Механизмы мочеобразовании. Фильтрация в клубочках
Мочеобразование происходит в нефронах, собирательных трубочках и протоках. Образование мочи состоит из трех последовательных процессов:
- фильтрации (в клубочках);
- реабсорбции;
- секреции (в канальцах, трубочках и протоках).
Формула мочеобразования выглядит следующим образом:
Скорость мочеобразования = Скорость фильтрации — Скорость реабсорбции + Скорость секреции.
Фильтрация в клубочках — первый этап мочеобразования, который заключается в переходе жидкости и растворенных в ней веществ из кровеносных капилляров клубочков в полость капсулы Шумлянского-Боумена.
Результатом фильтрации является поступление в полость капсулы жидкой части плазмы крови, практически не содержащей форменных элементов и почти лишенной белка. Эта жидкость, находящаяся в капсуле, называется клубочковым фильтратом или первичной мочой. Содержание минеральных ионов и низкомолекулярных органических веществ (например, глюкозы, аминокислот), которые в крови не связаны с белками, в клубочковом фильтрате близко к их концентрации в плазме крови. Исключение составляют некоторые низкомолекулярные вещества (кальций и жирные кислоты), которые частично связаны с белками и в таком виде не способны к свободной фильтрации.
Структуры, отделяющие кровь капилляров клубочков от первичной мочи в пространстве капсулы Шумлянского — Боумена, называются клубочковым фильтром. Он состоит из трех элементов: 1) эндотелия капилляров клубочка; 2) базальной мембраны; 3) эпителия внутреннего листка капсулы Шумлянского — Боумена, представленного особыми клетками — подоцитами, имеющими пальцевидные отростки — «ножки» и окружающими наружную поверхность базальной мембраны капилляров. Этот фильтр, несмотря на свое трехслойное строение, способен пропускать в сотни раз больше воды и растворенных веществ, чем стенка обычного капилляра.
Скорость клубочковой фильтрации (СКФ) — количество первичной мочи, образующееся в почках в единицу времени.
Скорость клубочковой фильтрации определяется двумя основными факторами:
- коэффициентом фильтрации (Кф) в клубочках, зависящим от проницаемости клубочкового фильтра и площади поверхности капилляров;
- фильтрационным давлением (ФД), действующим на компоненты крови.
У взрослого здорового человека скорость клубочковой фильтрации составляет приблизительно 150-180 л/сут (или в среднем 110 мл/мин у женщин и 125 мл/мин у мужчин) и поддерживается на постоянном уровне:
СКФ = Кф • ФД.
Важную роль в определении объема фильтрации играет проницаемость клубочкового фильтра — чем она выше, тем больше объем фильтрата. Проницаемость клубочкового фильтра определяется размером пор (фенестр, отверстий) в базальной мембране (в ней они наименьшие по сравнению с другими структурами и составляют около 8 им, или 80 А), наличием отрицательного заряда на его структурах, а также величиной и зарядом фильтруемых веществ. Клубочковый фильтр свободно проницаем для низкомолекулярных неорганических и органических веществ (с молекулярной массой менее 70 000 Дальтон) и размерами менее 4 нм. Вода, минеральные соли, водорастворимые витамины, мочевина, глюкоза, многие пептиды и низкомолекулярные белки плазмы крови в значительной степени фильтруются и определяют состав первичной мочи. Фильтрация органических молекул массой более 7000 Дальтон прогрессивно уменьшается по мере увеличения их размеров. Молекулы массой более 70 000 Дальтон и вещества, связанные с ними, практически не попадают в первичную мочу. Фильтрация высокомолекулярных веществ ограничивается также отрицательным зарядом структур клубочкового фильтра. Так, заряженный отрицательно белок плазмы крови альбумин, имеющий молекулярную массу 69 000 Дальтон и размеры 6 нм, фильтруется в очень малых количествах (0,02%) от его содержания в плазме крови. При повреждении структур клубочкового фильтра (увеличении размеров нор, снижении или утрате клубочковым фильтром своего отрицательного заряда) происходит увеличение фильтрации белков и выделение их с мочой (протеинурия).
Площадь клубочкового фильтра также имеет существенное значение для скорости клубочковой фильтрации — чем она больше, тем больше объем первичной мочи. Суммарная площадь клубочковых фильтров составляет 1,5-2,0 м2.
Основной силой, обеспечивающей перемещение из крови клубочковых капилляров в просвет капсулы нефрона фильтруемых веществ, является фильтрационное давление (ФД). Оно представляет собой разность между гидростатическим давлением крови (ГДК) в капиллярах клубочков и суммой гидростатического давления первичной мочи (ГД ) в капсуле Шумлянского — Боумена и онкотического давления плазмы крови (ОДк):
ФД = ГДК — (ГДПМ + ОДк) = 70 — (18 + 32) = 20 мм рт. ст.
Гидростатическое давление крови в капиллярах клубочка определяется теми же факторами, что и артериальное давление крови, и является основной силой, которая способствует фильтрации. У здорового человека оно составляет около 60- 70 мм рт. ст. и практически не зависит от колебаний системного артериального давления благодаря механизмам саморегуляции почечного кровотока (см. выше). ГДПМ в капсуле Шумлянского — Боумена и ОДк в капиллярах клубочка препятствуют фильтрации. ГДПМ в капсуле нефрона составляет приблизительно 18 мм рт. ст. В норме ОДк составляет около 32 мм рт. ст. и зависит от концентрации белков в плазме крови. Содержание белков в капиллярах клубочков существенно повышается вследствие большого объема фильтрации: до 20% плазмы, проходящей через почки. Таким образом, ФД, необходимое для обеспечения должной скорости клубочковой фильтрации, составляет около 20 мм рт. ст.
Если системное артериальное давление у человека падает ниже 70 мм рт. ст., ГДК в капиллярах клубочка становится менее 50 мм рт. ст., ФД приближается к нулю и процесс клубочковой фильтрации резко уменьшается или даже полностью прекращается. В этом случае количество выделяющейся мочи у человека резко снижается (при суточном диурезе менее 400 мл это состояние называют олигурией) либо процесс образования и выделения мочи полностью прекращается (анурия), что приводит к нарушению гомеостаза и «самоотравлению» организма токсичными продуктами обмена веществ — развивается состояние острой или хронической почечной недостаточности. Для предотвращения развития недостаточности функции почек при резком снижении величины артериального давления крови необходимо принимать срочные меры по его восстановлению.
При повышении ОД (из-за увеличения содержания белков в плазме крови и снижении кровотока в почке) или повышении ГДПМ (закупорка мочевыводящих путей) фильтрационное давление и клубочковая фильтрация снижаются, что приводит к уменьшению образования первичной мочи.
Несмотря на большую скорость клубочковой фильтрации, достигающую 180 л/сут, объем выводимой из организма конечной мочи обычно составляет у здорового взрослого человека 1,0-1,5 л (нормальные колебания суточного диуреза составляют от 0,5 до 2,0 л). Значительное количество образуемого фильтрата (178,5-179 л) подвергается обратному всасыванию (реабсорбции) в канальцах, собирательных трубочках и протоках почек (табл. 1).
Таблица 1. Фильтрация, реабсорбции и выделение почками различных веществ
|
Вещество |
Профильтровано |
Реабсорбировано |
Выделено |
Реабсорбция. % |
|
Глюкоза, г/сут |
180 |
179,95 |
0.05 |
>99,9 |
|
Бикарбонаты, мэкв/сут |
4320 |
4318 |
2 |
>99,9 |
|
Натрий, мэкв/сут |
25 560 |
25 410 |
150 |
>99,4 |
|
Вода, л/сут |
180 |
178,5 |
1,5 |
>99,2 |
|
Хлор, мэкв/л |
19 440 |
19 260 |
180 |
>99,1 |
|
Калий, мэкв/сут |
756 |
664 |
92 |
>87,8 |
|
Мочевина, г/сут |
46.8 |
23.4 |
23.4 |
50 |
|
Креатинин. г/сут |
1.8 |
0 |
1,8 |
0 |
Регуляция клубочковой фильтрации
Количество фильтрата (первичной мочи) меняется в зависимости от проницаемости клубочкового фильтра и эффективного фильтрационного давления. При этом нервные и гуморальные влияния на фильтрацию могут осуществляться через регуляцию гидростатического давления в клубочковых капиллярах.
Нервная регуляция. Величина гидростатического давления крови в капиллярах клубочка может меняться при изменении тонуса приносящей и выносящей артериол. Так, при повышении тонуса приносящей артериолы количество крови, поступающее в клубочковые капилляры, снижается, гидростатическое давление крови в капиллярах клубочка падает, уменьшается величина фильтрационного давления и скорость клубочковой фильтрации. При повышении тонуса выносящей артериолы отток крови из клубочковых капилляров замедляется, гидростатическое давление крови в капиллярах клубочка повышается, а фильтрационное давление и скорость клубочковой фильтрации возрастают. Такое избирательное влияние на тонус гладких мышц приносящей и выносящей артериол может оказывать симпатическая нервная система. При небольшом повышении тонуса симпатической нервной системы происходит сужение выносящей артериолы и усиление клубочковой фильтрации. При значительной активации симпатической нервной системы происходит сужение приносящей артериолы и резкое уменьшение скорости клубочковой фильтрации. Этот механизм лежит в основе значительного снижения мочеобразования при сильных болевых воздействиях на организм (болевая анурия).
Гуморальная регуляция. Связана со способностью некоторых гормонов и биологически активных веществ изменять тонус артериол клубочка и величину гидростатического давления крови в клубочковых капиллярах. Вазоконстрикторы норадреналин, вазопрессин, ангиотензин-Н, тромбоксан, эндотелии вызывают сужение приносящей артериолы и резкое уменьшение скорости клубочковой фильтрации. Вазодилататоры: предсердный натрийуретический гормон, простагландины, простациклин, оксид азота вызывают расширение приносящей артериолы и увеличение клубочковой фильтрации.
Большинство из вышеперечисленных вазоактивиых веществ образуется в самих клубочках, в клетках юкстагломерулярного аппарата, и в качестве паракринных факторов участвует в тонкой регуляции процесса клубочковой фильтрации.
Гормон мозгового вещества надпочечников адреналин может по-разному влиять на процесс фильтрации, что зависит от его концентрации в плазме крови. В низких концентрациях адреналин увеличивает скорость клубочковой фильтрации и мочеобразование вследствие сужения преимущественно выносящей артериолы. В высоких концентрациях адреналин вызывает сужение приносящей артериолы и уменьшение клубочковой фильтрации.
0.058 сек.