Структуры и функции мочевыделительной системы

Каждый день почки фильтруют около 2000 литров крови с образованием 200 литров фильтрата, позволяя токсинам, метаболическим отходам и избыточным ионам покидать тело с мочой (около 1,5 литров в сутки), возвращая необходимые вещества в кровь.

 

Мочевыделительная система включает:

Почки - бобовидные органы длиной около 12 см каждый, расположенные на задней брюшной стенке с бледной внешней областью, корой, и более темной внутренней областью, мозговым веществом на поверхности разреза.

Мочеточники - парные трубки, по которым моча поступает из почек в мочевой пузырь.

Мочевой пузырь - временный резервуар для хранения мочи.

Уретра - трубка, по которой моча выводится из мочевого пузыря наружу тела.

 

Функции мочевыделительной системы:

1. Выведение воды, электролитов (K +, Ca2 + и Mg2 +) и других гидрофильных метаболитов для поддержания постоянства состава внеклеточной жидкости.

2. Регулирование общего объема воды в организме и общей концентрации растворенных веществ в этой воде (осмоляльность).

3. Долгосрочное регулирование артериального давления посредством контроля объема внеклеточной жидкости.

4. Поддержание кислотно-щелочного гомеостаза.

5. Эндокринная функция (ренин, эритропоэтин).

 

Строение нефрона

Функциональная единица почки - нефрон, трубка, которая состоит из нескольких функционально и гистологически различных сегментов.

Каждая почка содержит около миллиона нефронов.

Клубочки - это место первичного образования мочи, где плазма крови фильтруется в нефрон.

Капилляры клубочков окружены слепой верхней частью нефрона, известной как капсула Боумена.

Фильтрат течет из пространства Боумена в проксимальный каналец, который переходит в   петлю Генле и дистальную трубку.

Плотное пятно является частью дистальной трубки и представляет собой короткий сегмент, проходящий близко к клубочку.

Клетки плотного пятна являются хеморецепторами, контролирующими концентрацию хлорида натрия в дистальных извитых канальцах.

Снижение концентрации хлорида натрия указывает на снижение скорости клубочковой фильтрации и вызывает паракринную стимуляцию юкстагломерулярных клеток для увеличения высвобождения ренина.

Это обратная связь для восстановления нормальной скорости клубочковой фильтрации.

 

Юкстагломерулярные клетки находятся в стенках афферентной артериолы. Они действуют как механорецепторы, которые определяют кровяное давление в афферентной артериоле и выделяют ренин, если кровяное давление снижается.

 

Дистальные канальцы примерно от шести нефронов сходятся в один собирающий проток.

Собирательные трубочки проходят через почечные пирамиды и доставляют мочу в малые чашечки через сосочки пирамид.

 

Почечное кровообращение.

Почки обычно получают 20-25% сердечного выброса (около 1,2 л / мин = 1700 л / день); для обеспечения достаточного количества крови для клубочковой фильтрации требуется очень высокая скорость почечного кровотока.

 

В отличие от других органов, почка имеет три капиллярные сети:

1. Ложе клубочковых капилляров снабжается афферентной артериолой и дренируется через эфферентную артериолу. Происходит процесс фильтрации плазмы крови из-за высокого кровяного давления (около 70 мм рт. ст., в обычных капиллярах 20-30 мм рт. ст.), что связано с тем, что афферентная артериола вдвое шире эфферентной артериолы. Здесь не происходит обмена газов и веществ.

 

2. Ложе перитубулярных капилляров, окружающее нефроны, получает реабсорбированную воду и растворенные вещества; они являются продолжением эфферентных артериол. Здесь тоже нет обмена газов и веществ.

 

3. Некоторые перитубулярные капилляры образуют длинные капиллярные петли, которые проходят вместе с петлями Генле и участвуют в обмене газов и веществ.

 

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ОБРАЗОВАНИЯ МОЧИ

Образование мочи - это процесс, при котором почки фильтруют растворенные в воде продукты жизнедеятельности из крови в мочу, чтобы они могли выводиться из организма.

Образование мочи включает 3 стадии: клубочковая фильтрация, канальцевая реабсорбция и секреция канальцев.

 

Клубочковая фильтрация.

Клубочковая фильтрация - это первый шаг в выработке мочи, представляет собой движение жидкости из крови в просвет нефрона.

Фильтрация происходит только в почечном тельце, где стенки клубочковых капилляров и капсула Боумена видоизменены, чтобы позволяет проводить через них большой поток жидкости.

Это процесс, при котором почки отфильтровывают лишнюю жидкость и продукты жизнедеятельности из крови и производят фильтрат, не содержащий клеток и белков.

Скорость клубочковой фильтрации составляет около 150–200 л в сутки. Происходит фильтрация глюкозы, Na +, Ca2 +, K +, Cl-, NH4, мочевины, креатинина и других веществ с низкой молекулярной массой.

Жидкость, образованная в результате фильтрация, называется первичной мочой.

 

Фильтрационный барьер.

Фильтрационный барьер находится между кровью и внутренней частью клубочковой капсулы.

Это пористая мембрана, которая обеспечивает свободный проход воды и растворенных веществ меньшего размера, чем белки плазмы.

Фильтрованная вода и растворенные вещества должны проходить через эндотелий капилляров клубочков, базальную мембрану клубочков и через фильтрационные щели между подоцитами.

Молекулы диаметром менее 3 нм, такие как вода, глюкоза, аминокислоты и азотистые отходы, свободно проходят из крови в капсулу клубочка.

В результате эти вещества обычно имеют одинаковую концентрацию в крови и клубочковом фильтрате.

Более крупные молекулы проходят с большим трудом.

Наличие белков или клеток крови в моче указывает на проблему с фильтрационной мембраной.

 

Фильтруемость растворенного вещества определяется двумя факторами: размером молекулы и электрическим зарядом.

 

Вещества с молекулярной массой около 10 кДа свободно фильтруются; по мере увеличения молекулярной массы от 10 кДа до 70 кДа количество отфильтрованного растворенного вещества уменьшается. Альбумин с молекулярной массой 70 кДа достаточно мал, чтобы его можно было фильтровать.

Электрический заряд макромолекулы также определяет ее фильтруемость. Отрицательно заряженные макромолекулы меньше фильтруются по сравнению с нейтральными молекулами того же размера.

Например, очень важно, чтобы альбумин не терялся с мочой, поскольку концентрация альбумина в плазме является самым большим фактором онкотического давления в плазме.В физиологической внеклеточной жидкости все белки, в том числе и альбумин,  несут отрицательные заряды, которые снижают их фильтрацию.

 

Канальцевая реабсорбция

Реабсорбция - это процесс перемещения веществ фильтрата из просвета канальцев обратно в кровь перитубулярных капилляров.

98–99% фильтрата (вода и некоторые растворенные вещества) реабсорбируются обратно в кровь во время прохождения по почечным канальцам.

Происходит реабсорбция глюкозы, Na +, Ca2 +, Cl- и других важных для организма веществ.

Все, что не реабсорбируется, становится вторичной мочой.

 

Реабсорбция использует как активный, так и пассивный транспорт.

 

Транспорт Na + из просвета канальцев во внеклеточную жидкость очень важен для реабсорбции других веществ.

Концентрация Na + в просвете канальцев аналогична интерстициальной жидкости.

Na + проникает в клетку проксимальных канальцев через мембранные белки, двигаясь согласно своему электрохимическому градиенту.

Затем Na + откачивается с базолатеральной стороны клетки с помощью Na+/K+-ATФ-азы.

Избыток K + из цитоплазмы диффундирует в мочу, если концентрация Na + в плазме крови слишком высока, в моче много ионов K +.

 

Анионы (Cl- и другие) следуют за положительно заряженным Na + из просвета канальца. Движение Na + и анионов из просвета во внеклеточную жидкость разбавляет жидкость в канальце и увеличивает концентрацию внеклеточной жидкости, поэтому вода покидает канальцы (реабсорбируется) путем осмоса.

 

Связанный с натрием вторичный активный транспорт в нефроне отвечает за реабсорбцию многих веществ, включая глюкозу, аминокислоты, ионы и различные органические метаболиты.

Например: Na+ -зависимая реабсорбция глюкозы в эпителии проксимальных канальцев.

Апикальная мембрана (на границе с просветом канальца) содержит ко-транспортер Na + -глюкозы, который переносит глюкозу в цитоплазму против градиента ее концентрации, используя энергию Na +, движущегося согласно по его электрохимическому градиенту. Это вторичный активный транспорт.

На базолатеральной стороне клетки эпителия проксимальных канальцев Na + выкачивается Na+/K+ -ATФ-азой, в то время как глюкоза диффундирует с помощью облегченной диффузии.

Такая же картина наблюдается для многих других молекул, поглощаемых Na+ -зависимым транспортом.

 

Тубулярная реабсорбция глюкозы, основанная на облегченной диффузии, является насыщаемой.

Когда все переносчики насыщены молекулами глюкозы, ее реабсорбция ограничена.

Если у человека сахарный диабет, глюкоза в почках полностью не реабсорбируется, потому что она насыщает все транспортеры. Глюкоза остается в моче и задерживает воду, концентрирование мочи затрудняется, объем выделяемой мочи увеличивается (полиурия).

 

Канальцевая секреция.

Канальцевая секреция удаляет молекулы некоторых веществ из крови и добавляет их к фильтрату в просвете канальцев. Это секреция K +, H + и некоторых органических молекул - NH4, мочевины, креатинина и других метаболитов.

 

Клиренс

Клиренс определяется как объем плазмы, освобожденной («очищенной») от данного вещества за единицу времени. Обычно его измеряют в мл / мин.

Каждое вещество имеет определенный клиренс, который зависит от его характеристик очищения.

В фармакологии клиренс может относиться к количеству лекарства, удаляемому из всего организма за единицу времени, это фармакокинетическая характеристика.

 

Клиренс часто применяется к определенным молекулам маркера как средство оценки почечного кровотока (что необходимо, например, при почечной недостаточности) и скорости выведения лекарств из организма.

Чаще всего используют клиренс инулина и клиренс креатинина.

Инулин - это низкомолекулярный полисахарид, который достаточно мал (около 5 кДа), чтобы беспрепятственно проходить через барьер клубочковой фильтрации.

Инулин – это физиологически инертное вещество, то есть он не реабсорбируется, не секретируется и не метаболизируется нефроном.

Скорость фильтрации инулина равна скорости экскреции инулина с мочой, поэтому объем плазмы, очищенной за минуту, равен скорости клубочковой фильтрации.

 

Значительная трудность при использовании как инулина, так и любого другого экзогенного вещества, свободно фильтрующегося в клубочках, заключается в том, что необходимо поддерживать постоянную концентрацию этого препарата в крови во время исследования, для чего проводится его внутривенное капельное введение. Это  обременительно как для пациента, так и для исследователя, а также требует больших финансовых затрат.

Креатинин является естественным продуктом метаболизма мышц и является подходящей эндогенной альтернативой инулину.

 

Общий клиренс вещества в организме будет равен почечному клиренсу + печеночному клиренсу + клиренсу легких + тканевому клиренсу.

 

2.4. Детерминанты образования мочи

Основные детерминанты образования мочи:

1. силы Старлинга

2. сопротивление афферентной и эфферентной артериол

3. гломеруло-тубулярный баланс

4. ауторегуляция

5. гуморальные факторы

 

Силы Старлинга

Силы Старлинга отвечают за чистое фильтрационное давление в капиллярах клубочков.

Это: I - гидростатическое давление клубочковых капилляров, II - онкотическое давление клубочковых капилляров, III - гидростатическое давление в пространстве Боумена, IV - онкотическое давление в пространстве Боумена (не показано, оно равно нулю).