Механизмы мочеобразования

Процесс мочеобразования включает 3 взаимосвязанных этапа:

ü клубочковую фильтрацию

ü канальцевую реабсорбцию

ü канальцевую секрецию.

1. Клубочковая фильтрация – процесс перехода (фильтрации) жидкой части плазмы из капилляров клубочка в просвет капсулы. Он возможен благодаря тому, что гидростатическое давление в капиллярах почечного тельца (сила, способствующая фильтрации) больше суммы гидростатического давления ультрафильтрата и онкотического давления плазмы крови (силы, препятствующие фильтрации). Высокое гидростатическое давление в капиллярах клубочка (70-75 мм рт.ст.) обусловлено, во-первых, тем, что диаметр приносящей артериолы на 30% больше диаметра выносящей, а во-вторых, тем, что почечная артерия является непосредственной ветвью позвоночной артерии, и кровь, дойдя до почечной артерии, проходит сравнительно короткий путь, в связи с чем растрачивает мало энергии на преодоление сил сопротивления. Постоянство же гидростатического давления ультрафильтрата в капсуле Шумлянского-Боумена обеспечивается постоянным свободным его оттоком из полости капсулы в просвет канальцев нефрона.

На пути жидкой части крови из капилляров клубочка в просвет капсулы нефрона находится фильтрационный барьер, включающий эндотелиальные клетки стенки капилляров клубочка, базальную мембрану, примыкающую к этим клеткам, базальную мембрану, окружающую внутренний листок капсулы, и эпителиоциты внутреннего листка капсулы (уплощенные отростчатые клетки, называемые подоцитами). Эндотелиальные клетки истончены и имеют большое количество пор; вместе с тем базальная мембрана, их окружающая, наряду с наличием пор, содержит отрицательно заряженные группы, препятствующие прохождению большинства белков. Наконец, тела подоцитов находятся на некотором удалении от капилляров, оплетая их своими отростками. Между отростками подоцитов имеются щели, создающие благоприятные условия для фильтрации. В целом поры фильтрационного барьера в связи с малым своим размером способны пропускать молекулы органических веществ диаметром не более 6-8 нм (в связи с чем крупномолекулярные белки через такие поры пройти в полость капсулы не могут и в ультрафильтрат не попадают). Следовательно, фильтрационный барьер обеспечивает избирательное прохождение молекул в просвет капсулы в зависимости от молекулярной массы, размеров, заряда и, как правило, непроницаем для крупных высокомолекулярных молекул белка.

В результате клубочковой фильтрации образуется ультрафильтрат – первичная моча, которая по своему химическому составу и величине осмотического давления близка к плазме крови и отличается от нее значительно меньшим содержанием белков (при этом в ультрафильтрате отсутствует фракция крупномолекулярных белков). За сутки образуется 150-170 литров первичной мочи, но только 1,5-2 л (1% от первичной мочи) ее превращается во вторичную или окончательную мочу, которая выводится из организма; 99% ультрафильтрата возвращается в кровь в результате обратного всасывания в канальцах нефрона (канальцевой реабсорбции).

2. Канальцевая реабсорбция представляет собой транспорт определенных веществ из просвета канальцев нефрона в межклеточную (интерстециальную) жидкость почки, а затем – в кровь кровеносных капилляров, оплетающих канальцы. При этом одни вещества, имеющие важное физиологическое значение для организма (аминокислоты, глюкоза, белки) в норме полностью возвращаются в кровь из первичного фильтрата, другие (креатинин, сульфаты) практически не реабсорбируются и выводятся из организма с окончательной мочой.

В проксимальном сегменте нефрона (проксимальный извитой и проксимальный толстый прямой канальцы) происходит обратное всасывание большинства органических веществ (белки, аминокислоты, глюкоза и другие), минеральных солей (фосфатов, бикарбонатов, хлоридов, ионов натрия, калия, кальция и других) и воды. В связи с тем, что вода следует пассивно (по градиенту осмотического давления) вслед за осмотически активными веществами (глюкоза, аминокислоты, минеральные соли, реабсорбирующимися в интерстеций почки, а затем в кровь, путем простой и облегченной диффузии, сопряженного обмена или активного транспорта), осмотическое давление ультрафильтрата почти не изменяется, и он остается изотоничен плазме крови. В проксимальном сегменте нефрона всасывается 85% от объема образующегося в почечном тельце фильтрата.

Далее фильтрат, изотоничный плазме крови, из проксимального сегмента нефрона попадает в петлю Генле, расположенную в мозговом веществе почки. Два колена петли Генле (восходящее и нисходящее) функционируют сопряжено как единый механизм. При этом стенка восходящего колена непроницаема для воды, но хорошо проницаема для ионов натрия и хлора, которые реабсорбируются в больших количествах в интерстециальную ткань мозгового вещества почки, повышая ее осмотическое давление. Благодаря отмеченной особенности восходящее колено петли Генле создает значительно более высокое осмотическое давление в интерстеции мозгового вещества почки по сравнению с осмотическим давлением в корковом веществе.

Первичная моча, поступающая из проксимальной части нефрона в нисходящее колено петли Генле является изоосмотичной плазме крови, но оказывается гипоосмотичной по отношению к интерстециальной жидкости мозгового вещества почки. Стенка же нисходящего колена петли Генле, в отличие от восходящего, хорошо проницаема для воды, которая по осмотическому градиенту в большом количестве переходит в интерстециальную ткань почки. Отмеченное приводит к значительному концентрированию первичной мочи, максимальное осмотическое давление которой отмечается на изгибе петли Генле. Затем эта сильно концентрированная, гиперосмотичная плазме крови, первичная моча поднимается по восходящему колену петли Генле, стенка которого непроницаема для воды, при этом утрачивает ионы натрия и хлора (они диффундируют в интерстеций пассивно по градиенту осмотического давления) и, подходя к дистальному сегменту нефрона, вновь становится изоосмотичной или даже несколько гипоосмотичной плазме крови и интерстециальной ткани коркового вещества почки. Следовательно, восходящее колено петли Генле, в котором осуществляется реабсорбция в больших количествах ионов натрия и хлора (но не воды), создает высокое осмотическое давление в мозговом веществе почки, что способствует усиленной реабсорбции воды в нисходящем отделе петли Генле.

Поступающая в дистальный отдел нефрона первичная моча, гипоосмотичная по отношению к плазме крови и интерстециальной жидкости коркового вещества почки, продолжает утрачивать воду (путем ее пассивной диффузии из просвета канальцев в интерстеций коркового вещества почки) до тех пор, пока не станет изоосмотичной им. Из дистального отдела нефрона первичная моча поступает в собирательную трубочку, которая проходит вертикально через корковое и мозговое вещество почки. В связи с отмеченным, после перехода в собирательную трубочку, первичная моча вновь из коркового вещества почки возвращается в мозговое вещество, осмотическое давление в интерстеции которого значительно превосходит таковое плазмы крови и поступающей из коркового вещества мочи, ставшей изоосмотичной интерстецию коркового вещества. Проходя через области собирательных трубочек, заложенных в мозговом веществе почки, первичная моча снова отдает воду в интерстеций мозгового вещества по градиенту осмотического давления, что обуславливает дальнейшее концентрирование мочи.

Отмеченные особенности реабсорбции в определенных участках нефрона делают возможным образование в почках гипертонической по отношению к плазме крови вторичной мочи.

Процесс реабсорбции в начальном отделе нефрона является постоянным тогда как в дистальном его отделе носит переменный характер и во многом зависит от водно-электролитного баланса организма и служит мишенью для реализации гормональных влияний на диурез (влияния вазопрессина, альдостерона, атриопептина).

Транспорт веществ при осуществлении канальцевой реабсорбции может осуществляться двумя путями – активным и пассивным. Активный транспорт осуществляется против концентрационного, электрического или осмотического градиента и требует затраты энергии, тогда как пассивный представляет собой простую или облегченную диффузию веществ по концентрационному, электрическому или осмотическому градиентам и не требует энергетических затрат. Путем пассивного транспорта осуществляется реабсорбция ионов хлора и воды из первичной мочи по электрохимическому и осмотическому градиентам соответственно.

Активный транспорт может быть первично - и вторичноактивным.

Первичноактивный транспорт представляет собой транспорт веществ против их градиентов с непосредственной затратой энергии АТФ (по типу такого транспорта происходит обратная реабсорбция ионов натрия), которые входят из просвета канальца в канальцевые эпителиоциты пассивно, по концентрационному градиенту, но выходят из клетки в интерстециальную ткань почки против концентрационного градиента благодаря работе Na⁺/К⁺-насоса.

Вторичноактивный транспорт представляет собой перенос определенных ионов против их градиентов, но, в отличие от первичноактивного транспорта, не требует непосредственной затраты энергии на этот процесс, поскольку является сопряженным с транспортом каких-то других веществ, происходящим пассивно по концентрационному градиенту, создаваемому работой ионных насосов. Так, по типу вторичноактивного транспорта из первичной мочи в кровь реабсорбируется глюкоза и аминокислоты. В частности, данные вещества вначале поступают из полости канальцев внутрь канальцевых клеток против своих концентрационных градиентов в комплексе со специальным трансмембранным белком переносчиком и ионами натрия, которые движутся пассивно по градиенту концентрации, создаваемому работой Na⁺/К⁺-насоса. Следовательно, транспорт глюкозы и аминокислот в канальцевые клетки из первичной мочи не требует непосредственной затраты энергии, но использует энергию трансмембранного градиента для натрия, создаваемого работой Na⁺/К⁺-насоса.

Обратная реабсорбция белков имеет свои особенности, обусловленные большими размерами молекул белков по сравнению с кристаллоидами и в связи с этим исключающие возможность пассивного или активного их транспорта. Так, белки попадают из первичной мочи в канальцевые клетки путем фагоцитоза, после чего под действием лизосомальных ферментов расщепляются до аминокислот, которые транспортируются в межклеточные пространства интерстеция, а затем в кровь

3. Канальцевая секреция представляет собой совокупность процессов, в ходе которых клетки канальцев нефрона секретируют в их просвет какие-то вещества, которые подлежат удалению из организма. Природа секретируемых веществ двоякая: они могут захватываться эпителиальными клетками канальцев из крови (ионы калия, мочевина, некоторые токсические вещества, непопадающие в первичный фильтрат и т.д.), либо синтезироваться в самих канальцевых клетках из предшественников, захватываемых ими из крови, в результате определенных метаболических процессов (некоторые кислые продукты метаболизма, аммиак, угольная и гиппуровая кислоты). Следовательно, канальцевая секреция представляет собой резервный механизм мочеобразования, способствующий освобождению организма от продуктов распада и веществ, неподдающихся клубочковой фильтрации.

Поиск по сайту: