Тема 10. Выделительная функция почек

Основные дидактические элементы темы: Значение для организма процессов выделения, функции почек. Экскреторная функция почек. Морфофункциональная характеристика нефрона. Современная фильтрационно-реабсорбционно-секреторная теория мочеобразования. Состав и количество первичной мочи. Механизмы и методы определения клубочковой фильтрации. Реабсорбция в почечных канальцах. Секреторные процессы в почечных канальцах. Противоточно-поворотная система. Конечная моча и ее состав. Регуляция мочеобразования.

Экскреторная функция слюнных желез.

Выделение - это часть обмена веществ, которая осуществляется путем выведения из организма конечных продуктов метаболизма, а также чужеродных и избыточных для обеспечения оптимального состава внутренней среды физиологически веществ.

Функция выведения веществ из внутренней среды организма осуществляется выделительной системой, в которую входят почки, пищеварительный тракт, легкие и кожа.

Основным органом выделения являются почки.

Экскреторная функция почек состоит в мочеобразовании и выведения из внутренней среды организма эндогенных метаболитов, экзогенных веществ, а также избытков воды, физиологически ценных минеральных и органических соединений.

Основной структурно-функциональной единицей почки, обеспечивающей образование мочи, является нефрон, который состоит из нескольких последовательно соединенных отделов:

1) сосудистый мальпигиев клубочек,

2) капсула Шумлянского-Боумена,

3) проксимальный извитой каналец,

4) петля Генле,

5) дистальный извитой каналец,

6) собирательные трубочки и почечные лоханки.

Сосудистый капиллярный клубочек располагается в корковом веществе почки. Артериола, отходящая от почечной артерии и доставляющая кровь к капиллярным клубочкам, называется приносящей. Артериола, по которой кровь оттекает от клубочков, называется выносящей. Диаметр приносящей артериолы больше, чем выносящей. Вышедшие из капиллярных клубочков артериолы вновь разветвляются на густую сеть капилляров вокруг проксимальных и дистальных извитых канальцев.

Основными особенностями кровотока в почках являются:

1) высокий уровень кровотока,

2) высокая способность к саморегуляции,

3) высокое гидростатическое давление в капиллярах.

За 1 мин через сосуды обеих почек у человека проходит около 1200 мл крови, что составляет 20-25% сердечного выброса.

Высокая способность к саморегуляции проявляется в сохранении постоянства почечного кровотока даже при существенных сдвигах системного артериального давления в диапазоне от 70 до 180 мм рт. ст.

Гидростатическое давление в почечных клубочках поддерживается на уровне около 70 мм рт. ст., что почти в два раза выше, чем в капиллярах других тканей.

Высокое гидростатическое давление в почечных клубочках обусловлено:

1. близким расположением к аорте мальпигиева тельца за счет коротких почечных и внутрипочечных артерий,

2. большим диаметром приносящих артериол по сравнению с выносящими.

Снаружи почечные клубочки покрыты двухслойной капсулой Шумлянского-Боумена. Между париетальным и висцеральным листками капсулы, которые расположены наподобие чаши, имеется щель - полость капсулы, переходящая в просвет проксимального извитого канальца.

Проксимальный извитой каналец расположен в корковом веществе почки. Отличительной особенностью клеток этого сегмента является наличие щеточной каймы из микроворсинок, обращенных в просвет канальца.

Проксимальный извитой каналец переходит в петлю Генле, которая располагается в мозговом веществе почки. Она состоит из тонкого нисходящего и более толстого восходящего колена.

Восходящее колено вновь поднимается в корковое вещество, где переходит в дистальный извитой каналец. Дистальные извитые канальцы нефронов контактируют с приносящими и выносящими артериолами клубочков. Область контакта дистальных извитых канальцев с приносящими и выносящими артериолами называют юкстагломерулярным комплексом. Клетки юкстагломерулярного аппарата почек выполняют инкреторную функцию.

В корковом веществе дистальный извитой каналец переходит в собирательную трубочку, которая спускается из коры почек вглубь мозгового вещества, где открывается в области сосочков чашечек почечных лоханок.

Согласно фильтрационно-реабсорбционно-секреторной теории мочеобразование в почках складывается из трех основных процессов:

1) клубочковой ультрафильтрации,

2) канальцевой реабсорбции,

3) канальцевой секреции.

Клубочковая ультрафильтрация - это процесс отделения воды вместе с растворенными в ней низкомолекулярными веществами из плазмы крови в просвет капсулы Шумлянского-Боумена по гидростатическому градиенту давления.

Канальцевая реабсорбция - это процесс обратного всасывания в кровь воды и низкомолекулярных веществ, которые профильтровались в клубочках.

Канальцевая секреция - это процесс переноса в просвет канальца веществ, содержащихся в крови или образуемых клетками канальцевого эндотелия.

Основной количественной характеристикой процесса ультрафильтрации является скорость клубочковой фильтрации - объем ультрафильтрата (первичной мочи) образующегося в капсуле Шумлянского-Боумена за единицу времени.

Силой, обеспечивающей ультрафильтрацию, является эффективное фильтрационное давление (ЭФД), которое определяется разностью между гидростатическим давлением крови в капиллярах почечного клубочка и противодействующими ему факторами - онкотическим давлением плазмы крови и гидростатическим давлением жидкости в капсуле Шумлянского-Боумена. Гидростатическое давление в почечных капиллярах составляет около 70 мм рт. ст. Онкотическое давление плазмы крови - 25 мм рт. ст. Гидростатическое давление жидкости в капсуле 15-20 мм рт. ст. Поэтому ЭФД составляет: 70 – (25 + 20) = 25 мм рт. ст.

По химическому составу ультрафильтрат практически не отличается от плазмы крови, за исключением белков. В капсулу Шумлянского-Боумена поступает менее 1% наиболее низкомолекулярных белков - альбуминов.

Для вычисления определения скорости клубочковой фильтрации у человека используют методы определения клиренса (очищения), который количественно характеризуется объемом плазмы, полностью очищающимся от определенного вещества за 1 мин.

Для определения клиренса могут быть использованы вещества, которые:

1) нетоксичны,

2) полностью фильтруются,

3) не реабсорбируются,

4) не секретируются.

Наиболее часто используют полисахарид фруктозы - инулин. Скорость клубочковой фильтрации определяют путем сопоставления концентрации инулина в плазме крови и моче. Зная концентрацию инулина в плазме, и, определив его концентрацию в определенном объеме конечной мочи, можно рассчитать, какая часть плазмы очистилась за единицу времени по формуле:

U_in x V

F =----------_, где F - объем ультрафильтрата,

P_in U_in - концентрация инулина в моче,

V - объем мочи,

P_in - концентрация инулина в плазме крови.

За 1 мин через почки у человека проходит около 1200 мл крови и образуется 110-125 мл ультрафильтрата. Следовательно, за сутки образуется 150-180 л первичной мочи. Большая ее часть реабсорбируется. Основное назначение реабсорбции - возвращение в кровь всех жизненно важных веществ.

В зависимости от отдела канальцев различают проксимальную и дистальную реабсорбцию. В проксимальном извитом канальце в обычных условиях полностью реабсорбируются моносахариды, белки, аминокислоты и витамины. Здесь всасывается 2/3 профильтровавшихся воды и Na⁺, большое количество К⁺, двухвалентных катионов, анионов хлора, гидрокарбонатов, фосфатов. К концу проксимального извитого канальца в его просвете остается только 1/3 объема ультрафильтрата, состав которого уже существенно отличается от плазмы крови. При этом осмотическое давление жидкости в проксимальном канальце остается изотоничным осмотическому давлению плазмы крови.

Дистальная реабсорбция по объему значительно уступает проксимальной, однако, существенно меняясь под влиянием регулирующих факторов, она во многом определяет состав конечной мочи. В дистальном отделе нефрона реабсорбируются вода и ионы Na⁺, К⁺, Са²⁺, а также мочевина.

Наряду с реабсорбцией в проксимальных и дистальных отделах почечных канальцев происходит секреция некоторых ионов, органических кислот и оснований эндогенного и экзогенного происхождения. Эпителиальные клетки проксимальных почечных канальцев секретируют:

1) органические кислоты,

2) органические основания,

3) аммиак,

4) ионы Н⁺.

Эпителиальные клетки дистальных почечных канальцев секретируют:

1) аммиак,

2) ионы Н^+,

3) ионы К⁺.

Секреция Н⁺ происходит в проксимальных канальцах в большей мере, чем в дистальных. Однако именно дистальная секреция Н⁺ играет основную роль в регуляции кислотно-щелочного равновесия внутренней среды, т.к. может регулироваться.

Образование осмотически концентрированной конечной мочи обеспечивается деятельностью противоточно-поворотной множительной системы, которая представлена параллельно расположенными коленами петли Генле и собирательными трубочками. Концентрирование жидкости в одном колене происходит за счет разбавления в другом и обусловлено противоположным направлением потока канальцевой жидкости.

Ведущую роль в работе противоточно-множительного механизма играет восходящее колено петли Генле, стенка которого непроницаема для воды, но хорошо проницаема для ионов Na⁺. В восходящем колене Na⁺ активно реабсорбируется в клеточное пространство, вследствие чего интерстициальная жидкость становится гиперосмотичной по отношению к содержимому нисходящего колена и ее осмотическое давление растет по направлению к вершине петли. При этом на каждом горизонтальном уровне вследствие одиночного эффекта транспорта солей концентрационный градиент не превышает 200 мосмоль/л, однако по длине петли происходит умножение эффектов, и система работает как множительная.

Стенка нисходящего колена хорошо проницаема и для Na⁺ и для воды. Ионы Na⁺ пассивно по концентрационному градиенту поступают в просвет канальца, а вода по осмотическому градиенту реабсорбируется в гиперосмотичный интерстиций.

Из проксимального сегмента в нисходящее колено поступает канальцевая жидкость изоосмотической концентрации, составляющей 300 мосмоль/л. В месте перегиба петли Генле моча становится гиперосмотичной с концентрацией 1200 мосмоль/л. Таким образом, в нисходящем колене уменьшается объем и возрастает осмотическая концентрация мочи.

В восходящем колене из-за реабсорбции Na⁺ осмотическая концентрация существенно уменьшается, достигая 100 мосмоль/л, однако объем мочи практически не изменяется.

Окончательное осмотическое концентрирование мочи происходит в собирательных трубочках. Вследствие гиперосмотичности интерстициального пространства из собирательных трубочек пассивно, по осмотическому градиенту реабсорбируется вода, что ведет к увеличению концентрации мочи. В конечном счете образуется гиперосмотическая вторичная моча, в которой осмотическая концентрация может быть равна осмолярной концентрации межклеточной жидкости на вершине почечного сосочка - около 1500 мосмоль/л.

Количество мочи, которая выделяется за сутки, называется диурезом. Диурез человека широко варьирует в зависимости от характера питания, водного режима, эмоционального состояния, мышечной активности и температуры окружающей среды (в среднем - 1-1,5 л).

С мочой из организма выводятся вода, а также органические и неорганические вещества.

Из неорганических веществ выводятся, главным образом, NaCl, KCl, а также сернокислые и фосфорнокислые соли.

Из органических веществ выводятся:

1) азотистые продукты метаболизма белков - мочевина (20-30 г/сутки), мочевая кислота (0,5-1 г/сутки), аммиак (около 1 г/сутки) и др.,

2) продукты гниения белков - индол, скатол, фенол, индикан,

3) соли щавелевой и молочной кислоты, кетоновые тела.

Кроме того, с мочой выделяются и физиологически ценные вещества, но только тогда, когда их избыток может нарушать нормальные процессы метаболизма.

Регуляция мочеобразования осуществляется как нервным, так и гуморальным путями за счет изменения скорости ультрафильтрации, реабсорбции и секреции.

Скорость клубочковой фильтрации зависит от соотношения тонуса приносящих и выносящих артериол почечных клубочков. При сужении приносящей артериолы ЭФД падает и скорость ультрафильтрации снижается. В случае уменьшения просвета выносящей артериолы ЭФД растет, а значит, скорость ультрафильтрации повышается.

Нервные влияния на артериолы почечных клубочков передаются по симпатическим вазомоторным нервам. Повышение тонуса симпатического отдела вегетативной нервной системы приводит к сужению приносящей артериолы, уменьшению ЭФД и снижению диуреза. Такая реакция может наблюдаться в случае повышения психоэмоционального напряжения и при болевых раздражениях, в том числе связанных со стоматологическими манипуляциями.

Ведущее значение в регуляции мочеобразования имеют гуморальные механизмы. Гуморальная регуляция осуществляется, главным образом, антидиуретическим гормоном (АДГ), который выделяется из задней доли гипофиза, альдостероном – гормоном надпочечников и катехоламинами.

Катехоламины оказывают двоякое влияние. При небольшом повышении их концентрации в крови объем конечной мочи возрастает, т.к. суживается более чувствительная отводящая артериола, а значит, повышается ЭФД. При большом повышении концентрации катехоламинов объем конечной мочи снижается, т.к. суживается приносящая артериола и уменьшается ЭФД. Аналогичное влияние оказывает коффеин.

При гиперосмии и гиповолемии увеличивается выделение АДГ. Поступая в кровь, антидиуретический гормон действует на дистальные сегменты нефрона, усиливая реабсорбцию воды и уменьшая, таким образом, количество выделяемой из организма мочи.

Повышению обратного всасывания воды способствует и альдостерон. Под его влиянием увеличивается реабсорбция ионов Na⁺, что ведет к гиперосмии крови. Вследствие этого вода из почечных канальцев по осмотическому градиенту поступает в кровь, а значит, диурез уменьшается.

При нарушении выделительной функции почек в процесс экскреции компенсаторно включаются слюнные железы. Благодаря экскреторной функции слюнных желез из организма выводятся:

1. продукты метаболизма – мочевая кислота, мочевина, аммиак, креатинин, кетоновые тела,

2. гормоны и их метаболиты – половые гормоны, гормоны щитовидной железы, гормоны надпочечников,

3. соли тяжелых металлов – ртути, висмута, свинца,

4. лекарственные вещества – антибиотики, салициловая кислота, витамины.

Содержание мочевой кислоты в слюне может увеличиваться при подагре. При заболеваниях печени в слюне появляются желчные кислоты и пигменты. В случае недостаточности функции поджелудочной железы, которая сопровождается снижением выработки инсулина, в слюне отмечается появление недоокисленных кетоновых тел. В связи с выделением слюнными железами большого количества продуктов метаболизма, у больного постоянно отмечается неприятный запах изо рта.