Гомеостатическая функция почек

ЭТАПЫ МОЧЕОБРАЗОВАНИЯ

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

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).

Фильтрационныйклиренс - 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

[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.

РЕАБСОРБЦИЯ

Реабсорбция - это движение веществ из просвета канальца в кровь. Реабсорбции подвергаются почти все белки, попавшие в ультрафильтрат, и другие необходимые организму вещества. Поэтому суточные потери белково-пептидного компонента мочи не превышают 100-150 мг/сутки, хотя в первичную мочу может фильтроваться до 8-10 граммов белка в сутки. 85% ультрафильтрата реабсорбируется в проксимальном отделе канальца. Здесь реабсорбируются около 99% воды, необходимые организму питательные вещества (глюкоза, аминокислоты), многие минеральные компоненты, и частично - конечные продукты азотистого обмена (мочевина, мочевая кислота).

Имеются два механизма реабсорбции:

1) простая диффузия (по градиенту концентраций);

2) активный транспорт - происходит против градиента концентраций и требует затрат энергии (АТФ).

Ионы Na⁺ реабсорбируются с участием натриевого насоса - мембранного фермента Na,К-зависимой АТФазы. Этот фермент имеет 2 центра связывания: для натрия и для калия. После связывания с натрием и калием АТФаза меняет свою конформацию, в результате происходит перенос обоих ионов через мембрану эпителия почечных канальцев. При этом используется энергия гидролиза АТФ. Многие вещества, например глюкоза и аминокислоты, реабсорбируются в комплексе с ионами Na, т.е. энергия для переноса этих соединений выделяется в результате действия АТФ-азы. Аналогично протекает реабсорбция ионов Ca²⁺ и Mg²⁺ - в этом процессе участвует Ca²⁺,Mg²⁺-зависимая АТФаза. Кроме АТФаз в процессах активного транспорта участвуют особые транспортные белки-переносчики, которые называются транслоказами - они похожи по своим свойствам на ферменты:

- обладают способностью к избирательному связыванию с веществом, которое реабсорбируется (абсолютная и относительная избирательность);

- имеют предел работоспособности - уровень насыщаемости белка (подобно Vmax у ферментов). Он определяется не скоростью реабсорбции, а предельной концентрацией реабсорбируемого из первичной мочи вещества. Эта величина называется ПОЧЕЧНЫМ ПОРОГОМ РЕАБСОРБЦИИ. Кривая, отражающая процесс реабсорбции, похожа на кривую зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата:

Почечный порог реабсорбции равен наименьшей концентрации реабсорбируемого вещества, при которой достигается транспортный максимум реабсорбции (ТМ). Транспортный максимум характеризует состояние почечных канальцев. ТМ равен скорости транспорта вещества белком-переносчиком в условиях насыщения его переносимым веществом.

Для глюкозы, например, почечный порог реабсорбции (ППР) равен 10-12 ммоль/л. При нормальной концентрации глюкозы в крови транспортные системы еще не полностью насыщаются глюкозой, поэтому глюкоза в моче не появляется, т.е. она полностью реабсорбируется.

Существуют изотранслоказы, которые также, как изоферменты, отличаются друг от друга величиной константы Михаэлиса. Например, в начале проксимального отдела канальца, где еще велика концентрация глюкозы в фильтрате, находятся транслоказы с Км=6ммоль/л. В конце проксимального отдела, где большая часть глюкозы уже реабсорбирована, Км транслоказ равна 0.35ммоль/л. Благодаря этим транслоказам, имеющим различное сродство к глюкозе, практически вся глюкоза реабсорбируется из первичной мочи.

За сутки реабсорбируется:

- около 179 л воды;

- примерно 1 кг NaCl;

- около 340 г NaHCO₃;

- около 170 г глюкозы и т.д.

СЕКРЕЦИЯ

Канальцевая избирательная секреция похожа на реабсорбцию, но происходит в противоположном направлении - из крови в просвет канальцев. В основном секреция протекает в дистальной части канальца.

Процесс секреции также, как и процесс реабсорбции, протекает с затратой АТФ (активный транспорт) и характеризуется величиной транспортного максимума. Эта величина может служить характеристикой белков-переносчиков, обеспечивающих транспорт веществ.

Часто реабсорбция и секреция протекают одновременно - например, секреция ионов K⁺ происходит под действием Na,K-зависимой АТФазы. Только K⁺ секретируется, а Na⁺ реабсорбируется. Также секретируются Н⁺, NH₄⁺.

Скорость секреции можно определить по выделению из организма с мочой различных красителей, которые выводятся почками только путем секреции. Для этого красители должны быть предварительно введены в кровь.

В результате во вторичной моче в течение суток остается от 1000 до 2000 мл жидкости, в которой растворены:

- от 12 до 36 г мочевины;

- около 1 г креатинина;

- примерно 1 г аммонийных солей;

- примерно 0,5-1 г других продуктов азотистого обмена (в частности, в норме в моче могут присутствовать креатин, гиппуровая кислота, индикан и пигменты)

- примерно 5-7 г минеральных солей

- продукты обезвреживания токсических соединений (в незначительных количествах)

В процессе выполнения почками экскреторной функции обеспечивается их участие в поддержании водно-солевого баланса организма и кислотно-щелочного равновесия.

ГОМЕОСТАТИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ ПОЧЕК