Функциональная структура нефрона
Нефрон состоит из клубочка капилляров, капсулы Шумлянского-Боумена, извитого канальца первого порядка (проксимальный), петли Генле, извитого канальца 2 порядка (дистальный извитый каналец) и собирательной трубочки. Клубочек, состоящий из 20-40 капиллярных петель, представляет собой разветвление приносящего сосуда (vasaafferens), собирающихся в выносящий сосуд (vasa efferens). К капиллярам примыкает внутренняя стенка двухслойной капсулы Шумлянского-Боумена. Пространство, находящееся между двумя слоями капсулы, образует как бы воронку, сообщающуюся с просветом канальца.
Соединительная ткань клубочка – мезангий – как брыжейка подвешивает капилляры клубочка к гломерулярному полюсу. Из трех типов мезангиоцитов наибольший интерес представляют клетки гладкомышечного типа. Эту их функцию контролируют мезангиоциты костномозгового происхождения. Основными компонентами мезангиального матрикса являются коллагенновые волокна и фибринонектин.
Проксимальный каналец находится в корковом слое почки. Петля Генле – проникает глубоко в почечную массу вплоть до мозгового вещества. Каждая петля состоит из нисходящего колена и восходящего колена. Стенки нисходящего колена и нижняя часть восходящего колена тонкие и называются тонким сегментом петли Генли. Затем толстая часть петли проходит в кору почки.
Дистальный извитой каналец снова находится в корковом веществе почки, затем из канальца 2 порядка моча поступает в кортикальную собирательную трубочку, которая впадает в собирательный проток.
Кортикальные и юстамедуллярные нефроны. Строение нефрона различается в зависимости от того, как глубоко он лежит. Нефроны, чьи гломерулы лежат на поверхности почки, называются кортикальными нефронами. Они имеют очень короткий тонкий сегмент, их петли Генле короткие и лишь незначительно проникают в мозговое вещество почек.
Есть нефроны, гломерулы которых лежат глубже в коре, около мозгового вещества. Эти нефроны называются юкстамедулярными. Они имеют очень длинную петлю Генле, которая глубоко проникает в мозговое вещество. Эти нефроны имеют очень длинный тонкий сегмент.
Особенности почечного кровообращения . Через почки проходит приблизительно 1200 мл/мин. Та часть сердечного выброса, которая проходит через почки называется почечной фракцией. В связи с тем, что у нормального человека выбрасывается в 1 минуту 5600 мл крови, а через почки проходит в 1 минуту 1200 мл крови, то, следовательно, почечная фракция равна 21%. Кровь поступает в гломерулу через афферентную артериолу и покидает ее через эфферентную артериолу. Гломерулярная сеть состоит из почти 50 анастомозирующих капилляров. После выхода из гломерулы эфферентная артериола снова распадается на капилляры, которые окружают извитой каналец первого порядка и петлю Генле. Затем кровь собирается в венулы и т.д.
В капиллярах клубочка давление крови в артериальном конце капилляра 70 мм рт.ст. Это связано с тем, что эфферентная артериола уже, чем афферентная, а также почечная артерия короткая и отходит от аорты, в которой высокое давление крови.
В капиллярах, окружающих извитые канальцы, давление крови в артериальном конце капилляра 13 мм рт.ст.
Таким образом, капилляры высокого давления в гломерулах приспособлены для фильтрации жидкости, а капилляры низкого давления приспособлены для быстрого всасывания жидкости в связи с тем, что осмотическое давление плазмы довольно высокое.
Соединительная ткань почки тесно взаимодействует с образованиями сосудистой системы и может оказывать на последнюю регулирующее влияние. В этом плане большое значение имеют интерстициальные клетки мозгового вещества, которое продуцирует простагландины, влияющие на обмен электролитов, воды, кровоток. Особенно активно проявляется роль соединительной ткани при различных патологических состояниях.
Механизм мочеообразования
Механизм мочеообразования состоит из процессов фильтрации, реабсорбции и секреции.
Клубочковая фильтрация.
Жидкость, которая фильтруется через гломерулярный фильтр в капсулу Шумянского-Боумена, называется гломерулярным фильтратом или ультрафильтратом.
Гломерулярная мембрана состоит из трех слоев:
1. эндотелиальный слой самих капилляров;
2. базальная мембрана;
3. слой эпителиальных клеток, расположенных на внешней стороне капилляров.
Проницаемость почечной мембраны (табл.15). Огромная проницаемость гломерулярной мембраны обеспечивается благодаря ее структуре. Эндотелиальные клетки, выстилающие гломерулярные капилляры, перфорированы буквально тысячами маленьких отверстий, называемых фенестрами. Базальная мембрана состоит в основном из коллагена и нитей протеогликанов. Вещества базальной мембраны продуцируются подоцитами, которые фиксированы к базальной мембране с помощью филаментов, содержащих актомиозин. Наружные эпителиоциты не плотно прилегают к капилляру, а касаются его пальцеобразными выростами.
Таблица 15. Проницаемость гломерулярной мембраны для различных веществ
| Молекулярный вес (Д)
| Проницаемость усл. ед.
| Пример вещества
|
|
| 1.00
| Инулин
|
|
| 0.5
| Очень маленькие белки
|
|
| 0.005
| Альбумин
|
Таким образом, 100% веществ с мол.весом 5200 растворенные в воде фильтруются так же, как и вода, а белки почти не фильтруются.
Прохождение молекул зависит не только от размера самих молекул и пор, но и от заряда. Так, отрицательный заряд стенок пор и молекул белка затрудняет их проникновение в фильтрат. В результате этого ультрофильтрат по составу напоминает состав плазмы за исключением белков. Естественно, что при поражениях гломерулярных отделов почки проницаемость их фильтра изменяется, в мочу могут попадать крупные белки и даже форменные элементы крови.
Механизм клубочковой фильтрации. Основной силой, обеспечивающей возможность ультрафильтрации в почечных клубочках является гидростатическое давление крови. Эффективное фильтрационное давление (ЭФД), от которого зависит скорость фильтрации определяется разностью между гидростатическим давлением крови в капиллярах клубочка и противодействующими ему факторами - онкотическим давлением белков плазмы крови (28 мм рт.ст.) и гидростатическим давлением жидкости в капсуле клубочка. Гидростатическое давление крови в капиллярах клубочка у человека прямым методом не измерялось, поэтому используют значения, полученные в опытах с крысами. У крыс оно равно 47 мм рт.ст.
Если гидростатическое давление крови в капиллярах клубочка – 47 мм.рт.ст.; внутрикапсулярное гидростатическое давление – 10 мм рт.ст.; онкотическое давление плазмы крови – 28 мм рт.ст., то:
ЭФД = 47 – (25+10)=12 мм рт.ст.
По мере того, как происходит фильтрация жидкости, онкотическое давление крови капилляров растёт, т.к. белок остаётся в просвете сосуда и его концентрация увеличивается. Это приводит к снижению ЭФД. В почке у человека из каждого 1 л плазмы крови образуется 190-200 мл ультрафильтрата. Эта величина называется фильтрационной фракцией.
Реабсорбция в канальцах.
После того какгломерулярный ультрафильтрат проходит через систему канальцев, канальцевый эпителий реабсорбирует более 99% H2O, а также большое количество электролитов и других веществ. Реабсорбировавшаяся жидкость проходит через интерстициум и затем всасывается в капилляры. В результате этого формируется вторичная или конечная моча. Кроме реабсорбции большое значение имеет процесс секреции (выход жидкости из капилляров в просвет канальцев). Секреция особенно важна в поддержании количества К+, Н+ и некоторых других веществ в крови.
Рис.46. Основные механизмы реабсорбции.
Основные механизмы реабсорбции представлены на рис. 46.
Проксимальная реабсорбция и секреция. В этом отделе реабсорбируется 85% всей фильтрационной фракции. Она называется облигатной (обязательной) реабсорбцией, т.к. в этом отделе вещества реабсорбируются независимо от их содержания в крови.
Активный транспорт. Первично-активным транспортом реабсорбируются около 60% всего профильтровавшегося Na+, Cl – и более 90% всего HCO3-.
- На базолатеральной мембране эпителиоцитов, выстилающих канальцы, находится Na+, K+ насос, который постоянно удаляет Na+ из клеток в обмен на входящий K+. Это резко уменьшает содержание Na+ внутри эпителиоцита и увеличивает электроотрицательность внутренней стороны мембраны. В результате ионы натрия из ультрафильтрата по градиенту концентрации входят в эпителиоцит. В люминальной части мембраны эпителиоцита есть переносчик для ионов Na+, . cледовательно, натрий реабсорбируется при помощи облегчённой диффузии. Этот же переносчик Na+ играет большое значение во вторично-активном транспорте (котранспорте).
Вторично-активный транспорт. Глюкоза и аминокислоты реабсорбируется вторично-активным транспортом с участием Na+. Такие ионы, как фосфаты, Сa2+, и H+ также котранспортируются.
Маленькие белки и некоторые пептидные гормоны реабсорбируются в проксимальном канальце при помощи эндоцитоза.
Пассивное всасывание воды происходит при помощи осмоса. Когда различные растворы транспортируются из канальца в интерстициальное пространство, то там увеличивается осмотическое давление и H2O из канальца по осмотическому градиенту поступает в интерстициум.
Пассивное всасывание Cl-, мочевины и других растворов происходит при помощи диффузии:
- отрицательные ионы Cl-. обычно транспортируются вместе с натрием, который при переходе через эпителиальные клетки канальца движется вместе с ним. Этот механизм имеет место в большинстве отделов канальца;
- мочевина также пассивно реабсорбируется, однако, в значительно меньшей степени, чем ионы хлора. Важной задачей почки является не сохранение мочевины в организме, а её выведение с мочой. Однако молекула мочевины небольшая и каналец для неё проницаем. Следовательно, когда реабсорбируется вода, то половина профильтровавшейся мочевины пассивно реабсорбируется при помощи диффузии, в то время, как оставшаяся половина проходит в мочу;
- креатин – это молекула больше, чем молекула мочевины и реабсорбироваться не может, поэтому проходит в мочу.
Ионы Cl- реабсорбируются, главным образом, в тонком сегменте восходящего колена петли Генле.
Секреция.
Это выделение веществ из крови или образующихся в самих эпителиальных клетках в просвет канальца (парааминогипуровая кислота, пенициллин, диадраст, тетраэтиламмоний, Вит. В, серотонин, морфин).
Одним из наиболее важных веществ, секретируемых вторично-активным транспортом, являются ионы Н+.
Также имеются системы транспорта для парааминогипуровой кислоты и этилендиаминтетраацетата.
Дистальная реабсорбция.
В дистальном отделе нефрона (толстый каналец петли Генле, извитой каналец 2-го порядка, связующий каналец, собирательная трубочка) наблюдается регулируемая реабсорбция и секреция, т.е. эти процессы регулируются содержанием веществ в крови.
Дистальный сегмент восходящего колена петли Генле не проницаем для H2O, но высоко проницаем для Na+ и Cl-, Кроме того, в этом отделе секретируются H+, K+, NH4 в обмен на реабсорбирующийся Na+. Также в дистальном сегменте происходит процесс концентрирования мочи.
1. В этом отделе Na+ реабсорбируется обязательно, однако, скорость реабсорбции его находится под контролем альдостерона. Одновременно в противоположном направлении накачивается К+. Этот процесс также находится под контролем альдостерона, но и других веществ, в том числе самой концентрации К+ в интерстициальной жидкости. Следовательно, ионы К+ активно секретируются в просвет канальца.
2. Эпителием связующего канальца и собирательных трубочек активно секретируется Н+. Этот транспорт отличается от вторично-активного транспорта. Ионы водорода секретируются против градиента концентрации. Следовательно, эпителиальные клетки этого отдела играют основную роль в конечном закислении мочи.
3. В этом отделе антидиуретический гормон (АДГ) регулирует проницаемость канальца для воды.
Собирательные трубочки. В этом отделе контролируется проницаемость для воды под влиянием АДГ.
Собирательные трубочки несколько проницаемы и для мочевины. Следовательно, небольшое количество мочевины реабсорбируется в медулярном интерстиции. Однако большая её часть диффундирует назад в петле Генле и выводится по дистальному канальцу.
Эпителий собирательных трубочек секретирует ионы водорода против концентрационного градиента. Следовательно, этот отдел нефрона играет бльшое значение в поддержании кислотно-щелочного равновесия.
Пороговые веществ. К пороговым относятся вещества, для реабсорбции которых необходимы специфические переносчики. При повышении определённой концентрации их в ультрафильтрате, часть их реабсорбируется, а часть поступает во вторичную мочу и экскретируется из организма.
К таким веществам относятся глюкоза и аминокислоты. В норме в моче глюкозы нет, однако, если её концентрация в плазме выше порога (10 мМ), то некоторая часть вещества попадает во вторичную мочу.
Появление в моче глюкозы называется глюкозурией.
Концентрационный механизм почки. Концентрация мочи происходит в петле Генле благодаря противоточно-множительному механизму.
1. Нисходящее колено петли Генле хорошо проницаемо для H2O и почти непроницаемо для для ионов Na+ и Cl-. Восходящее колено петли Генле практически непроницаемо для воды. Причём, в тонкой части восходящего колена по концентрационному градиенту реабсорбируется Na+, а в толстой части восходящего колена, благодаря активному транспорту (Na+-K+-насосу), Na+ реабсорбируется. В результате этого в интерстициальном пространстве, окружающем петлю Генле изменяется концетрация ионов натрия.
2. Из проксимального канальца в нисходящую часть петли Генли входит изоосмотическая моча (300 мосм/кг H2O). Далее, когда моча продвигается по нисходящему колену петли, из неё реабсорбируется вода и в нижней части петли концентрация мочи равняется 1200 мосм/ кг H2O. Затем, моча поступает в восходящее колено петли Генле, из неё реабсорбируется Na+ и Cl-. Следовательно, в мозговом веществе почки повышается концентрация ионов, а следовательно, увеличивается осмотическое давление. Эта высокая осмотичность обеспечивает движение H2O из нисходящего сегмента петли Генле и собирательных трубочек. Вышедшая из канальцев H2O затем поступает в кровеносные капилляры
3. После выхода из петли Генле осмотичнось мочи снова равна осмотичности плазмы крови (300 мосм/кг H2O). Окончательная концентрация мочи формируется в дистальном извитом канальце и в собирательных трубочках. Здесь снова реабсорбируется вода. Таким образом, при прохождении мочи по дистальному сегменту, концентрируются шлаки и затем выделяются в малом количестве воды.
4. Необходимо отметить, что в создании осмотического давления интерстициальной жидкости, окружающей колено петли Генле, принимает участие и мочевина, которая в основном реабсорбируется из собирательных трубочек.
Конечная моча и её состав
На 96% моча состоит из воды, 2% – это мочевина, 0, 5% – мочевая кислота, 0, 04% – аммиак, 0, 075% – креатин.
Моча также содержит
- гистидин,
- гипуровую кислоту (продукт метаболизма эпителия канальцев),
- парные серные кислоты (продукт обмена веществ в печени),
- пигменты (уробилиноген, урохром),
- имеются следы белков,
- летучие органические кислоты (янтарная, молочная, пировиноградная и щавелевая кислоты),
- желчные кислоты,
- стероидные гормоны,
- пищеварительные ферменты,
- витамины (тиамин, аскорбиновая кислота),
- глюкоза, если ее концентрация в плазме превышает порог,
- К+, Na+, Mg, Fe, Cl-, 8O4, F, NO3; в небольшом количестве AI, CO
- газы N2, CO2, O2.
В норме выделяется от 800 до 1800 мл в сутки. Если выделяется меньшее количество – то это называется олигоурия. Если больше, то поулирия (сахарный диабет, почечный сахарный диабет, синдром Фанкони).
Если отсутствует АДГ, то может выделяться в сутки до 25 л мочи. Это состояние называется несахарным мочеизнурением.
Гормональная регуляция. В гуморальной регуляции деятельности почки важную роль играютантидиуретяческий гормон (АДГ), альдостерон, кальцитонин, паратгормон, адреналин, тироксин, половые гормоны, простагландины, ренин-ангиотензиновая система, натрийуретические пептиды.
Альдостерон – минералокортикоид; вырабатывается клубочковой зоной коры надпочечников. Альдостерон увеличивает реабсорбцию Na и увеличивает экскрецию К+ в дистальном сегменте нефрона. Из крови альдесторон проникает через мембрану клеток и в цитоплазме соединяется со специфическим рецептором. После чего усиливается экспрессия генов, образуется РНК и инициируется синтез Na-К+-АТФазы, а также белков переносчиков Na+ и К+.
Антидиуретический гормон (аргинин, вазопрессин). Гормон белковой природы. Синтезируется в клетках супраоптического ядра гипоталамуса. Затем по аксонам нейронов этого ядра гормон достигает капилляров задней доли гипофиза и накапливается там в нейроглиальных структурах. При активации этих структур гормон выбрасывается в кровь и достигает эпителиоцитов дистального извитого канальца и собирательных трубочек.
Этот гормон увеличивает проницаемость собирательных трубочек почек, так, что вода поступает в интерстициум почечных пирамид, поэтому моча становится концентрированной и ее объем уменьшается. Следовательно, конечным эффектом этого гормона является задержка воды в организме, в результате осмотическое давление тканевой жидкости уменьшается. В отсутствии вазопрессина моча становится гипотонической по сравнению с плазмой, объем мочи увеличивается и организм теряет воду. В результате этого осмотичность жидкостей организма растёт.
Имеется 2 типа рецепторов к вазопрессину. Рецепторы, которые приводят к сокращению сосудов обнаруживаются так же, на гломерулярных мезангиальных клетках и называется V1-рецепторы. Когда активируются эти рецепторы, то усиливается метаболизм инозитолдифосфата. В результате активации этого цикла образуется фосфоинозитол-трифосфат и диацилглицерин.
Вазопрессиновые рецепторы, которые опосредуют антидиуретический эффект пептида, называютсяV2 - рецепторами. Эти рецепторы обнаруживаются в нефронах на эпителиоцитах клеток канальцев, восходящем колене петли и собирательных трубочках. При взаимодействии АДГ с этими рецепторами приводит к увеличению активности аденилатциклазы и количества ц-АМФ. Увеличение ц-АМФ в эпителиоцитах собирательных трубочек приводит к увеличению проницаемости их люминалъных мембран для воды, мочевины и некоторых других растворов. Эти клетки имеют эндосомы, содержащие агрефоны, связанные с белковыми водными каналами в их мембранах и при увеличении внутриклеточного количества ц-АМФ эндосомы слипаются с люминалъной мембраной клетки, тем самым увеличивают ее площадь и образуют в ней множество водных каналов. После прекращения действия вазопрессина, мембрана с каналами для воды подвергается эндоцитозу и хранится снова в эндосомах.
Кроме того известно, что активация V1-рецепторов может увеличивать чувствительность эпителиоцитов к АДГ.
Состояние антидиуреза.Это выделение небольшого количества мочи под влиянием АДГ. При этом выделяется всего 1% профильтровавшейся мочи. Это состояние наступает если организм требует сбережения воды. Обеспечивают это состояние АДГ и альдостероном.
Состояние водного диуреза. Если АДГ не выделяется, т.е. в организме есть избыток жидкости, то вся вода, которая вошла в дистальный сегмент выделяется из организма. При этом концентрация мочи уменьшается (осмотичность 50 мосм/кг Н2О), теряется много мочевины и поэтому организм лучше освобождается от мочевины.
Адреналин. Гормон мозгового вещества надпочечников влияет на клубочковую фильтрацию. Адреналин суживает афферентную артериолу, что уменьшает приток крови к клубочкам и клубочковую фильтрацию.
Регуляция реабсорбции Ca2+ и фосфора. Паратгормон, образующийся в околощитовидных железах, действует как АДГ через аденилатциклазу и способствует реабсорбции кальция и снижает реабсорбцию фосфатов.
Кальцитонин – снижает реабсорбцию фосфатов и Са2+, а также способствует экскреции ионов Са2+ и фосфатов.
Соматотропин увеличивает реабсорбцию фосфатов.
Нервная регуляция. Почки получают симпатическую иннервацию из 3-х нижних грудных и поясничных сегментов спинного мозга. Преганглионарные волокна прерываются в узлах симпатической цепочки, ганглиях солнечного сплетения или почечном сплетении. Постганглионарные волокна к почкам идут в составе чревного нерва.
Парасимпатические нервы подходят к почке от блуждающего и тазового сплетения.
В регуляции деятельности почки участвуют безусловные и условные рефлексы.
Влияние симпатических нервов на процессы мочеобразования.
Регуляция деятельности, адекватная информации о состоянии внутренней среды, которая поступает в ЦНС, обеспечивается при участии эфферентных нервных волокон или эндокринных желез.
При раздражении симпатических нервов сосуды суживаются, что приводит к уменьшению фильтрации в клубочках.
Сейчас показано, что при участии эфферентных нервных волокон, подходящих к почке, регулируются не только ее гемодинамика и работа ЮГА, но процессы реабсорбции и секреции электролитов. Адренергические волокна стимулируют транспорт натрия, а холинэргические волокна стимулируют реабсорбцию глюкозы и секрецию органических кислот.
Участие почек в функциональной системе,
поддерживающей водно-солевой гомеостаз
Рис.47. Осморегуляция
2. Помимо информации от осморецепторов и натрийрецепторов уровень секреции АДГ зависит от активности волюморецепторов, реагирующих на изменение объёма внутрисосудистой и внеклеточной жидкости (рис.48). К этим рецепторам относятся:
- рецепторы, реагирующие на растяжение сосудистой стенки,
- рецепторы левого предсердия, от них возбуждение передается в ЦНС по блуждающему нерву.
При увеличении кровенаполнения левого предсердия активируются волюморецепторы и угнетается секреция АДГ и усиливается мочеотделение.
В предсердии вырабатывается натрийуретический пептид, увеличивающий выделение ионов Na+ почкой.
Стимуляция волюморецепторов рефлекторно изменяет характер импульсации, поступающей по иннервирующим почку симпатическим нервом и снижает реабсорбцию Na+ и Н2О в них.
Растяжение афферентной артериолы клубочка, увеличившимся объемом крови, сопровождается изменением активности ЮГА. Уменьшается секреция ренина, а следовательно, концентрация ангиотензина II и альдостерона. Всё это увеличивает выделение Nа+ почкой.
Рис. 48. Участие почек в регуляции объёма внутрисосудистой жидкости
Популярное:
