Физиология выделения 1. 2. • • 3. • • 4. 5. 6. Выделительная система Физиология почек Строение нефрона Особенности кровоснабжения Процессы мочеобразования Клубочковая фильтрация Канальцевая реабсорбция Канальцевая секреция Осмоконцентрирование Эндокринная система почек Методы изучения деятельности почек Регуляция деятельности почек
Выделительная система Кожа В сутки Состав потовые 300 -1000 мл до 1/3 выводимой железы (до 10 л) воды 5 -10% мочевины хлориды, а+, К+, Са 2+ микроэлементы органические вещества мочевая кислота креатинин ферменты (липиды пепсиноген амилаза щелочная фосфатаза) молочная кислота Регуляция симпатические холинергическ ие влияния гормоны вазопрессин альдостерон гормоны щитовидной железы половые стероиды
Выделительная система Кожа В сутки Состав Регуляция сальные железы ≈ 20 г секрета на 2/3 из воды на 1/3 из неомыляемых соединений (холестерина сквалена аналогов казеина продуктов обмена половых гормонов кортикостероидо в витаминов ферментов) половые и надпочечниковы е стероиды молочные молоко
Выделительная система ЖКТ Состав желчные пигменты 500 -2000 мл желчные кислоты тироксин желчь продукты азотистого обмена мочевина Са 2+, Р+ лекарственные препараты ядохимикаты печень Регуляция Вазопресси н (повышает проницаемость стенки желчного пузыря)
Выделительная система ЖКТ Состав слюнные и желудочные железы продукты метаболизма (мочевина, мочевая кислота) лекарственные и ядовитые вещества (Hg, I 2, салицилаты, морфий, хинин) тяжелые металлы чужеродные органические соединения кишечник не всосавшиеся продукты распада пищевых веществ; вещества, поступившие в него с пищеварительными соками (желудочным и поджелудочным), желчью; вещества, поступившие из крови (плазменные белки, соли тяжелых металлов, Mg, ½ выделяемого Са); вода (около 100 мл/сутки)
Выделительная система легкие и верхние дыхательные пути l l l l l летучие продукты обмена экзогенные вещества (CO 2, NH 4, ацетона, этанола, метилмеркаптана и др. ) продукты обмена легочной ткани и эпителия дыхательных путей, сурфактанта небольшое количество белка (в т. ч. -глобулинов) вода (от 400 до 1000 мл) пурины аденозин- и гуанозинмонофосфаты эфир, хлороформ, закись азота и наркотические вещества (при наркозе) эфирные и сивушные масла, пары алкоголя при опьянении. легкие – повышается выделение мочевина в виде аммиака (характерный запах изо рта); кожа – усиливается выведение мочевины, ацетона, желчных пигментов и др.
Функции почек: 1. экскреторная – выделение конечных продуктов азотистого обмена и чужеродных 2. образование мочи – конечного продукта работы почки; 3. гомеостатическая веществ, избытка ряда органических веществ (аминокислот, глюкозы и др. ); Ø Ø Ø осморегуляция (постоянство концентрации осмотически активных веществ в крови и других жидкостях тела); волюморегуляция (объем крови, внутри- и внеклеточной жидкости); регуляция кислотно-основного состояния (выведение Н+, кислот и оснований); регуляция ионного состава жидких сред; Ø регуляция артериального давления; Ø регуляция эритропоэза (эритропоэтины; «фактор, угнетающий эритропоэз» ); метаболическая – синтез аммиака, мочевины, ферментов; гидролиз белков; обмен белков, жиров, углеводов нуклеиновых кислот и других органических соединений; Ø 4. защитная – регуляция гемостаза (образование урокиназы, тромбопластина, 5. тромбоксана, простациклина) инкреторная (эндокринная): 6. Ø Ø Ø перенос вещества клетками нефрона из крови в просвет канальца в неизмененном виде; синтез и секреция клетками в почке биологически активных веществ (ренина, простагландинов) и их выделение в кровь; синтез в клетках канальцев веществ и выделение их в просвет канальцев.
l сосудистый клубочек (мальпигиево тельце) – в корковом веществе почки, снаружи покрыты капсулой Боумена-Шумлянского; l главный (проксимальный) отдел канальцев – в корковом веществе почки, стенки в нем покрыты щеточной каймой (25% длины); l нисходящий и восходящий отделы петли Генле – в мозговом веществе почки (50% длины); l дистальный отдел канальцев l собирательные трубки – в l плотное пятно (macula densa) мозговом веществе почки, сливаются в выводные протоки, открывающиеся в полость лоханки (10% длины) – участок, соприкасающийся с клубочком между приносящей и выносящей артериолами и относящийся к ЮГА почки (15% длины);
Морфо-функциональная единица - нефрон Основные типы нефронов: Ø Корковые - выполняют функции фильтрации, реабсорбции и секреции l l Ø суперфициальные (поверхностно расположены в коре, у них короткая петля Генле) составляют 20 -30%; интракортикальные (в средней части коры, выполняют основную роль в ультрафильтрации, составляют 6070%); Юкстамедуллярные (у границы коркового и мозгового вещества; самые длинные петле Генле, проходящие в мозговом веществе почки; составляют 10 -15%; обеспечивают процессы концентрации и разведения мочи). Вместе с миоэпителиальными клетками образуют ЮГА
Особенности кровоснабжения почек: Ø двойная сеть капилляров: Ø приносящие артериолы – образуют первую капиллярную сеть с высоким АД (≈60 мм рт. ст. ), что способствует фильтрации; Ø выносящие артериолы – образуют вторую капиллярную сеть, окружающую канальцы с низким АД (≈10 мм рт. ст. ), что способствует реабсорбции; Ø от выносящих артериол идут прямые сосуды, повторяющие ход петель Генле в мозговом веществе, на них приходится 2% почечного кровотока, они играют важную роль в противоточномножительном механизме;
Особенности кровоснабжения почек: Ø интенсивный кровоток (20 -25% от сердечного выброса или 10001300 мл/мин. ); Ø перераспределение кровотока в различных зонах почек (кора – 80%, наружное мозговое вещество ≈13%, внутреннее мозговое вещество ≈3 -5%); Ø ауторегуляция (при колебаниях системного артериального давления от 90 до 190 мм рт. ст. в почках кровоток постоянен); Ø высокий уровень потребления кислорода (6 -10%) при низкой величине артериовенозной разницы (14 мл кислорода из 1 л крови).
Почечный плазмоток различают: Ø тотальный (общий) – через всю почку; Ø эффективный – через функциональную почечную паренхиму; Ø нутритивный (питательный) – снабжающий почечную капсулу и лоханки почек (величина очень мала и в практике не учитывается). Почечный кровоток зависит от: Ø Ø Ø времени суток (днем увеличивается, ночью снижается); возраста (с возрастом убывает – чем старше человек, тем меньше); положения тела (стоя снижается, а лежа увеличивается); уменьшается при физическом напряжении и нервном возбуждении, боли, гипертермии; увеличивается при увеличении белка в пище, при беременности.
Процесс мочеобразования складывается из: l клубочковой ультрафильтрации с образованием первичной мочи (ультрафильтрата); l канальцевой реабсорбции; l канальцевой секреции; l процессов осмоконцентрирования и осморазведения.
Клубочковая фильтрация ФД = ГД – (ОД + ПД) ФД=70 -(30+20) ФД=20 мм рт. ст. Движущей силой клубочковой фильтрации служит фильтрационный градиент – отношение фильтрационного давления к толщине мембраны
Фильтрационная мембрана состоит из: Ø эндотелиальных клеток, которые Ø базальной мембраны, Ø эпителий боуменовой капсулы (подоциты). Ø система фильтрационных щелей, заполненных задерживают форменные элементы крови; задерживающкй крупные белки; сиалопротеином и отделенных от базальной мембраны гликокаликсом, затрудняющими проницаемость макромолекул радиусом 4, 5 нм. Ø «электрический фильтр» : (-) заряд базальной мембраны и фильтрационной щели задерживает белки плазмы (альбумины) сильнее, чем нейтральные или «+» заряженные макромолекулы такого же размера
Величина фильтрации зависит от: Ø просвета приносящих и выносящих сосудов; Ø биологических факторов (активности подоцитов и Ø физико-химических факторов (электрического фильтра Ø скорости ультрафильтрации воды и низкомолекулярных компонентов плазмы через клубочковый фильтр; Ø количества действующих нефронов (снижают их Ø проницаемости капилляров и общей фильтрующей поверхности капилляров мезангиальных клеток); и фильтрационного давления); количество гломерулонефрит, амилоидоз);
Клубочковая фильтрация зависит от: Ø психического и физического состояния; Ø состава пищи (прием пищи увеличивает на 30%); Ø степени гидратации; Ø времени суток (днем на 30% больше среднесуточной величины, ночью – на 30% меньше); Ø от возраста (с возрастом постепенно снижается – после 40 лет ≈ на 1% в год).
Клубочковую фильтрацию оценивают по скорости клубочковой фильтрации (СКФ). В норме СКФ у мужчин ≈125 мл/мин. , у женщин ≈110 мл/мин. (в среднем 20% от величины почечного плазмотока), т. е. за сутки вся плазма проходит через почки 60 раз.
Скорость клубочковой фильтрации Ø Определяют по соотношению концентрации вещества в моче и плазме, причем вещество должно выделяться с водой только путем фильтрации и не всасывается обратно в кровь. Ø Клиренс – объем плазмы крови, который полностью очищается почками от какого-либо вещества за 1 минуту. К = Uх • V / Р х где Uх – концентрация вещества в моче; Рх – концентрация вещества в плазме; V – диурез Ø Для определения СКФ используют инулин (полимер фруктозы), маннитол, полиэтиленгликоль-400, креатинин Ø На использовании принципа клиренса основано исследование функционального состояния почек
Uх К = Рх • V
Снижение клубочковой фильтрации наблюдается при: Ø снижении фильтрационной функции почек; Ø гемодинамических нарушениях (шок, гипотония, гиповолемия, выраженная сердечная недостаточность и т. д. )
Увеличение клубочковой фильтрации наблюдается: Ø на ранних стадиях сахарного диабета; Ø при гипертонической болезни; Ø при системной красной волчанке; Ø при нефротическом синдроме
Всасывание Парацеллюлярное (межклеточное) трансмембранный перенос активный Трансцеллюлярное (через клетку) пиноцитоз экзоцитоз пассивный первичный диффузия вторичный фильтрация осмос
Канальцевая реабсорбция Ø способность клеток почечных канальцев к обратному всасыванию веществ из просвета нефрона в кровь. Ø реабсорбируется ≈99% ультрафильтрата. Ø в проксимальных канальцах всасывается 65% Nа. Сl и воды фильтрата, в нисходящем отделе всасывается ≈15% в дистальных канальцах всасывается 10%, в собирательных трубочках всасывается ≈10%; восходящее колено практически непроницаемости для воды Ø Ø
В проксимальных канальцах Nа+ и другие осмотически активные вещества (Сl¯, К+, Са 2+, Мg 2+, Р) и осмотические диуретики (ацетат К, маннитол, мочевина) всасываются с осмотически эквивалентным количеством воды – облигатная реабсорбция. В результате этого содержимое канальца остается изоосмотичным плазме крови
Проницаемость мембран для воды может изменяться в зависимости от их функционального состояния (АДГ) – факультативная реабсорбция. Зависит от: Ø осмотической проницаемости канальцевой стенки Ø величины осмотического градиента Ø скорости движения жидкости по канальцу.
Всасывание характеризуется порогом выведения Ø Почечный порог выведения – концентрация вещества в крови и первичной моче, при которой оно уже не может полностью реабсорбироваться в канальцах и появляется в конечной моче. Ø Пороговые вещества – которые выводятся при их излишке (при концентрации глюкозы 10 ммоль/л может быть алиментарная глюкозурия). Ø Непороговые вещества – которые вообще не реабсорбируются (инулин, маннитол) или мало реабсорбируются (мочевина, сульфаты).
R Н 2 О = КФ – V R Н 2 О = (КФ – V) • 100% / КФ ≈ 99% где R Н 2 О – реабсорбция воды КФ – клубочковая фильтрация V – минутный диурез Ø после водной нагрузки реабсорбция воды снижается до 87% Ø при сухоедении – увеличивается до 99, 6%
R Н 2 О = КФ – V R Н 2 О = (КФ – V) КФ • 100% ≈ 99%
Реабсорбция Проксимальный каналец: глюкоза, аминокислоты, полипептиды, витамины, вода, мочевина, мочевая кислота, Nа+, К+, Са 2+, Мg 2+, SО 42–, НРО 42–, Сl–, НСО 3– Петля Генле: нисходящая петля – Н 2 О и мочевая кислота восходящая петля – Nа+, К+, Са 2+, Мg 2+, Сl– Дистальный каналец: Н 2 О, Nа+, Са 2+, Сl– Собирательные трубочки: Nа+, К+, Сl–, мочевина
На обратное всасывание влияют: Ø гормоны задней доли гипофиза (АДГ) Ø АКТГ Ø юкстагломерулярного аппарата (ЮГА) почек Ø гормоны коры надпочечников (альдостерон).
Канальцевая секреция – способность клеток почечных канальцев переносить из крови в просвет канальцев подлежащие удалению электролиты и вещества, образованные в процессе метаболизма или синтезированные в клетках канальца
Осмоконцентрирование Ø образование осмотически концентрированной мочи обусловлено деятельностью поворотнопротивоточной множительной системы в почке Ø противоточная система петли нефрона и собирательной трубки действуют на принципах противотока и умножителя Ø Принцип противотока заключается в движении первичной мочи по коленам нефрона и собирательным трубкам навстречу другу. Это обусловливает выравнивание концентрации осмотически активных веществ в моче и интеграции посредством пассивного движения воды по осмотическому градиенту.
Ø Принцип умножителя обеспечивается активным транспортом Nа. Сl из восходящего колена петли нефрона ØВ наружной зоне мозгового вещества почки создается высокий осмотический градиент в просвете нисходящего и восходящего колена петли нефрона.
Осмоконцентрирующую способность почек оценивают: пробой Фольгарда с сухоедением – максимальная плотность мочи не меньше 1, 027, осмолярность не меньше 900 мосм/кг; Ø определением осмотического индекса – отношение осмоляльности мочи к осмоляльности плазмы Оl = Uмосм/Рмосм (в норме 2, а при осмоконцентрировании = 4). Ø
Uмосм Оi = Рмосм
Регуляция мочеобразования Ø Условно-рефлекторная Ø Безусловно-рефлекторная Ø Гуморальная
Условно-рефлекторная регуляция: Ø В лаборатории Л. А. Орбели проведены опыты, показывающие прекращение мочеобразования при боли и при стимуляции выработки АДГ гипофизом Ø В лаборатории К. М. Быкова вырабатывали условный рефлекс с многократным введением воды. Человеку под гипнозом внушали, что он выпил много воды и наблюдали усиление мочеобразования. Ø При болевом воздействии.
Безусловно-рефлекторная регуляция: Симпатическая нервная система Ø стимулирует транспорт Nа (усиление реабсорбции) Ø снижает СКФ и мочеобразование; Парасимпатическая нервная система Ø активирует реабсорбцию глюкозы и секрецию органических кислот.
Гуморальная регуляция: Ø АДГ (вазопрессин) – ↑ реабсорбцию, ↓ диурез Ø Минералокортикоиды (альдостерон) – ↑ реабсорбцию Nа, задерживают воду (возникают отеки и повышается АД) Ø АКТГ – через минералокортикоиды и адреналин (в малых дозах ↑ ФД за счет уменьшения диаметра отводящих сосудов, в больших – ↓ диаметр отводящих и приводящих сосудов, ↓ диурез). При боли адреналин опосредованно действует через гипоталамус→АДГ→диурез; Ø Щитовидная железа – влияет на водно-солевой и белковый обмен и ↑ диурез (при гипофункции ↓ фильтрация и ↑ реабсорбция) Ø Паращитовидные железы (выведению Са и фосфора с мочой) Ø Натрийуретический пептид – ↑ выведение Nа и диурез. Действует на проксимальный каналец и собирательные трубочки. Усиленной выработкой его объясняют феномен «ускользания» действия минералокортикоидов при длительном использовании. Ø Эндокринная система почек;
Физиологически-активные вещества объединены в гормональные системы: Ø ренин-ангиотензиновая – ангиотензин-II ↑ реабсорбцию Nа, стимулирует синтез альдостерона (задерживает Nа), ↑ АД; Ø калликреин-кининовая – нейровазоактивные полипептиды (в плазме – брадикинин, в почках – каллидин) с широким спектром биологического действия (↑ диаметр периферических и коронарных сосудов, ↓ АД, ↑ ЧСС, УО и МОК, сокращают гладкую мускулатуру, ↑ проницаемость капилляров, диапедез лейкоцитов, участвуют в формировании чувства боли); Ø почечных простагландинов – брадикинин, каллидин, ПГА, ПГЕ, ПГИ (вазодилататоры, усиливают выведение Nа); Ø эндокринная система витамина D – образуется активный витамин D 3, который снижает секрецию паратгормона и усиливает всасывание Са и фосфора в кишечнике; Ø система эритропоэтина (85 -90% вырабатывается в клетках ЮГА) и ингибиторов эритропоэза
Теории жажды: Ø Периферическая – с рецепторов ЖКТ. Ø Теория дегидратации тканей – Ø Центральная – предложена в 1953 г. шведским гиперосмолярность плазмы и гиповолемия. ученым Б. Андерсеном. Центры жажды обнаружены в Ø Ø Ø Ø паравентрикулярных и супраоптических ядрах переднего гипоталамуса; перифорникальной области между сводом мозга и мамиллярными телами; субфорникальном органе; сосудистом органе концевой пластинки; медиальном преоптическом ядре; шишковидной железе. Биологически активных веществ – введение ангиотензина-II вызывает полидипсию
Волюморефлексы: Ø При уменьшении притока крови к сердцу снижается диурез и экскреция Nа, при увеличении притока крови к сердцу повышается диурез и экскреция Nа. Ø При раздражении рецепторов правого предсердия (повышение АД в малом круге) угнетается секреция ренина и увеличивается выведение Nа (через альдестерон). Ø При раздражении рецепторов левого предсердия (повышение системного АД) через гипоталамус тормозит выработку АДГ и усиливает диурез
Методы исследования: Ø Ø Ø экспериментальные – мочеточники на кожу, микрометоды (моча из нефронов до 0, 5 мл); общий анализ мочи; пробы с водной нагрузки и др. обзорный снимок мочевой системы ультразвуковое сканирование (эхокардиография); урография • • Ø Ø Ø экскреторная (строение чашечно-лоханочной системы, мочеточников, выделительная функция почек) – внутривенное введение 20 мл контрастного вещества (урографин, уротраст, тромботраст, верографин) и полипозиционные снимки через 7, 15 и 20 минут; компрессионная; инфузионная; фармакоурография компьютерная аксиальная томография содержит количественную информацию о плотности тканей, дает объемное представление; пневморен, пневморетроперитонеум – введение О 2 или СО 2 в околопочечное пространство (ограниченные возможности, применяется редко); почечная артериография, венография; венокавография; лимфаденоангиография таза и забрюшинного пространства; биопсия почек; цистография пиелоскопия телевизионная (экскреторная урография, урорентгенокинематография с видеомагнитной записью); пиелоуретрография ретроградная и антероградная уротомография (нефротомография) – послойная рентгенография; хромоцистоскопия – цистоскопия + индигокармин;
«Искусственная почка» (с 1943 г. ) – гемодиализ метод очищения крови от веществ, накапливающихся при почечной недостаточности, основанный на диффузии веществ через полупроницаемую мембрану. I. Экстракорпоральный гемодиализ • • Основан на диффузии по концентрационному градиенту через полупроницаемую мембрану мочевины, креатинина, мочевой кислоты и др. веществ. Аппарат состоит из гемодиализатора и устройства для приготовления и подачи раствора. Ø Гемофильтрация – гемодиализ с возмещением фильтрата рром Рингера Ø Гемосорбция – удаление токсических веществ при прохождении крови через колонку с активированным углём или массообменники, имеющие фильтры II. Интракорпоральный гемодиализ перитонеальный – промывание брюшной полости солевыми р-рами (брюшина естественная полупроницаемая мембрана)