АНАТОМО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СООТНОШЕНИЯ В ПОЧКАХ Строение и функции клубочка

АНАТОМО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СООТНОШЕНИЯ В ПОЧКАХ Строение и функции клубочка С. Боровой, 2015

Е CL (А) Афферентная артериола, берущая начало от междольковой артерии. (Е) Эфферентная артериола формирует сплетение периканальцевых капилляров. (CL) Клубочковый капилляр А Courtesy of Waykin Nopanitaya, Ph. D.

Эфферентная артериола Афферентная артериола

Почечный клубочек мыши

Мезангиоцит Капилляр Подоцит Мочевое пространство Капсула Интерстиций клубочка Артериола Гистологический срез почки Плотное пятно Дистальный каналец Проксимальный каналец

Количественные показатели клубочков Общая длина всех капилляров в одном клубочке – 0, 95 см Общая длина всех клубочковых капилляров в обеих почках – 19 000 м Общая площадь всех клубочковых капилляров обеих почек – 6 000 см 2 Общая площадь фильтрующей поверхности обеих почках – 516 см 2 A. Bohle et al. , Kidney Intern. 1998, V. 54, Suppl. 67, S. 186 -188

Функции клубочков Основная функция клубочка выработка ультрафильтрата Ультрафильтрат раствор, содержащий вещества с низкой молекулярной массой (свободные электролиты, мочевина, креатинин, мочевая кислота, белки <40 k. D) Объем ультрафильтрата у здорового человека составляет 180 200 л/сут. (Sf = 0, 136 мм 2)

Этапы образования мочи

Нормальный клубочек при световой микроскопии. Нормоклеточность, тонкие капиллярные стенки. Прилегающие канальцы не изменены.

Нормальный клубочек при PAS-реакции. Тонкие капиллярные стенки.

PAS Trichrome H-E Silver Cеребрение и PAS подчеркивают коллагеновые структуры – мезангий и ГБМ, на трихроме они голубоватые или зеленые. Иногда трихром выявляет иммунные комплексы в виде фуксинофильных структур.

А. Клубочковая фильтрация селективна (избирательна) А. По размеру молекул Б. По заряду молекул В. По форме молекул В.

АНАТОМО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СООТНОШЕНИЯ В ПОЧКАХ Гломерулярный капилляр С. Боровой, 2015

Капилляр почечного клубочка

Фенестры 70 -100 нм (54% - 13%), микрофиламенты и микротрубочки

Фильтрационный барьер клубочкового капилляров состоит из трёх слоёв: 1) Фенестрированный эндотелий, покрытый гликокаликсом 2) Гломерулярная базальная мембрана 3) Подоциты Малые ножки подоцитов ЩД ГБМ Фенестры эндотелия ГБМ – базальная мембрана капилляров ЩД – щелевидная диафрагма подоцитов

АНАТОМО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СООТНОШЕНИЯ В ПОЧКАХ Гломерулярная базальная мембрана С. Боровой, 2015

Щелевидная диафрагма МОЧЕВОЕ ПРОСТРАНСТВО Ножковый отросток подоцита Гликосиалопротеин Гломерулярная базальная мембрана Фенестра Эндотелиальная клетка ПРОСВЕТ КАПИЛЛЯРА Схема строения гломерулярного фильтра

Щелевидная диафрагма Просвет капсулы ГБМ Фенестры Большая ножка подоцита Цитоплазма эндотелия Строение клубочкового фильтра Малые ножки подоцита

Три слоя гломерулярного фильтрационного барьера

Состав базальных мембран различных почечных структур

БОЛЕЗНИ, СПЕЦИФИЧНЫЕ ДЛЯ ГЛОМЕРУЛЯРНОЙ БАЗАЛЬНОЙ МЕМБРАНЫ 1) Болезнь тонкой базальной мембраны 2) Синдром Альпорта 3) Анти-ГБМ нефрит (синдром Гудпасчера)

БОЛЕЗНИ, СПЕЦИФИЧНЫЕ ДЛЯ ГЛОМЕРУЛЯРНОЙ БАЗАЛЬНОЙ МЕМБРАНЫ 1) Болезнь тонкой базальной мембраны

АНАТОМО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СООТНОШЕНИЯ В ПОЧКАХ Подоциты С. Боровой, 2015

Подоциты висцеральный эпителий гломерулярных капилляров (высокоспециализированные эпителиальноподобные клетки)

НОРМАЛЬНАЯ СТРУКТУРА ПОДОЦИТА Подоцит – высокоспециализированная эпителиальная клетка, выстилающая снаружи капиллярную петлю - имеет крупное тело, выступающее в мочевое пространство - соединяется с ГБМ прилежащего капилляра крупными цитоплазматическими выростами, исходящими из его тела - выросты оканчиваются мелкими ножковыми отростками, интимно прилегающими к ГБМ - прикрепление отростков к ГБМ осуществляется с участием α 3β 1 -интегринов и α- и β-дистрогликанов

Каждый клубочек почки взрослого человека содержит 500– 600 подоцитов - скорость внутриклеточного обмена у подоцитов крайне медленная - способность подоцитов к пролиферации весьма ограничена Актиновый цитоскелет подоцита способен к сокращению/растяжению - определяет уровень внутрикапиллярного давления - противодействует гломерулярному капиллярному гидростатическому давлению (~60 mm Hg), которое намного выше по сравнению с любыми другими капиллярами

- между ножковыми отростками располагается фильтрационная щель шириной 40 nm – щелевидная диафрагма, по строению подобная застежке-молнии ◊ - щелевидная диафрагма высокопроницаема для воды и мелких молекул ◊ - малые размеры пор (5 -15 nm) ограничивают пассаж крупных молекул, включая альбумин ◊ - основной компонент щелевидной диафрагмы – нефрин – присоединяется к актиновому цитоскелету посредством CD 2 AP (СD 2 -ассоциированный протеин), подоцином и другими белками

Схема строения щелевидной диафрагмы

направление фильтрации МОЧЕВОЕ ПРОСТРАНСТВО ножки подоцитов актин подоцин CD 2 AP ГБМ эндотелиоцит -актинин-4 ПРОСВЕТ КАПИЛЛЯРА щелевидная диафрагма из молекул нефрина

Щелевидная диафрагма мембрана отростков подоцитов

АНАТОМО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СООТНОШЕНИЯ В ПОЧКАХ Мезангий С. Боровой, 2015

Схема строения капилляров клубочка Sakai T, Kriz W: Anat Embryol 176, 373 -386, 1987

Капсула Шумлянского-Боумена Париетальный эпителий Подоцит Схема строения капилляров клубочка Просвет капилляра Эндотелиоцит Мезангиальный матрикс Мезангиоцит Малые отростки подоцита Фенестры эндотелиоцита

Схема строения гломерулярного капилляра

Mesangial cells are source of glomerular structure and matrix compounds Signaling molecules and receptors expressed by mesangial cells in culture (1) The Mesangial Cell Revisited: No Cell Is an Island D. Schlöndorff, B. Banas J Am Soc Nephrol 20: 1179– 1187, 2009 AGE, advanced glycation end products; BMP, bone morphogenic protein; FGF, fibroblast growth factor; ICAM, intracellular adhesion molecule; MMP, matrix metalloproteinase; NO, nitric oxide; TIMP, tissue inhibitor of metalloproteinase.

Receptors expressed by mesangial cells (and their respective ligands) for vasoactive agents Signaling molecules and receptors expressed by mesangial cells in culture (2) The Mesangial Cell Revisited: No Cell Is an Island D. Schlöndorff, B. Banas J Am Soc Nephrol 20: 1179– 1187, 2009

АНАТОМО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СООТНОШЕНИЯ В ПОЧКАХ Юкстагломерулярный аппарат С. Боровой, 2015

Norbert Goormaghtigh (14. 02. 1890 – 02. 01. 1960) The juxtaglomerular apparatus of a rabbit, treated for one month by clamping of the renal artery: picture taken from the preparation made by N. Goormaghtigh in 1938, stained by iron hematoxylin-eosin.

Camera lucida drawing by N. Goormaghtigh of the juxtaglomerular apparatus in a rabbit, treated over one month by clamping of the renal artery. The juxtaglomerular apparatus of a rabbit, treated for one month by clamping of the renal artery: picture taken from the preparation made by N. Goormaghtigh in 1938, stained by iron hematoxylin-eosin.

Работа Н. Гурмати, положившая начало исследованию юкстагломерулярного аппарата (лаборатория патологии Университета в Генте, Бельгия) Proc. of the Society for Experimental Biology and Medicine (1939), pp. 688 -689

Гранулярные клетки приносящей артериолы Схема строения клубочка и юкстагломерулярного аппарата Афферентная Macula densa Эпителий толстого восходящего колена петли Генле Эфферентная артериола Мезангий Мочевое пространство Эпителий капсулы клубочка Просвет капилляра Каналец

Схема юкстагломерулярного аппарата

The asterisk marks the macula densa in the kidney. The macula densa is a specialized region of epithelial cells lining a portion of a distal convoluted tubule that lies between the afferent and efferent arterioles at the vascular pole of a glomerulus. The macula densa cells are in close approximation to the juxtaglomerular cells (modified smooth muscle cells) in the media of the afferent arteriole. The macula densa cells monitor sodium concentration, and when that concentration falls, they signal the afferent arteriole to dilate and the juxtaglomerular cells to secrete renin. Renin increases formation of angiotensin I, which is converted to angiotensin II, which constricts the efferent arterioles. Angiotensin II also stimulates aldosterone secretion by the adrenal cortex, which increases blood volume and arterial pressure. This feedback loop helps to control the glomerular filtration rate.

- Immune-histochemical staining of the vascular pole of the glomerulus with antirenin antibody.

Klin. Wochenschr. 43: 410 -413, 1965 Механизм тубуло-гломерулярной обратной связи

АНАТОМО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СООТНОШЕНИЯ В ПОЧКАХ Почечные канальцы С. Боровой, 2015

Строение эпителия различных участков нефрона

Эпителий капсулы клубочка Проксимальный каналец

Реснитчатый эпителий проксимального канальца

Клетка эпителия проксимального канальца Схема строения трансмембранных рецепторов, обеспечивающих апикальный эндоцитоз

S 1 S 2 S 3 Строение эпителия проксимального канальца

Просвет канальца Латеральное межклеточное пространство Межклеточный путь Схема канальцевого транспорта Трансклеточный путь Na+ Плотное соединение Na+ АТФ K+ K+ Базолатеральная клеточная мембрана Na+ АТФ K+ АТФ Апикальная клеточная мембрана Na+ Базальная мембрана капилляра

Biochem. J. 154: 597 -604, 1976 Heini Murer Ulrich Hopfer Rolf Kinne

Biochem. J. 154: 597 -604, 1976 JASN, 1998, 1

Механизм реабсорбции белка в проксимальном канальце 1) Апикальный эндоцитоз белковых молекул из просвета канальца обеспечивается трансмембранными рецепторами

Мегалин Кубилин Лиганды к мегалину и кубилину

a b c Строение эпителия петли Генле a) нисходящее колено, b) тонкое восходящее колено, c) толстое восходящее колено

Граница между проксимальным канальцем и нисходящим коленом петли Генле

Проницаемость различных отделов нефрона для воды Проницаем Непроницаем Проницаем при наличии АДГ

a b Строение дистального извитого канальца a) «истинный» дистальный извитой каналец, b) связующий отдел

Схема строения клубочка и юкстагломерулярного аппарата

СВОЙСТВА ИЗОФЕРМЕНТОВ ЦИКЛООКСИГЕНАЗЫ Циклооксигеназа-1 (структурная) Циклооксигеназа-2 (индуцированная) содержится в мезангиоцитах, эндотелии артериол, эпителии капсулы Боумена, кортикальных и медуллярных собирательных трубок содержится в отдельных клетках плотного пятна и окружающих с. TALH клетках группе интерстициальных клеток около верхушки сосочка образует простагландины, вырабатываемые афферентной артериолой образует простагландины в плотном пятне увеличивает экспрессию ренина при натриевом истощении (в том числе при низкосолевой диете)

a b ОК c ПК d Строение эпителия собирательных трубок a) основные клетки коркового слоя c) эпителий наружного мозгового слоя b) промежуточные клетки коркового слоя d) эпителий внутреннего мозгового слоя

ТРАНСПОРТ ИОНОВ В ЭПИТЕЛИИ СОБИРАТЕЛЬНОГО КАНАЛЬЦА 3 Na+ Амилорид, триамтерен Просвет канальца АТФаза 2 K+ K+ Aldo-R Спиронолактон Альдостерон ANP-R Перитубулярный капилляр Na+ входит в клетку из просвета канальца, а К+ выходит из нее по ионным каналам (электрохимический градиент) Выход Na+ из клетки обеспечивается Na-К-АТФазным насосом Связывание альдостерона с цитозольным рецептором приводит к росту числа открытых Na+ каналов и Na, К-АТФазных насосов ПНФ активирует гуанилатциклазу и тормозит реабсорбцию Na+, закрывая натриевые каналы Амилорид и триамтерен закрывают Na+ каналы, а спиронолактон конкурирует с альдостероном

АНАТОМО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СООТНОШЕНИЯ В ПОЧКАХ Перициты С. Боровой, 2015

Ренальные перициты в норме и при формировании ХБП Stuart W. Smith, 2012 Schema to demonstrate how pericytes contribute to CKD. (А) Normal kidney. (B) Kidney injury. In the resting healthy normal kidney, pericytes are attached to the vasculature where they act to stabilize the endothelium. In response to renal injury, resident fibroblasts and pericytes become activated to form matrix-depositing myofibroblasts. Pericytes detach from the endothelium (arrow Panel B), destabilizing the vasculature causing the vessel to be lost (rarefaction) and the development of tissue fibrosis.

Перициты (клетки Ружé) – пристенные клетки кровеносных сосудов – малодифференцированные отростчатые клетки соединительной ткани, которые являются элементами стенок венул и капилляров. Charles Marie Benjamin Rouget (1824 -1904) Rouget C. (1873) Memoire sur le developpement, la structure et les proprietes physiologiques des capillaries sanguins et lymphatiques. Arch Physiol Normale Path, 5: 603 -61.