2 курс / Нормальная физиология / Нормальная_физиология_практикум_Часть_2_Зинчук_В_В_2015

11.10. Поворотно-противоточная множительная система	111

11.9. аквапорины

В течение последнего десятилетия выявлены особые структуры для транспорта воды — аквапорины («водные каналы», от лат. aqua — вода и porus — канал), которые представляют собой специальные интегральные белки, формирующие поры в мембранах клеток. Они избирательно пропускают молекулы воды, позволяя ей поступать в клетку и покидать ее, препятствуя потоку ионов

идругих растворимых веществ. Основными свойствами, характеризующими эти мембранные каналы, являются селективность

искорость пропускания. Аквапорины в высшей степени селективны для воды, они не пропускают даже ион гидроксония (H3O+). В настоящее время идентифицировано более 10 разновидностей аквапоринов у человека. Все они имеют схожую структуру и распределены между различными тканями организма. В почке нахо-

дится восемь их изоформ (AQP1–4, AQP6–8 и AQP11), большинство из которых экспрессируются в клетках проксимальных канальцев, нисходящем сегменте петли Генле, собирательных трубках, кровеносных сосудах и почечной лоханке. Аквапорины обеспечивают реабсорбцию воды в мочевых канальцах и мочевых протоках почек. За открытие данных структур Peter Agre (США) и Roderick MacKinnon (США) в 2003 г. получили Нобелевскую премию.

11.10. поворотно-противоточная множительная система

Величина осмолярности мочи может изменяться в широком диапазоне (от 50 до 1200 мосмоль/л, в сравнении с плазмой крови 285 мосмоль/л). Это достигается за счет особого механизма.

Поворотно-противоточная множительная система — струк- турно-функциональная организация нефронов, обеспечивающая осмотическое концентрирование/разведение вторичной мочи. Благодаря движению потоков в противоположном направлении осуществляется двухсторонний обмен через интерстициальную ткань.

Поворотно-противоточная система почек состоит из двух компонентов (рис. 11.2). Первая включает три параллельно расположенные структуры: (1) нисходящие и (2) восходящие отделы петли

112	Глава 11. Физиология выделения

Корковое

вещество

300					100					300
H2O														H2O
					Na 400			Na
600										600
			H2O		Na 600			Na		H2O
800										800
H2O 1000														H2O
					800					1200
	А					Б					В
1200					1000					1500				Мозговое
1500
														вещество

Рис. 11.2. Поворотно-противоточная множительная система почки:

А — проксимальный; Б — дистальный отделы петли Генле; В — собирательная трубочка

Генле; (3) собирательная трубочка, в которых осуществляется активный транспорт ионов Na+ и пассивный транспорт Н2О. Рядом расположенные нисходящие и восходящие отделы канальцев создают благоприятные условия для формирования противоточного градиента и концентрирования мочи. Вторая состоит из параллельно расположенных (1) нисходящих и (2) восходящих капилляров в мозговом веществе. Параллельно расположенные почечные сосуды (нисходящий и восходящий отделы) создают условия для диффузии растворенных веществ (в кровь поступает Na+, Cl−, мочевина и выделяется вода).

В восходящем отделе петли Генли осуществляется активный перенос ионов натрия в межклеточное вещество, увеличивается его осмолярность, что создает условия для усиления пассивного всасывания воды из просвета нисходящего отдела петли Генле.

11.10. Поворотно-противоточная множительная система	113

В функционировании данного механизма ведущая роль принадлежит рядом расположенным нисходящему и восходящему отделам петли Генле и собирательной трубочке, идущим параллельно.

В восходящем отделе осуществляется реабсорбция Na+ за счет механизмов активного транспорта, что понижает его концентрацию в канальцевой жидкости и повышает его содержание в окружающей ткани. Это создает предпосылки для реабсорбции воды за счет механизмов пассивного транспорта из нисходящего отдела и собирательной трубочки. Жидкость, проходящая по данным элементам, характеризуется изменением концентрации веществ в ней. За счет параллельно расположенных трубочек происходит как бы умножение этих эффектов, что в конечном итоге обеспечивает концентрирование мочи.

Стенки этого отдела хорошо проницаемы для воды, и она способна легко проникать через них по осмотическому градиенту. Вода реабсорбируется через механизмы осмоса. На уровне проксимальной части канальца вода хорошо проницаема, что обусловливает формирование в нем изотонической жидкости. В отделах, плохо проницаемых для воды (восходящая часть петли Генле и дистальный отрезок), в связи с реабсорбцией Na+ формируется гипотоническая жидкость, что имеет важное значение для концентрирования мочи. В одном отделе почечного канальца за счет механизмов активного транспорта реабсорбируется прежде всего Na+, что повышает осмотическое давление в окружающей ткани и обусловливает транспорт воды в это пространство. Через механизм концентрирования происходит также реабсорбция ионов K+ и Cl− в этом отделе. Осмотическое концентрирование завершается в собирательной трубочке, где мочевина выходит в интерстиций. Осмолярность почечной ткани от коркового вещества (290 мосмоль/кг Н2О) до внешнего мозгового вещества (800 мосмоль/кг Н2О) и далее до собирательной трубочки (1200 мосмоль/кг Н2О) возрастает, что отражает наличие кортико-медуллярного осмотического градиента, формирующего движущую силу для реабсорбции воды из нисходящей части петли Генле и из собирательной трубочки.

Величина реабсорбции в перитубулярных капиллярах определяется значением гидростатического давления и онкотического давления в сосудах и межклеточной жидкости. Так, рост гидростатического давления в капиллярах и коллоидно-осмотического давления бел-

114	Глава 11. Физиология выделения

ков в тканях уменьшают реабсорбцию, а увеличение онкотического давления плазмы и гидростатического давления в тканях — увеличивают всасывание. Увеличение фильтрационной фракции способствует реабсорбции в перитубулярных капиллярах.

11.11. оценка почечного кровотока

Как уже указывалось, почка имеет большую величину кровоснабжения. Величина плазмотока в почке составляет 600–650 мл/мин. Для определения почечного кровоснабжения используют вещества, которые, проходя однократно через этот орган, практически полностью выводятся из крови. Таким веществом является парааминогип­ пуровая кислота (около 92 % очищения).

Величину кровотока можно рассчитать, зная величину плазмотока и гематокрита. Его значение колеблется от 1100 до 1300 мл/мин.

Расчет величины почечного кровотока осуществляют по следующей формуле:

ПКТ = 1ППТ− Нсt,

где ПКТ — почечный кровоток, мл/мин; ППТ — почечный плазмоток, мл/мин; Нсt — гематокрит, выражается в диапазоне от 0 до 1,

ане в %.

Пр и м е р. Концентрация парааминогиппуровой кислоты в плазме — 0,01 мг/мл, в моче — 6,0 мг/мл, скорость образования мочи — 1,1 мл/мин. Следовательно, величина клиренса креатинина:

660 мл/мин = (6,0 мг/мл 1,1 мл/мин) : 0,01.

Значит, величина почечного плазмотока равна 660 мл/мин. Зная величину гематокрита и почечного плазмотока, определяем значение кровотока. При гематокрите 0,4 (40 %) и почечном плазмотоке 660 мл/мин рассчитываем почечный кровоток:

660 мл/мин : (1 − 0,4) = 1100 мл/мин.

11.12. Регуляция образования мочи	115

11.12. регуляция образования мочи

При избыточном поступлении воды в организм почки выводят ее, поддерживая на постоянном уровне осмолярность плазмы. После потребления 1 л воды примерно через 1 ч отмечается увеличение объема мочи в 6 раз, но общее количество веществ, содержащихся в моче остается примерно тем же, что и ранее. Происходит разведение мочи, ее осмолярность уменьшается с 600 до 100 моль/л. В случае дефицита воды удаление шлаков осуществляется в условиях усиления реабсорбции воды в почках. Минимальный объем мочи, который необходимо выделять из организма для поддержания его нормального функционирования, составляет 500 мл при условии концентрирующей способности почек 1200 моль/л.

В организме существуют различные механизмы гуморальной регуляции канальцевой реабсорбции, которые обеспечивают выделение воды из различных веществ в различной степени, независимо от друг друга, без ущерба для других веществ.

Основные факторы, влияющие на реабсорбцию воды

Активаторы:	Ингибиторы:
вазопрессин;	простагландины Е2 F2 .2,7;
пролактин;	атриопептид;
ангиотензин II;	кинины;
инсулин;	паратгормон;
эстрогены;	кальциотриол;
хорионический гонадотропин	тироксин и трийодтиронин

Вазопрессин (антидиуретический гормон) усиливает реабсорбцию H2O в дистальном отделе, Na+ — в восходящем отделе петли Генле. Антидиуретический гормон связывается с V2-рецепторами, расположенными в клетках канальцев, что приводит к активации аденилатциклазы, образованию цАМФ, активации протеинкиназы А и фосфорилированию молекул аквапорина в цитоплазматических пузырьках, их транспорту к апикальной мембране, где специальные рецепторные молекулы обеспечивают встраивание молекул аквапорина-2 в мембрану и формирование водных каналов.

116	Глава 11. Физиология выделения

Через них вода выходит в интерстициальную жидкость по осмотическому градиенту. Антидиуретический гормон определяет суммарное количество реабсорбируемой воды в собирательных трубочках коркового слоя. Именно в этом отделе, а не в мозговом, реабсорбируется наибольший объем жидкости, что содействует высокой осмолярности в межклеточной жидкости мозгового вещества и в целом концентрированию мочи.

При употреблении большого количества воды ее доля возрастает и в плазме. Возникающая гипоосмолярность через снижение стимуляции осморецепторов в гипоталамусе снижает образование антидиуретического гормона, что приводит к уменьшению реабсорбции воды и росту образования больших количеств гипоосмотической мочи. При недостаточном поступлении воды в организм работает обратный механизм. Возникающая гиперосмолярность через стимуляцию осморецепторов в гипоталамусе усиливает образование антидиуретического гормона, что приводит к усилению реабсорбции воды и образованию гиперосмотической мочи.

Альдостерон образуется в коре надпочечников и является наиболее важным минералокортикоидом. Он усиливает реабсорбцию Na+

исекрецию K+ в дистальном отделе канальцев и собирательных тру-

бочек, действует через специфические Na-транспортирующие белки, активацию Na+/K+-насоса. Механизм действия альдостерона заклю-

чается в активации синтеза фермента — протеинкиназы А, которая влияет на реабсорбцию Na+ в клетках дистальных канальцев почек. Протеинкиназа А катализирует превращение фосфолипидов

вапикальной мембране клеток канальцев, благодаря чему ее проницаемость для Na+ и Н2О повышается. Это приводит к задержке

ворганизме натрия, преобладающей над задержкой воды, и выде-

лению ионов калия и водорода. Этот фактор имеет большее значение для регуляции K+, чем Na+. При его отсутствии наблюдается потеря Na+ в объеме 10–20 % и гораздо большая задержка K+. Синтез этого гормона стимулируется через ренин-ангиотензиновую систему при уменьшении в плазме концентрации хлорида натрия, приводящем к росту секреции ренина и активации ангиотензина II, стимулирующего синтез альдостерона. Избыточное образование альдостерона увеличивает объем внеклеточной жидкости

иАД и менее значимо влияет на содержание Na+ в плазме. Также при этом отмечается гипокалиемия и мышечная слабость. В целом

11.12. Регуляция образования мочи	117

данный фактор важен для внеклеточного обмена и метаболизма воды.

Ангиотензин является наиболее сильным фактором, определяющим сохранение Na+ в организме. Он усиливает реабсорбцию Na+ и воды в проксимальных канальцах, толстом восходящем отделе петли Генле, дистальных канальцах, стимулируя активность Na+/K+-насоса. Кроме того, его эффект реализуется через стимуляцию секреции альдостерона и сужение просвета выносящей артериолы, вызывая изменения кровотока в перитубулярных капиллярах (уменьшение гидродинамического и повышение онкотического давления).

Натрийуретический гормон (атриопептид) уменьшает реабсорбцию Na+ и Cl− в дистальном извитом канальце через цГМФ-за- висимое фосфорилирование эпителиальных натриевых каналов. Кроме того, его эффект реализуется через снижение секреции альдостерона. Этот гормон вызывает расширение афферентной гломерулярной артериолы, сужение эфферентной гломерулярной артериолы, расслабление мезангиальных клеток, что обусловливает повышение давления в клубочковых капиллярах и увеличение скорости клубочковой фильтрации.

Паратгормон тормозит канальцевую реабсорбцию фосфора, бикарбоната, активирует реабсорбцию Mg2+ и Са2+ через активацию аденилатциклазы (цАМФ). Благодаря этому гормону реабсорбируется 99 % всего кальция, фильтруемого клубочками в почечные канальцы. В сутки с мочой выделяется около 100 мг кальция. Также за счет этого фактора осуществляется регуляция концентрации фосфатов в плазме. При низком его содержании (менее 1 ммоль/л) все фосфаты реабсорбируются, а при его увеличении возрастает и доля, выводимая из организма.

Кальцитонин по величине своего эффекта менее значим, чем паратгормон, обладает по отношению к нему противоположным действием. Он активирует канальцевую реабсорбцию фосфора, бикарбоната, тормозит реабсорбцию Mg2+ и Са2+ (опосредуется цАМФ и активацией протеинкиназ).

Глюкагон увеличивает реабсорбцию Na+ в восходящем отделе (повышение опосредованной G-белком активности аденилатциклазы и увеличение цАМФ). Этот гормон также увеличивает кровоток в почечной ткани.

118	Глава 11. Физиология выделения

11.13. мочевыводящие пути

Собирательные трубочки, соединяясь, образуют протоки Бел­ лини, которые открываются в вершине сосочка пирамиды. В малой почечной чашечке содержится 1–2, иногда 3 сосочка. Образовавшаяся моча следует по собирательным трубочкам, далее по выводным протокам в чашечки и в лоханки, которые представляют собой часть верхних мочевых путей, собирающих мочу для поступления ее в мочеточник. Прибывание мочи из лоханки в мочеточник осуществляется дискретно. Почечная лоханка обладает способностью сокращаться (систола около 3 с) и расслабляться (диастола около 4 с). Опорожнение лоханки осуществляется в результате сокращения собственных гладкомышечных элементов, при этом также имеет значение повышение давления в брюшной полости на вдохе.

В области свода чашечки гладкомышечные клетки формируют кольцеобразный слой-сжиматель, образуя вместе с нервными волокнами, кровеносными и лимфатическими сосудами форникальный аппарат (от лат. fornix, fornicis — свод) почки, роль которого заключается в регулировании количества мочи, выводимой из почечных канальцев в малые почечные чашки, создании препятствия обратному току мочи и поддержании внутрилоханочного давления. При повышенном давлении в чашечко-лоханочных структурах происходит существенное усиление реабсорбции воды и других компонентов мочи в кровь через клетчатку форникального участка

ивенозное сплетение, что обеспечивает снижение давления в чашечках, позволяя избежать перерастяжения верхних мочевых путей

иобратного поступления мочи в канальцы. Процесс реабсорбции осуществляется в значительном объеме при повышении давления до 50–70 см вод. ст. При вертикальном положении процесс опорожнения чашечек осуществляется более быстро. Известен рефлюкс форникальный — попадание содержимого почечной лохан-

ки в паренхиму почки через разрывы стенок малых почечных чашечек в их проксимальной части (форниксе), обусловленное повышением гидростатического давления в почечной лоханке при обструкции мочеточника. Создаваемое давление обусловливает движение жидкости по мочеточнику. В начале она поступает в верхнюю треть, затем средняя треть обеспечивает ее транспорт, а нижняя — в большей степени накопление мочи и ее последующий транспорт.

11.14. Диурез	119

Мочеточник представляет собой достаточно длинный (около 30 см) выводной проток почки, образованный гладкомышечными элементами, имеющими хорошо развитую систему иннервации и кровоснабжения, что позволяет данной структуре адаптироваться к различным функциональным нагрузкам. Устье мочеточника, открывающееся в мочевой пузырь, обеспечивает поступление жидкости в этот полостной орган и предотвращает ее обратное движение, выполняя функцию клапана.

11.14. диурез

В течение суток в организме образуется 1,5–2,0 л вторичной мочи в зависимости от его функционального состояния. Ее физи- ко-химические свойства могут существенно меняться. Диурез — процесс образования мочи. Как правило, в ночное время диурез меньше, чем днем. Этот процесс может существенно варьировать.

Функциональное состояние почек оценивается по общему анализу мочи, которая характеризуется рядом физико-химических свойств. Как правило, она имеет слабокислое значение pH. При употреблении богатой белками пищи реакция (рН) мочи становится более кислой, а в случае преобладания углеводного компонента — щелочной. Величина относительной плотности имеет значение 1,015–1,025 кг/л. Она может меняться в зависимости от количества выпитой жидкости. Для оценки резервных функциональных ресурсов почки используют различные функциональные нагрузочные пробы. Представляет интерес определение относительной плотности мочи в условиях сухоядения (проба на концен­ трацию) и водной нагрузки (проба на разведение). В первом случае после 18–24 ч ее значение возрастает до 1,028 кг/л и более, а во втором снижается до 1,001–1,003 кг/л и более. При менее значимом изменении это свидетельствует о нарушении процессов реабсорбции. Более концентрированная моча имеет удельный вес 1,035 кг/л (1200 моль/л).

Выделяют различные варианты диуреза:

изостенурия — выделение мочи с ограничением колебания удельного веса в течение суток в пределах 1,012–1,014 кг/л;

гиперстенурия — увеличение удельного веса мочи до 1,030 кг/л и более;

120	Глава 11. Физиология выделения

гипостенурия — снижение удельного веса мочи до 1,010 кг/л и ниже;

никтурия — преобладание ночного диуреза над дневным (в норме дневной диурез должен составлять 2/3 суточного);

водный диурез — образование больших объемов гипотонической мочи вследствие уменьшения проницаемости для воды стенки канальцев;

осмотический диурез — образование больших объемов мочи вследствие уменьшения реабсорбции осмотически активных веществ;рефлекс Гауэра — Генри — увеличение водного диуреза при снижении образования АДГ в результате роста объема циркулирующей крови (например, при длительном горизонтальном поло-

жении);антидиурез — явление снижения выделения мочи (при обез-

воживании, избытке вазопрессина);олигурия — уменьшение суточного количества мочи;

анурия — суточный диурез (менее 7 % от нормы);аминоацидоурия — наличие аминокислот в моче;полиурия — увеличение суточного диуреза в 2 раза и более.

11.15. мочеиспускание

Состав мочи, находящейся в собирательных протоках и мочевом пузыре, практически не отличается. Гладкомышечные элементы пузыря (детрузор) иннервируются парасимпатическим отделом ВНС, а наружный сфинктер, образованный поперечнополосатыми мышечными элементами, имеет соматическую иннервацию. В конце мочеиспускания в пузыре остается не более 5–10 мл мочи. Мочеиспускание — сложный рефлекторный акт выведения образовавшейся мочи из организма, осуществляемый одновременным сокращением гладкой мускулатуры стенок мочевого пузыря и расслаблением его сфинктеров и мочеиспускательного канала, контролируемый сознанием (центр мочеиспускания расположен во II–IV сакральных сегментах спинного мозга). При этом в мочевом пузыре возникает избыточное давление. Это давление, обеспечивающее опорожнение, складывается из детрузорного (гладкая мускулатура стенки) и внутрибрюшинного компонентов. Для оценки наполне-