Обязательный (минимальный) объем выделяемой мочи

Каким же должен быть минимальный объем мочи, что бы обеспечить освобождение организма от продуктов обмена и избытка ионов, поступающих из пищи? При ответе на этот вопрос необходимо ориентироваться на то, что максимально возможное концентрирование мочи определяется осмотическим давлением паренхимы сосочков мозгового слоя – 1200 мосм/л, а в норме взрослый человек должен выделять около 600 мосм растворенных веществ в сутки. Разделив вторую величину на первую (600 мосм/сутки: 1200 мосм/л = 0,5 л/сутки) - это и будет обязательным минимальным объемом мочи, который обеспечит выделение почками должного объема жидкости наряду с неизбежными потерями ее через легкие, потовые железы и желудочно-кишечный тракт.

В этом (максимальная концентрация мочи – 1200 мосм/л) заключается и механизм обезвоживания при попытке пить морскую воду. Осмомолярность океанической воды также около 1000-1200 мосм/л. Значит, с 1 литром воды в организм дополнительно поступит еще и 1200 мосм NaCl. Но почкам необходимо выделять еще и «свои» как минимум 600 мосм растворенных веществ в сутки. Таким образом, выпив 1 л морской воды человек должен выделить около 2 л мочи в сутки, что и приводит к обезвоживанию.

6.2.2. Нефроны

Мочеобразование происходит при взаимодействии всех структур нефpона и сосудистой сети. Можно выделить три основные физиологические процессы, протекающие сопряженно и обеспечивающие образование из крови мочи:

· клубочковая фильтрация,

· канальцевая реабсорбция,

· секреция.

Структурнофункциональной единицей почек является нефрон. В каждой почке их насчитывается порядка 1,2 - 1,3 млн. В зависимости от места расположения в почке, глубины залегания в корковом слое, различают три типа нефронов: суперфициальные, интракортикальные и юкстамедулярные. Соотношение их таково: суперфициальных нефронов 20-30%, интракортикальных - 40-50%, юкстамедуллярных - 20-30%. Несмотря на некоторые отличия принципиальная схема строения и функционирования нефронов одинакова.

В норме существует определенная периодичность функционирования нефронов: не все нефроны функционируют одновременно, одни из них “работают” - другие нет. С одной стороны, в этом проявляется функциональная избыточность, дублирование структур, общая для всех органов. Однако, с другой стороны, местоположение клубочкового аппарата капсулы Боумена-Шумлянского существенно отражается на функции канальцевого аппарата, который осуществляет реабсорбцию из первичного фильтрата не только веществ, поступивших туда «по ошибке», которые необходимо удержать в организме, но и воды. Чем глубже залегает нефрон, тем дальше в мозговое вещество заходит петля Генле, а это обеспечивает более интенсивный процесс реабсорбции в ней воды и NaCl, так как проявляется зависимость от онкотического давления в паренхиме: чем глубже в мозговой слой, тем оно выше). Тем самым в системе почечного кровотока создается возможность регулировать состав выводимой мочи, включая один тип нефронов или другой.

Рис. 6.5. Особенности кровоснабжения различного типа нефронов (а) и строение эпителия различных отделов канальцев (б).

 

Фильтрация

Фильтрация плазмы крови происходит в клубочке 20-40 капилляров, представляющих собой разветвление приносящего сосуда (vasa afferens), собирающихся в выносящий сосуд (vasa efferens). К капиллярам примыкает внутренняя стенка двухслойной капсулы Боумена-Шумлянского. Пространство, находящееся между двумя слоями капсулы (мочевое прстранство), образует как бы воронку, сообщающуюся с просветом канальца.

Кроме эндотелия капилляров и подоцитов, в гломерулах есть третий тип клеток - мезангиальные, находящиеся в центральной части внутри капилляных петель. Это соединительная ткань клубочка - мезангий как брыжейка подвешивает капилляры клубочка к гломерулярному полюсу. Из трех типов мезангиоцитов наибольший интерес представляют клетки гладкомышечного типа. Они осуществляют синтез всех компонентов мезангиального матрикса. Эту их функцию контролируют мезангиоциты костномозгового происхождения. Основными компонентами мезангиального матрикса являются коллагеновые волокна и фибронектин.

Почечная мембрана. Кровь, протекающая по капиллярам клубочка, от фильтрата, находящегося в полости между двумя листками капсулы, отделяет почечная мембрана. Фильтрующая мембрана состоит из 3-х слоев: эндотелия кровеносных капилляров, базальной мембраны (БМ) и эпителиальных клеток капсулы. Все они имеют “окна”, через которые может легко проходить вода и большинство растворенных в плазме веществ (рис. 662-Б).

Эндотелиальные клетки капилляров имеют поры 100-150 нм, закрытые лишь тонкой диафрагмой. Круглые или овальные отверстия эндотелиоцитов, занимающие до 30% площади клетки, за счет имеющегося на их мембране гликокаликса, мешают проникновению форменных элементов крови и крупных молекул.

Капсула клубочка представлена базальной мембраной (БМ) и эпителиальными клетками - подоцитами. Последние фиксированы на БМ с помощью филаментов, содержащих актомиозин. Сокращение их обеспечивает один из механизмов регуляции фильтрационной функции почки.

Подоциты, отходящими из перинуклеарной зоны большими отростками, напоминают “подушки”, охватывающие значительную поверхность капилляра (рис. 75-А). Малые их отростки отходят от больших и, переплетаясь, закрывают все свободное от больших отростков пространство капилляра. Межпедикулярное пространство составляет 25-30 нм. Оно занято фибриллярными структурами, образующими щелевую диафрагму, своеобразную решетку - систему пор величиной 5-12 нм. Снаружи щелевая диафрагма покрыта гликокаликсом. Внутри указанная диафрагма граничит с базальной мембраной (БМ).

 

Рис. 75. Структурные элементы, входящие в почечную мембрану (А) и детализация расположения пор (Б).

Базальная мембрана имеет толщину 250-400 нм. Она состоит из трех слоев. Ее основной средний слой толщиной 1,2-2,5 нм представлен сетчатыми структурами белков. Состав белков не постоянен и, к примеру, с возрастом количество коллагена в БМ значительно увеличивается, а гликопротеинов - снижается. Вещества базальной мембраны продуцируются подоцитами, эндотелием капилляров и мезангиальными клетками. Из них особая роль принадлежит подоксилину - основному сиалопротеину клубочка. Сиалопротеины подоцитов и эндотелия совместно с протеин-гликанами БМ обеспечивают отрицательный заряд ее, что является одним из основных барьеров для анионных и нейтральных макромолекул.

Из всех трех структур почечной мембраны наименее проницаемой является базальная мембрана. Средний радиус пор БМ определяется расстоянием между филаментами коллагеноподобных белков. Промежутки между коллагеновыми нитями примерно 3-7,5 нм.

Проницаемость почечной мембраны. Кроме отрицательного заряда структур базальной мембраны, большое значение при фильтрации плазмы крови имеют указанные выше размеры пор. Суммарное “сито” мембраны капсулы легко проходимо для веществ, имеющих молекулярную массу менее 5500. В норме молекулярная масса 80000 является абсолютным пределом прохождения частиц через поры. В указанном промежутке (5500 - 80000) фильтруемость молекул тем меньше, чем больше размер молекулы. Так, фильтруемость гемоглобина (мол. масса 64500) составляет лишь около 3%, а альбумина плазмы (мол. масса 69000) - менее 1%.

Естественно, что при поражениях гломерулярных отделов почки, проницаемость их фильтра изменяется, и в мочу могут попадать в большом количестве не только крупные белки, но даже и форменные элементы крови.

Скорость клубочковой фильтрации (СКФ). Основой фильтрата (первичной мочи) является вода, в которой можно обнаружить почти все вещества, содержащиеся в плазме крови, за исключением крупных белков.

Эффективное фильтрационное давление (ЭФД) является результирующей взаимодействия сил, часть которых выталкивает содержимое крови из капилляров, а другая этому препятствует. Выталкивающей силой является тpансмуpальное давление (Рt), обусловленное pазницей между гидpодинамическим давлением крови клубочка (Рк) и гидpостатическим давлением жидкости, находящейся в пpосвете капсулы (Ргк), а препятствующей - онкотическое давление крови (Ро):

ЭФД = Рt - Рo (мм рт.ст.) (6.1)

В обычных условиях ЭФД в начальной части капилляра около:

(65 - 15) - 25 = 25 мм рт.ст. (33 кПа).

Коэффициент фильтрации (Кф) зависит от проницаемости мембраны. В норме, при ненарушенной почечной мембране, фильтрация мало зависит от указанного коэффициента. Существенную поправку в скорость клубочковой фильтрации (СКФ) этот коэффициент вносит при патологии, когда увеличиваются поры почечного “сита”:

СКФ = ЭФД·Кф (мл/мин) (6.2)

У мужчин СКФ около 125 мл/мин, а у женщин - 110 мл/мин из расчета равной площади поверхности тела в 1,73 м³. В фильтрат поступает примерно 1/5 часть проходящей через почки плазмы. В результате, за сутки образуется 150-180 л фильтpата (первичной мочи). Легко подсчитать, что вся плазма крови очищается почками не менее 60 раз в сутки.

Определенный интерес представляет и то, что по мере прохождения крови по капилляру клубочка, в связи с потерей 20% воды происходит существенное возрастание в ней онкотического давления: с 24-28 мм рт.ст. в приносящем конце капилляра до 33-35 мм рт.ст. в выносящем. В результата и данного процесса во второй половине капилляра ЭФД существенно снижается. Это приведет к уменьшению клубочковой фильтрации. Такая ситуация возникает тогда, когда почечный плазмоток невелик (частицы крови продвигается медленнее). В противоположность этому высокая скорость кровотока приведет к увеличению образования первичного фильтрата.

Снижение концентрации белка в плазме крови, как это бывает при патологии печени, понижая онкотическое давление, приведет к увеличению скорости клубочковой фильтрации. В то же время увеличение онкотического давления плазмы артериальной крови приведет к снижению скорости клубочковой фильтрации.

В физиологических условиях изменение величины давления в капсуле имеет очень небольшое значение. Но в патологии, когда, к примеру, происходит закупорка мочеточника камнем и затрудняется отток по всему мочеатводящему каналу, фильтрация снижается и из-за роста этого показателя.

В отличие от плазмы крови ультрафильтрат содержит очень мало белков. Кроме того, в нем в несколько меньшей концентрации находятся многие неорганические катионы, так как часть их в плазме находится не в свободном, а в связанном с белками состоянии. Соотношение свободных и связанных ионов находится в равновесном состоянии и именуется равновесием Доннана. Различие между первичной мочой и плазмой крови по содержанию одновалентных ионов невелико, в то время как по двухвалентным - более существенно. Так, в плазме 40% Са²⁺ связано с белками. Поэтому содержание кальция в плазме 2,5 ммоль/л, а в фильтрате - 1,3 ммоль/л в виде свободных ионов и 0,2 ммоль/л низкомолекулярных комплексов его.

Сиалопротеины подоцитов и эндотелия совместно с протеингликанами БМ обеспечивают отрицательный заряд ее, что является основным барьером для анионных и нейтральных макромолекул. Поэтому содержание такого типа веществ в ультафильтрате также меньше, чем в плазме крови. При некоторых видах патологических процессов, когда исчезает отрицательный заряд пор, почечное тельце становится более проницаемо к белкам. Заряд пор не играет никакой роли для неорганических веществ или низкомелекулярных органических соединений.

6.2.4. Почечная мембрана и регуляция процесса фильтрации.

Учитывая значение давления крови в капиллярах клубочка для фильтрации, становится понятным, что для сохранения стабильного процесса мочеобразования оно должно поддерживаться на постоянном уровне. Однако в pеальной жизни даже у здорового человека процесс фильтрации не всегда постоянен, он регулируем и меняется в зависимости от интенсивности кровотока и состояния организма. В зависимости от этого происходит:

· изменение скорости фильтрации,

· включение или выключение того или иного количества нефронов из процесса мочеобразования как среди однотипных, так и расположенных на разных уровнях почки.

Регулируется также и состояние почечного фильтра. Имеющаяся в почке система обратной связи регулирует скорость клубочковой фильтрации в зависимости от объема притекающей крови и во многом - скорости реабсорбции NaCl в данном нефроне. Эта функция выполняется клетками юкстагломерулярного аппарата (ЮГА), которые реагируют на:

· степень растяжения афферентной артериолы,

· уровень реабсорбции NaCl.

При отклонении их параметров от нормы ЮГА, секретируя ренин, запускает гормональную регуляцию процессов реабсорбции и кровотока (подробнее см. ниже).

При падении гидростатического давления в капиллярах клубочка “упаковка” коллагеноподобных филаментов в БМ изменяется, что ведет к увеличению размера пор и росту фильтрации. Среди мезангиальных клеток имеются сократимые элементы, фибриллы которых обладают актиновой и миозиновой активностью. Такие же структуры имеются в отростках подоцитов. Это обеспечивает их способность к сокращению и изменению размера пор БМ, от которых во многом зависит фильтрационная функция клубочка.

Однако фильтрация осуществляется не только через щелевую диафрагму. В подоцитах имеется система микротрубочек, через которые фильтруется первичная моча. Сокращение миофиламентов цитоплазмы подоцитов путем субмикроскопических насосов своим путем участвует в перекачивании ультрафильтрата плазмы в полость капсулы.

Клубочек является так же местом действия ряда гормонов и другого типа регуляторов. Так, фильтрация снижается под влиянием вазопрессина, ангиотензина II, простагландинов Е₁, Е₂, ацетилхолина, брадикинина, которые воздействуя на мезангиальные клетки, влияют на проницаемость пор клубочковой мембраны. Многие из них действуют опосредованно через увеличение образования или затрудняя разрушение в клетках цАМФ. Накапливаясь, он усиливает секрецию ренина и образование ангиотензина II, что активирует сокращение клеток мезаглии.

Мезангиоциты, подоциты и эндотелиоциты почечной мембраны выполняют еще одну весьма важную функцию - они секретируют метаболиты арахидоновой кислоты (простагландины, лейкотриены, тромбоксан), которые регулируют состояние самих этих клеток, почечный кровоток, а так же иммунные реакции в клубочках.

Кроме того, костномозговое происхождение мезангиоцитов обеспечивает активное участие их в местных иммунных реакциях. Они реагируют на повреждение гломерулярного фильтрата, продуцируя вещества БМ. Гипертрофия и гиперклазия мезангиальных клеток приводит к утолщению или склерозу капилляров - гломефулосклерозу при многих гломерулопатиях (гломерулонефрит, диабетический и печеночный гломерулосклероз). Мезангиоциты, выполняя фагоцитарную функцию, очищают клубочки.

Для оценки клинических процессов весьма важно то, что при патологии почек для снижения процессов фильтрации имеет значение не столько изменение различных условий в пределах одного нефрона, сколько уменьшение числа функционирующих нефронов.

Кровоснабжение почек

По своей интенсивности кровоснабжение почки близко к кровоснабжению эндокринных желез, так как кровь в них выполняет не только трофическую функцию, а и обеспечивает специфические функции этих органов. В норме у взрослого человека через почки проходит до 25% сердечного выброса (1000- 1200 мл/мин), и при весе обеих почек в 300 г удельный кровоток через них составляет 4 мл/мин/г. Столь обильное кровоснабжение обеспечивается анатомическими особенностями почечных артерий, отходящих непосредственно от брюшного отдела аорты в виде короткого толстого ствола. Небольшая длина каждого из последующих ветвлений почечных артерий обеспечивает высокое давление в капиллярах клубочка (около 65-70 мм рт.ст.). Поддержанию высокого давления способствует и меньший диаметр выносящего сосуда, создающий повышенное сопpотивление кpовотоку.

Так как капилляры клубочков не выполняют трофическую функцию, а обеспечивает процесс фильтрации, то кровь, выходящая из капсулы, остается артериальной, то есть содержит практически столько же газов, сколько и входящая. Уже в коре выносящая артериола вновь распадается на капилляры и вокруг извитых отделов канальцев, расположенных в корковом отделе, образуется густая сеть капилляров. В отличие от этого капилляры, сопровождающие канальцы мозгового слоя, образуют прямые, редко ветвящиеся сосуды. Все эти повторно образующиеся капилляры выполняют как мочеобразовательную, так уже и трофическую функции. Низкое давление (около 13 мм рт. ст.) в перитубулярных капиллярах обеспечивает их активное участие в процессах реабсорбции.