Фізіологічні особливості роботи ниркової системи людини

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Система виділення

У процесі обміну речовин в організмі утворюється велика кількість кінцевих продуктів (H2O, CO2, NH3, сечовина, сечова кислота й інші сполуки), які за допомогою різних органів виводяться з організму. До таких органів належать :

1) нирки - основний орган виділення.

2) шкіра - з потом виділяються солі, H2O, сечовина, сечова кислота.

3) легені - CO2, ацетон, пари ефіру і хлороформу (при наркозі), пари алкоголю, лікарські речовини (морфій).

4) ШКТ -фарбники, солі, сполуки ртуті, брому, йоду, саліцилати, важкі метали, лікарські речовини.

5) печінка - гормони, продукти обміну гемоглобіну, жовчні пігменти, холестерин, сечовина, креатинін.

Екстраренальний шлях виведення шкідливих речовин і метаболітів відіграє велике значення при порушенні діяльності нирок, але повністю компенсувати їхню функцію неможливо.

2. Функції нирок

1. Екскреція надлишку органічних речовин, які надійшли з їжею або утворилися в результаті метаболізму (глюкоза, амінокислоти).

2. Екскреція кінцевих продуктів азотистого обміну (сечовина, сечова кислота).

3. Екскреція чужерідних, лікарських речовин, фарб.

4. Підтримка осмотичного тиску плазми крові.

5. Підтримка іонного балансу організму.

6. Підтримка кислотно-лужної рівноваги.

7. Участь у регуляції артеріального тиску. Є дуже важливою функцією нирок, оскільки АТ впливає на процеси фільтрації. Нирки можуть чинити як пресорний, так і депресорний ефекти. Депресорні впливи (зменшення АТ) викликають кініни і простагландини, які утворюються в нирках. Пресорні впливи (збільшення АТ) пов'язані з ренін-ангіотензин-альдостероновою системою.

8. Інкреторна функція. Утворення БАР і ферментів (простагландини, кініни, ренін, еритропоетини, урокіназа, гормонально активна форма вітаміну D).

9. Участь у метаболізмі білків, жирів, вуглеводів. В нирках утворюються тригліцериди, фосфоліпіди, глюкоза, амінокислоти, які ре абсорбуються в кров і використовуються на потреби організму.

10. Регуляція об'єму крові.

3. Структурно-функціональні особливості нирок

нирка реабсорбція метаболіт

Нирки - парний паренхіматозний орган бобовидної форми, розміщений у за очеревинному просторі по обидва боки від поперекового відділу хребта. Маса кожної нирки становить 100 - 300 г.

На зрізі у нирці виділяють 2 шари : коркову речовину і мозкову.

Структурно-функціональною одиницею нирок є нефрон. У кожній нирці більше 1 млн. нефронів.

Нефрон складається з:

1. Капсули Шумлянского-Боумена.

2. Судинного клубочка .

3. Проксимального й дистального звивистих канальців.

4. Петлі Генле.

У залежності від кількісті, локалізації, величини клубочків, довжина петель, глибини розташування клубочків і проксимальних канальців виділяють :

1. Суперфіціальні (поверхневі) нефрони.

2. Інтракортикальні нефрони.

3. Юкстамедулярні нефрони.

Суперфіціальні (поверхневі) нефрони.Це кортикальні нефрони, розташовані близько до поверхні нирки. Їх дуже мало, менше 1%

Кортикальних нефронів 80 - 90% від загальної кількості нефронів. Їх особливості:

· клубочки невеликі,

· клубочки розташовані біля поверхні нирки,

· петлі короткі,

· еферентна артеріола переходить в перитубулярні капіляри.

Юкстамедулярних нефронів - 10 - 20%. Їх особливості:

· клубочки великі,

· клубочки розташовані глибоко в корі на межі з мозковою речовиною,

· петлі довгі,

· еферентна артеріола не розгалужується на перитубулярні капіляри, а утворює прямі судини, які глибоко опускаються в мозкову речовину.

Епітелій різних частин нефрону різний, що пов'язане з особливостями їхнього функціонування.

У капсулі - плоский одношаровий епітелій.

У канальцях I порядку - циліндричний або кубічний епітелій із щіточковою облямівкою.

У петлі Генле - кубічний епітелій.

У канальцях II порядку - цилідричний епітелій.

Особливості кровопостачання нирок:

1. Інтенсивність ниркового кровотоку.

Нирковий кровотік інтенсивний. Маса обох нирок становить 300 г тобто 0,4% від маси тіла. У той же час за 1 хвилину через них проходить 1,2 л крові, що становить 25 % від загального серцевого викиду. Завдяки інтенсивному кровоточу забезпечується висока швидкість клубочкової фільтрації.

2. Нерівномірність ниркового кровотоку. 92,5% крові спрямоване у коркову речовину, де відбувається процес фільтрації.

3. Високий тиск крові у капілярах клубочка

Він становить близько 70 мм рт. ст, що має велике значення для здійснення фільтрації.

4. Приносна артеріола широка, коротка, має низький тонус, виносна артеріола вузька, довга, має високий тонус.

5. Висока проникність ендотелію капілярів.

6. Постійність кровотоку при змінах артеріального тиску.

Механізм, що забезпечує сталість ниркового кровотоку при зміні АТ від 90 до 180 мм рт ст. пов'язаний зі зміною опору приносних артеріол. Цей механізм до кінця не з'ясований. Одним із факторів,що його пояснює є ефект Бейліса. При зростанні артеріального тиску, збільшується трансмуральний тиск, судина розтягується, що призводить до збільшення довжини гладеньких м'язових клітин ГМК ( а чим більше розтягнуться ГМК, чим більша їхня довжина, тим сильніше вони скоротяться). ГМК скорочуються, радіус судини зменшується, гемодинамічний опір зростає (за законом Пуазейля ).Зростання опору призведе до зменшення інтенсивності кровообігу ( за законом Ома ).

Таким чином, зростання тиску мало би призвести до збільшення інтенсивності кровообігу, але за рахунок збільшення опору, яке закономірно відбувається за цих умов інтенсивність кровообігу залишається без змін. Схожий механізм саморегуляції спрацьовує і в інших життєво важливих органах - судинах серця і мозку.

7 .Унікальність кровопостачання.

Вона полягає в існуванні двох послідовних систем судин з регульованим опором .

Ниркова артерія, яка отходить від черевної аорти, розгалужується поблизу воріт нирки на 2 або більше міждольових артерій. Вони дають початок дуговим артеріям, що йдуть на межі між корковою й мозковою речовиною. Від них до коркової речовини відходить міждолькові артерії, які розгалужуються на приносні артеріоли. Ті у свою чергу розділяються на капіляри rete mirabilis клубочка. Ці капіляри не виконують трофічної функції. Проходячи через них кров залишається артеріальною й відтікає по виносним артеріолам, які діляться на другу перитубулярну капілярну сітку. Ці капіляри беруть участь як в утворенні сечі, так і виконують трофічну функцію. Проходячи через них кров насичується CO2, перетворюється у венозну й відтікає через ниркову вену в нижню порожнисту вену.

Процеси, що забезпечують утворення сечі в нирках

Утворення сечі забезпечують 3 процеси:

1. Клубочкова фільтрація.

2. Канальцева реабсорбція.

3. Канальцева секреція.

Клубочковая фільтрація - процес утворення із плазми крові первинної сечі шляхом ультрафільтрації через нирковий фільтр із капілярів клубочка в капсулу Шумлянського-Боумана.

Обов'язковою умовою фільтрації є інтенсивний кровообіг через коркову речовину нирки.

За добу утворюється 160-180 л первинної сечі (ультрафільтрату), що має майже такий самий склад як і плазма крові. Ультрафільтрат на містить формених елементів і білків. Концентрація низькомолекулярних речовин приблизно на 5 % менша, ніж у плазмі крові, оскільки частина з них (кальцій, органічні кислоти) транспортується разом з білками, які через фільтр на проходять.

4. Будова ниркового фільтра

Нирковий фільтр складається із трьох шарів:

1. Эндотелий капілярів клубочка. Він містить багаточисельні пори (фенестри) діаметром 50- 100 нм, через які не проходять тільки формені елементи крові.

2. Базальна мембрана. Має сітчасту структуру, містить велику кількість пор і несе негативний заряд. Відіграє роль сита, що затримує великі плазматичні білки.

3. Епітелій боуменової капсули. Є найдрібнішим фільтром,який найбільш ефективно розділяє компоненти плазми крові. У місцях зіткнення із клубочковими капілярами його клітини видозмінені в подоцити із численними ніжками. Ніжки переплітаються, але між ними залишаються щілини d = 20 - 50 нм. Вони заповнені сіалопротеїном і несуть негативний заряд. Через ці пори можуть проходити речовини з діаметром молекул менш 1,5 нм. Багатошарова структура ниркового фільтра і його негативний заряд забезпечують вибіркову проникність. Через нього не проходять глобуліни, фібриноген, більшість альбумінів.

Фактори, що визначають інтенсивність фільтрації.

1. Ефективний фільтраційний тиск.

Як і в капілярах інших органів фільтрація в клубочкових капілярах - це пасивний процес. Механізм, що забезпечує фільтрацію називається механізмом Старлінга. Рушійною силою цього процесу є градієнт тисків , який називається ефективним фільтраційним тиском (ЕФТ). ЕФД - це різниця між гідростатичним тиском крові в капілярах клубочка й протидіючими йому факторами - онкотичним тиском білків плазми крові й гідростатичним тиском рідини в капсулі клубочка.

ЕФТ= Ргидр. кр.- (Ргидр. капс. +Ронк. кр.)

Вимірювання методом мікропункції показали, що в початкових відділах капіляру

Ргидр. кр = 50 мм рт.ст.

Ргидр. капс = 12 мм рт.ст.

Ронк. кр = 20 мм рт.ст.

Таким чином, ЕФТ тут дорівнює :

ЕФТ = 50 - (12 + 20) = 18 мм рт.ст.

Оскільки, ЕФТ > 0 , то в початкових відділах капіляру здійснюється фільтрація.

Протягом клубочкового капіляру Ргидр. кр зменшується несуттєво (до 48 мм рт.ст.). А от Ронк. кр зростає, оскільки під час фільтрації із крові видаляється практично безбілковий фільтрат. Коли Ронк. кр стане дорівнювати 36 мм рт.ст. фільтрація припиняється

ЕФТ =48 - (12+36) = 0

2. Площа фільтрації (А).

Залежить від кількості клубочків у нирках і від кількості функціонуючих клубочків. Загальна площа капілярів клубочків становить 1,5 м2/100 г маси нирки.

Площа фільтрації може змінюватися за певних патологічних станів. Наприклад, при гломерулонефриті, амілоїдозі нирки вона зменшується, що призводить до зниження фільтрації.

3. Проникність ниркового фільтра (С) - це об'єм води, який фільтрується через одиницю площі мембрани за одиницю часу при одиничній різниці тисків. С залежить від розміру пор і від товщини фільтра.

Добуток площі фільтрації (А) на проникність ниркового фільтру (С) називається коефіцієнтом фільтрації :

Кф = А Ч С

Враховуючи всі ці фактори, можна розрахувати швидкість клубочкової фільтрації (ШКФ) - кількість рідини, яка фільтрується за одиницю часу за рахунок ЕФТ :

ШКФ = КфЧЕФТ

Для чоловіків ШКФ = 125 мл/хв.,

для жінок ШКФ = 110 мл/хв .

ШКФ залежить від :

· часу доби (вдень на 30% вище, а вночі на 30% нижче середньої добової норми).

· фізіологічного стану ( після прийому їжі на 30% вище)

За патологічних умов дефіцит фільтрації спостерігається при :

· змінах ЕФТ ( під час шоку або при звуженні сечоводу);

· змінах фільтруючої мембрани ( гломерулонефрит, амілоїдоз).

Оцінка фільтрації у клініці

ШКФ можна виміряти за допомогою індикаторної речовини за принципом Фіка шляхом визначення її кількості у плазмі і у сечі. Речовина, що використовується в цьому методі повинна відповідати наступним вимогам :

· бути неелектролітом, що фільтрується, тобто не зв'язується з білками плазми й не затримується у порах ниркового фільтра;

· бути нетоксичною;

· не розщеплюватися й не синтезуватися в нирках;

· не реабсорбуватися й не секретуватися в канальцях.

Якщо речовина відповідає цим вимогам, то вся її кількість, яка надійде у первинну сечу при фільтрації надійде не змінившись у кінцеву сечу і виділиться із організму.

ШКФ знайдена таким способом називається кліренсом ( від англ..clearance - очистка).

Кліренс (С) показує який об'єм плазми очищується від індикаторної речовини за одиницю часу.

Оскільки, кількість = об'єм Ч концентрацію, то

Vсечі Ч U = Vкрові Ч P , де Vсечі - об'єм сечі, що виділяється за одиницю часу,

Vкрові - об'єм крові, що фільтрується за одиницю

часу, або ШКФ;

U - концентрація речовини в сечі;

Р - концентрація речовини в крові.

Vсечі Ч U = P Ч ШКФ

Найчастіше для визначення кліренсу використовують інулін. Інулін - полісахарид, що складається із 20 залишків фруктози. Він міститься в деяких рослинах. В організмі людини він не утворюється, тому для досліджень його вводять в/в. Подібний за властивостями до інуліну - креатинін, який є природнім метаболітом, що утворюється в м'язах. Однак ця речовина в дуже малих кількостях секретується в нирках , тому кліренс по креатиніну менш точний показник, ніж по інуліну. Однак він широко використовується в клініці, тому що для його визначення не потрібно проводити інфузію.

Кліренс по інуліну С = V, де Uin - концентрація інуліну в сечі;

Pin - концентрація інуліну в плазмі;

V - хвилинний діурез.

Для речовин, які видаляються із організму тільки шляхом клубочкової фільтрації (інулін, креатинін) кліренс дорівнює ШКФ.

Якщо речовина фільтрується й реабсорбируется в нирках ( Na, глюкоза) її кліренс буде меншим ніж кліренс інуліну .

Якщо речовина фільтрується й секретується (пеніцилін, парааміногіпурова кислота - ПАГК) її кліренс буде більший, ніж кліренс інуліну.

Рис. 1

Канальцева реабсорбція - це процес транспорта необхідних організму речовин із первинної сечі через стінку канальців в кров.

Призначення фільтрації: повернення в кров і збереження необхідних для організма речовин (іонів, води, поживних речовин, гормонів, вітамінів). У результаті реабсорбції із 160-180 л первинної сечі утворюється 1,5 л кінцевої сечі, а 99 % реабсорбується канальцями.

Реабсорбція відбувається в усіх відділах канальців, але за різними механізмами. Тому виділяють 3 основні ділянки реабсорбції.

1. Проксимальний звивистий каналець. Тут відбувається облігатна (обов'язкова реабсорбція).

2. Петля Генле.

3. Дистальний звивистий каналець і збиральна трубочка. Тут відбувається факультативна (вибіркова) реабсорбція.

Рис. 2

Реабсорбція в проксимальному відділі канальців

Особливості :

1. Великий об'єм реабсорбції. Із 100 мл рідини, що профільтрувалася 75 мл реабсорбується у проксимальному відділі.

2. Ізоосмотичність реабсорбції. При проходженні через проксимальний сегмент нефрона осмотичний тиск сечі не змінюється. Вона залишається ізотонічною до плазми, оскільки тут реабсорбується еквівалентна кількість електролітів і води, бо стінка проникна для них обох.

3. Обов'язковість реабсорбції. Об'єм рідини в цьому відділі зменшується на один і той самий відсоток незалежно від функціонального стану нирки - приблизно 65% (регуляція кількості води, що видаляється, здійснюється далі у дистальному відділі). Основна кількість необхідних організму речовин реабсорбується в проксимальному відділі. Тут повністю всмоктується в кров глюкоза, амінокислоти, низькомолекулярні білки, 1/3 сечовини, 2/3 води, Na, K, Ca, Mg, SO4,PO4, Cl, HCO3-.

4. Транспортна активність клітин проксимального канальцю є найвищою в організмі. Клітини проксимального канальцевого епітелію мають асиметричну будову. Апікальна поверхня, обернена, в прсвіт канальця вкрита щіточковою облямівкою, що майже у 40 разів збільшує площу контакту мембрани з канальцевої рідиною. Базолатеральна частина клітин містить велику кількість мітохондрій, які забезпечують енергією білки-насоси.

Реабсорбція натрія.

Реабсорбція натрія дуже важлива задача для нирки, оскільки:

v він складає 4/5 всієї кількості розчинених речовин ультрафільтрата;

v є рушійною силою для реабсорбції інших речовин.

Етапи реабсорбції Na:

1-й етап: перенос натрію через апікальну мембрану із просвіту канальця (із первинної сечі) у епітеліальну клітину канальця. Оскільки концентрація Na в клітині канальця низька, а в сечі висока, створюється рушійна сила для його транспорту в клітину. Na заходить у клітину двома механізмами:

1. Симпорт. Контранспорт за участю глюкози, амінокислот, сульфатів, хлоридів.

2. Антипорт. Na-H- обмін ( Na- в клітину, Na+-із клітини).

2-й етап: транспорт Na до базальної і латеральної мембрани. Здійснюється за допомогою спеціальних утворень ендоплазматичного ретикулума - тубулоцистенальних структур.

3-й етап: перенос Na в міжклітинну рідину і кров.

Цей етап здійснюється за допомогою таких механізмів:

1. 1/3 Na надходить в міжклітинну рідину завдяки роботі Na-K насосу базо латеральної мембрани.

2. 1/3 транспортується з H2O.

3. 1/3 транспортується з іонами Cl-.

Рис. 3

В результаті роботи Na-H обмінника H+ видаляється в просвіт канальця. Там він взаємодіє з бікарбонатом (НCO3-) з утворенням вугільної кислоти:

H+ + HCO3- > H2CO3.

Яка є нестійкою і дисоціює на CO2 і H2O; за участю карбоанидрази:

H2CO3> CO2 + H2O.

CO2 іде в клітину канальця і взаємодіє з водою

CO2 + H2O > H2CO3 > H+ + HCO3-

H+ знову обмінюється з Na+ і транспортується в пресвіт канальця.

HCO3- видаляється через базо латеральну мембрану у міжклітинну рідину разом з Na+.

Оскільки HCO3- видаляється із первинної сечі, в ній зростає концентрація Cl-. Виникає концентраційний і електричний градієнт і Cl- рухається через міжклітинний шунт у міжклітинний простір. Разом з ним рухаються іони Na+, Ca2+, Mg2+. А разом електролітами рухається H2O, захоплюючи з собою розчинні речовини, перш за все NaCl, концентрація якого найвища.

Таким чином, секреція АТФ необхідна для транспорту тільки 1/3 Na+.

Сьогодні з'ясовано, що енергозатрати нирок корелюють з реабсорбцією Na+.При збільшенні реабсорбції Na+, енергозатрати нирок зростають ( вони можуть бути більшими, ніж у міокарда).

Реабсорбція непорогових речовин.

В проксимальному звивистому канальці транспортується 65% Na, K, Ca,Cl,H2O незалежно від ШКФ.

При зростанні їх концентрації зростає і швидкість транспорту.

Реабсорбція порогових речовин.

Транспорт PO4, SO4, HCO3-, амінокислот, глюкози залежить від концентрації. При зростанні їх концентрації в плазмі крові реабсорбція збільшується до певного рівня, після якого речовина починає виділятися з сечею.

Для характеристики реабсорбції таких речовин використовують показник-поріг виведення (ПВ).

ПВ- це мінімальна концентрація речовини в плазмі крові, при якій вона не може бути повністю реабсорбована і починає вивільнюватися з сечею.

Наприклад, для глюкози ПВ = 10 ммоль/л. Якщо концентрація глюкози в плазмі нормальна (3,5 - 5,5 ммоль/л), то 99,9% глюкози реабсорбується в проксимальних канальцях і в кінцевій сечі глюкози практично немає.

При зростанні концентрації глюкози в крові від 5,5 ммоль/л до 10 ммоль/л продовжується майже повна реабсорбція глюкози. Нирковий поріг глюкози (10) майже в 2 рази більший за її нормальну концентрацію в плазмі (5,5). Це має велтке фізіологічне значення : втрата глюкози організмом при вживанні багатої на вуглеводи їжі не є небезпечною. При досягненні порога (10 ммоль/л) і його привищенні глюкоза починає екскретуватися з сечею - виникає глюкозурія. Оскільки глюкоза є осмотично активною речовиною, то глюкозурія супроводжується зростанням діурезу.

Реабсорбція глюкози.

Процес реабсорбції глюкози спряжений з транспортом Na. Із просвіту канальця в клітину канальця глюкоза надходить шляхом симпорту з Na. В апікальній мембрані клітин є спеціальні переносники для цього процесу. Із клітини канальця в міжклітинну рідину глюкоза надходить шляхом дифузії.

Інші вуглеводи (сахароза, лактоза) як і інулін не реабсорбуються і виводяться з сечою. Мальтоза розщеплюється ферментами щіточкової облямівки до глюкози, яка реабсорбується .

Реабсорбція амінокислот.

Процес реабсорбції амінокислот, як і глюкози, спряжений з Na. Із просвіту канальця в клітину амінокислоти надходять шляхом симпорт з Na. В епікаменій мембрані є спеціальні переносники для цього процесу. Існує 7 типів специфічних транспортних систем для переноса амінокислот (кислих, основних, нейтральних). Із клітини в міжклітинну рідину амінокислоти транспортуються пасивно.

При спадковій недостатності транспортних систем, при набутих їх порушеннях або при збільшенні вмісту амінокислот в крові, амінокислоти можуть з'являтися в сечі. Це явище називається гіпераміноацидурія.

Реабсорбція білків і пептидів.

В первинну сечу надходить невелика кількість білків і пептидів (глутатіон, інсулін, ангіотензин), які повністю реабсорбуються. Основний механізм реабсорбції білків - ендоцитоз. Вони поглинаються клітинами канальців з утворенням вакуолей, вакуолі зливаються з лізосомами, які містять ферменти. Утворені при гідролізі амінокислоти за градієнтом концентрації надходять у міжклітинну рідину. Пептиди розщеплюються пептидазами щіточкової облямівки. Утворені амінокислоти разом з Na надходять в епітеліоцит канальця і за градієнтом концентрації надходять в міжклітинну рідину.

Наявність білка в сечі - протеїнурія - може спостерігатись при деяких фізіологічних станах (фізичне навантаження), але за цих умов вона незначна. Велика кількість білка в сечі може спостерігатись при захворюваннях ниров, коли зростає проникність ниркового фільтру.

У канальцях I порядка відбувається також реабсорбция слабких органічних кліток і основ шляхом неіонної дифузії. Ці речовини в недисоційованному виді розчиняються в жирах і проходять через ліпідний бішар. Цей процес залежить від pH середовища в канальцях.

Швидкість реабсорбции слабких кислот у кислому середовищі зростает, а виведення їх з організму зменшується.

Швидкість реабсорбции основ у кислому середовищі зменшується, а виведення їх з організму збільшуються.

Ця закономірність широко використовується в клініці при отруєнні ліками. Так при отруєнні барбітуратами сечу улужнюють (вводять NaHCO3). При отруєнні лугами сечу закислюють (уводять гідрохлорид аргініну).

Реабсорбція в дистальному відділі канальців.

Особливості.

1. Вибірковість реабсорбції. Реабсорбція в цьому відділі визначається потребами організму і змінюється під впливом регуляторних механізмів.

Канальцева секреція - Процес переходу речовин із крові в сечу або процес переходу речовин, які утворилися в клітинах канальцевого епітелію в сечу.

Рис. 4

Склад сечі:

За добу в організмі утвориться близько 1,5 л сечі (ця кількість називається добовий діурез). Утворення більше 2-х л. сечі - поліурія, менш 500 мл - олігоурія.

Питома вага 1,016 - 1,022

РН = 4,6 - 8,0

95% H2O, 5% - сухий залишок.

у тому числі: сечовина - 292 ммоль/л

сечова кислота - 1,48 - 4,43 ммоль/добу

креатинін - 12 ммоль/л

сульфати - 24 ммоль/л

фосфати - 24 ммоль/л

Na - 142 ммоль/л

К - 54 ммоль/л

Са 5м/л - 38-77 ммоль/добу

Mg - 5 м/л

аміак - сліди.

гипуровая кислота - сліди.

Размещено на Allbest.ru

...