8.3. Мочеобразование

Процесс мочеобразования состоит из следующих процессов: фильтрации в почечных клубочках, реабсорбции (обратного всасы­вания) в почечных канальцах, секреции и синтеза.

Клубочковая ультрафильтрация. Образование мочи включает две фазы: клубочковую ультрафильтрацию — образование первичной мочи и канальцевую реабсорбцию — образование вторичной мочи, поэтому этот процесс называется фильтрационно-реабсорбционным. Функциональной особенностью начальной части нефрона являет­ся фильтрация плазмы крови через гломерулярный фильтр, кото­рый состоит из эндотелия капилляров мальпигиевого клубочка, развитой базальной мембраны и эпителия висцерального листка капсулы. Фенестры эндотелия — отверстия до 100 нм, свободно пропускают воду и растворенные в ней вещества, кроме формен­ных элементов крови и крупных молекул.

Структура базальной мембраны, представленной фибриллярным веществом, сцементированным электронно-прозрачным аморф­ным матриксом, обеспечивает функции «молекулярного сита» с ячейками около 2,9 нм и отрицательным зарядом. Третий слой гломерулярного фильтра формируют отростки подоцитов, между которыми находится пространство — межклеточные щели до 10 нм, между стенками, покрытыми гликокаликсом, щелевидное про­странство составляет около 3 нм. Эта часть фильтра также несет отрицательный заряд и препятствует проникновению в первич­ную мочу значительной части белков плазмы крови. Отростки по­доцитов заполнены элементами цитоскелета, способными сокра­щаться и расслабляться, и тем самым активно участвуют в процес­се фильтрации, откачивая фильтрат в полость капсулы. Располо­женные между капиллярами мезангиальные клетки, сокращаясь и расслабляясь, изменяют активную площадь поверхности клубоч-кового фильтра.

В капиллярах клубочков значительно более высокое давление крови, чем в других капиллярах тела, причем за счет различий в диаметре входящего и выходящего сосудов ток крови замедляется

и создаются условия для «выдавливания» части плазмы за преде­лы капиллярного русла. Фильтрационное давление, обусловлен­ное гидростатическим давлением крови (60...90 мм рт. ст.), долж­но преодолевать онкотическое давление белков плазмы кро­ви (25...30 мм рт. ст.) и давление жидкости в полости капсулы (15...20 мм рт. ст.). Фильтрационное давление (ФД) представляет собой разность между гидростатическим давлением (Р_Т) крови в капиллярах клубочка и суммой онкотического давления (Р₀) плаз­мы крови и давления первичной мочи (Р_м):

ФД = Р_т - (Р₀ + Р_м) = 70 - (30 + 20) = 20 мм рт. ст.

Таким образом, эффективное (фильтрационное) давление, вы­зывающее переход плазмы крови в полость капсулы Шумлян-ского — Боумена, составляет всего 20...30 мм рт. ст. Первичная моча (клубочковый ультрафильтрат) по содержанию аминокислот, глю­козы, мочевины, креатинина, ионному составу и низкомолеку­лярных комплексов идентична плазме крови. Она практически не содержит белки анионной природы, а для сохранения равновесия Доннана (см. гл. 2) в первичной моче концентрация хлора, бикар­бонатов выше, а натрия и калия ниже.

Процесс фильтрации характеризуется скоростью клубочковой фильтрации (СКФ) и определяется объемом ультрафильтрата (пер­вичной мочи), образованного за единицу времени (1 мин). СКФ зависит от объема протекающей через почки крови, фильтрацион­ного давления, фильтрационной поверхности и количества функ­ционирующих нефронов. В условиях физиологической нормы СКФ поддерживается на достаточно постоянном уровне за счет механизма ауторегуляции, включающего миогенную регуляцию тонуса приносящего сосуда (артериолы) и изменение соотноше­ния тонуса входящего и выходящего в клубочек сосудов, причем эти механизмы обеспечивают постоянство кровотока в клубоч­ках и фильтрационного давления. Наличие регуляторных систем, опосредованных физиологически активными веществами (ренин-ангиотензинная система, кинины, простагландины), способствует изменению фильтрации в результате изменения артериального давления, площади активной фильтрационной поверхности и то­нуса подоцитов. Конечный результат эффективности работы поч­ки в процессе ультрафильтрации определяется и числом одновре­менно функционирующих нефронов. Если в обычных условиях функционирует около 10 % нефронов, то при усиленной нагруз­ке число работающих структурно-функциональных единиц мно­гократно возрастает.

СКФ определяется при сопоставлении концентраций вещества, переходящего из плазмы в первичную мочу, и в дальнейшем при прохождении канальцев нереадсорбируемое. Таким веществом мо­жет являться инулин (полисахарид с молекулярной массой 5200,

328

329

Для определения СКФ инулин необходимо капельно вводить в кровоток, поэтому данную трудоемкую процедуру заменили определением клиренса эндогенного вещества — креатинина, образующегося в организме и не подвергающегося реабсорб­ции, концентрация которого в плазме достаточно стабильна (проба Реберга).

Объем образующейся первичной мочи очень велик. По раз­ности концентраций некоторых веществ (сульфатов) в первичной и конечной моче можно определить, сколько воды всосалось об­ратно в кровь. Концентрация сульфатов в конечной моче состав­ляет 0,18, а в первичной — 0,002 %, т. е. концентрация возрастает в 90 раз. Следовательно, для образования 1 л конечной мочи необ­ходимо, чтобы через канальцы прошло 90 л первичной.

В норме скорость клубочковой фильтрации всегда превышает 100 мл в 1 мин (при расчете на 1,7 м² поверхности тела), а мочеотде­ления обычно равна 0,8...2 мл в 1 мин. Таким образом, в полость начального отдела нефрона из плазмы профильтровывается такой объем первичной мочи, который более чем в 100 раз превышает выделяемый за это время почками. Поэтому вполне очевидно, что в норме мочеотделение мало зависит от клубочковой фильтрации: если обратное всасывание составляет 99 % от клубочковой фильтра­ции, то даже увеличение последней вдвое усилит мочеотделение лишь с 1 до 2 мл за 1 мин, тогда как уменьшение реабсорбции толь­ко на 10 % приведет к десятикратному увеличению диуреза.

Канальцевая реабсорбции. В зависимости от локализации отде­ла канальцев различают проксимальную и дистальную реабсорб-цию. Проксимальная реабсорбция обеспечивает полное всасывание глюкозы, белков, аминокислот и витаминов. В проксимальном отделе реабсорбируется 2/3 профильтровавшейся воды и натрия, калия, двухвалентных катионов, хлора, бикарбонатов, фосфатов. Четверть профильтровавшегося натрия реабсорбируется в петле Генле и 8... 10 % всасывается в конечных отделах нефрона и соби­рательных трубках. Особенность проксимальной реабсорбции в том, что натрий всасывается с осмотически эквивалентным объе­мом воды и в конце проксимального отдела остается только 1/3 ультрафильтрата, изоосмотичного плазме крови (рис. 8.6). Прони­цаемость стенки канальца для воды и ионов определяется свой­ствами апикальных клеточных мембран, выстилающих каналец.

Наружная медуллярная собирательная трубка

)

Внутренняя медуллярная собирательная трубка

Рис. 8.6. Схема канальцевой реабсорбции

Поверхность апикальной мембраны у клеток проксимального канальца очень велика за счет образования многочисленных микроворсинок щеточной каемки. В проксимальном отделе не­фрона существует два механизма всасывания воды и ионов: ак­тивный транспорт натрия с пассивной реабсорбцией бикарбона­та и воды; пассивный транспорт хлоридов с пассивной реабсорб­цией натрия и воды.

В начальном участке канальцев натрий входит в клетки эпи­телия пассивно по концентрационному градиенту, так как в клет­ке постоянно поддерживается низкая концентрация этих ионов. Благодаря электрохимическому градиенту, т. е. естественному электроотрицательному заряду на внутренней поверхности мем­браны клеток, происходит перемещение положительно заряжен­ных ионов натрия внутрь клетки. Натрий выводится через базо-латеральные поверхности клеток с помощью натрий-калиевых на­сосов, использующих для своей работы энергию АТФ. С ионами натрия пассивно всасывается анион бикарбоната. Хлориды абсор­бируются пассивно в конечных участках проксимальных каналь­цев через зону межклеточных контактов. Вместе с ними в форме сопряженного транспорта (котранспорта) реабсорбируются натрий и вода (рис. 8.7).

Проксимальная реабсорбция глюкозы и аминокислот осущест­вляется с помощью специальных переносчиков, локализованных в щеточной каемке апикальной клеточной мембраны и функцио­нально связана с реабсорбцией натрия. Перенос глюкозы и ами-

330

331

нокислот из клеток эпителия в межклеточное пространство также связан с активным удалением натрия из клетки через базолате-ральную мембрану с затратой энергии АТФ. Такой вид транспорта называют вторично активным или симпортом. На мембране ще­точной каймы переносчик присоединяет транспортируемое веще­ство и ион натрия. Благодаря заряду мембраны и низкому содер­жанию натрия в цитоплазме клеток транспортный комплекс пере­мещается внутрь клетки, где распадается с освобождением натрия и транспортируемого вещества. Натрий удаляется в результате де­ятельности натрий-калиевой помпы, локализованной в базолате-ральной мембране, а глюкоза либо аминокислоты по градиенту концентрации поступают в кровь.

Для реабсорбции одной молекулы глюкозы используется од­на молекула переносчика, поэтому при избытке глюкозы в кро­ви, а следовательно, и в ультрафильтрате может происходить полная загрузка всех молекул переносчика и излишек глюкозы уже не реабсорбируется и выделяется с мочой. Таким образом, существует определенный лимит «максимального канальцевого транспорта веществ» — традиционное название «почечный порог выведения», и после достижения максимума реабсорбции глюко­за и некоторые другие «пороговые вещества» появляются в отде­ляемой моче.

Порог выведения — это такая концентрация вещества в крови, при которой оно не может быть полностью реабсорбировано в канальцах и попадает в конечную мочу. Вещества, которые не реабсорбируются в канальцах и выделяются пропорционально их накоплению в крови, называют непороговыми, например мочеви­на, инулин, креатинин, сульфаты и др.

%

Рис. 8.7. Схема внутриклеточной реабсорбции натрия

Дистальная реабсорбция ионов и воды. В этом отделе нефрона происходит активная реабсорбция около 10 % натрия, что создает значительный градиент осмотического давле­ния между мочой и межклеточной тканью. Хлор всасывается пас­сивно вслед за натрием. Эпителий дистального канальца в обмен на ионы натрия удаляет в мочу Н-ионы (этот вид ионообменных процессов называется антипорт). Наряду с этим в дистальном от­деле активно всасываются калий, кальций и фосфаты.

Концентрирование и разведение мочи. Среди позвоночных толь­ко у млекопитающих и птиц образуется моча, гиперосмотичная по отношению к плазме крови. В ходе эволюции складывалась раз­личная степень способности к концентрации мочи: при необходи­мости сберегать воду у пустынных животных моча в 25 раз кон­центрированнее плазмы крови, а у животных, имеющих свобод­ный доступ к воде (бобр, свинья), концентрирующие возможнос­ти выражены весьма умеренно (табл. 8.1.).