Функции почек: 1. Участие в регуляции аобмена крови
2. Регуляция концентрации осмотически активных веществ в крови и других жидкостях тела(осморегуляция)
3. Регуляция ионного состава сыворотки крови и ионного баланса организма(ионная регуляция)
4. Участие в регуляции кислотно-основного состояния(рН крови)
5. Участие в обмене белков, липидов, углеводов(метабол функция)
6. Выведение из организма конечных продуктов азотистого обмена и чужеродных веществ, избытка орг веществ(экскреторная)
Основной структурной и функциональной единицей почки является нефрон вместе с его кровеносными сосудами. У человека в одной почке содержится около миллиона нефронов, каждый из них длиной около 3 см. Благодаря такому количеству нефронов создается огромная поверхность для обмена веществами.
Каждый нефрон включает шесть отделов, сильно различающихся по строению и физиологическим функциям:
1) почечное тельце (мальпигиево тельце), состоящее из боуменовой капсулы и клубочка;
2) проксимальный извитой каналец;
3) нисходящее колено петли Генле;
4) восходящее колено петли Генле;
5) дистальный извитой каналец;
6) собирательная трубка.
Кровь поступает в почку по почечной артерии, которая разветвляется сначала на междолевые, а затем на дуговые и междольковые артерии; от последних отходят приносящие артериолы, снабжающие кровью клубочки. Из клубочков кровь, объем которой уменьшился, оттекает по выносящим артериолам. Далее она течет по сети перитубулярных капилляров, находящихся в корковом веществе и окружающих проксимальные и дистальные извитые канальцы всех нефронов и петли Генле корковых нефронов. От этих капилляров отходят прямые сосуды, идущие в мозговом веществе параллельно петлям Генле и собирательным трубкам. Функция обеих описанных сосудистых сетей - возвращение крови, содержащей ценные для организма вещества, в общую кровеносную систему. Через прямые сосуды протекает значительно меньше крови, чем через перитубулярные капилляры, благодаря чему в интерстициальном пространстве мозгового вещества поддерживается высокое осмотическое давление, необходимое для образования концентрированной мочи.
Процесс ультрафильтрации обусловлен разностью между гидростатическим давлением крови, гидростатическим давлением в капсуле клубочка и онкостатиским давлением белков плазмы крови.1) Эндотелий 2) БМ 3) Подоциты
Фильтрационный барьер + отрицательно заряженные молекулы – полианионы и сиалогликопротеиды препятствуют прохождению белков.
Основной силой, обеспеч фильтрацию в почечных клубочках, является гидростатическое давление крови в капиллярах клубочка. Эффективное фильтрационное давление, от которого зависит скорость клубочковой фильтрации, определяется разностью между гидростатическим давлением крови в капиллярах клубочка(70 мм рт ст) и противодействующими ему факторами – онкостатическим давлением ультрафильтрата в капсуле клубочка(20 мм рт ст)
Эффективное фильтр давление = 20 мм рт ст(70-30-20=20)
На величину фильтрации оказыв влияние различные внутри и внеклеточные факторы:
Почечные факторы: гидростат давление крови в капиллярах клубочка; количество функц клубочков: степень проницаемости к.
Внеклеточные факторы: величина кро давл в магистр сосудах; скорость почечного кровотока; величина онкотическогодавления; функциональное состояние других выделит органов; степень гидротации тканей.
В фильтрат(первичную почу) попадают многие компоненты плазмы крови – вода; неорг ионы(Натрий, калий, хлор и тд); низкомолекулярные орг вещества(глюкоза, мочевина, мочевая кислота, желчные пигменты и др). Не очень крупные белки плазмы крови(альбумины, некоторые глобулины), составляющие 60-70% всех плазменных белков.
Образуется от 150 до 180 л превичной мочи.
Рфильтр=Ркап клуб – (Ркап + Ронк)
Рфильтр = 70 мм рт ст – (20 мм рт ст +30 мм рт ст) = 20 мм рт ст.
В проксимальном сегмегменте нефрона практически полностью реабсорбируюся аминокислоты, глюкоза, витамины, белки, микроэлементы, ионы натрия, хлора, НСО3. В последующих отделах нефрона всасываются преимущественно электролиты и вода.
Реабсорбция натрия и хлора представляет собой наиболее значительный по обьёму и энергет трактат процесс – идёт через высоко проницаемую для воды мемрану. Под влиянием импульсного, поступающего по эфферентным нервам, и при действии БАВ регулируется реабсобция натрия и хлора – всегда сохраняется изосомия. Транспорт веществ может идти активно и пассивно.
Первично-активный транспорт – за счёт энергии клетки – натрий калиевая АТФаза.
Вторично-активный – переносчик + органическое вещество+ натрий(без участия энергии клетки) – так реабсорбируются глюкоза, АК в прокс извитых канальцах. Движущей силой служит меньшая по сравнению с просветом канальца конц натрия в цитоплазме клеток.
Пассивно идёт всасывание воды и растворенных в ней веществ. Реабсорбция в дистальном сегменте характеризуется тем, что клетки переносят меньшее, чем в проксимальном канальце, количество ионов, но против большого градиента концентрации. Этот сегмент нефрона и собирательные трубки играют важнейшую роль в регуляции объёма выделяемой мочи и концентрации в ней осмотически активных веществ. В дистальном канальце калий не только реабсорбируется, но и секретируется при его избытке в организме. В толстом восходящем отделе нефрона, дистальных извитых канальцах и собирательных трубках реабсорбция ионов и воды происходит через малопроницаемую для воды стенку канальца.
Канальцевая секреция – дополнительный механизм выведения ряда веществ, помимо их фильтрации в клубочках, позволяет быстро экскретировать некоторые органические кислоты и основания, а также некоторые ионы, например К+. Секреция органических кислот и органических оснований происходит в проксимальном сегменте нефрона и обусловлена функционированием специальных систем транспорта. Калий секретируется в конечных частях дистального сегмента и собирательных трубках. В мемране клетки проксимального канальца, обращённой к интерстициальной жидкости, имеется переносчик А, обладающий высоким сродством к ПАГ. В присутствии ПАГ образуется комплекс А-ПАГ, который обеспечивает перемещение ПАГ через мембрану, и на её внутренней поверхности ПАГ освобождается в цитоплазму. Механизм транспорта состоит в том, что переносчик обменивает ПАГ на альфа-кетоглуторат, на базальной плазматической мембране клетки проксимального канальца. Переносчик обеспечивает поступление ПАГ внутрь клетки. Уровень секреции зависит от числа переносчиков в мемране.
Способностью к осмотическому разведению мочи, т. е. способностью к выделению мочи с меньшей концентрацией осмотически активных веществ, а следовательно, с меньшим осмотическим давлением, чем плазма крови, обладают почки млекопитающих, птиц, рептилий, амфибий, пресноводных рыб и круглоротых. В то же время способностью к образованию мочи с большей концентрацией осмотически активных веществ, т. е. с большей осмотической концентрацией, чем кровь, обладают лишь почки теплокровных животных.
Была обоснована гипотеза, согласно которой образование осмотически концентрированной мочи обусловлено деятельностью поворотно-противоточной множительной системы в почке.
Принцип противоточного обмена: во избежание больших потерь тепла кровь в параллельно расположенных артериях и венах конечностей течет таким образом, что теплая артериальная кровь согревает охлажденную венозную кровь, движущуюся к сердцу. В стопу притекает артериальная кровь низкой температуры, что резко уменьшает теплоотдачу. Здесь такая система функционирует только как противоточный обменник; в почке же она обладает множительным эффектом, т. е. увеличением эффекта, достигаемого в каждом из отдельных сегментов системы. Для лучшего понимания ее работы рассмотрим систему, состоящую из трех параллельно расположенных трубок. Трубки I и II дугообразно соединены на одном из концов. Стенка, общая для обеих трубок, обладает способностью переносить ионы, но не пропускать воду. Когда в такую систему через вход I наливают раствор концентрации 300 мосмоль/л и он не течет, то через некоторое время в результате транспорта ионов в трубке I раствор станет гипотоническим, а в трубке II — гипертоническим. В том случае, когда жидкость течет по трубкам непрерывно, начинается концентрирование осмотически активных веществ. Перепад их концентраций на каждом уровне трубки вследствие одиночного эффекта транспорта ионов не превышает 200 ммоль/л, однако по длине трубки происходит умножение одиночных эффектов, и система начинает работать как противоточная множительная. Так как по ходу движения жидкости из нее извлекаются не только ионы, но и некоторое количество воды, концентрация раствора все более повышается по мере приближения к изгибу петли. В отличие от трубок I и II в трубке III регулируется проницаемость стенок для воды: когда стенка становится водопроницаемой — начинает пропускать воду, объем жидкости в ней уменьшается. При этом вода идет в сторону большей осмотической концентрации в жидкость возле трубки, а соли остаются внутри трубки. В результате этого растет концентрация ионов в трубке III и уменьшается объем содержащейся в ней жидкости. Концентрация в ней веществ будет зависеть от ряда условий, в том числе от работы противоточной множительной системы трубок I и II. Как будет ясно из последующего изложения, работа почечных канальцев в процессе осмотического концентрирования мочи похожа на описанную модель.
В зависимости от состояния водного баланса организма почки выделяют гипотоническую (осмотическое разведение) или, напротив, осмотически концентрированную (осмотическое концентрирование) мочу. В процессе осмотического концентрирования мочи в почке принимают участие все отделы канальцев, сосуды мозгового вещества, интерстициальная ткань, которые функционируют как поворотно-противоточная множительная система. Из 100 мл фильтрата, образовавшегося в клубочках, около 60— 70 мл (2/3) реабсорбируется к концу проксимального сегмента. Концентрация осмотически активных веществ в оставшейся в канальцах жидкости такая же, как и в ультрафильтрате плазмы крови, хотя состав жидкости отличается от состава ультрафильтрата вследствие реабсорбции ряда веществ вместе с водой в проксимальном канальце. Далее канальцевая жидкость переходит из коркового вещества почки в мозговое, перемещаясь по петле нефрона до вершины мозгового вещества (где каналец изгибается на 180°), переходит в восходящий отдел петли и движется в направлении от мозгового к корковому веществу почки.
В физиологических условиях СКФ поддерживается на довольно постоянном уровне (несмотря на изменения системного артериального давления) за счет механизмов ауторегуляции: 1) миогенная ауторегуляция тонуса приносящих артериол по принципу феномена Остроумова— Бейлиса; 2) канальцево-клубочковая обратная связь, приводящая к изменению соотношения тонуса приносящих и выносящих артериол клубочка. Вовлечение в регуляцию механизма обратной связи обусловлено изменением доставки с фильтратом в область плотного пятна (macula densa) ионов натрия и хлора, что ведет к изменению продукции в ЮГА гуморальных регуляторов: аденозина (суживающий афферентные артериолы фактор), NO (дилатирующий артериолы фактор), ренина и ангиотензина-П, кининов и простагландинов. 3) изменения числа функционирующих нефронов. Первые два механизма поддерживают постоянство кровотока в клубочках и фильтрационное давление, гуморальные регуляторы могут менять площадь фильтрационной поверхности и функции подоцитов, третий механизм определяет конечный эффект ауторегуляции СКФ в органе, что в итоге обеспечивает постоянство объема образуемой первичной мочи. Нервные влияния преимущественно симпатической природы, обеспечивается в изменении тонуса приносящей и выносящей артериол клубочков относительно друг друга. При уменьшении просвета приносящей артериолы скорость ультрафильтрации снижается, так же симпатическая система влияет на ЮГК через В-адрено-рецепторы.
Условно реабсорбцию воды можно разделить на два этапа: относительно облигатная реабсорбция в проксимальных канальцах и петле нефрона (мало зависит от водной нагрузки и механизмов регуляции) и факультативная (зависимая) - в других отделах. Реабсорбция воды и ионов в дистальных извитых канальцах и собирательных трубочках находится под постоянным контролем. Регуляцию осуществляют гормоны зависимости от баланса воды и концентрации солей в организме. Основной гормон, который контролирует интенсивность факультативной реабсорбции воды, - АДГ (вазопрессин) гипофиза. АДГ принадлежит к гормонам, которые сохраняют воду. Под его влиянием в дистальных отделах нефрона создаются условия для содержания воды в организме. На базолатерального мембране клеток расположены рецепторы к АДГ - Vi и V2. Взаимодействие с рецептором V2 обуславливает активацию аденилатциклазы и увеличение образования цАМФ. Прв диффузии цАМФ на противоположный конец клетки к апикальной мембраны вместе с кальцием активируется какой-то белок, который способствует повышению проницаемости мембраны для воды. Вода может поступать к клеткам с фильтрата. Взаимодействие же с рецептором Vi сопровождается образованием других вторичных мессенджеров - инозитолтрифосфату И диацилглицерину. Эти посредники регулируют уровень цАМФ в клетке, снижая его. Таким образом, вазопрессин может не только повышать проницаемость мембраны для воды, но и регулировать ее в зависимости от состояния организма. Недостаточное образование АДГ приводит к развитию несахарного диабета - выделение большого количества мочи, поступившей сюда фильтратом (около 15% объема первичной мочи). Образование АДГ, в свою очередь, зависит от осмотического давления крови. Благодаря этому создаются условия для реабсорбции воды. Движение воды определяется соотношением содержания ионов в моче и межклеточной жидкости. Поскольку в паренхиме почек, которая окружает дистальные канальцы и (особенно) уборочные трубочки, осмотическое давление высокое, то вода выходит из фильтрата и задерживается в организме. Однако если по какой-либо причине на предыдущих этапах не произойдет реабсорбция ионов и концентрация их в моче останется высокой, то, несмотря на присутствие АДГ, диурез будет повышенным. Через гиперосмия вода не выйдет из канальца. На процесс всасывания воды в этом отделе нефрона влияет главным образом реабсорбция Na + и Сl-. Если Na + не будет реабсорбуватися, то будет затруднена реабсорбция воды. В свою очередь реабсорбцию натрия регулируют альдостерон - гормон коры надпочечников и натрийуретический гормон предсердий. Снижение в крови концентрации Na + стимулирует образование альдостерона, который влияет на активное реабсорбцию Na + эпителиальными клетками дистальных отделов нефрона. В основе воздействия альдостерона лежит регулирования биосинтеза Na-P К-АТФ-азы в этих клетках. Активное откачки Na + из клеток обеспечивает процесс поступления иона в клетки из фильтрата. Интенсивность образования альдостерона зависит также от уровня в крови ангиотензина II. Еще одним регулятором реабсорбции Na + является натрийуретический гормон. Это пептид. Он образуется в предсердиях при перерастяжении их кровью. В почках он способствует уменьшению реабсорбции Na +, а следовательно, и воды. Биологическая роль образования этого гормона в предсердиях в том, что он может изменять объем крови, влияя на реабсорбцию воды в почках. При появлении этого гормона в крови снижается реабсорбция воды, вследствие чего уменьшаются ОЦК и степень растяжения предсердий кровью, поступающей. В организме есть и другие гормоны, влияющие на всасывание ионов. Так, реабсорбция Са2 + регулируется с помощью паратгормона, тиреокальцитонин и витамина D3. Паратгормон влияет не только на клетки дистальных отделов, но и на проксимальный извитой каналец и восходящий отдел петли нефрона. Стимулируя реабсорбцию Са 2 +, паратгормон способствует выделению фосфата. Кальцитонин влияет на восходящий отдел петли нефрона и начальную часть дистальных отделов. Он повышает экскрецию Са2 + и Р2 + Витамин D3 (холекальциферол) тоже способствует реабсорбции Са 2 + в почках и кишечнике. Реабсорбцию Са 2 + и Mg2 + стимулирует и вазопрессин. Эффект практически всех гормонов, которые регулируют реабсорбцию солей, интегрированный с местными регуляторами - простагландинами и кинины. Так, брадикинины сильны вазодилататорами сосудов, а простагландин Е2 способствует выделению Na-, уменьшает реакцию клеток на АДГ. Таким образом, процесс образования гормонов, которые регулируют реабсорбцию воды и ионов, зависит от объема циркулирующей крови, концентрации в крови Na + и ее осмотического давления. Кроме этого, при стимулировании волюморецепторов рефлекторно через симпатичныйнерв снижается реабсорбция Na + и воды в канальцах. При этом также уменьшается секреция ренина юкстагломерулярным клетками, вследствие чего снижается интенсивность процесса альдостерона.