Способы регуляции почкой регионарного и системного кровотока и артериального давления

При уменьшении артериального давления в почке, снижении содержания натрия в организме гранулярные клетки юкстагломерулярного аппарата выделяют в кровь ренин.

Не путайте с реннином – ферментом желудочного сока детей, створаживающем молоко[Мф60]

Ренин синтезируется в гранулярных клетках юкстагломерулярного аппарата, которые окружают при­носящую артериолу почечного клубочка.

Юкстагломерулярные клетки являются рецепторами растяжения стенки артериолы. Снижение кровяного давления в приносящих артериолах служит сигналом секреции ренина в кровь. [Мф61]

Биохимия ренина

Ренин представляет собой протеолитический фермент[Мф62] .

Субстратом ренина является ангиотензиноген — гликопротеин крови, синтезирующийся в печени[Мф63] .

Ренин гидролизует пептидную связь между Leu 10 и Leu 11 в молекуле ангиотензиногена и отщепляет N-концевой декапептид ангиотензин I. [Мф64]

Ангиотензин I (декапептид) превращается в ангиотензин II (октапептид) при действии карбоксидипептидилпептидазы, отщепляющей дипептид His—Leu с карбоксильного конца ангиотензина I. [Мф65]

Карбоксидипептидилпептидаза имеется в плазматической мембране эндотелия крове­носных сосудов; особенно высока активность этого фермента в легких.

Ангиотензин II — наиболее мощное из известных сосудосу­живающих веществ; вследствие этого действия он повышает кровя­ное давление. Кроме того, ангиотензин II стимулирует освобож­дение альдостерона, а также вазопрессина, и вызывает жажду. Эти свойства ангиотензина II определяют его роль в регуляции водно-солевого обмена. [Мф66]

В мозговом веществе почки образуются простагландины. Они участвуют, в частности, в регуляции почечного и общего кровотока, увеличивают выделение натрия с мочой, уменьшают чувствительность клеток канальцев к АДГ.

В почке вырабатывается брадикинин, являющийся сильным вазодилататором.

6. Функции почек и процессы их обеспечивающие[Б67] [V.G.68] [Мф69]

Функция	Процессы, обеспечивающие функцию
Фильтра­ция	Реабсорб­ция	Секреция	Секреция + синтез
Экскреторная	+	+	+	-
Инкреторная	-	-	-	+
Волюморегулирующая	+	+	-	-
Осморегулирующая	+	+	-	-
Ионорегулирующая	+	+	+	-
Регуляция КОС	+	+	+	+
Метаболическая	+	+	-	+

Функциональные эквиваленты патологии почек[V.G.70]

Функция	Дисфункция
Экскреторная	Уремия
Инкреторная	Гипертензия, остео­дистрофия, анемия
Волюморегулирующая	Отек
Осморегулирующая	Гипо-, гиперосмия
Ионорегулирующая	Гипо-, гиперкалиемия [V.G.71] и т.п.
Регуляция КОС	Ацидоз, алкалоз
Метаболическая	«Болезни средних молекул»

7. Основные [V.G.72] процессы мочеобразования

1. клубочковая фильтрация

2. канальцевая реабсорбция

3. канальцевая секреция

[Мф73]

8. [V.G.74] Клубочковая фильтрация

Подробно ++602+ С.148-150

Клубочковая фильтрация – это ультрафильтрация безбелковой жидкости из плазмы крови и растворенных в ней веществ в капсулу почечного клубочка, в результате чего образуется первичная моча.

Клубочковая фильтрация является начальным этапом мочеобразования

Мысль о фильтрации воды и растворенных веществ как первом этапе мочеобразования была высказана в 1842 г. немецким физиологом К.Людвигом.

В 20-х годах XX столетия американскиму физиологу А. Ричардсу в прямом эксперименте удалось подтвердить это предположение — с помощью микроманипулятора пунктировать микропипеткой клубочковую капсулу и извлечь из нее жидкость, действительно оказавшуюся ультрафильтратом - плазмы крови.

Ультрафильтрация воды и низкомолекулярных компонентов из плазмы крови происходит через клубочковый фильтр (син. — фильтрующая мембрана, фильтрационный барьер).

Клубочковый фильтр, состоит из трех слоев:

1. эндотелиальных клеток капилляров,

Базальной мембраны

3. ножек эпителиальных клеток висцерального (внутреннего) листка капсулы — подоцитов[V.G.75] .

Общая поверхность капилляров клубочка больше общей поверхности тела человека и достигает 1,5 м² на 100 г массы почки.

Клетки эндотелия, кроме области ядра, очень истончены, толщина цитоплазмы боковых частей клетки менее 50 нм; в цитоплазме имеются круглые или овальные отверстия (поры) размером 50 ‑ 100 нм, которые занимают до 30 % поверхности клетки.

При нормальном кровотоке наиболее крупные белковые молекулы образуют барьерный слой на поверхности пор эндотелия и затрудняют движение через них альбуминов, ограничивая тем самым прохождение форменных элементов крови и белков через эндотелий. Другие компоненты плазмы крови и вода могут свободно достигать базальной мембраны.

Базальная мембрана важнейшая часть клубочкового фильтра. У человека толщина базальной мембраны 250—400 нм. Эта мембрана состоит из трех слоев — центрального и двух периферических. Поры в базальной мембране препятствуют прохождению молекул диаметром больше 6 нм.

Наконец, важную роль в определении размера фильтруемых веществ играют щелевые мембраны между «ножками» подоцитов. Эти эпителиальные клетки обращены в просвет капсулы почечного клубочка и имеют отростки — «ножки», которыми прикрепляются к базальной мембране.

Базальная мембрана и щелевые мембраны между этими «ножками» ограничивают фильтрацию веществ, диаметр молекул которых больше 6,4 нм (т. е. не проходят вещества, радиус молекулы которых превышает 3,2 нм). Поэтому в просвет нефрона свободно проникает инулин (радиус молекулы 1,48 нм, молекулярная масса около 5200), может фильтроваться лишь 22 % яичного альбумина (радиус молекулы 2,85 нм, молекулярная масса 43500), 3 % гемоглобина (радиус молекулы 3,25 нм, молекулярная масса 68 000 и меньше 1 % сывороточного альбумина (радиус молекулы 3,55 нм, молекулярная масса 69 000).

Прохождению белков через клубочковый фильтр препятствуют отрицательно заряженные молекулы — полианионы, входящие в состав вещества базальнон мембраны, и сиалогликопротеиды в выстилке, лежащей на поверхности подоцитов и между их «ножками».

Ограничение для фильтрации белков, имеющих отрицательный заряд, обусловлено размером пор клубочкового фильтра и их электронегативностью.

Состав клубочкового фильтрата зависит от свойств эпителиального барьера и базальной мембраны. Размер и свойства пор фильтрационного барьера вариабельны. Прохождение достаточно крупных молекул через поры зависит не только от их размера, но и конфигурации молекулы, ее пространственного соответствия форме поры.

Скорость клубочковой фильтрации (СКФ) зависит от проницаемости мембраны, которую, характеризуюет коэффициент фильтрации (КФ) и эффективного фильтрационного давления (ЭФД):

СКФ = КФ ´ ЭФД

Эффективное фильтрационное давление (ЭФД) определяется разностью между гидростатическим давлением крови в капиллярах клубочка (Р_г = около 45 мм рт.ст.), онкотическим давлением белков плазмы крови (Р_онк = около 25 мм рт.ст.) и гидростатическим давлением в капсуле клубочка (Р_капс = около 10 мм рт.ст.).

ЭФД = Р_г – Р_онк – Р_{капс =} 45 – 25 – 10 = 10 (мм рт.ст.)

Фильтрация происходит только в том случае, если давление крови в капиллярах клубочков превышает сумму онкотического давления белков в плазме и давления жидкости в капсуле клубочка.

Для внесения поправки на связывание некоторых ионов белками плазмы крови вводится понятие об ультрафильтруемой фракции (f) — той части вещества от общей его концентрации в плазме крови, которая не связана с белком и свободно проходит через клубочковый фильтр.

Ультрафильтруемая фракция для кальция составляет 0,6, для магния — 0,75. Эти величины свидетельствуют о том, что около 40 % кальция плазмы связано с белком и не фильтруется в клубочках.

NB!!! Различайте понятия «фильтруемая фракция вещества» и «фильтрационная фракция» как отношение СКФ/ЭПП[Б76] .

9. Определение скорости к[V.G.77] лубочковой фильтрации

Подробно Учебник

10. [V.G.78] Канальцевая секреция

В клинике и физиологии, к сожалению, термин «секреция» используют в разных значениях.

В одних случаях этим термином обозначают перенос вещества клетками в неизмененном виде, в частности, клетками нефрона из крови в просвет канальца, что обусловливает экскрецию этого вещества почкой. В других случаях термин «секреция» означает синтез и секрецию клетками в почке биологически активных веществ (например, ренина, простагландинов) и их поступление в русло крови. Наконец, процесс синтеза в клетках канальцев веществ, которые поступают в просвет канальца и экскретируются с мочой, также обозначают термином «секреция».

Канальцевая секреция представляет собой процесс, посред­ством которого вещества переносятся из околоканальцевой жид­кости в почечный каналец.

Секреция сходна с филь­трацией в том отношении, что оба процесса приводят к проник­новению веществ в почечный каналец, к экскреции вещества.

Но фильтрация происхо­дит только в клубочке, а секреция во всех частях нефрона дистальнее клубочка. Фильтрация может быть только пассивной. Секреция может быть пассивной или актив­ной, т.е. происходящей с затратой энергии.

Большая часть активных секреторных механизмов, как и механизмов реабсорбции, имеет ограниченную транспортную способность, т.е. обладает Т_max.

Существует общий путь секреции органических кислот. К со­единениям, выводимым из кровотока этим механизмом, отно­сятся феноловый красный, ПАГ, пенициллин и глюкурониды.

Тестом для определения секреторной способности служит изме­рение экскреции ПАГ — соединения, которое можно вводить в кровь.

Второй секреторный механизм переносит сильные органиче­ские основания. Сюда относятся гуанидин, тиамин, холин, гистамин и тетраэтиламмоний. Пассивная секреция перемещает ве­щества в почечный канадец по электрохимическому градиенту. Этим способом переносятся такие соединения, как слабые ос­нования и слабые кислоты. Кроме того, по электрохимическому градиенту в дистальном канальце может пассивно секретироваться К⁺.

Секреция, как дополнительный механизм экскреции позволяет быстро экскретировать вещества, которые медленно удаляются из организма путем фильтрации.

Определяя у пациента нарушение секреторной или фильтрационной функции мы можем решить вопрос о первичном поражении клубочков или канальцев, решить вопрос о характере нефропатии – тубулопатии или гломерулопатии.

Реабсорбция [V.G.79] в канальцах и механизмы ее регуляции

Реабсорбция – это обратное всасывание веществ в канальцах, которое обеспечивается как активным, так и пассивным транспортом.

Пассивный транспорт осуществляется по электрохимическому и/или концентрационному и/или осмотическому градиенту. Транспорт против электрохимического и концентрационного градиентов (с затратой энергии) называется активным. Выделяют два вида активного транспорта — первично-активный и вторично-активный.

Первично-активный транспорт происходит за счет энергии клеточного метаболизма. Например - транспорт Na⁺ происходит при участии фермента Na⁺/К⁺-АТФазы, использующей энергию АТФ (натрий-калиевый насос).

Вторично-активныйтранспорт происходит без затраты энергии клетки непосредственно. Например, глюкоза и аминокислоты реабсорбируются с помощью специального переносчика, который обязательно должен присоединить ион Na⁺. Движущей силой переноса комплекса «переносчик+органическое вещество+Na⁺» через апикальную плазматическую мембрану служит меньшая по сравнению с просветом канальца концентрация натрия в цитоплазме клетки.

Однако градиент концентрации натрия обусловлен непрестанным активным выведением натрия из клетки во внеклеточную жидкость с помощью Na⁺/К⁺-АТФазы, локализованной в латеральных и базальной мембранах клетки.

Следует отметить, что механизмы реабсорбции одного и того же вещества в разных отделах нефрона могут существенно различаться. Так в люминальной мембране толстого восходящего отдела петли Генле поступление Na⁺ в клетку происходит не с глюкозой, а одовременно с К⁺ и двумя ионами Cl^-.

Для многих веществ (наиболее типичный пример, глюкоза, галактоза, фруктоза) присущ так называемый транспортный максимум (Т_max).Еслиэтот транспортный максимум превышен, вещество начинает экскретироваться.

Транспортная система глюкозы имеет конечную пропускную способность 200 мг на 100 мл. При сахарном диабете по этой причине в моче появляется сахар.

В проксимальном сегменте нефрона практически полностью реабсорбируются аминокислоты, глюкоза, витамины, белки, микроэлементы, значительное количество ионов Na⁺, С1^-, НСО_з. В последующих отделах нефрона всасываются преимущественно электролиты и вода. 08

Реабсорбция натрия и хлора представляет собой наиболее значительный по объему и энергетическим тратам процесс. В проксимальном канальце в результате реабсорбции большинства профильтровавшихся веществ и воды объем первичной мочи уменьшается, и в начальный отдел петли нефрона поступает около '/з профильтровавшейся в клубочках жидкости. Из всего количества натрия, поступившего в нефрон при фильтрации, в петле нефрона всасывается до 25 %, в дистальном извитом канальце — около 9 %, и менее 1 % реабсорбируется в собирательных, трубкахили экскретируется с мочой.

Реабсорбция в дистальном сегменте характеризуется тем, что клетки переносят меньшее, чем в проксимальном канальце, ионов, но против большего градиента концентрации.

Поворотно‑[V.G.80] противоточные системы почки, нефрона

Смотри приложение 303120725

Формальную модель, использующую принцип противоточного умноженияпредложили Кокко (Kokko) и Ректор (Rector). Следует признать, что детальный механизм создания корково-мозгового осмотического градиента неясен.

Поворотно-противоточная система –структура, обеспечивающая поток жидкостей в противоположных направлениях, что способствует сохранению тепла или накоплению растворенных веществ.

Мозговое вещество – уникальная область, характеризующаяся высоким перепадом осмолярности (в глубоких отделах мозговой части осмолярность в 5 раз выше осмолярности коры. Перепад осмолярности – главная причина реабсорбции воды[Б81] .

Морфологическими элементамиповоротно-противоточной системы почки являются

1. петля Генле

2. прямые сосуды

3. собирательные трубки

Противоточный умножитель в почке работает с затратой энергии и создает концентрационный градиент. Активным элементом служит клеточная система противоградиентного транспорта Na⁺.

Важнейшее значение в работе противоточного умножителя имеют ионы натрия, хлора и мочевины.

Теперь рассмотрим механизм осмотического концентрирования мочи.

Из проксимального канальца в тонкий нисходящий отдел петли нефрона жидкость попадает в зону почки, в интерстициальной ткани которой концентрация осмотически активных веществ выше, чем в корковом веществе почки (300 мосмоль/кгН₂О).

Это повышение осмоляльной концентрации в наружной зоне мозгового вещества связано с активным транспортом Na+, Cl‑ эпителием толстого восходящего отдела петли нефрона из просвета канальца в интерстиций наружного слоя мозгового вещества почки.

Стенка нисходящего отдела петли проницаема для воды. Вода всасывается из просвета канальца в окружающую интерстициальную ткань по осмотическому градиенту, а осмотически активные вещества остаются в просвете канальца.

Во внутреннем слое мозгового вещества осмоляльность интерстиция еще выше и вода продолжает выходить из просвета канальца.

В восходящей тонкой части петли Генле Na⁺ начинает выходить в интерстиций по градиенту концентрации.

Стенка толстого восходящего отдела петли Генле непроницаема для воды, а клетки активно транспортируют Na⁺, Cl^- в интерстициальную ткань.

Концентрация осмотически активных веществ в жидкости, поступающей из восходящего отдела петли в начальные отделы дистального извитого канальца, составляет уже около 200 мосмоль/кгН₂О, т.е. она ниже, чем в ультрафильрате.

На первый взгляд это не выгодно. Задача состоит в том, чтобы повысить осмолярность плазмы и первичной мочи в 300 мосмоль/л до осмолярность конечной мочи порядка 600 – 800 мосмоль/л.

Но решающим обстоятельством является то, что канальцевая жидкость должна спуститься по собирательной трубочке обратно в мозговой слой с высокой осмолярностью.

То, что происходит при этом окончательном оттоке, и определяет осмолярность выводимой мочи.

Есть два пути:

1. Собирательная трубочка проницаема для воды – вода всасывается в интерстиций – на выходе концентрированная моча.

2. Собирательная трубочка не проницаема для воды – вода не всасывается в интерстиций – на выходе гипотоничная моча.

Эти процессы носят название осмотическое концентрирование и разведение.

Конечная [V.G.82] моча, её состав

См. Покровский 2-й том С.178-179.

Первичная моча (син.провизорная моча) – жидкость, образующаяся в полости капсулы Шумлянского-Боумена при фильтрации плазмы крови.