ОСНОВЫ АНАТОМИИ И ФИЗИОЛОГИИ ЛЕКЦИЯ 18 ФИЗИОЛОГИЯ

ОСНОВЫ АНАТОМИИ И ФИЗИОЛОГИИ ЛЕКЦИЯ 18 • ФИЗИОЛОГИЯ ПОЧЕК (часть 2) Гайдуков Александр Евгеньевич МФТИ 2017

Содержание Работа почек • Итак, проксим. каналец и клубочек 3 • Петля Генле и осм. градиент 4 -5 o o Реабсорбция ионов в толстом восх. колене 6 -7 Кругооборот мочевины 8 Канальцы и сосуды в осм. градиенте 9 Тонкие участки петли Генле 10 o o o Эффект Бейлисса (миогенное сужение артериол) 24 Мезангиальные клетки (сужение капилляров) 25 -26 Канальцево-клубочковая обр. связь 27 -30 o o Альдостерон 34 -35 Вазопрессин 36 -41 • Противоточный умножитель 11 -13 • Транспорт в дист. канальце и начале собир. труб. 14 • Итак 15 -21 Регуляция работы почек 22 • Авторегуляция клубочковой фильтрации 23 • • • Ренин-ангиотензин-альдостероновая система 31 Симпатическая 32 Гормональная 33 Поступление жидкости 36 Морская вода 43 Долговременная регуляция АД 42

ИТОГ: процессы в канальцах нефрона Гломерула фильтрация (до 200 л/сутки) Проксимальный каналец Реабсорбция: ØNa+, ØH 2 O: до 70% Ø анионы: HCO 3 -, ClØCa 2+, Mg 2+ ØГлюкоза, аминокислоты, следовые кол-ва белка: 100% Секреция органических кислот, оснований (в т. ч. лекарственных препаратов) и Н+ Диурез (1. 5 -2 л/сутки)

20% Наличие петли Генле - необходимое условие образования концентрированной мочи Дистальный каналец Проксимальный каналец 70% Капсула Бобер: короткая петля Генле Непроницаемо для H 2 O Толстое восходящее колено петли Генле Песчанка: очень длинная петля Генле 10% Нисходящее колено петли Генле Собирательная трубочка

Механизмы формирования осмотического градиента в ткани почки Клубочек юкстамедуллярного нефрона 1. Активный транспорт Na+ в толстом восходящем колене петли Генле Осмотический градиент (по отношению к плазме крови) Выход воды из нисходящих vasa recta – концентрация веществ растет, вода забирается восходящими vasa recta Околоканальцевые капилляры Восходящие vasa recta Нисходящие vasa recta Петля Генле Na+ Cl 2. Кругооборот мочевины в почке Клубочки кортикальных нефронов Мочевина

Реабсорбция ионов в толстом восходящем отделе петли Генле «Двигатель» концентрирования мочи – устанавливает осмотический градиент (→ выход воды из нисходящего отдела петли Генле) В петле Генле вода отделяется от солей Ткань почки Просвет канальца В результате утечки К+ из клеток Пассивный транспорт Активный транспорт – реабсорбция Na+ Пассивный транспорт Вторично активный транспорт Секреция К+ Интенсивность напрямую связана с реабсорбцией Na+ Мишень мочегонных лекарствдиуретиков (фуросемида и др. ) – «ПЕТЛЕВЫЕ ДИУРЕТИКИ»

Реабсорбция ионов в толстом восходящем отделе петли Генле ОСНОВНОЙ МЕХАНИЗМ РЕАБСОРБЦИИ Na+ – Na+/K+/2 Cl- переносчик Стенки толстого восходящего участка петли Генле также непроницаемы для воды, поэтому из него вытекает ГИПОосмотичная моча Ткань почки Повышение осмотического давления в ткани почки Просвет канальца В результате утечки К+ из клеток Пассивный транспорт Активный транспорт – реабсорбция Na+ Пассивный транспорт Вторично активный транспорт Секреция К+ Интенсивность напрямую связана с реабсорбцией Na+ Мишень мочегонных лекарств-диуретиков (фуросемида и др. ) – «ПЕТЛЕВЫЕ ДИУРЕТИКИ»

Кругооборот мочевины – важный механизм поддержания высокого осмотического давления в мозговом веществе почки Корковое в-во Наружное мозговое в-во Мочевина Внутреннее мозговое в-во Мочевина Экскретируется лишь 20% профильтровавшейся мочевины Рециркуляция мочевины экономит соль Концентрация (м. М) Мочевина Осмотический градиент в ткани почки Корковое в-во Наружное Внутреннее Мозговое в-во

Канальцы нефрона и кровеносные сосуды в осмотическом градиенте ткани почки Клубочек юкстамедуллярного нефрона 1. Активный транспорт Na+ в толстом восходящем колене петли Генле Осмотический градиент (по отношению к плазме крови) Околоканальцевые капилляры Восходящие vasa recta Нисходящие vasa recta Петля Генле Na+ Cl 2. Кругооборот мочевины в почке Клубочки кортикальных нефронов Мочевина

В тонких участках петли Генле идет только пассивный транспорт Тонкое нисходящее колено (стенки хорошо проницаемы для воды) H 2 O Концентрирование мочи Тонкое восходящее колено (стенки не проницаемы для воды) Na+ Пассивный транспорт Na+ На входе в толстый отдел петли канальцевая жидкость ГИПЕРосмотична

Создание осмотического градиента в почке: работа противоточного умножителя Транспорт мочевины не показан (для упрощения схемы) Важны: 1) разная проницаемость нисходящей и восходящей трубок для воды и Na+; 2) активный транспорт Na+ в восходящем колене петли Генле 3) движение жидкости по нефрону Наполнение Активный транспорт Na+ Восходящая часть устанавливается максимальный осмотический градиент Протекание Реабсорбция воды Нисходящая часть – осмотическое равновесие с интерстицием Многократное повторение шагов 4 -6 Активный транспорт Na+ Реабсорбция воды Сформировался осмотический градиент

Противоточная система почки Петля Генле Na+ Cl. Na+ Элекролиты Когда жидкость проходит по собирательной трубочке, из нее выходит вода и ее осмолярность растет Na+ Cl Мочевина Проницаемо для H 2 O, непроницаемо для Na+ Непроницаемо для H 2 O, проницаемо для Na+ Проницаемость стенки для H 2 O, и осмотическое давление мочи регулируется вазопрессином Капилляры мозгового вещества Осмотическое давление в ткани почки (м. Осм/л) Элекролиты На входе в толстый отдел петли жидкость ГИПЕРосмотична, на выходе – ГИПОосмотична (в результате мощной реабсорбции натрия)

Итог: потоки ионов, воды и мочевины при концентрировании мочи почкой Капилляры мозгового вещества Нефрон Корковое вещество Активный транспорт Наружное мозговое вещество Пассивный транспорт Элекролиты Внутреннее мозговое вещество Элекролиты Длинная петля – только у юкстамедуллярных нефронов Осмотическое давление в ткани почки (м. Осм/л)

Транспорт веществ в дистальном канальце и в начальном отделе собирательной трубочки Глав-ные клетки Вставоч-ные клетки Просвет канальца Пассивный транспорт В отличие от остальных отделов нефрона здесь протоны секретируются путем активного транспорта Активный транспорт Главные клетки: Активный + транспорт реабсорбция Na , + секреция К (активность транспорта регулируется альдостероном) Вставочные клетки (секреция Н+)

Давайте еще раз прогуляемся по канальцам нефрона…. Гломерула фильтрация (до 200 л/сутки) Диурез (1. 5 -2 л/сутки)

Давайте еще раз прогуляемся по канальцам нефрона…. Гломерула фильтрация (до 200 л/сутки) Проксимальный каналец Реабсорбция: ØNa+, K+, HCO 3 -, Cl-: до 70% ØH 2 O: до 70% ØГлюкоза, аминокислоты, следовые кол-ва белка: 100% Ø Ca 2+, Mg 2+ Секреция органических кислот, оснований (в т. ч. лекарств. препаратов и Н+) Диурез (1. 5 -2 л/сутки)

Давайте еще раз прогуляемся по канальцам нефрона…. Гломерула фильтрация (до 200 л/сутки) Проксимальный каналец Реабсорбция: 70% ØH 2 O: до 70% ØГлюкоза, аминокислоты, следовые кол-ва белка: 100% Ø Ca 2+, Mg 2+ Секреция органических кислот, оснований (в т. ч. лекарств. препаратов и Н+ Na+ Cl- Нисходящее колено петли Генле: Реабсорбция ØH 2 O: 10% Na+ Cl- Мочевина Диурез (1. 5 -2 л/сутки) Осмотический градиент (по отношению к плазме крови) ØNa+, K+, HCO 3 -, Cl-: до

Давайте еще раз прогуляемся по канальцам нефрона…. Гломерула фильтрация (до 200 л/сутки) Проксимальный каналец Реабсорбция: 70% ØH 2 O: до 70% ØГлюкоза, аминокислоты, следовые кол-ва белка: 100% Ø Ca 2+, Mg 2+ Секреция органических кислот, оснований (в т. ч. лекарств. препаратов и Н+ Na+ Cl- Нисходящее колено петли Генле: Реабсорбция ØH 2 O: 10% Тонкий сегмент восходящего колена петли Генле Реабсорбция Na+ (пассивная) Диурез (1. 5 -2 л/сутки) Na+ Cl- Мочевина Осмотический градиент (по отношению к плазме крови) ØNa+, K+, HCO 3 -, Cl-: до

Давайте еще раз прогуляемся по канальцам нефрона…. Гломерула фильтрация (до 200 л/сутки) Проксимальный каналец Реабсорбция: 70% ØH 2 O: до 70% ØГлюкоза, аминокислоты, следовые кол-ва белка: 100% Ø Ca 2+, Mg 2+ Секреция органических кислот, оснований (в т. ч. лекарств. препаратов и Н+ Реабсорбция: ØNa+, K+, ClØHCO 3 -, Ca 2+, Mg 2+ Секреция Н+ Na+ Cl- Нисходящее колено петли Генле: Реабсорбция ØH 2 O: 10% Тонкий сегмент восходящего колена петли Генле Реабсорбция Na+ (пассивная) Диурез (1. 5 -2 л/сутки) Na+ Cl- Мочевина Осмотический градиент (по отношению к плазме крови) ØNa+, K+, HCO 3 -, Cl-: до Толстый сегмент восходящего колена петли Генле

Давайте еще раз прогуляемся по канальцам нефрона…. Гломерула фильтрация (до 200 л/сутки) Дистальный каналец и начальный сегмент собирательной трубочки Реабсорбция: ØNa+ (регулируется альдостероном), ØН 2 О (регулируется вазопрессином) ØНСО 3 -, Cl-, Ca 2+, Mg 2+ Секреция Н+и К+ (активный транспорт) Проксимальный каналец Реабсорбция: 70% ØH 2 O: до 70% ØГлюкоза, аминокислоты, следовые кол-ва белка: 100% Ø Ca 2+, Mg 2+ Секреция органических кислот, оснований (в т. ч. лекарств. препаратов и Н+) Реабсорбция: ØNa+, K+, ClØHCO 3 -, Ca 2+, Mg 2+ Секреция Н+ Na+ Cl- Нисходящее колено петли Генле: Реабсорбция ØH 2 O: 10% Тонкий сегмент восходящего колена петли Генле Реабсорбция Na+ (пассивная) Диурез (1. 5 -2 л/сутки) Na+ Cl- Мочевина Осмотический градиент (по отношению к плазме крови) ØNa+, K+, HCO 3 -, Cl-: до Толстый сегмент восходящего колена петли Генле

ИТОГ: процессы в канальцах нефрона Гломерула фильтрация (до 200 л/сутки) Дистальный каналец и начальный сегмент собирательной трубочки Реабсорбция: ØNa+ (регулирутся альдостероном), ØН 2 О (регулируется вазопрессином) ØНСО 3 -, Cl-, Ca 2+, Mg 2+ Секреция Н+и К+ Проксимальный каналец Реабсорбция: ØNa+, Толстый сегмент восходящего колена петли Генле ØH 2 O: до 70% Ø анионы: HCO 3 -, ClØCa 2+, Mg 2+ ØГлюкоза, аминокислоты, следовые кол-ва белка: 100% Секреция органических кислот, оснований (в т. ч. лекарственных препаратов) и Н+ Собирательная трубочка: Реабсорбция Н 2 О (регулируется вазопрессином) Нисходящее колено петли Генле: Na+ Cl- Реабсорбция ØH 2 O: 10% Тонкий сегмент восходящего колена петли Генле Реабсорбция Na+ (пассивная) Диурез (1. 5 -2 л/сутки) Na+ Cl- Мочевина Осмотический градиент (по отношению к плазме крови) Реабсорбция: ØNa+, K+, ClØHCO 3 -, Ca 2+, Mg 2+ Секреция Н+

Регуляция работы почек

Регуляция (авторегуляция) клубочковой фильтрации: Кровоток МЕХАНИЗМЫ уменьшения фильтрации при повышении системного давления: 1. Миогенное сужение приносящих артериол в ответ на растяжение давлением 2. Сужение капилляров в результате сокращения мезангиальных клеток 3. Канальцево-клубочковая обратная связь Скорость гломерулярной фильтрации Почечный кровоток скорость фильтрации мало зависит от колебаний системного артериального давления Фильтрация

Регуляция (авторегуляция) клубочковой фильтрации: Скорость гломерулярной фильтрации Почечный кровоток скорость фильтрации мало зависит от колебаний системного артериального давления Фильтрация Кровоток 1. Миогенное сужение приносящих артериол в ответ на растяжение давлением (эффект Бейлисса) Просвет приносящих артериол

Мезангиальные клетки почечных клубочков ПОЧЕЧНЫЙ КЛУБОЧЕК Петли капилляров Мезангиальные клетки Фенестрированный капилляр Проксимальный каналец Пространство для первичной мочи Просвет капилляра Наружная стенка капсулы Эпителиальная клетка внутренней стенки капсулы (подоцит) Ножки подоцитов Эндотелиаль. Базальная клетка мембрана Ножки подоцитов

2. Сокращение мезангиальных клеток: регуляция просвета капилляров почечного клубочка Мезангиальные клетки - это перициты. Их сокращение приводит к уменьшению просвета капилляров и снижению скорости фильтрации Увеличение АД Сокращение мезангиальных клеток при растяжении капилляров давлением крови «Ручки» мезангиальных клеток Просвет капсулы Капилляр Увеличение давления крови в капиллярах клубочка Сокращение мезангиальных клеток Растяжение - + Уменьшение просвета капилляров Фильтрация Расслабление мезангиальных клеток вызывают: Сокращение мезангиальных клеток вызывают: Предсердный натрийуретический пептид Простагландины Ангиотензин II Норадреналин Эндотелин Тромбоксан Увеличение фильтрации Уменьшение фильтрации

3. Канальцево-клубочковая (тубулогломерулярная) обратная связь Юкстагломерулярный аппарат (комплекс) Выносящая артериола Приносящая артериола Дистальный каналец Плотное пятно (измерение Na+ в дистальном канальце) (клетки секретируют АТФ и аденозин)

Канальцево-клубочковая обратная связь (время срабатывания – 10 секунд) Препятствует увеличению фильтрации при повышении АД Сужение приносящей артериолы Увеличение концентрации Na+ и Cl- в дистальном канальце (если канальцевая жидкость течет быстро, вода успевает реабсорбироваться, а Na+ и Cl- - не успевают) Секреция клетками macula densa АДЕНОЗИНА И АТФ

3. Канальцево-клубочковая (тубулогломерулярная) обратная связь Юкстагломерулярный аппарат (комплекс) Юкстагломерулярные клетки (гладкомышечные) секретируют РЕНИН Симпатические нервные волокна стимулируют секрецию ренина (через β 1 -адренорецепторы) Приносящая артериола Выносящая артериола Дистальный каналец Плотное пятно (измерение Na+ в дистальном канальце) (клетки секретируют АТФ и аденозин)

Канальцево-клубочковая обратная связь (время срабатывания – 10 секунд) Препятствует уменьшению фильтрации при снижении АД Уменьшение концентрации Na+ и Cl- в дистальном канальце (если канальцевая жидкость течет медленно, реабсорбируется слишком много Na+ и Cl-) Увеличение Сужение выносящей артериолы Секреция РЕНИНА юкстагломерулярными клетками, образование АНГИОТЕНЗИНА II

Эффективное лечение артериальной гипертензии: ингибиторы АПФ или блокаторы рецепторов ангиотеззина II в сочетании с диуретиками Ренин-ангиотензин-альдостероновая система Ангиотензин II Ангиотензиноген Ренин Кора надпочечников Альдостерон Сужение сосудов Секреция вазопрессина Гипофиз 1. Снижение артериального давления 2. Уменьшение фильтрации (снижение концентрации Na+ в дистальном канальце) КОМПЕНСАЦИЯ - Повышение реабсорбции Н 2 О в собирательных трубочках Стимуляция жажды Отрицательная обратная связь Задержка в организме соли и воды Увеличение объема циркулирующей крови Увеличение общего периферического сопротивления (в капиллярах легких) Пасивный транспорт Ангиотензинпревращающий фермент (АПФ) Печень Повышение реабсорбции Na+ и секреции K+ в почках Активный транспорт Активация симпатической системы

Активация симпатических нервов, идущих к почке, вызывает : q. Сужение сосудов → уменьшение фильтрации q. Повышение реабсорбции Na+ q. Повышение реабсорбции воды q. Увеличение секреции ренина Высокая активность симпатических нервов может приводить к развитию артериальной гипертензии Денервация почек используется для лечения артериальной гипертензии, устойчивой к действию фармакологических препаратов

Влияние гормонов на процессы в разных отделах нефрона повышает Повышение реабсорбции Na+ и воды снижает реабсорбцию Са 2+ Секретируется из миоцитов предсердий в ответ на растяжение предсердий и полых вен, увеличивает экскрецию воды и Na+

Альдостерон: влияние на экскрецию электролитов с мочой Введение альдостерона экскреции Na+ экскреции Cl- экскреции K+ Дни эксперимента

Альдостерон: механизмы действия на клетки дистального канальца Синтез белков: • Натриевых каналов (люминальной мембраны) • Na+/K+-насоса (базолатеральной мембраны) • митохондриальных ферментов синтеза АТФ Тканевая жидкость Просвет канальца Синтез м. РНК в ядре Рецептор Количество открытых Na+-каналов Синтез белков Альдостерон Концентрация альдостерона в плазме (нг/дл) Белки натриевых каналов Ферменты синтеза АТФ Белки натрий/калиевого насоса

Осмотическое давление мочи изменяется в зависимости от того, сколько жидкости поступает в организм Человек выпил 1 л воды Осмолярность мочи Осмолярность (м. Осм/л) Осмолярность плазмы крови Скорость образования мочи (мл/мин) При уменьшении потребления жидкости (увеличении осмотического давления плазмы крови) происходят обратные изменения: объем мочи уменьшается, а ее осмотическое давление растет Экскреция электролитов с мочой Время (мин) Осмолярность – сумма концентраций катионов анионов и неэлектролитов, т. е. всех кинетически активных частиц в 1 л. раствора. Она выражается в миллиосмолях на литр (мосм/л). Осмоляльность – концентрация тех же частиц, растворенных в килограмме воды, выражающаяся в миллиосмолях на килограмм (мосм/кг)

Вазопрессин (антидиуретический гормон): Гипоталамус Увеличение регуляция и гипофиз осмотического - давления крови давления Осморецепторы гипоталамуса внутренней среды и артериального Нейросекреторная клетка давления супраоптического ядра гипоталамуса доля (секреция вазопрессина увеличивается при снижении АД и объема крови) Нейросекреторная клетка паравентрикулярного ядра гипоталамуса Передняя Отрицательная обратная связь Снижение афферентации от барорецепторов высокого и низкого давления Задняя доля Вазопрессин Н 2 О Диабет: Ø «несахарный» – недостаток продукции вазопрессина; Ø сахарный (повышение концентрации глюкозы в крови и в моче) – осмотический диурез Н 2 О Уменьшение объема мочи, увеличение ее осмотического давления

Сигналом к возбуждению осморецепторов служит уменьшение объема клетки СНИЖЕНИЕ осмотического давления ПОВЫШЕНИЕ НОРМА осмотического давления Уменьшение объема приводит к «сморщиванию» рецепторной клетки и к активации механочувствительных неселективных катионных каналов Деполяризация мембраны и возбуждение Изменение частоты разрядов нейрона супраоптического ядра гипоталамуса в ответ на изменение осмотического давления Повышение осм. давления Снижение осм. давления

Вазопрессин стимулирует встраивание каналов аквапорина 2 (AQP 2) в мембраны клеток (со стороны просвета) На базолатеральной мембране Со стороны просвета (регулируются вазопрессином)

Вазопрессин: механизм действия на клетки дистального канальца и собирательных трубочек Механизм действия вазопрессина - встраивание в люминальную мембрану каналов аквапорина 2 Просвет канальца Тканевая жидкость Вазопрессин Встраивание везикул с аквапорином 2 в мембрану (быстрый механизм) рецепторы Аденилатциклаза Фосфорилирование белков Протеинкиназа А Синтез новых молекул аквапорина 2 ЯДРО «Конститутивные» аквапорины

В присутствии вазопрессина В мозговом в-ве В коре Влияние вазопрессина на реабсорбцию воды в разных отделах нефрона Скорость образование мочи изменяется почти в 100 раз В минуту Проксимальный каналец В отсутствие вазопрессина Петля Генле (эффект вазопрессина сказывается через повышение осмотического градиента в ткани) Дистальный каналец Собирательная трубочка МОЧА Объем конечной мочи – 1, 5 -2 л в сутки. Но возможны значительные колебания: «Максимум» : объемная скорость 25 мл/мин (20% от объема первичной мочи), осмолярность – всего 50 мосмоль/л «Минимум» : объемная скорость 0. 35 мл/мин (0. 3% от объема первичной мочи), осмолярность – 1200 мосмоль/л

Почки осуществляют долговременную регуляцию артериального давления Длительно АД может иметь только такой уровень, при котором скорость мочеотделения равна скорости поступления жидкости в организм Повышение АД (расстройство) Увеличение скорости мочеотделения Уменьшение объема жидкости в организме Уменьшение объема крови Уменьшение минутного объема сердца Уменьшение АД (компенсация) Выделение/поступление жидкости Влияние артериального давления на скорость мочеотделения В норме При нарушении работы почки

Приспособленность птиц и неприспособленность человека к «морскому» образу жизни Птица может пить морскую воду, потому что через солевые железы она выводит из своего организма 80% поглощенной с питьем соли и только 50% воды. В итоге чайка выделяет гипотоническую мочу без обезвоживания организма. Солевые железы птиц и рептилий Человек и большинство наземных млекопитающих не в состоянии употреблять для питья морскую воду, поскольку их моча не достигает концентрации, достаточной для того чтобы при этом организм сохранял воду и одновременно избавлялся от поглощенной соли.