Физиология мочеотделения.

ФИЗИОЛОГИЯ МОЧЕОТДЕЛЕНИЯ.

В ходе обмена веществ в организме образуется большое количество продуктов, которые им не используются. Их надо выводить. Функция выделения присуща разным органам. Кожа выделяет через потовые железы (например, мочевая кислота), печень - с желчью (продукты распада гемоглобина), легкие выделяют летучие продукты (углекислый газ, алкоголь, эфир).

Но основной выделительный орган - это почки. Другие органы, даже в совокупности, деятельность почек заменить не могут. Двустороннее удаление почек неизбежно приводит к смерти.

Следует помнить, что почки - это полифункциональный орган.

Функции почек:

1) Экскретрная функция. Её нарушение сопровождается развитием острой или хронической почечной недостаточности и, как следствие этого, происходит отравление организма продуктами катаболизма белков (мочевина, мочевая кислота, креатинин и др.).

2) Поддержание некоторых физиологических констант (осмотическая константа, рН плазмы крови, объём ОЦК, уровень АД).

3) Выработка биологически активных веществ (ренин, урокиназа, тромбоксан, простациклин, брадикинин, эритропоэтин и др.).

4) Метаболическая функция – в клетках эпителия почечных канальцев расщепляются белки, осуществляется глюконеогенез, происходит обмен липидов, синтез мочевины, образование аммиака.

Физиология почек. Для почек основным физиологическим процессом является процесс образования мочи. Вспомним особенности строения почек. Их морфологической и функциональной единицей является нефрон.

Начинается нефрон двустенной чашей (капсула Боумена - Шумлянского). Внутри ее расположена капиллярная сеть сосудистого клубочка. Диаметр приносящего сосуда в 2 раза больше диаметра выносящего. И это неслучайно. Затруднение оттока приводит к сравнительно высокому гидростатическому давлению крови ~ 70 ммHg (в обычных капиллярах - 30-35 ммHg). Частично это повышение давления связано с близостью к почечной артерии и аорте. Давление 70 ммHg крайне необходимо для обеспечения нормальной работы почек. Начальный участок канальцевой системы называют проксимальным извитым канальцем. Затем он распрямляется и образует структуру, напоминающую шпильку для волос - петлю Генле. Эта петля опускается в мозговое вещество, делает там поворот и возвращается в корковое вещество, где снова переходит в извитой каналец (дистальный). Дистальный извитой каналец впадает в собирательную трубку, которая замыкает на себя несколько нефронов. Следует помнить, что по морфологическим критериям собирательная трубка к нефрону не относится, так как они происходят из разных эмбриональных зачатков. Связь между нефроном и собирательной трубкой вторична, т. к. эти трубки относятся к мочевыводящим путям (почечные лоханки, мочеточники и т.д.). Однако функционально собирательная трубка работает вместе с нефроном и тоже обеспечивает образование полноценной мочи.

Характеристика процесса мочеобразования.

Начальный процесс мочеобразования связан с появлением жидкости в полости капсулы нефрона (в двустенной чаше). Эта жидкость получила название первичной мочи.

Методом микропункции можно извлечь каплю этой мочи и провести ее химический анализ. Первичная моча в норме не содержит форменных элементов крови и в ней практически отсутствует белок. По всем прочим показателям первичная моча идентична плазме крови. (Для студентов это трудно уяснить психологически. Если задать вопрос: где больше глюкозы - в плазме крови или в первичной моче?, то многие затрудняются ответить, хотя ответ прост: одинаковое количество.)

Первичная моча в почечных клубочках образуется в результате биофизического процесса - фильтрации. (Воронка, фильтр. Наливаем взвесь. В пробирке получаем фильтрат. Все как в школе.)

Нарисуем фрагмент клубочка.

Что из себя представляет почечный фильтр?

1)Эндотелий капилляров (эти клетки имеют очень крупные поры, через которые может пройти практически все).

2)Базальная мембрана висцерального листка капсулы.

3)Клетки висцерального листка капсулы - подоциты (тоже имеют значительного размера поры).

Что же является истинным ограничителем фильтрационного процесса? Базальная мембрана. Она имеет самые мелкие поры. Под электронным микроскопом в ней обнаружена «лямина денса» - плотная пластинка с мельчайшими порами, пропускающими частицы с молекулярным весом не более 70 000 ЕД.

Вспомним вес плазменных белков: глобулины - 160 000 ЕД, альбумины - 70 000 ЕД. Т. е. они находятся на грани проходимости. Как только в почках возникают какие-либо проблемы, альбумины появляются в моче. Гемоглобин - 68 000 ЕД. Если в сосудах происходит гемолиз эритроцитов, то гемоглобин поступает в первичную мочу.

Основная сила определяющая направленность фильтрационного процесса - гидростатическое давление крови (70 ммHg). Оно выталкивает плазму за пределы капилляра. (Капилляр можно представить в виде шланга с дырками, из которых фонтанирует вода). Это важная, но не единственная сила.

Следует помнить о суммарном осмотическом давлении плазмы и давлении первичной мочи. Где давление больше? В плазме, т. к. там есть белок, следовательно осмотическое давление плазмы превышает давление первичной мочи на величину онкотического давления (помним, что эта сила препятствует выходу жидкости за пределы капилляра и примерно равна 30 ммHg).

Капсула заполняется жидкостью, которая оттекает не мгновенно. Она складируется, давит на стенки капсулы и препятствует процессу фильтрации. Давление первичной мочи в капсуле Боумена-Шумлянского равно ~ 20 ммHg.

Итак, какова же точная величина фильтрационного давления (F)?

F = Р _{гидростат. крови} - (Р _{онк.плазм}. + Р _{гидростат. первичн. мочи} ) F = 70 - (30 + 20) = 20 ммHg

Таким образом, 20 ммHg - истинное фильтрационное давление, определяющее динамику формирования первичной мочи.

Если давление в кровеносных капиллярах понизится всего на 20 ммHg, то образование первичной мочи прекратится, следовательно все прочие процессы будут блокированы. Это говорит о высокой значимости фактора кровяного давления.

Что происходит в канальцах? Общий характер процессов, происходящих в них, можно оценить сопоставляя цифры, характеризующие первичную и конечную мочу.

Общее количество первичной мочи в сутки: 150 - 180 л.

Вторичной: 1,5 - 2 литра (меньше в 100 раз).

Вывод: вода в канальцах подвергается обратному всасыванию - реабсорбции.

Концентрация глюкозы в первичной моче - 0,1% (как и в плазме). Во вторичной моче ее нет. Следовательно, реабсорбируется не только вода, но и многие другие компоненты, которые представляют интерес для организма. Кроме глюкозы стопроцентно реабсорбируются аминокислоты, витамины, некоторые виды белков.

Вопрос: как изменяется концентрация тех веществ во вторичной моче, которые не подвергаются реабсорбции? Ответ: их концентрация увеличивается примерно в 100 раз, т. к. уменьшилось количество мочи.

Мочевины в первичной моче 0,03%, во вторичной - 2% (в 67 раз больше). Мочевой кислоты в первичной - 0,004%, во вторичной - 0,05% (больше в 12 раз). Фосфатов во вторичной моче в 16 раз больше, сульфатов - в 90 раз (практически не реабсорбируются).

В заключении отметим, что первичный этап мочеобразования - это клубочковая фильтрация. В канальцевой системе развивается второй этап - обратное всасывание (реабсорбция).

Забегая вперед можно отметить, что эпителиальные клетки канальцев обладают способностью вводить в их просвет некоторые вещества. Этот процесс называют канальцевой секрецией (3-й этап).

Современная теория мочеобразования так и называется: фильтрационно-реабсорбционно-секреторная теория.

Механизмы реабсорбции. Хорошо изучены механизмы реабсорбции электролитов и воды. Имеются надежные данные о реабсорбции глюкозы, аминокислот, белковых молекул.

Основные реабсорбционные процессы в почечных канальцах разыгрываются в проксимальном отделе нефрона, который занимает сравнительно небольшое пространство. Дадим некоторые цифры по электролитам: ионы натрия и хлора реабсорбируются там на 60 - 80%, вода - на 60%. Здесь же реабсорбируется вся глюкоза, все аминокислоты и витамины, а также отдельные молекулы белка.

Этот каналец получил название - реабсорбант. Для сравнения - в дистальных канальцах интенсивность реабсорбции примерно в 5 - 6 раз ниже.

Разберем физиологические механизмы реабсорбции электролитов и воды. Изобразим фрагмент проксимального извитого канальца.

Следует отметить, что эпителиальные клетки канальца близки по строению к клеткам эпителия тонкого кишечника (тоже есть извитая каемка). Функция у них тоже одинаковая - всасывание, механизмы всасывания практически идентичны.

Ионов натрия в канальцах много, а в клетках мало, т. к. насосы постоянного его удаляют из клеток, следовательно создаются предпосылки для пассивного поступления натрия из канальцев по градиенту концентрации, с последующим выталкиванием его из эпителиальных клеток насосными системами. Установлено, что 90% всей энергии тратится на обеспечение бесперебойной работы натриевых насосов.

Вслед за натрием по электрическому градиенту идет хлор. За ними поступает вода, т. к. возникает локальный осмотический градиент.

Глюкоза реабсорбируется по тому же механизму, что и в кишечнике. Молекула взаимодействует с переносчиком, а движущий момент обеспечивается натрием. После поступления в клетку, глюкоза по диффузионному градиенту поступает в кровь. Аминокислоты реабсорбируется аналогично (работают те же 4 типа транспортных механизмов, что и в тонком кишечнике).

Реабсорбция белка протекает по типу микропиноцитоза.

В клетке пептидазы гидролизируют молекулу белка вплоть до образования аминокислот, которые выводятся из клетки в межклеточную жидкость через базальную мембрану посредством переносчиков и с помощью диффузионных механизмов.

Реабсорбция в петле Генле. Зачем она нужна?

Восходящая часть петли обладает уникальной способностью. Эпителиальные клетки восходящего колена интенсивно реабсорбируют ионы натрия, который переходит в мозговое вещество. За натрием следуют анионы хлора.

Возникает вопрос: в чем разница реабсорбционного процесса в проксимальных канальцах и в петле Генле? - Разница в том, что за ионами натрия и хлора в проксимальных канальцах уходит адекватное количество воды, а эпителий восходящего отдела петли Генле воду не пропускает. Следовательно, ионы натрия и хлора реабсорбируются изолированно, мозговое вещество становится гиперосмотичным по отношению к плазме крови.

В создании гипертоничности мозгового вещества определенная роль отводится мочевине, которая выходит из собирательных трубок и тоже оседает в мозговом веществе. Затем часть мочевины поступает в кровеносные сосуды, а другая часть перемещается путем диффузии в нисходящее колено петли Генле.

Зачем нужна эта гиперосмотичность? Какое отношение она имеет к процессу образования мочи?

Дело в том, что канальцевая жидкость, поступая в собирательные трубки, все еще содержит большое количество воды. Если бы она вся транзитом выходила, диурез бы составлял 30 - 40 литров в сутки. Это была бы малоконцентрированная моча. Мы знаем, что в норме образуется 1,5 - 2 литра мочи в сутки, следовательно, есть дополнительный механизм, который извлекает 28 - 38 литров воды. Куда исчезает эта вода? Каков механизм ее исчезновения?

Как только канальцевая жидкость по собирательным трубкам поступает в мозговое вещество, то, в связи с гигантским осмотическим градиентом, вода уходит в мозговое вещество, а затем в кровеносные сосуды. Это очень быстрый и эффективный процесс. Таким образом, мы получаем высококонцентрированную мочу в небольшом количестве.

Теперь мы можем ответить на вопрос о функции петли Генле. - Она обеспечивает получение высококонцентрированной мочи в малом объеме. Фактически мы имеем дело с концентрационным механизмом, который реализуется через реабсорбцию воды из собирательных трубок по избыточному осмотическому градиенту.

Небольшое дополнение к информации о процессе реабсорбции из собирательных трубок.

В проксимальных канальцах реабсорбируется 60-80 % ионов натрия и хлора и 50 % воды. Менее интенсивно реабсорбируется Na⁺ в дистальных канальцах с небольшим количеством воды. Какова принципиальная разница между процессами реабсорбции воды в проксимальных канальцах (да и во всех остальных фрагментах нефрона) и реабсорбцией воды в собирательных трубках? Может быть это идентичные процессы? [Эвалюционно петля Генле впервые появляется у птиц - у них выделяется высококонцентрированная моча.]

Реабсорбция воды во всех частях нефрона, кроме собирательных трубок - обязательная (облигатная), а реабсорбция воды в собирательных трубках - регулируемая, факультативная, необязательная.

Акцент лучше сделать на слове «регулируемая», т. е. процесс может протекать в большем или меньшем объеме, в зависимости от содержания воды в организме. Если воды в организме много, реабсорбция в собирательных трубках идет слабее, следовательно, вода из организма выводится в избыточном количестве. И наоборот, если воды мало, то реабсорбция воды становится максимальной - воду надо «экономить».

Какой фактор регулирует проницаемость эпителиальных клеток собирательных трубок? - Гормон вазопрессин (АДГ). При повышении содержания воды в организме выделение АДГ в кровь тормозится. Каким образом осуществляется регулирующее влияние вазопрессина на проницаемость эпителиальных клеток собирательных трубок?

Нарисуем собирательную трубку в разрезе.

АДГ действует на v-рецепторы (от слова vasopressin). Различают v₁- и v₂-рецепторы. Они располагаются на базальной мембране. Исходно, при отсутствии АДГ, эпителиальные клетки, особенно их апикальные мембраны, воду не пропускают. Вся вода с мочой транзитом уходит наружу.

При взаимодействии АДГ с v-рецепторами активируются протоплазматические механизмы. В составе эпителиальных клеток имеются трубчатые конструкции. При отсутствии гормона наблюдается ситуация 1 (см. рисунок). При появлении АДГ трубка встраивается в апикальную мембрану, образуется водный канал (ситуация 2). Чем больше гормона, тем больше каналов, тем выше проницаемость клеток для воды.

Теперь разберем некоторые закономерности процесса канальцевой секреции. Распрямим на схеме канальцевую систему.

В результате фильтрационного процесса все вещества (кроме белков) переходят в первичную мочу. Если вещество не реабсорбируется и не секретируется, то на выходе оно будет выделяться в том же количестве (I), то есть: m₁ = m₂.

Рассмотрим вторую ситуацию (II). Вещество А₂ переходит в состав фильтрата. Проходя канальцевую систему оно может реабсорбироваться (даже на 100%), но если переносчики не справляются, это вещество появится во вторичной моче. Получаем следующее уравнение: m₁ = R + m₂.

Вместе с тем, некоторое вещество А₃ фильтруется и переходит в первичную мочу (m₁). При этом может наблюдаться активный секреторный процесс, с использованием транспортных систем. Функция секреции выполняется эпителиальными клетками. Чаще всего интенсивно секретируются чужеродные вещества, случайно оказавшиеся в организме (антибиотики и др.). Уравнение будет выглядит так: m₂ = S + m₁.

Многие рентгенконтрастные вещества выводятся из почек секреторно. Интенсивно секретируются многие органические кислоты (особенно интенсивно - парааминогиппуровая (ПАГ) - при однократном прохождении крови через почки она вся оказывается в составе канальцевой жидкости).

Клетки почечного эпителия интенсивно секретируют протоны водорода и аммиак. Это важные механизмы поддержания почками кислотно-щелочного равновесия. Какая связь между этими катионами и КЩР?

В ходе метаболизма в организме образуется большое количество кислых продуктов. Суммарный продукт в сутки - 2 литра HCl. С этим кислотным напором необходимо вести борьбу. Как идет эта борьба?

Допустим, в ходе обмена веществ образовались радикалы:

Н-R₁ - слабая кислота (например, молочная);

H-R₂ - сильная кислота (например, фосфорная).

Кислота поступает в кровь. Первичная нейтрализация ее идет при взаимодействии кислоты с буферной системой (например, с карбонатным буфером):

H-R₁ + NaHCO₃ à Na-R₁ + H₂O + CO₂ Ý

Углекислый газ уходит через легкие. Соль Na-R₁ поступает в почки в составе первичной мочи, оказывается внутри канальцевой системы. Если эта соль выйдет из организма, то организм потеряет Na⁺ и буферы быстро перестанут работать. Вот тут проявляется роль почек: сбрасывание радикала и возврат натрия.

В некоторых клетках в апикальных мембранах есть ионообменный насос, который закачивает ионы натрия в клетку, а обратно сбрасывает Н⁺. Ионы натрия возвращаются в организм, восполняя щелочной резерв, а вместо натрия выделяется протон водорода. Т. о., формируется первичный кислый продукт, который выводится из организма. Этот механизм эффективно работает в отношении слабых кислот. Серная кислота или фосфорная так выводиться не могут. Как организм справляется с сильными кислотами?

H-R2 + NaHCO3 à Na-R2 + H2O + СO2Ý (легкие)

Клетки почечного эпителия в реакциях дезаминирования вырабатывают аммиак, который проходит через апикальную мембрану. Н⁺ взаимодействует с аммиаком: NH₃ + H⁺ à NH₄⁺. Образуется катион аммония, который теряет способность проникать через апикальную мембрану. Катион аммония взаимодействует с радикалом с образованием аммонийной соли: NH₄⁺-R₂, которая выводится из организма.

КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПОЧЕК

Почки - орган, деятельность которого можно точно определить количественно. Эти исследования широко используются в клинике.

1)Коэффициент очищения - КЛИРЕНС (С). Это ведущий количественный показатель деятельности почек.

Пусть концентрация некоторого вещества во вторичной моче ровна U мг/мл. Пусть концентрация этого вещества в плазме - Р мг/мл.

Пусть диурез (количество образующейся в единицу времени вторичной мочи; обычно определяется с помощью катетера, введенного в мочеточник для непрерывного определения) составляет V мл/мин.

Сколько исследуемого вещества человек выделяет в единицу времени? Как это определить?

Необходимо умножить «U» на «V». (U_мг/мл х V_мл/мин).

А теперь главный вопрос: в каком объеме плазмы содержится данное количество выводимого вещества?

Это отношение и стали называть клиренсом или коэффициентом очищения.

Что выражает клиренс? - Клиренс показывает какой объем плазмы полностью очищается от данного вещества за 1 минуту.

Проведем конкретный расчет. Для примера возьмем в качестве изучаемого вещества мочевину. Концентрация мочевины в плазме крови Р = 0,3 мг/мл. Концентрация ее во вторичной моче составляет U = 9 мг/мл.

Диурез V = 2 мл/мин. Посчитаем:

60 мл - это тот объем плазмы который почками полностью очищается от мочевины за 1 мин.

2)Определение клубочковой фильтрации. Эта величина показывает объем образующейся в единицу времени первичной мочи.

Как проводятся расчеты? - В организм вводят вещество ИНУЛИН (полимер фруктозы, напоминающий крахмал). Выводится инулин почками по схеме I (см. выше). Т. о.: m₁ = m₂ (в единицу времени). Сколько инулина прошло в фильтрат, столько же содержится и во вторичной моче.

Как определить m₂? - Для этого нужно знать концентрацию инулина во вторичной моче и диурез.

Пусть концентрация инулина во вторичной моче составляет U мг/мл. Диурез - V мл/мин.

Чтобы выйти на параметр «m₁» надо знать сколько образуется фильтрата в единицу времени и концентрацию инулина в фильтрате.

Как узнать концентрацию инулина в фильтрате? - Эта концентрация ровна концентрации вещества в плазме, следовательно, надо выполнить анализ крови и получить параметр Р мг/мл.

В норме фильтрация инулина ровно 120 мл/мин. Интересно, что несмотря на использование практически одной и той же формулы мы получаем цифры, выражающие разные параметры.

Из этого обстоятельства вытекают 2 вывода:

1)Если клиренс определяется для вещества, которое выводится почками без реабсорбции и секреции, то полученная цифра соответствует величине фильтрации.

2)В процессе вычисления клиренса для различных веществ можно установить способ выведения этих веществ через почки. При этом все вещества у которых клиренс меньше, чем у инулина (< 120 мл/мин) подвергаются частичной реабсорбции, а те у которых С больше, чем у инулина - активно секретируются в просвет канальца почечным эпителием.

Клиренс мочевины 60 мл/мин, следовательно, она частично реабсорбируется.

В свою очередь, парааминогиппуровая кислота (ПАГ) - активно секретируется, т. к. 100 % ее выводится за один проход через почки. Ее клиренс - 650 мл/мин.

Следует помнить, что клиренс - это величина условная. Дело в том, что когда кровь проходит через почки, концентрация веществ в плазме лишь снижается. Стопроцентного освобождения плазмы от веществ не происходит. Когда идет речь о 100 %-ом освобождении, то мы говорим о воображаемом понятии. Но этот параметр нагляден, удобен и точен. Есть, конечно, вещества для которых клиренс является величиной не условной, а абсолютной - например, ПАГ. Она интенсивно выделяется почками за счет мощной фильтрации и процесса секреции (особенно в проксимальных извитых канальцах). Зачем нам нужны эти подробности о ПАГ? - Есть практический смысл.

Клиренс ПАГ - это реальная величина.

Сопоставим понятие клиренса с тем, о чем шла речь выше. Кровь на 100% освобождается от ПАГ за один проход. Какое практическое следствие из этого вытекает? - Раз кровь полностью освобождается от ПАГ за один проход, то клиренс ПАГ фактически выражает плазмоток через две почки. Если подставить цифры в формулу, то мы получим 650 мл/мин.

3)Зная плазмоток можно легко определить важный критерий физиологической активности почек - почечный кровоток.

П_Кр = С_ПАГ х 2 = 1300 мл/мин

(Умножаем на 2, потому что учитываем эритроциты и прочие форменные элементы крови).

4)Следующий количественный показатель - величина канальцевой реабсорбции, т. е., количественная оценка реабсорбционной функции почек.

Нарисуем физиологическую схему.

Какое вещество хорошо реабсорбируется? - Глюкоза (100 %). Параметр R характеризует интенсивность и направленность реабсорбции глюкозы. Чтобы изучить этот вопрос нужно повысить концентрацию глюкозы в крови. Введем ее внутривенно. Концентрация глюкозы в первичной моче тоже увеличится. Транспортные системы работают напряженно, с полной отдачей (на 100 %). При превышении некоторого порога, несмотря на 100 %-ю работу транспортных систем, глюкоза появляется во вторичной моче. Как только она появилась во вторичной моче - это сигнал, что реабсорбционные системы, ее транспортирующие, работают максимально интенсивно.

Теперь можно рассчитать интенсивность реабсорбционного процесса.

Что такое m₁? - Некоторая масса глюкозы, поступающая в фильтрат в единицу времени; m₂ - это та масса глюкозы, которая выводится со вторичной мочой. Нарисуем исходное уравнение:

m₁ = R + m₂, следовательно, R = m₁ - m₂.

Как определить величины m₁ и m₂?

Начнем с m₂. Для того чтобы знать сколько глюкозы выводится в единицу времени надо знать концентрацию глюкозы во вторичной моче и диурез (катетер стоит в мочеточнике).

Как определить m₁? - Надо узнать концентрацию глюкозы в плазме крови (ведь в фильтрате ее столько же). И еще надо знать величину фильтрации (сколько в единицу времени образуется первичной мочи).

R = F x P - U x V (мг/мин)

Сколько образуется первичной мочи в единицу времени (в норме 120 мл/мин). Как мы эту величину получим у конкретного человека? - Для этого у нас есть ИНУЛИН! Следовательно, одновременно с глюкозой в кровь вводится и инулин для расчета клубочковой фильтрации (см. предыдущую лекцию).

Теперь если подставить цифры - получим R мг/мин.

5)Количественная оценка секреторной активности почек.

Секреция - процесс обратный реабсорбции. Некоторые вещества не только фильтруются, но и активно захватываются клетками канальцевого эпителия и сбрасываются в канальцевую систему.

Очень хорошо секретируется ПАГ. Для этого ее и вводят в кровь. U - концентрация ПАГ во вторичной моче. P - концентрация ПАГ в плазме крови.

Формула m₂ = m₁ + S позволяет рассчитать параметр S (секрецию).

S = m₂ - m₁ = U x V - P x F

F - фильтрацию определим вводя параллельно ПАГ и инулин.

Итак, 5 параметров, характеризующих мочеобразовательную функцию почек мы с вами разобрали.

РЕГУЛЯЦИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПОЧЕК

На вопрос какова основная функция почек, часто отвечают- регуляция водного обмена, минерального обмена и т. д. Или - образование мочи, выведение метаболитов. Все это правильно, но весьма приблизительно и неконкретно.

С точки зрения физиологии основной функцией почек считается осморегулирующая функция. Почки прежде всего заботятся о стабилизации осмотической константы в плазме крови.

Эта функциональная система обеспечивает поддержание осмотического давления плазмы крови на оптимальном уровне.

Осмотическая константа внутренней среды организма - самая жесткая константа. На протяжении жизни ее колебания минимальны. Это интегральный показатель, который отражает содержание воды и солей (в основном NaCl) в организме.

Малейшее отклонение улавливается специфическими рецепторными приборами (осморецепторами), которые располагаются во многих внутренних органах (печень, селезенка, сосуды). Но основное скопление осморецепторов находится в зоне переднего гипоталамуса (область супраоптического ядра). С точки зрения физиологов данные рецепторы (центральные) считаются главными.

Центр осморецепции представляет собой скопление нервных клеток, реагирующих изменением электрической активности на изменение концентрации ионов натрия в межклеточной жидкости. Фактически центральные осморецепторы являются натриевыми рецепторами. Но это не существенно, т. к. Na⁺ - основной элемент от которого зависит параметр «Р_осм». Ионы натрия можно рассматривать как детектор осмотического давления межклеточной жидкости.

Импульсация от всех осморецепторов поступает в центр жажды (локализуется в гипоталамус). Он располагается в составе нейронных комплексов того же супраоптического ядра.

В Швеции на козах проводили опыты, адекватно раздражая эту зону путем введения канюли, через которую поступал гипертонический раствор хлорида натрия. Как только NaCl попадал в супраоптическое ядро - у животного возникала жажда.

Если возникает тенденция отклонения осмотической константы в сторону увеличения, импульсация от осморецепторов поступает в центр жажды. Это возбуждение активирует кору головного мозга и чувство жажды формируется на корковом уровне. Кора формирует специфический тип поведения, направленный на поиск воды в среде обитания. Найденная вода потребляется, всасывается и изменяет константу «P_осм». Количество потребленной воды зависит от первичного возбуждения осморецепторов и активности центра жажды.

Возникает справедливый вопрос - а где же здесь почки?

Почки - это важный эффектор, выполняющий особую функцию. В основном ее роль затрагивает антидиуретические механизмы.

Рассмотрим это звено. Если осморецептор возбуждается, его возбуждение приводит к активации клеток супраоптического ядра. Аксоны этих клеток уходят в заднюю долю гипофиза. Пресинаптическая мембрана аксонов выделяет антидиуретический гормон (по типу выделения медиатора), который складируется в гипофизе и, по мере необходимости, выделяется в кровь, поступая к почкам.

На что действует АДГ мы уже разбирали в предыдущей лекции. (Гормон взаимодействует с v-рецепторами базальных мембран эпителия собирательных трубочек и вызывает транслокацию структур апикальных мембран этих клеток - встраиваются трубчатые конструкции, что резко повышает проницаемость собирательных трубок. Реабсорбция воды повышается, а объем выводимой жидкости резко сокращается.)

Следовательно, антидиуретические механизмы должны активироваться (ставим в функциональной схеме "плюс"). Этот механизм обеспечивает режим жесткой экономии воды в организме, пока идет поиск экзогенной воды. Т. о., сброс воды резко уменьшается. Константа осмотического давления стабилизируется.

Следующий вопрос: ПОЧКИ И ВОЛЮМОРЕГУЛЯЦИЯ.

Почки выступают в качестве рабочего инструмента в составе функциональной системы волюморегуляции, которая обеспечивает поддержание на оптимальном уровне объема внеклеточной жидкости организма (кровь + межклеточная жидкость). Это очень важный параметр, который не должен значительно изменяться.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СИСТЕМА ВОЛЮМОРЕГУЛЯЦИИ

В качестве объекта регуляции выступает параметр «V» - объем внеклеточной жидкости.

Системы осморегуляции и волюморегуляции очень похожи, т. к. имеют общие механизмы. Но параметры регуляции у них разные, и регулируются они независимо друг от друга. В данном случае речь идет о регуляции изотонической жидкости.

Колебания изменения параметра «V» улавливаются волюморецепторами, которые располагаются в венозной части сосудистой системы. Это барорецепторы низкого давления. Однако, основное скопление этих рецепторов находится в стенках предсердий (функционально волюморецепторы левого и правого предсердия существенно отличаются друг от друга).

Оценим конкретные механизмы волюморегуляции.

Представим, что в организме увеличился объем циркулирующей жидкости. Каким образом это обстоятельство скажется на заполнении венозной части сосудистой системы? - Она заполнится как следует, т. е. значительно. При этом во время диастолы будет происходить дополнительное увеличение объема.

Во время диастолы увеличивается растяжение мышцы левого предсердия, что вызывает активацию волюморецепторов, расположенных в нем.

Импульсация по волокнам блуждающего нерва поступает в центр жажды (активируются тормозные нейроны), что приводит к угнетению активности гормонпродуцирующих клеток супраоптического ядра. Продукция АДГ снижается, что приводит к снижению реабсорбции воды в собирательных трубочках нефрона и сбросу лишней воды за пределы организма.

Но если будет выводится вода в чистом виде, то это повлечет за собой изменение константы осмотического давления «Р_осм». Следовательно, необходимо в адекватных количествах сбрасывать хлорид натрия.

Механизм этого сброса связан с активацией волюморецепторов правого предсердия. Импульсация от этих рецепторов поступает к нервным клеткам, расположенным здесь же - в правом предсердии. Возбуждение нервных клеток правого предсердия вызывает активацию гормонпродуцирующих клеток указанного предсердия, которые выделяют в кровь натрий-уретическй гормон.

Что делает этот гормон? - Он с током крови поступает к почкам и угнетает натриевые насосы канальцевого эпителия, что приводит к угнетению реабсорбции ионов натрия и возрастанию натрийуреза. Сброс ионов натрия за пределы организма увеличивается. Т. о., объем циркулирующей жидкости понижается без изменения константы осмотического давления плазмы крови.

Возвращаясь к схеме волюморегуляции, на основании всего вышеизложенного, следует отметить, что возбуждение волюморецепторов тормозит центр жажды, а это приводит к возбуждению механизмов выведения воды и механизмов сброса солей.

Рассмотрим противоположную ситуацию - объем циркулирующей жидкости понизился. В данной ситуации все обозначенные механизмы срабатывают с обратным знаком. Но есть еще один важный механизм. Он связан с работой юкста-гломерулярного комплекса (оклоклубочковый комплекс).

Вернемся к нефрону.

Функциональные и гистологические исследования показывают, что часть приносящей артериолы покрыта особыми эпителиоидными клетками, которые обладают гормональной активностью. Гормон, вырабатываемый ими называется - ренин.

Следует отметить, что дистальный извитой каналец, изгибаясь, всякий раз образует контакт с эпителиоидными клетками. Контактирующие клетки извитого канальца формируют так называемое «плотное пятно».

При каких условиях происходит выброс ренина в кровь?

1) Барорецептивный механизм. При снижении объема циркулирующей крови понижается кровяное давление и ухудшается поступление крови в почки. Давление на эпителиоидные клетки тоже уменьшается, что, собственно, и является пусковым фактором выделения ренина.

2) Нервный механизм. При снижении АД компенсаторно активируется симпатическая нервная система. Эпителиоидные клетки иннервированы симпатическими волокнами. Следовательно, при снижении сосудистого тонуса будет усиливаться продукция ренина.

3) Хеморецептивный механизм. При снижении артериального давления нарушается процесс фильтрации, следовательно, в дистальных извитых канальцах будет уменьшаться концентрация ионов натрия. Эта информация фиксируется эпителиоидными клетками и приводит к активации их гормональной активности.

Изобразим еще раз схему волюморегуляции, но с некоторыми существенными дополнениями.

Объект регуляции - объем внеклеточной жидкости «V». От чего он зависит? - От выведения воды. Выведение воды всегда синхронизировано с выведением солей (в частности, с выведением NaCl). Только в этом случае не будет нарушаться осмотическое равновесие.

Волюморецепторы левого и правого предсердия работают по разному: рецепторы левого предсердия - контролируют процесс выведения воды. При повышении ОЦК они возбуждаются, посылая импульсы в центр жажды (угнетают его), что приводит к уменьшению продукции АДГ и усиленному выведению воды. Происходит компенсация сдвига.

Но если бы дело ограничивалось только водой, то где бы мы проиграли? -В регуляции константы осмотического равновесия.

Выведение солей обеспечивается волюморецепторами правого предсердия. Этот процесс не связан с вовлечением центральных структур. Эти рецепторы регулируют выработку натрий-уретического гормона, который способен блокировать работу натриевых насосов, что приводит к выведению ионов натрия и предупреждению сдвига осмотической константы «P_осм».

Что происходит при уменьшении объема циркулирующей крови, объема жидкости? - Все указанные процессы протекают в противоположном направлении. Значительная роль в компенсации данных изменений отводится ренину.

Все механизмы приводящие к выбросу ренина названы в предыдущей лекции (барорецептивный, нервный, хеморецептивный).

Каковы последствия поступления ренина в кровь?

Уменьшение константы «V» приводит к снижению гидростатического давления крови, что значительно нарушает кровоток в почках (снижается гидростатическое давление в приносящей артериоле и почечных клубочках).

Как только эта цепь событий сработает почки начинают выделять ренин в кровь. Ренин по своей сути является протеолитическим ферментом. Он взаимодействует в плазме крови с одним из ее глобулинов (a₂-глобулин) и превращает его в биологически активное вещество - ангиотензин. Ангиотензин через кровь действует на центр жажды, формируя поведенческий цикл, направленный на поиск воды. В организм поступает экзогенная вода.

Помимо этого ангиотензин оказывает действие на надпочечник. (Такое название ангиотензин получил в связи с его способностью повышать тонус гладкомышечных элементов сосудов. Это одно из самых мощных БАВ, повышающих сосудистый тонус.)

Сосуды суживаются, повышается кровяное давление. Это важный фактор для нормализации почечного кровотока. Гидростатическое давление в почечных клубочках повышается.

Вернемся к надпочечникам. Под влиянием ангиотензина они вырабатывают минералокортикоидный гормон - альдостерон. Это важный элемент цепи событий стабилизирующих валюмометрическую константу. Альдостерон с током крови поступает в почки, где он в отличии от натрий-уретического гормона усиливает реабсорбцию ионов натрия, активирует натриевые насосы.

Возникает вопрос: Если реабсорбируются ионы натрия и хлора, какой процесс должен протекать параллельно в почках? Какой еще фактор срабатывает? - Возникает локальный осмотический градиент, что приводит к облигатной реабсорбции воды (в проксимальных и дистальных извитых канальцах). Вода задерживается в большем количестве.

Таким образом, задерживаются соли и вода. В организм поступает экзогенная вода. Эта триада факторов срабатывает в направлении стабилизации валюмометрической константы.

Увеличение объема снимает активность всех факторов, способствующих выделению ренина.

Вопрос: какая частая острая патологическая ситуация может привести к снижению объема циркулирующей крови? - Кровопотеря. При этом состоянии присутствуют все этапы, указанные в схеме.

Валюмометрическая константа регулируется параллельно с осмотической константой. Но акценты тонких механизмов регуляции этих двух констант расставлены по разному.

Дата добавления: 2015-10-21