моче) или кристаллы мочекислого аммония, фосфорнокислого и углекисло­го кальция (в щелочной моче). Белок и глюкоза в конечной моче практиче­ски отсутствуют, содержание аминокислот не превышает 0,5 г за сутки. По­скольку в канальцах нефрона происходит обратное всасывание основной части профильтровавшейся воды, солей и других веществ, то выделяется их с мочой от 45 % (мочевина) до 0,04 % (бикарбонат) от профильтровавшего­ся количества. Однако за счет всасывания воды и процессов концентриро­вания мочи, а также секреции в канальцах, содержание в конечной моче ря­да веществ превышает их концентрацию в плазме крови: мочевины в 67 раз, калия в 7, сульфатов в 90, фосфатов в 16 раз, тем самым обеспечивается эф­фективность их экскреции из организма. В небольших количествах в мочу поступают производные продуктов гниения белков в кишечнике — индола, скатола, фенола. В моче содержится широкий спектр органических кислот, небольшие концентрации витаминов (кроме жирорастворимых), биогенные амины и их метаболиты, стероидные гормоны и их метаболиты, ферменты и пигменты, определяющие цвет мочи. С мочой в разных концентрациях, зависящих от ее количества, выделяются практически все неорганические катионы и анионы, в том числе и широкий спектр микроэлементов.

14.2.1.5.Механизмы выведения мочи и мочеиспускания

Образовавшаяся в структурах нефрона моча поступает в почечные лохан­ки. По мере их заполнения и растяжения достигается порог раздражения механорецепторов, приводящий к рефлекторному сокращению мускулату­ры лоханки и раскрытию мочеточника. За счет перистальтических сокра­щений их гладкой мускулатуры моча поступает в мочевой пузырь. Гладкие мышцы лоханки и мочеточников обладают значительной степенью автома- тии, в связи с чем их перистальтика вызывается растяжением объемом по­ступающей мочи.

Заполняющая мочевой пузырь моча по мере накопления начинает рас­тягивать его стенки, но при этом напряжение стенок пузыря не повышает­ся до определенной величины растяжения, обычно соответствующей объе­му мочи в пузыре около 400 мл. Появление напряжения стенки мочевого пузыря вызывает позывы к мочеиспусканию, так как раздражение механо­рецепторов ведет к поступлению афферентной информации в крестцовые отделы спинного мозга и формированию сложного рефлекторного акта. В этом акте участвуют не только спинальные, но и расположенные в го­ловном мозге центральные структуры, позволяющие осуществлять произ­вольную задержку мочеиспускания или его начало, а также обеспечиваю­щие сенсорно-эмоциональную реакцию. Акт мочеиспускания реализуется благодаря тому, что эфферентные имупльсы из спинального центра по па­расимпатическим нервным волокнам достигают мочевого пузыря и моче­испускательного канала, одновременно обеспечивая сокращение гладкой мышцы стенки мочевого пузыря и расслабление двух сфинктеров — шейки мочевого пузыря и мочеиспускательного канала.

14.2.2. Экскреторная функция почек

14.2.3. Метаболическая функция почек

14,2.4. Роль почек в регуляции артериального давления

Почки участвуют в регуляции артериального давления благодаря несколь­ким механизмам,

1. В почках образуется ренин, являющийся частью ренин-ангиотензин- альдостероновой системы (РААС), которая обеспечивает регуляцию тонуса кровеносных сосудов, поддержание баланса натрия в организме и объема циркулирующей крови, активацию адренергических механизмов регуляции насосной функции сердца и сосудистого тонуса. Уменьшение уровня дав­ления крови в приносящей артериоле клубочка, повышение симпатическо­го тонуса и концентрации натрия в моче дистального канальца активирует секрецию ренина, что с помощью ангиотензина-П и альдостерона способ­ствует нормализации сниженной величины артериального давления. Не­адекватно избыточная секреция ренина и активация РААС может быть причиной повышенного артериального давления.

2. В почке образуются вещества депрессорного действия, т. е. снижаю­щие тонус сосудов и артериальное давление. Их образование получило на­звание «антигипертензивной» функции почек, поскольку ее нарушение может приводить к артериальной гипертензии.

Антигипертензивные гуморальные факторы почек представлены не­сколькими соединениями, образующимися в основном интерстициальны­ми клетками мозгового вещества: 1) простагландинами — ПГ_А, ПГ_Е, ПГ₀, ПГ₍; 2) алкиловыми эфирами фосфатидилхолина (активирующий тромбо­циты фактор); 3) нейтральным липидом мозгового вещества; а также обра­зующимися в корковом веществе кининами. Активация синтеза почечных простагландинов происходит при артериальной гипертензии, после ише- мизации почки, под влиянием норадреналина, вазопрессина, ангиотензи­на-П, почечных кининов и стимуляции почечных симпатических нервов. Противогипертензивное действие простагландинов заключается как в вазо­дилатирующем эффекте, так и в стимуляции почечной экскреции ионов натрия и воды. Большая часть поступающих в кровь простагландинов раз­рушается в легких, поэтому в артериальные сосуды не попадает, за исклю­чением ПГ1₂, почти не деградирущего в малом круге и обладающего мощ­ным системным вазодилатирующим эффектом. Важное значение для про- тивогипертензивного действия имеет торможение синаптической передачи в адренергических синапсах под влиянием ПГЕ. Наличием обратной связи между простагландинами и ренин-ангиотензин-альдостероновой системой обусловлен стимулирующий эффект простагландинов на синтез ренина в юкстагломерулярном аппарате почек.

Алкиловые эфиры фосфатидилхолина и нейтральный липид мозгового вещества почек в отличие от большинства простагландинов оказывают, в основном, системное вазодилатирующеее действие и являются поэтому ос­новными гемодинамическими антигипертензивными факторами почек. Кининовая система почек проявляет антигипертензивное действие как за счет системного вазодилатирующего эффекта, так и, в большей мере, бла­годаря внутрипочечной вазодилатации, повышению почечного кровотока, диуретическому и натрийуретическому эффектам.

3. Почка экскретирует воду и электролиты, а их содержание в крови, вне- и внутриклеточной среде является важным для поддержания уровня артериального давления. Задержка ионов натрия и воды во внутренней среде обеспечивает прирост объема циркулирующей крови. Однако боль­шую роль играет содержание ионов натрия, калия и кальция во вне- и внутриклеточной среде, поскольку оно определяет сократимость миокарда и сосудистый тонус, а также реактивность сердца и сосудов к регулятор­ным нейрогуморальным влияниям.

4. Почки участвуют в регуляции артериального давления с помощью феномена «давление—натрийурез—диурез», суть которого заключается в том, что повышение артериального давления вызывает увеличение экскре­ции с мочой ионов натрия, возрастание объема диуреза и, в итоге, восста­новление уровня артериального давления. Четыре основных механизма ле­жат в его основе. Во-первых, повышенное артериальное давление тормозит секрецию ренина, образование в почечной циркуляции ангиотензина-П, и в результате ослабляется стимуляция ангиотензином реабсорбции ионов натрия. Во-вторых, повышенное артериальное давление увеличивает обра­зование в почках натрийуретических веществ: окиси азота и простагланди­нов Е₂, продукции последнего способствует и снижение уровня ангиотен- зина-II. В-третьих, повышенное артериальное давление способствует росту гидростатического давления в почечном интерстиции, что уменьшает реаб­сорбцию воды и натрия. В-четвертых, повышение артериального давления ускоряет кровоток по прямым сосудам мозгового вещества почки. Это приводит к вымыванию осмотического градиента натрия и мочевины, что снижает реабсорбцию воды, а следовательно, ослабляет концентрацион­ную способность почки. Таким образом происходит увеличение натрий- уреза и диуреза, следствием которых является уменьшение объема цирку­лирующей крови, снижение прессорной активности сосудов, и в результа­те нормализуется артериальное давление.

Водно-солевой обмен

Водно-солевым обменом называют совокупность процессов поступления во­ды и электролитов в организм, распределения их во внутренней среде и выделения из организма. Жизнедеятельность биологических систем, яв­ляющихся с позиций термодинамики открытыми, требует равновесия или баланса, общего поступления веществ и энергии (как экзо-, так и эндоген­ных) с общим их выведением из системы. Наличие у большинства живых систем основного циркадианного (суточного) ритма обусловливает баланс основных веществ и энергии во временном промежутке, равном 24 ч. От­сутствие в системе равенства суточного поступления и выведения веществ позволяет говорить о нарушении баланса или дисбалансе — основном при­знаке нарушения гомеостазиса. При этом обычно выделяют два полярных состояния — положительный баланс (когда поступление вещества вместе с его эндогенным образованием превышает выведение из системы) и отри­цательный баланс (выведение превышает сумму поступления и образова­ния).

14.3.1. Внешний водный баланс организма

Баланс между поступлением веществ из внешней среды и их выделением из внутренней среды носит название «внешнего баланса». У здорового чело­века поддерживается равенство объемов выделяющейся из организма и по­ступившей в него за сутки воды, что называют внешним водным балансом организма. Средние показатели внешнего водного баланса здорового чело­века в состоянии покоя показаны в табл. 14.2. Принято рассматривать так­же и внешний баланс электролитов — натрия, калия, кальция и других ве­ществ (табл. 14.3).

Вода является важнейшим неорганическим компонентом организма, обеспечивающим связь внешней и внутренней среды, транспорт веществ между клетками и органами. Являясь растворителем органических и неор­ганических веществ, вода представляет собой основную среду развертыва­ния метаболических процессов. Она входит в состав различных систем ор­ганических веществ. Каждый грамм гликогена, например, содержит 1,5 мл воды, каждый грамм белка — 3 мл воды. При ее участии формируются кле­точные мембраны, транспортные частицы крови, макромолекулярные и надмолекулярные образования.

В процессе обмена веществ и окислении водорода, отделенного от суб­страта, образуется эндогенная «вода окисления», причем ее количество за­висит от вида распадающихся субстратов и уровня обмена веществ. Так, в покое при окислении 100 г жира образуется более 100 мл воды, 100 г бел­ка — около 40 мл воды, 100 г углеводов — 55 мл воды. Повышение катабо­лизма и энергетического обмена ведет к увеличению объема образуемой эндогенной воды.

Однако эндогенной воды у человека недостаточно для обеспечения вод­ной среды метаболических процессов, особенно выведения в растворен­ном виде продуктов метаболизма. В частности, повышение потребления белков и, соответственно, конечное превращение их в мочевину, удаляе­мую из организма с мочой, ведет к абсолютной необходимости возраста­ния потерь воды в почках, что требует повышенного ее поступления в ор­ганизм. При питании преимущественно углеводной, жировой пищей и не­большом поступлении в организм NaCl потребность организма в поступле­нии воды меньше, так как и эндогенной воды образуется больше, и для экскреции веществ с мочой воды требуется меньше. У здорового взрослого человека суточная потребность в воде колеблется от 1 до 3 л.

Общее количество воды в организме составляет у человека от 44 до 70 % массы тела, или примерно 38—40 л. Содержание ее в разных тканях варьирует от 10 % в жировой ткани до 83—87 % в почках и крови.

Таблица 14.2. Средние величины параметров внешнего водного баланса организма че­ловека

Потребление и образование воды	Количест­во, мл/сут	Выделение воды	Количест­во, мл/сут
Питье и жидкая пища	1200	С мочой	1500
С твердой пищей	1000	С потом	500
Эндогенная вода «окисления»	300	С выдыхаемым воздухом С калом	400 100
Поступление	2500	Выделение	2500

Таблица 14.3. Среднесуточный баланс обмена некоторых веществ у человека

пищаметаболизммочафекалиипот и воздухНатрий (ммоль)1551502,52,5Калий (ммоль)75705,0—Хлориды (ммоль)1551502,52,5Азот (г)1091—Кислоты (мэкв)нелетучие—5050———летучие—14 000—14 000

14.3.2. Внутренний водный баланс организма

Таким образом, в организме человека вода распределена неодинаково в разных водных средах, тканях, клетках и внеклеточном пространстве. Кон­центрации ионов различаются в водных пространствах и секторах, причем перемещения через биологические мембраны клеток одних ионов вызыва­ют движение, часто в противоположном направлении, других (Na + и К + ; К + и Н + ; и др.). Соответственно, соотношение содержания воды и веществ в разных средах внутренней среды получило название «внутреннего баланса».

Система регуляции водного баланса обеспечивает два основных гомео­статических процесса: во-первых, поддержание постоянства общего объема жидкости в организме и, во-вторых, оптимальное распределение воды ме­жду водными пространствами и секторами организма. К числу факторов поддержания водного гомеостазиса относятся осмотическое и онкотиче­ское давление жидкостей водных пространств, гидростатическое и гидро­динамическое давление крови, проницаемость гистогематических барьеров и других мембран, активный транспорт электролитов и неэлектролитов, нейроэндокринные механизмы регуляции деятельности почек и других ор­ганов выделения, а также питьевое поведение и жажда.

14.3.3. Электролитный, или солевой, баланс организма

Водный баланс организма тесно связан с обменом электролитов. Суммар­

ная концентрация минеральных

— Внутриклеточная жидкость

и других ионов создает величину осмоти­ческого давления водных пространств организма. Концентрация отдельных минеральных ионов в жидкостях внут­ренней среды определяет функциональ­ное состояние возбудимых и невозбу­димых тканей, а также состояние про­ницаемости биологических мембран,— поэтому принято говорить о водно-элек­тролитном (или солевом) обмене. По­скольку синтез минеральных ионов в

Рис. 14.13. Распределение воды по секторам водных пространств в % от общего содержа­ния воды в организме. Наибольший объем воды приходится на внутриклеточное про­странство, а наименьший — на плазму крови или внутрисосудистый сектор внеклеточно­го водного пространства.

организме не осуществляется, они должны поступать в организм с пищей и питьем. Для поддержания электролитного баланса и, соответственно, жизнедеятельности организм в сутки должен получать примерно 130 ммоль натрия и хлора, 75 ммоль калия, 26 ммоль фосфора, 20 ммоль каль­ция и других элементов.

Основным катионом внеклеточного водного пространства является на­трий, а анионом — хлор. Во внутриклеточном пространстве основной ка­тион — калий, а анионами являются фосфат и белки.

Для обеспечения физиологических процессов важна не столько общая концентрация каждого электролита в водных пространствах, сколько их активность или эффективная концентрация свободных ионов, поскольку часть ионов находится в связанном состоянии (Са 2+ и Mg 2+ с протеинами, Na + в ячейках клеточных органелл и и т. п.). Роль электролитов в жизне­деятельности организма многообразна и неоднозначна.

Натрий поддерживает осмотическое давления внеклеточной жидкости, причем его дефицит не может быть восполнен другими катионами. Изме­нение уровня натрия в жидкостях организма неизбежно влечет за собой сдвиг осмотического давления и в результате — объема жидкостей. Умень­шение концентрации натрия во внеклеточной жидкости способствует пе­ремещению воды в клетки, а увеличение содержания натрия — способству­ет выходу воды из клеток. Количество натрия в клеточной микросреде оп­ределяет величину мембранного потенциала и, соответственно,— возбуди­мость клеток.

Основное количество калия (98 %) находится внутри клеток в виде непрочных соединений с белками, углеводами и фосфором. Часть калия содержится в клетках в ионизированном виде и обеспечивает их мем­бранный потенциал. Во внеклеточной среде небольшое количество калия находится преимущественно в ионизированном виде. Обычно выход ка­лия из клеток зависит от увеличения их биологической активности, рас­пада белка и гликогена, недостатка кислорода. Концентрация калия уве­личивается при ацидозе и снижается при алкалозе. Уровень калия в клетках и внеклеточной среде играет важнейшую роль в деятельности сердечно-сосудистой, мышечной и нервной систем, в секреторной и мо­торной функциях пищеварительного тракта, экскреторной функции почек.

Кальций участвует в физиологических процессах только в ионизирован­ном виде. Этот катион необходим для обеспечения возбудимости нервно- мышечной системы, проницаемости мембран, свертывания крови. Иони­зация кальция в крови зависит от ее pH. При ацидозе содержание ионизи­рованного кальция повышается, а при алкалозе — падает. Алкалоз и сни­жение уровня кальция во внеклеточной среде ведут к резкому снижению порога возбуждения, повышению нейромышечной возбудимости и тетани­ческим судорогам. Влияет на уровень свободного ионизированного каль­ция и концентрация белков в плазме крови. Содержание кальция в крови поддерживается в норме в диапазоне 2,3—2,6 ммоль/л. Внутриклеточный ионизированный кальций является важнейшим вторичным посредником нервно-гуморальных регуляторных влияний на клетки, обеспечивает про­цессы освобождения медиаторов в синапсах и секрецию гормонов, энерге­тику клетки. Основное депо кальция — костная ткань, в которой содер­жится 90 % катиона в связанном виде.

Магний, как и калий, является основным внутриклеточным катионом, его концентрация в клетках значительно выше, чем во внеклеточной среде. Половина всего количества магния находится в костях, 49 % в клетках мягких тканей и лишь 1 % во внеклеточном водном пространстве. Уровень магния в крови составляет 0,7—1,0 ммоль/л, при этом более 60 % катиона находится в ионизированном виде. Магний находится в составе более 300 разных ферментных комплексов, обеспечивая их активность. Он способст­вует синтезу белков, необходим для поддержания состояния клеточных мембран. Увеличивая потенциал покоя и порог возбуждения клеток, кати­он уменьшает возбудимость нервно-мышечной системы, сократительную способность миокарда и гладких мышц сосудов, оказывает депрессивное действие на психические функции.

Главным анионом внеклеточной жидкости является хлор. Его концен­трация в плазме крови в норме колеблется от 90 до 105 ммоль/л. Поступая в клетку через хлорные каналы, анион участвует в формировании потен­циала покоя возбудимых клеток, а способствуя гиперполяризации мембран — определяет формирование процессов синаптического и преси- наптического торможения. Избыток хлора ведет к ацидозу. Анион необхо­дим для образования соляной кислоты в желудке.

Фосфаты являются основными внутриклеточными анионами, концен­трация их в клетках выше, чем во внеклеточной среде, в 40 раз. Содержа­ние неорганического фосфата в крови составляет 0,94—1,44 ммоль/л, но 50 % неорганического фосфата находится в костях, где он вместе с кальци­ем образуют основное минеральное вещество костной ткани. Фосфаты — необходимый компонент клеточных мембран, играют ключевую роль в ме­таболических процессах, входя в состав многих коферментов, нуклеиновых кислот и фосфопротеинов, вторичных посредников и макроэргических со­единений.

Сульфаты в большем количестве содержатся во внутриклеточном про­странстве, входят в состав многих биологически активных веществ. В плаз­ме крови неорганических сульфатов содержится 0,3—1,5 ммоль/л. Они участвуют в обезвреживании токсичных соединений в печени.

Для гомеостаза электролитов необходимо взаимодействие нескольких процессов: поступление в организм, перераспределение и депонирование в клетках и их микроокружении, выделение из организма. Поступление их в организм зависит от состава и свойств пищевых продуктов и воды, особен­ностей их всасывания в желудочно-кишечном тракте и состояния энте­рального барьера. Однако, несмотря на широкие колебания количества и состава пищевых веществ и воды, внешний водно-солевой баланс в здоро­вом организме неуклонно поддерживается за счет изменений экскреции с помощью органов выделения. Основную роль в этом гомеостатическом ре­гулировании выполняют почки.

14.3.4. Общие принципы регуляции водно-солевого обмена

Регуляция водно-солевого обмена включает афферентное, центральное и эфферентное звенья. Афферентное звено представлено массой рецептор­ных аппаратов сосудистого русла, тканей и органов, воспринимающих сдвиги осмотического давления, объема жидкостей и их ионного состава. В результате в нервных центрах промежуточного мозга (гипоталамус, эпи­таламус), лимбической системы и коры больших полушарий создается ин­тегрированная картина состояния водно-солевого баланса в организме. Следствием центрального анализа является изменение питьевого и пище­вого поведения, перестройка работы желудочно-кишечного тракта и систе­мы выделения (прежде всего функции почек), реализуемая через эффе­рентные звенья регуляции. Последние представлены вегетативной нервной системой и, в большей мере, гормонами нейрогипофиза (вазопрессин, ок­ситоцин), миокарда (атриопептид), коры надпочечников (альдостерон), других эндокринных желез.

Важнейшим элементом регуляции водно-солевого обмена является осу­ществляемое осморегулирующими системами организма поддержание ос­мотического гомеостазиса. Его основными показателями являются осмоти­ческие давления крови, интерстициальной жидкости, внутрцклеточной среды. Осмотическое давление любой жидкости внутренней среды, являю­щейся сложным раствором, равно сумме парциальных осмотических дав­лений содержащихся в ней ингредиентов. Осмотическое давление, созда­ваемое каждым из ингредиентов, зависит от его концентрации. Осмотиче­ское давление принято выражать в миллиосмолях. Для электролитов вели­чина парциального осмотического давления определяется согласно их ва­лентности: одновалентные ионы создают число миллиосмолей, равное их концентрации в миллимолях, а для двухвалентных ионов количество мил­лиосмолей составляет половину их концентрации в миллимолях. Осмоти­ческое давление плазмы крови у здорового человека относится к числу же­стких гомеостатических констант и находится в пределах 275—305 моем/ кг, при этом электролиты создают осмотическое давление порядка 270— 300 мосм/кг, а остальная незначительная часть общего осмотического дав­ления приходится на неэлектролиты — сахар, мочевину, липиды и т. д. В условиях патологии осмотическое давление плазмы крови может выходить за пределы нормального диапазона колебаний. Границы осмотического давления, совместимого с жизнью человека, находятся в пределах 203— 375 мосм/кг.

Источник