Ультрафильтрация в почках

Ультрафильтрация в почках

34.2.1.Образование мочи происходит в структурно-функциональных единицах почки – нефронах (рисунок). В почке человека содержится около миллиона нефронов. Морфологически нефрон представлен почечным тельцем, состоящим из сосудистого клубочка (1) и окружающей его капсулы (2), проксимальным канальцем (3), петлёй Генле (4), дистальным канальцем (5), впадающим в собирательную трубочку (6). Моча образуется в результате осуществления трёх процессов, протекающих в каждом нефроне:
Рисунок 34.1. Схема строения нефрона.

1. ультрафильтрации через капилляры клубочка;

2. избирательной реабсорбции жидкости в проксимальном канальце, петле Генле, дистальном канальце и собирательной трубочке;

3. избирательной секреции в просвет проксимальных и дистальных канальцев, часто сопряжённой с реабсорбцией.

34.2.2. Ультрафильтрация.В результате ультрафильтрации, происходящей в клубочках, из крови удаляются все вещества с молекулярной массой менее 68000 Да и образуется жидкость, называемая клубочковым фильтратом. Вещества фильтруются из крови в клубочковых капиллярах через поры диаметром около 5 нм. Скорость ультрафильтрации довольно стабильна и составляет около 125 мл ультрафильтрата в минуту. По химическому составу клубочковый фильтрат сходен с плазмой крови. Он содержит глюкозу, аминокислоты, водорастворимые витамины, некоторые гормоны, мочевину, мочевую кислоту, креатин, креатинин, электролиты и воду. Белки с молекулярной массой более 68000 Да практически отсутствуют. Ультрафильтрация — процесс пассивный и неизбирательный, поскольку вместе с «отходами» из крови удаляются и вещества, необходимые для жизнедеятельности. Ультрафильтрация зависит только от размеров молекул.

34.2.3. Канальцевая реабсорбция.Реабсорбция, или обратное всасывание веществ, которые могут быть использованы организмом, происходит в канальцах. В проксимальных извитых канальцах всасывается обратно более 80% веществ, в том числе вся глюкоза, практически все аминокислоты, витамины и гормоны, около 85% хлорида натрия и воды. Механизм всасывания можно описать на примере глюкозы.

При участии Na+, K+ -АТФазы, расположенной на базолатеральной мембране клеток канальцев, ионы Na+ переносятся из клеток в межклеточное пространство, а оттуда – в кровь и выводятся из нефрона. В результате создаётся градиент концентрации Na+ между клубочковым фильтратом и содержимым клеток канальцев. Путём облегчённой диффузии Na+ из фильтрата проникает в клетки, одновременно с катионами в клетки поступает глюкоза (против градиента концентрации!). Таким образом, концентрация глюкозы в клетках канальцев почек становится выше, чем во внеклеточной жидкости, и белки-переносчики осуществляют облегчённую диффузию моносахарида в межклеточное пространство, откуда он поступает в кровь.

Рисунок 34.2. Механизм реабсорбции глюкозы в проксимальных канальцах почек.

Высокомолекулярные соединения — белки, молекулярная масса которых менее 68000, а также экзогенные вещества (например, рентгеноконтрастные препараты), поступающие в процессе ультрафильтрации в просвет канальца, извлекаются из фильтрата путём пиноцитоза, происходящего у основания микроворсинок. Они оказываются внутри пиноцитозных пузырьков, к которым прикрепляются первичные лизосомы. Гидролитические ферменты лизосом расщепляют белки до аминокислот, которые либо используются самими клетками канальца, либо переходят путём диффузии в околоканальцевые капилляры.

34.2.4. Канальцевая секреция.Нефрон имеет несколько специализированных систем, которые секретируют вещества в просвет канальца посредством переноса их из плазмы крови. Наиболее изучены те системы, которые отвечают за секрецию К+, Н+, NH4+, органических кислот и органических оснований.

Секреция К+ в дистальных канальцах — активный процесс, сопряжённый с реабсорбцией ионов Na+. Этот процесс предотвращает задержку К+ в организме и развитие гиперкалиемии. Механизмы секреции протонов и ионов аммония связаны главным образом с ролью почек в регуляции кислотно-основного состояния. Система, участвующая в секреции органических кислот, имеет отношение к выведению из организма лекарственных препаратов и других чужеродных веществ. Это связано, очевидно, с функцией печени, обеспечивающей модификацию указанных молекул и конъюгацию их с глюкуроновой кислотой или сульфатом. Образующиеся таким путём два типа конъюгатов активно транспортируются системой, которая узнаёт и секретирует органические кислоты. Поскольку конъюгированные молекулы имеют высокую полярность, то после переноса в просвет нефрона они уже не могут диффундировать обратно и выводятся с мочой.

Читайте также:  Калорийность каштанов в духовке

1. ЭКСКРЕТОРНАЯ. Почками выводятся из организма:

а) конечные продукты катаболизма (например, такие продукты азотистого обмена, как мочевина, мочевая кислота, креатинин, а также продукты обезвреживания токсичных веществ).

б) избыток веществ, всосавшихся в кишечнике или образовавшихся в процессе катаболизма: вода, органические кислоты, витамины, гормоны и другие.

в) ксенобиотики — чужеродные вещества (лекарственные препараты, никотин).

2. ГОМЕОСТАТИЧЕСКАЯ. Почками регулируются:

а) водный гомеостаз

б) солевой гомеостаз

в) кислотно-основное состояние

а) участие в углеводном, белковом, жировом обменах

б) синтез в почках некоторых биологически активных веществ: ренина, активной формы витамина D3 , эритропоэтина, простагландинов, кининов. Эти вещества оказывают влияние на процессы регуляции АД, свертывания крови, на фосфорно-кальциевый обмен, на созревание эритроцитов и на другие процессы.

Этапы мочеобразования

Из компонентов плазмы крови почки образуют мочу и эффективно могут регулировать ее состав.

1. Ультрафильтрация

В процессе ультрафильтрации происходит образовние первичной мочи.

Кровь, двигаясь по сосудам почки, фильтруется в полости клубочка через поры соединительнотканной капсулы — особого фильтра, который состоит из 3-х слоев. 1-й слой — эндотелий кровеносных капилляров, который имеет поры большого размера. Через эти крупные поры проходят все компоненты крови, кроме форменных элементов и высокомолекулярных белков. 2-й слой — базальная мембрана, которая построена из коллагеновых нитей (фибрилл), образующих молекулярное “сито”. Диаметр пор — 4нм. Базальная мембрана не пропускает белки с молекулярной массой выше, чем 50кДа. 3-й слой — эпителиальные клетки капсулы, мембраны которых заряжены отрицательно, что не дает возможности отрицательно заряженным альбуминам плазмы крови проникать в первичную мочу. Форма трехслойных пор сложная и не соответствует форме белковых молекул плазмы крови. Это несоответствие предотвращает проникновение нормальных белковых молекул в первичную мочу. Если же структура, форма, заряд молекулы белка изменены по сравнению с нормальной белковой молекулой, то такой аномальный белок може пройти через фильтр и попасть в мочу. Это один из механизмов очистки плазмы крови от дефектных белков и восстановления ее нормального состава.

Таким образом, ультрафильтрат (первичная моча) в норме почти не содержит белков и пептидов (всего 3-4 г/л). Зато состав низкомолекулярных небелковых компонентов, содержание различных ионов в первичная моча такие же, как и в плазме крови. Поэтому первичную мочу иногда называют “безбелковым фильтратом плазмы крови”.

Количество образующегося ультрафильтрата зависит от величины движущей силы ультрафильтрации — гидростатического давления крови в сосудах клубочка (в норме оно составляет приблизительно 70 мм.рт.ст.).

Движущей силе ультрафильтрации противодействует онкотическое давление белков плазмы крови (около 25 мм.рт.ст.) и гидростатическое давление ультрафильтрата в полости капсулы (около 15 мм.рт.ст.).

Таким образом, движущая сила ультрафильтрации составляет:

70 — (25+15) = 30 (мм рт.ст.),

и называется эффективным фильтрационным давлением.

Энергия АТФ в процессе ультрафильтрации не затрачивается.

Понятно, что понижение артериального давления и/или увеличение гидростатического давления в полости капсулы может приводить к замедлению, а при значительных изменениях и к полному прекращению образования первичной мочи (анурия).

В результате процесса ультрафильтрации образуется первичная моча. В сутки через почки человека проходит приблизительно 1500л крови, при этом образуется около 180 литров первичной мочи ( 125мл за 1 минуту).

Фильтрационную способность почек оценивают путем вычисления фильтрационного клиренса (коэффициента очищения) — для этого в кровь вводят определенные вещества, которые только фильтруются, но не реабсорбируются и не секретируются (полисахарид инулин, маннитол, креатинин).

Фильтрационный клиренс — это такой объем плазмы крови, который полностью очищается от нереабсорбируемого вещества за 1 минуту.

Фильтрационный клиренс (ФК) рассчитывают по формуле:

где [A] мочи — концентрация вещества в моче

Читайте также:  Девушка из физрука

[A] крови — концентрация вещества в крови

V — скорость образования мочи (мл/мин)

Единицы измерения клиренса — мл (плазмы крови)/мин. У здорового человека ФК составляет около 125 мл/мин или 180 литров в сутки, т.е. это количество первичной мочи, образующейся в сутки.

Первичная моча, содержащая все низкомолекулярные компоненты крови и небольшое количество низкомолекулярных белков, подвергается реабсорбции в проксимальном канальце.

Образование мочи в почке начинается с ультрафильтрации плазмы крови в почечных клубочках. Жидкость проходит через клубочковый фильтр из просвета кровеносных капилляров в полость капсулы клубочка. Рассмотрим подробнее структуру этого фильтра и силы, обеспечивающие процесс ультрафильтрации.

Фильтрующая мембрана. Фильтрующая мембрана состоит из трех слоев:

эндотелия капилляров, базальной мембраны и внутреннего листка капсулы Шумлянского—Боумена, который образован эпителиальными клетками — подоцитами.

Клетки эндотелия капилляров имеют очень тонкие периферические участки, в просвет сосуда выступает лишь область клетки, где находится ядро. Боковые части клетки пронизаны довольно крупными отверстиями, обычно затянутыми тонкими диафрагмами. При нормальной скорости кровотока крупные молекулы белка образуют над этими порами барьерный слой, что служит препятствием для прохождения через поры не только глобулинов, но и альбуминов. Таким образом, эндотелий капилляров ограничивает прохождение через клубочковый фильтр форменных элементов и белков, но свободно пропускает низкомолекулярные вещества, растворенные в плазме крови.

Следующий барьер гломерулярного фильтра — базальная мембрана. Ее «поры» ограничивают прохождение молекул в зависимости от размера, формы и заряда. Так как эта мембрана имеет сетчатую структуру, образованную тонкими нитями, происходит ограничение прохождения молекул размером более 3,4 нм. Отрицательно заряженная стенка пор затрудняет прохождение молекул с одноименным зарядом. Поры не являются круглыми, что также существенно для ограничения фильтрации альбуминов.

Последним барьером на пути фильтруемых веществ служат подоциты. Их отростки («ножки») прилегают к базальной мембране со стороны капсулы клубочка, между ножками подоцитов находятся пространства, по которым течет фильтруемая жидкость. Однако и в этом случае существует заслон на пути фильтруемых веществ — щелевые мембраны, перегораживающие пространство между ножками подоцитов. Они ограничивают прохождение альбуминов и других молекул с большой молекулярной массой. Такой многослойный фильтр в клубочковой мембране обеспечивает сохранение белков в крови и образование практически безбелковой первичной мочи.

Ультрафильтрация. Основной силой, обеспечивающей возможность ультрафильтрации в почечных клубочках, является гидростатическое давление крови в сосудах. Эффективное фильтрационное давление, от которого зависит скорость клубочковой фильтрации, определяется разностью между гидростатическим давлением крови в капиллярах клубочка и противодействующими ему факторами — онкотическим давлением белков плазмы крови и гидростатическим давлением жидкости в капсуле клубочка.

Эффективное фильтрационное давление в клубочках, измеренное у крыс в прямом опыте, оказалось равным 12 мм рт. ст. (гидростатическое давление крови 47 мм рт. ст., онкотическое давление 25 мм рт. ст., внутрикапсулярное давление 10 мм рт. ст.). По мере того как происходит ультрафильтрация жидкости, онкотическое давление в крови капилляров растет, потому что белок остается в просвете сосуда и его концентрация увеличивается. Это приводит к снижению эффективного фильтрационного давления, которое все более снижается по направлению к тому участку, где кровь поступает в выносящую артериолу клубочка. в почке у человека из каждого 1 л плазмы крови образуется 190—200 мл ультрафильтрата. Эта величина получила название фильтрационной фракции, она представляет собой долю фильтруемой жидкости из общего объема плазмы крови, притекающей к почечным клубочкам.

С помощью микроманипулятора и микропипетки из полости почечного клубочка можно извлечь ультрафильтрат и определить его состав. В нем такие же, как и в плазме крови, концентрация глюкозы, аминокислот, мочевины, общее содержание осмотически активных веществ. Между плазмой крови и ультрафильтратом имеются очень небольшие различия в концентрации одновалентных ионов, что обусловлено наличием в плазме крови белков, не проходящих через гломерулярный фильтр и связывающих часть катионов. Это явление носит название равновесия Доннана.

Читайте также:  Как научиться делать складку

Особое значение для ультрафильтрации имеет связывание с белком двухвалентных катионов. С белками связано около 40% ионов Са 2+ и 25% ионов М g 2+ от общего их содержания в плазме крови. Остальные количества этих катионов поступают при ультрафильтрации в капсулу клубочка, где они представлены в Двух формах: в виде свободных ионов и связанными с низкомолекулярными анионами. Эти соли свободно проходят через гломерулярный фильтр. К таким веществам относится, например, цитрат кальция. В плазме крови человека концентрация кальция составляет 2,5 ммоль/л, при ультрафильтрации в полость клубочка поступает 1,3 ммоль/л свободных ионов кальция и 0,2 ммоль/л низкомолекулярных комплексов кальция.

Современные методы позволяют измерить объем жидкости, образующейся в отдельном почечном клубочке, а также в целой почке. В первом случае для этого необходимо у животного извлечь микропипеткой жидкость из почечного клубочка, во втором — получить плазму крови и мочу. В обоих случаях важно точно знать время, в течение которого образовался ультрафильтрат или моча.

Метод расчета скорости клубочковой фильтрации. Этот метод (при исследовании и человека, и животных) основан на принципе очищения. Суть его состоит в следующем. В кровь вводят вещество (например, инулин), свободно растворяющееся в воде и фильтруемое в почечных клубочках в той же концентрации. В почечных канальцах его количество не меняется, оно не всасывается в кровь и не добавляется клетками канальцев из крови в первичную мочу. Определив количество этого вещества, выделившегося почкой в единицу времени, можно рассчитать, какой объем крови очистился от этого вещества. Так как этот объем плазмы крови равен объему жидкости, профильтровавшейся в почечных клубочках, появляется возможность рассчитать скорость ультрафильтрации жидкости в гломерулярном аппарате почки, используя метод очищения.

Для измерения клубочковой фильтрации применяют кроме инулина полиэтиленгликоль—400, маннит. Все эти вещества необходимо вводить в кровь. Из эндогенных, вырабатываемых в организме веществ, для этой цели используют креатинин. Общими особенностями веществ пригодных для измерения клубочковой фильтрации, являются физиологическая инертность, отсутствие токсичности, свободная растворимость в плазме крови, отсутствие связывания с белком, свободное проникновение через гломерулярный фильтр в той же концентрации, что и в плазме крови. Эти вещества не должны реабсорбироваться и секретироваться в почечных канальцах, а с мочой должны выделяться полностью в том количестве, которое профильтровалось в почечном клубочке (рис. 13.7).

Рис. 13.7 Определение клубочковой фильтрации по инулину ( Cin ), максимальной реабсорбции глюкозы (Тт G ) и максимальной секреции парааминогиппуровой кислоты — ПАГ (Ттран)

Толщина и направление стрелок указывают на количество выделяемого реабсорбируемого и секретируемого вещества;

объяснение см. в тексте.

Эти данные позволяют вывести основную формулу для определения объема клубочковой фильтрации. Эта величина равна клиренсу (от англ. clearance — очищение) плазмы крови от инулина ( In ) и обозначается Cin. Количество профильтровавшегося в 1 мин инулина равно произведению скорости клубочковой фильтрации на концентрацию инулина в плазме крови ( Pin ). Количество инулина, выделяемое с мочой, равно произведению концентрации инулина в моче на объем выделяемой мочи (V). Инулин не реабсорбируется и не секретируется, а только фильтруется, следовательно, CinPin = VUin , откуда

Объем выделяемой мочи обычно рассчитывают на поверхность тела или ее массу. У человека величину объема клубочковой фильтрации относят к стандартной поверхности тела — человека массой около 70 кг — 1,73 м 2 . В норме У мужчин в обеих почках клубочковая фильтрация составляет 125 мл/мин у женщин эта величина равна 110.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector