Механизм образования мочи

Теория образования мочи, с учетом 3 процессов, необходимых для этого, называется фильтрационно-реабсорбционно-секреторной.

I процесс – фильтрация происходит в почечном тельце. Плазма крови фильтруется из клубочка в капсулу Боумена-Шумлянского. Этот процесс изучал Людвиг в начале 19 века. Фильтруется 1/5 объема плазмы. В проксимальный каналец поступает 180 л клубочкового фильтрата (первичной мочи), выделяется в сутки 1,5 л, то есть должно реабсорбироваться в канальцевом аппарате 178,5 л. На фильтрацию влияют внепочечные и внутрипочечные факторы.

К внепочечным факторам относятся:

1) работа сердца, создающая гидростатическое давление в капиллярах клубочка – 70 мм.рт.ст;

2) онкотическое давление плазмы крови, равное 30 мм.рт.ст., удерживает воду в кровеносном русле (капиллярах клубочка);

3) скорость кровотока;

4) объем воды в организме;

5) функциональное состояние других выделительных систем.

Внутрипочечные факторы:

1) физические свойства фильтра, его проницаемость (эндотелий капилляров клубочка, базальная мембрана и эпителий капсулы Боумена-Шумлянского со щелевидными пространствами). Диаметр щелей достаточно велик, он больше размеров белковых молекул, но они не проходят, так как этому мешают разная форма щелей и белка. Он застревает в щелях. Кроме того действуют электростатические силы- одинаковый отрицательный заряд у белка, эндотелия стенки капилляров и щелевидных пространств базальной мембраны. Происходит отталкивание белковых молекул от этих образований. Проницаемость фильтра может изменяться при стрессах, тяжелой физической нагрузке. В старости изменяется форма белков и он появляется в моче. Наряду с высокой проницаемостью фильтр обладает еще и избирательностью для разных вешеств.

2. К внутрипочечным факторам относится количество функционирующих нефронов, в покое, в норме оно составляет около 60%. Имеет значение величина гидростатического давления в капсуле Боумена-Шумлянского и проксимальном канальце - внутрипочечного давления, равного 20 мм рт. ст. Оно вместе с онкотическим давлением плазмы препятствует фильтрации. Таким образом, фильтрационное давление представляет разницу между гидростатическим давлением в капиллярах клубочка (70мм рт.ст.) и суммой онкотического давления крови в капиллярах клубочка – 30 мм рт ст и гидростатическим давлением клубочкового фильтрата (20 мм ртст) и составляет 20 мм рт. ст.

ФД=АД-ВПД-ОД=70-30-20=20 мм.рт.ст.

Устимович раздражал n.vagus, делал кровопускание животным. При этом давление в клубочках снижалось, а фильтрационное давление могло упасть до 0 и выделение мочи прекращалось, т.к. фильтрация была невозможна.

Показателем фильтрационной способности почек является количество клубочкового фильтрата или первичной мочи, образующейся за1 минуту всеми нефронами обеих почек.

Определяется по величине коэффициента очищения или клиренса, предложенного Смитом для оценки процесса фильтрации в почке. Метод основан на том, что вещество, от которого очищается кровь, только фильтруется, не всасывается обратно и не секретируется почечным эпителием, его концентрация в крови должна быть постоянной. Это вещество должно быть индифферентным для организма, не должно связываться с белками плазмы, не должно влиять на функциональное состояние организма и должно легко измеряться в плазме и конечной моче. Оно не имеет порога выведения, то есть легко выводится при любом содержании в крови.

Раньше в кровь вводили инулин, теперь используют креатинин, так как его не нужно вводить в кровь. Он образуется в скелетных мышцах и его содержание в крови достаточно постоянно, концентрация его определяется однократно. Это удобнее для определения клиренса. Иногда используют для этого сульфаты или мочевину.

Определяют концентрацию креатинина в плазме и в конечной моче, а также диурез за определенное время и составляют уравнение, из которого определяют количество плазмы, освободившейся от креатинина. Тоесть количество первичной мочи. Креатинин всегда фильтруется с определенным объемом плазмы, соответствующим его концентрации.

Количество креатинина в первичной моче равно количеству креатинина в конечной. Отсюда составляется формула:

Ркр x Cкр=U кр x V При ее преобразовании получаем Сin= Uin x V

P in

 

Концентрація креатини на вплазме равна концентрации креатининавпервичной моче.

 

Клиренс является показателем объемной скорости фильтрации за 1минуту. У мужчин он равен 125 мл/мин в норме, у женщин – 110 мл/мин, у новорожденных - несколько мл в минуту.

Ночью мочи образуется на 25 % меньше, чем днем.

Скорость клубочковой фильтрации остается постоянной при значительных колебаниях АД от 70 до 160-180 мм рт ст в почке и разной скорости кровотока и движения первичной мочи в канальцевом аппарате благодаря местным и гуморальным механизмам, которые действуют только здесь.

Следующим этапом образования мочи является реабсорбция. Она состоит из всасывания воды, органических веществ и солей, необходимых организму, из канальцевого аппарата в интерстициальное пространство и кровь. Это необходимо для образования концентрированной конечной мочи. Для реабсорбции имеет значение общая длина канальцев 70-10 км с площадью всасывания 50 м² при наличии микроворсинок щеточной каймы. Из 180 л первичной мочи 178,5 л с большей частью растворенных в ней веществ всасывается из канальцевого аппарата в кровь и остается в организме. Ричардс исследовал состав плазмы в клубочке и мочи в разных частях нефрона и обнаружил отсутствие глюкозы и аминокислот, а также уменьшение некоторых веществ в дистальном канальце в сравнении с проксимальным. Он установил, что в проксимальном канальце всасывается от 50 до 70 % воды по осмотическому градиенту, который создается полным всасыванием глюкозы, аминокислот, низкомолекулярных белков, витаминов и частично микроэлементов и мочевины. В начале проксимального канальца 2/3 натрия всасывается с бикарбонатами, так как здесь плохо всасывается хлор, с которым натрий реабсорбируется в конце проксимального канальца. В стенке канальцев есть рецепторы, ионные каналы, обеспечивающие отбор веществ, необходимых организму. Они переносятся клетками стенок канальцев на их наружную поверхность в интерстициальное пространство и далее в кровь.

На реабсорбцию расходуется 7-10 % всей энергии, образующейся в организме. Мембрана клеток стенки канальцев обладает избирательной односторонней проницаемостью с внутренней и наружной поверхности. На реабсорбцию влияют внепочечные и почечные факторы.

К внепочечным факторам относятся: состояние эндокринной системы, водно-солевого баланса в организме, концентрация пороговых и непороговых веществ в крови.

К внутрипочечным относятся.

1. Скорость протекания первичной мочи. При оптимальной скорости всасывается то, что необходимо организму и выводятся вредные вещества.

При большой скорости не успевают всосаться полезные вещества.

При малой скорости – всасываются и вредные вещества, которые необходимо вывести из организма.

2. Реасорбционная способность - она определяется. проницаемостью почечного эпителия, которая способна изменяться под влиянием гормонов (АДГ, альдостерона и натрий-уретического гормона для воды, натрия, кальцитонина и паратгормона для кальция и фосфора).

3. Имеет значение состояние транспортных систем, скорость включения, количество переносчиков, наличие специфических ферментов.

4. Низкое давление и низкая скорость движения крови в капиллярах, оплетающих канальцевый аппарат, способствует реабсорбции из канальцев.

5. концентрация пороговых и непороговых веществ в моче.

Значение почечных и внепочечных факторов в реабсорбции проявляется при охлаждении почки, отравлении цианидами.

Существует несколько механизмов реабсорбции:

Пассивный транспорт – по концентрационному электрохимическому и осмотическому градиентам;

Активный транспорт – первично-активный – против электрохимического градиента за счет энергии клеточного метаболизма;

Вторично-активный – против концентрационного градиента с помощью переносчика без затраты энергии клетки.

Сопряженный транспорт – реабсорбция глюкозы и аминокислот с Na и белком переносчиком.

В почке во всасывании воды большую роль играет натрий.Существует несколько механизмов реабсорбции натрия. Натрий из просвета канальца поступает в эпителиальную клетку стенки канальца по концентрационному градиенту через натриевые каналы. Этому способствует отрицательный заряд клетки -72 мВ, который притягивает натрий внутрь клетки. Из нее натрий выталкивается в интерстициальное пространство почки калий-натриевым насосом. Может быть облегченная диффузия натрия с глюкозой и аминокислотами. В начале проксимального канальца один ион натрия переносится с одной молекулой глюкозы. Ниже, при уменьшении глюкозы может присоединяться 3 или 4 иона натрия к молекуле глюкозы. В просвет канальца в обмен на ион натрия поступает ион водорода. В начале проксимального канальца натрий всасывается с бикарбонатами, а в конце с хлором. Некоторое количество натрия может проходить обратно в каналец через межклеточное пространство. При недостаточном количестве переносчиков для аминокислот может возникать цистинурия.

Реабсорбция воды осуществляется по осмотическому градиенту. Вода везде следует за натрием. Ее называют рабыней натрия. Один ион натрия способен связывать 4 молекулы воды. На реабсорбцию воды может влиять всасывание мочевины.

Для реабсорбции воды в почке существует поворотно-противоточный множительный механизм. Он описан Куном и обеспечивает выведение солей и шлаков из организма с малым количеством воды при создании высокого осмотического давления в мозговом веществе почки, которое отсасывает воду из канальцевого аппарата в интерстициальное пространство и кровь длинных капиллярных петель. Поворотно-противоточный механизм связан с тройным изменением направления движения мочи благодаря параллельному расположению отделов петли Генле и собирательных трубок. Множительный механизм обусловлен односторонней избирательной проницаемостью канальцевого аппарата и длинных капиллярных петель для натрия, мочевины и воды. Из восходящих отделов петель Генле выкачивается в интерстициальное пространство натрий и мочевина без воды, увеличивая в нем осмотическое давление, которое тянет воду из нисходящих отделов петли Генле в интерстициальное пространство. Натрий и мочевина могут поступать вместе с водой в нисходящие отделы длинных капиллярных петель и выходить без воды снова в интерстициальное пространство из их восходящих отделов. Далее поступают в нисходящие отделы петель Генле, увеличивая в них содержание натрия и мочевины, профильтровавшихся с плазмой в капсулу Боумена-Шумлянского. В почке происходит многократный кругооборот натрия и мочевины между восходящими отделами петель Генле, длинными капиллярными петлями и нисходящими отделами петель Генле, в результате чего постоянно возрастает содержание натрия и мочевины в нисходящем отделе петли Генле. В этом и состоит множительный механизм. Процессы выхода натрия и мочевины в конце петли Генли действуют на процессы в ее начале. Это увеличивает всасывание воды из канальцевого аппарата в интерстициальное пространство и кровь.

Собирательные трубки с восходящим отделом петли Генле тоже образуют поворотно-противоточный множительный механизм. Стенка собирательной трубки становится проницаемой для мочевины и воды под влиянием АДГ. Мочевина всасывается в интерстициальное пространство в начале собирательной трубки, увеличивая осмотическое давление и выход воды из собирательных трубок и нисходящих отделов петель Генле. Мочевина может поступать дальше в нисходящие отделы длинных капиллярных петель с водой, в оба отдела петель Генле без воды, создавая множительный эффект при совершении кругооборота и в данном случае многократно обеспечивая всасывание воды. Кругообороты натрия и мочевины в мозговом веществе возможны при оптимальной скорости движения первичной мочи. Это обеспечивает всасывние от 20 до 50 % воды из петли Генле, дистальных канальцев и собирательных трубок, то есть от 20 до90 л.

Между корковым и мозговым веществом и в самом мозговом веществе по направлению к лоханкам возникает продольный нарастающий концентрационный градиент ионов и мочевины. Он состоит в увеличении осмотического давления от 300 миллиосмоль до 1200, что способствует многоуровневому всасыванию воды и концентрированию мочи.

В проксимальных канальцах и петлях Генле осуществляется облигатная реабсорбция воды. В дистальных канальцах и собирательных трубках происходит факультативная реабсорбция воды. Здесь действуют все факторы регуляции.

Реабсорбция оценивается введением глюкозы в кровь и созданием концентрации выше пороговой (больше 10 ммоль/л). При этом глюкоза появляется в моче. Определяется реабсорбция по разнице между содержанием глюкозы в плазме и в конечной моче. Остальное реабсорбируется. В норме скорость реабсорбциии глюкозы для мужчин составляет –375 мг/мин или 2.08 ммоль/мин, у женщин – 303 мг/мин или 1,68 ммоль в мин. При сахарном диабете возникает глюкозурия из-за недостатка инсулина. Бывает почечный діабет, когда при нормальном содержании глюкозы в крови ее реабсорбция нарушается из-за недостатка транспортних систем. Это так называемый синдром Фанкони.

3 процесс, необходимый для образования мочи, секреция открыта Ричардом. Он обнаружил в дистальном канальце и конечной моче вещества, которых не было в клубочковом фильтрате. Секреция – это активное выведение из крови секреторным эпителием канальцев коллоидных красок, диодраста, который используется при рентгенографическом исследовании почки, пенициллина, органических кислот (частично ПАГ – парааминогиппуровая кислота), калия и ионов водорода, NН4, -HCO3. Людям с пораженным мозговым веществом нельзя назначать пенициллин, проводить исследование с помощью диодраста. Для веществ, частично секретирующихся и фильтрующихся это происходит с использованием транспортних систем и энергии секреторных эпителиальных клеток, так как секреция происходит против концентрационного и электрохимического градиентов. При образовании в организме большого количества мочевины, она тоже может секретироваться. Секреторная способность почки оценивается по выделению ПАГ или диодраста, так как они полностью выводятся из крови, проходящей через почки путем фильтрации и секреции. В кровь вводят ПАГ или диодраст. В течении 30 минут собирают мочу, определяют минутный диурез Одновременно определяют коэффициент очищения по креатинину для определения количества профильтровавшегося вещества. Количество ПАГ или диодраста в конечной моче равно сумме профильтровавшегося и секретируемого вещества.

Таким образом,

S_ПАГ+Р_ПАГ х К_in =U _ПАГ х V мин (=1)

Концентрация в плазме и клубочковом фильтрате одинакова.

S_ПАГ = (U _ПАГ х V мин) - Р_ПАГ х К_in

к-во в моче к-во в клуб. ф-те

На основании того, что плазма очищается от ПАГ или диодраста при однократном прохождении через почку, эти вещества используются для определения плазмотока.

Р_ПАГх ППТ= U _ПАГ х V мин

 

ППТ= U _ПАГ х V мин

Р_ПАГ

ППТ у мужчин – 650 мл/мин, у женщин 600 мл/мин. Почечный кровоток определяют по ППТ с учетом гематокрита. В норме он составляет 1300 мл/мин.