Лекція №12
Тема:ФІЗІОЛОГІЯ ВИДІЛЕННЯ
дисципліни Фізіологія
Спеціальність 5.12010102 Сестринська справа
План
1. Морфо-функціональна характеристика нирок і сечовидільної системи.
2. Функції нирок
3. Будова нефрона
4. Сечоутворення
5. Особливості клубочкової фільтрації
6. Механізм реабсорбції.
7. Кінцева сеча, її кількість та склад
Зміст
Нирки є парним органом, розміщеним за брюшиною, по одній з кожного боку від хребта. Медіальний бік їх має заглиблення, яке називають воротами. Через ворота проходять судини і нерви, там розміщена ниркова миска – лійкоподібне продовження верхньої частини сечовода.
Ниркова миска розділяється на чашечки. Малі чашечки покривають вершини тканини конусоподібної форми, що називаються нирковими пірамідами.
У тканині нирок розрізняють дві великі зони: внутрішню, мозкову речовину нирок, і зовнішню, кіркову речовину нирки. Мозкова речовина складається з ниркових пірамід, які проникають у малі чашечки. Верхівка піраміди називається сосочком. Кожна піраміда мозкової зони, разом з ділянкою кіркової зони нирки, утворюють часточку.
Структурно-функціональною одиницею нирки є нефрон. У кожній нирці їх нараховується понад 1 млн. Нефрон складається з судинного клубочка (мальпігієве тільце), капсули ниркового клубочка (капсули Шумлянського-Боумена) та ниркових канальців. Судинний клубочок включає в себе від 50 до 160 капілярів, на які розпадаються приносна артеріола – vas afferens.
Функції нирок
Оскільки основною функцією нирок є гомеостатична, тобто підтримка сталості внутрішнього середовища, то пошкодження цих органів проявляється насамперед порушеннями гомеостазу.
У нирках відбувається дві групи процесів, що забезпечують підтримку гомеостазу: 1) сечоутворення (екскреторна функція) і 2) вивільнення в кров гормонів, ферментів, біологічно активних речовин і сполук (інкреторна функція).
І. Розлади екскреторної функції нирок можуть бути обумовлені порушеннями:
1) клубочкової (гломерулярної) фільтрації;
2) каналъцевої реабсорбції;
3) каналъцевої секреції.
З розладами екскреторної функції нирок пов’язані:
1) порушення водного гомеостазу - зміни об‘єму позаклітинної рідини (гіпер- і гіпогідрія);
2) порушення осмотичного гомеостазу - гіпер- і гіпоосмія;
3) порушення балансу електролітів у позаклітинній рідині (дисіонія);
4) порушення кислотно-лужної рівноваги (найчастіше негазовий ацидоз);
5) порушення хімічного складу плазми крові, що проявляється, з одного боку, нагромадженням кінцевих продуктів метаболізму (азотемія), з іншого, - втратою необхідних організму органічних сполук (гіпопротеінемія, гіпоамінонемія, гіпоглікемія).
ІІ. Розлади інкреторних функцій нирок проявляються порушеннями:
1) секреції реніну юкстагломерулярним апаратом нирок, а також ниркових
депресорних факторів;
2) вивільнення еритропоетинів і інгібіторів еритропоезу;
3) утворення гормонально активної форми вітаміну D.
Розлади інкреторної функції нирок можуть обумовлювати розвиток:
1) артеріальної гіпертензії; 2) анемії; 3) ниркової остеодистрофії -порушення фосфорно-кальцієвого обміну.
Вище описані розлади екскреторної і інкреторної функції нирок спостерігаються при недостатності нирок.
Недостатність нирок - це патологічний стан, який характеризується порушенням сталості внутрішнього середовища організму, внаслідок нездатності нирок здійснювати свою гомеостатичну функцію.
Нирки приймають важливу участь у забезпеченні життєдіяльності організму не тільки шляхом утворення сечі певного складу, але й виділення в кров різних речовин. Здатність нирок продукувати сечу певного складу забезпечує такі функції (сечоутворюючі):
1. Регуляція балансу води і неорганічних іонів.
2. Видалення кінцевих продуктів обміну з крові і їх екскреція з сечею.
3. Екскреція чужорідних хімічних речовин і з'єднань, що надійшли в організм ззовні.
Крім цих функцій нирки, виділяючи в кров певні речовини, виконують такі функції (сечонеутворюючі):
1. Ендокринну (інкреторну).
2. Метаболічну.
Основна функція нирок зводиться до регуляції об'єму, осмолярності, мінерального складу і кислотно-лужного стану організму шляхом екскреції води і мінеральних електролітів в кількостях, необхідних для підтримування їх балансу в організмі і нормальної концентрації цих речовин у позаклітинній рідині. До іонів, які регулюються таким чином, відносяться натрій, калій, хлор, кальцій, магній, сульфат фосфат і іони водню.
Нирки забезпечують видалення кінцевих продуктів обміну. До таких речовин відносяться сечовина (утворюється з білків), сечова кислота (утворюється з нуклеїнових кислот), креатинін (утворюється з креатину м'язів), кінцеві продукти розпаду гемоглобіну, метаболіти гормонів т. ін.
Багато чужорідних речовин, які потрапляють в організм ззовні, екскретуються з сечею. Це ліки, харчові додатки, пестициди та ін.
У нирках виробляються активні речовини, що дозволяє розглядати їх як важливий ендокринний орган, який продукує ренін, еритропоетин, активну форму вітаміну D3.
Ренін, надходячи в кров, запускає ренін-ангіотензин-альдостеронову систему.
Секреція реніну в юкстагломерулярному апараті регулюється такими основними впливами. По-перше, величиною артеріального тиску в приносній артеріолі. Зниження тиску веде до посилення секреції реніну і навпаки. По-друге, секреція реніну залежить від концентрації натрію в сечі дистального канальця. Збільшення концентрації натрію в сечі канальця, веде до підвищення секреції реніну. По-третє, секреція реніну регулюється симпатичними нервами через бета-адренорецептори. По-четверте, регуляція здійснюється за механізмом зворотнього зв'язку через вміст у крові ангіотензину ІІ і альдостерону.
Клітини юкстагломерулярного апарату нирок продукують фермент ренін у відповідь на зниження ниркової перфузії або зростання впливу симпатичної нервової системи. Він перетворює ангіотензиноген (α2-глобулін), що синтезується в печінці, в ангіотензин І. Ангіотензин І, під впливом ангіотензинперетворюючого ферменту в судинах легень, перетворюється в ангіотензин II.
Ангіотензин-ІІ володіє сильною вазоконстрикторною дією. Системний судиннозвужуючий ефект супроводжується зменшенням кровотоку в нирках, кишках і шкірі і збільшенням його в мозку, серці і надниркових залозах. Проте дуже великі дози ангіотензину II можуть викликати звуження судин серця і мозку. Встановлено, що збільшення вмісту реніну і ангіотензину в крові посилює відчуття спраги і навпаки. Крім цього ангіотензин II безпосередньо, або, перетворившись в ангіотензин III, стимулює виділення альдостерону. Альдостерон, що виробляється в кірковому шарі надниркових залоз, володіє надзвичайно високою здатністю посилювати зворотнє всмоктування натрію в нирках, слинних залозах, травній системі, змінюючи таким чином чутливість стінок судин до впливу адреналіну і норадреналіну. Враховуючи тісний взаємозв'язок між реніном, ангіотензином і альдостероном їх фізіологічні ефекти об'єднують однією назвою ренін-ангіотензин-альдостеронова система.
Еритропоетин – це пептидний гормон, який приймає участь в регуляції продукції еритроцитів кістковим мозком. Стимулом до його секреції є зниження вмісту кисню в нирках.
Активна форма вітаміну D3 – це стероїдний гормон, який утворюється в клітинах проксимального канальця і стимулює всмоктування кальцію в кишках, суттєво посилює резорбцію кісток і активує реабсорбцію кальцію в канальцях нирок.
У нирках синтезується активатор плазміногену – урокіназа.
Найважливіша роль у видаленні продуктів життєдіяльності належить ниркам. Крім видалення шлаків, нирки виконують також функції щодо підтримки параметрів гомеостазу крові, регулювання кровообігу.
Будова нефрона
Структурно-функціональною одиницею нирки є нефрон. Залежно від місця розташування в нирці виділяють суперфіціальні (поверхневі), інтракортикальні і коломозкові нефрони.
Нефрон складається з судинного клубочка, капсули ниркового клубочка (Капсули Шумлянського-Боумена) та ниркових канальців. Судинний клубочок включає в себе від 50 до 160 капілярів, на які розпадається приносна артеріола. Капіляри клубочка збираються у виносну артеріолу. До капілярів прилягає внутрішня стінка двошарової капсули ниркового клубочка. Простір між двома шарами капсули сполучається з просвітом канальця.
Канальці починаються проксимальною звивистою частиною, яка переходить у низхідний відділ петлі нефрона (петлі Генле). Висхідний відділ петлі нефрона піднімається до рівня капілярів свого ж нефрона, де переходить у дистальний звивистий каналець. Початкова частина цього відділу доторкується до клубочка між приносною і виносною артеріолами. Дистальний звивистий каналець переходить у збиральну трубку, яка починається в кірковій речовині нирки, спускається в мозкову речовину, де і залишається з іншими канальцями. Діаметр капсули ниркового клубочка становить близько 0,2 мм,а довжина канальців одного нефрона – близько 35-50 мм. Від розташування кожної із частин нефрона залежить їх функція.
Сечоутворення
Процес сечотворення відбувається при взаємодії усіх структур нефрона і капілярів. Можна виділити 3 основні фізіологічні процеси, які відбуваються в комплексі і забезпечують утворення кінцевої сечі: клубочкова фільтрація, канальцева реабсорбція та секреція.
Особливості клубочкової фільтрації
Кров, яка тече по капілярах клубочка, від фільтрату, який міститься в порожнині між двома листками капсули ниркового клубочка, відокремлює ниркова мембрана, що складається з 3 шарів: ендотелію, базальної мембрани і епітеліальних клітин – подоцитів.
Шар ендотелію має круглі або овальні отвори, які займають до 30% площі мембрани. Подоцити переплітаються відростками, між якими також утворюються щілини. Найменш проникною є базальна мембрана. Вона утворюється колагеновими волокнами і являє собою сітчасту структуру.
Таким чином, в умовах фізіологічної норми розміри пор визначають склад клубочкового фільтру. В нормі у фільтраті можна виявити майже всі речовини, які містяться в плазмі крові, за винятком білків великих розмірів. Кількість фільтрату, швидкість його утворення залежать від ефективного фільтраційного тиску та коефіцієнту фільтрації. Фільтрація відбувається без витрати енергії. Це пасивний вид транспорту речовини.
Ефективний фільтраційний тиск (ЕФТ) є сумою сил, які впливають на фільтрацію. Збільшує фільтрацію гідростатичний тиск (Рк) крові клубочка, протидіють цьому – онкотичний тиск крові (Ро) та гідростатичний тиск рідини, яка міститься в проміжку капсули (Рк):
ЕФТ = Рк – (Ро + Рк)
У звичайних умовах ЕФТ дорівнює: 65 – (25+15) = 25 мм рт.с.т. (33 кПа).
Коефіцієнт фільтрації (КФ) залежить від проникності мембрани. При патології, коли збільшуються пори ниркового "сита", значно змінюється швидкість фільтрації:
ШФ = ЕФТ • КФ (мл/хв)
У чоловіків ШФ становить близько 125 мл/хв, а у жінок – 110 мл/хв з розрахунку на 1,73 м2 прощі поверхні тіла. У фільтрат надходить приблизно 1/3 плазми, яка проходить через нирку. Внаслідок цього за добу утворюється 150-180 л фільтрату (первинної сечі). Тобто вся плазма крові очищається нирками 60 разів на добу.
Швидкість клубочкової фільтрації підтримується практично на постійному рівні. Правда вночі, вона суттєво знижується.
Оцінити клубочкову фільтрацію можна за коефіцієнтом очищення (кліренсом). Кліренс речовини – це об'єм плазми, який повністю очищається від певної речовини за одиницю часу. Кожна речовина плазми має свою власну величину кліренса.
Для визначення швидкості клубочкової фільтрації використовують інертні нетоксичні речовини, не зв'язані з білками плазми крові, що вільно проходять через пори мембрани шляхом фільтрації і не підлягають ні реабсорбції, ні секреції. Такими речовинами є інулін, ендогенний креатинін та ін.
Швидкість клубочкової фільтрації вимірюють у мілілітрах за 1 хв на 1,73 м2 поверхні тіла і кількісно вона відповідає кліренсу:
Сin = Uin – Pin ּV,
де Сin – кліренс інуліну, або швидкість клубочкової фільтрації; Uin – концентрація інуліну в сечі; Pin – концентрація інуліну в плазмі крові; V – кількість сечі (мл/хв).
З віком швидкість клубочкової фільтрації зменшується і її поправку на вік можна зробити за формулою:
Сin = 153,2 – 0,96 ּ вік (у роках)
У регуляції швидкості клубочкової фільтрації важливу роль відіграють два внутрішньониркових механізми ауторегуляції: міогенний механізм та канальцево-клубочковий зворотній зв'язок.
Ауторегуляція практично зникає при середньому артеріальному тиску нижче 70 мм рт.ст. і тоді вона не є регулятором швидкості клубочкової фільтрації.
Аферентні і еферентні артеріоли клубочків отримують симпатичну інервацію. Норадреналін, який виділяється в закінченнях цих нервів, діє на альфа-адренергічні рецептори і викликає звуження артеріол із наступним зниженням швидкості клубочкової фільтрації.
Скорочення мезангіоцитів, а відповідно і зменшення клубочкової фільтрації спостерігається під впливом вазопресину (АДГ).
Підвищена активність ниркових симпатичних нервів та збільшена продукція ангіотензину ІІ сприяють синтезу простагландинів – вазодилятаторів аферентних і еферентних артеріол. Розширення артеріол клубочків веде до зростання швидкості клубочкової фільтрації. Подібний ефект, внаслідок вазодилятації обох судин, виникає під впливом ацетилхоліну, дофаміну, оксиду азоту (NO)
Особливості процесів реабсорбції в канальцях нирок
Первинна сеча, проходячи по канальцях та збиральних трубочках, перед тим, як перетворитися на кінцеву сечу, зазнає значних змін. Різниця полягає не тільки в її кількості (із 180 л залишається 1-1,5 л), але й якості. Деякі речовини, потрібні організму, цілком зникають із сечі або їх стає набагато менше. Відбувається процес реабсорбції. Концентрація інших речовин у багато разів збільшується: вони концентруються при реабсорбції води. Ще інші речовини, яких взагалі не було в первинній сечі, з'являються в кінцевій. Це відбувається в результаті їх секреції.
Канальцева реабсорбція відбувається у всіх відділах, але її механізм в різних частинах не одинаковий.
Процеси реабсорбції можуть бути активними або пасивними. Для здійснення активного процесу потрібно, щоб були специфічні транспортні системи та енергія. Пасивні процеси відбуваються, як правило, без витрати енергії за законами фізики і хімії.
У проксимальних звивистих канальцях повністю реабсорбуються амінокислоти, глюкоза, вітаміни, мікроелементи. В цьому ж відділі реабсорбується близько 2/3 води та неорганічних солей Nа+, К+, Са2+, Мg2+, Сl–, НСО–, тобто ті речовини, які потрібні організму для його діяльності. Механізм реабсорбції головним чином прямо чи посередньо пов'язаний з реабсорбцією Nа+.
Реабсорбція натрію Більша частина Nа+ реабсорбується проти градієнту концентрації за рахунок енергії АТФ. Реабсорбція Nа+ здійснюється в 3 етапи: перенесення іона через апікальну мембрану епітеліальних клітин канальців, транспортування до базальної або латеральної мембрани та перенесення через зазначені мембрани в міжклітинну рідині і в кров. Основною рушійною силою реабсорбції є перенесення Nа+ за допомогою Nа+, К+–АТФази через базолатеральну мембрану. Це забезпечує постійне відтікання іонів з клітин. Унаслідок цього Nа+ за градієнтом концентрації за допомогою спеціальних утворень ендоплазматичного ретикулуму надходить до мембран, повернутих до міжклітинного середовища.
Порушення реабсорбції електролітів (К+, Na+, Са++, Сl-) і фосфатів. Зниження реабсорбції електролітів спостерігається:
- при зменшенні продукції наднирниковими залозами альдостерону,
- при пошкодженнях епітелію ниркових канальців (запального, дистрофічного характерів),
- при використанні деяких медикаментозних препаратів – інгібіторів реабсорбції електролітів у ниркових канальцях (фуросемід та інші
діуретики).
- при спадкових і набутих дефектах транспортних систем (фосфатний нирковий діабет, синдром Фанконі, отруєння флоридзином).
Внаслідок цього постійно діючого конвейєра концентрація іонів в середині клітини і особливо поблизу апікальної мембрани стає значно нижчою, ніж з другого її боку. Це сприяє пасивному надходженню Nа+ в клітину по іонному градієнту. Таким чином, 2 етапи натрієвої реабсорбції клітинами канальців є пасивними і лише один, кінцевий, потребує витрат енергії. Крім того, частина Nа+ реабсорбується пасивно по міжклітинних проміжках разом із водою.
Реабсорбція глюкози Глюкоза реабсорбується разом із транспортом Nа+. В апікальній мембрані клітин є спеціальні транспортери. Це білки з молекулярною масою 320 000, які в початкових відділах проксимального канальця переносять один Nа+ та одну молекулу глюкози (поступове зменшення концентрації глюкози в сечі призводить до того, що в наступній ділянці канальця для перенесення однієї молекули глюкози використовується вже два Nа+). Рушійною силою цього процесу є також електрохімічний градієнт Nа+, На протилежному боці клітини комплекс Nа-глюкоза-переносник розпадається на три елементи. Внаслідок цього звільнений переносник повертається на своє колишнє місце і знову набуває здатності переносити нові комплекси Nа+ та глюкози. В клітині концентрація глюкози збільшується, завдяки чому утворюється градієнт концентрації, який спрямовує її до базально-латеральних мембран клітини та забезпечує вихід у міжклітинну рідину. Звідси глюкоза надходить у кровоносні капіляри і повертається в загальний кровообіг. Апікальна мембрана не пропускає глюкозу назад у просвіт канальця.
Реабсорбція глюкози відбувається шляхом її фосфорилювання на мембранах епітеліоцитів канальців за допомогою ферменту глюкокінази (гексокінази)і глюкозо-6-фосфатази, які продукуються епітеліоцитами. Якщо концентрація глюкози в крові і первинній сечі (фільтраті) не перевищує 180 мг (10 ммоль/л), то глюкозурія відсутня.
Реабсорбційний кліренс за глюкозою = 0
П р и ч и н и глюкозурії: а) аліментарна (надмірне вживання вуглеводів), б) цукровий діабет (зменшення продукції інсуліну, за рахунок чого зростає концентація глюкози в крові понад 180 мг%, крім того, спостерігається зниження активності глюкокінази епітеліоцитів ниркових канальців), в) пошкодження епітелію канальців (дистрофічні зміни, некроз), г) спадково обумовлений дефіцит глюкокінази (гексокінази) і глюкозо-6-фосфатази, д) отруєння флоридзином
(полісахарид, який міститься в клеї фруктових дерев, веде до блокування процесів фосфорилювання глюкози в епітелії ниркових канальців, е)ускладнена вагітність (накопичення токсичних речовин, близьких до флоридзину), є) стрес, який є причиною:
- посиленого розпаду глікогену у депо,
- посилення глюконеогенезу,
- підвищення продукції глюкокортикоїдів, які блокують глюкокіназу.
Реабсорбція амінокислот Реабсорбція амінокислот відбувається за таким же механізмом, як і реабсорбція глюкози. Повна реабсорбція амінокислот відбувається вже в початкових відділах проксимальних канальців. Цей процес також пов'язаний з активною реабсорбцією Nа+ через апікальну мембрану клітини.
Виявлено 4 типи транспортних систем: а) для основних; б) для кислих; в) для гідрофільних; г) для гідрофобних амінокислот. Із клітини амінокислоти пасивно по градієнту концентрації проходять через мембрану в міжклітинну рідину, а звідти – в кров.
Особливості реабсорбції білків Механізм реабсорбції білків значно відрізняється від механізму реабсорбції описаних сполук. Потрапляючи в первинну сечу, невелика кількість білків у нормі майже повністю реабсорбується шляхом піноцитозу. В цитоплазмі клітин проксимальних канальців білки розпадаються за участю лізосомальних ферментів. Амінокислоти, які утворюються, за градієнтом концентрації з клітини надходять у міжклітинну рідину, а звідти – в кровоносні капіляри. Таким шляхом може реабсорбуватися до 30 мг білка за 1 хв. При ушкодженні клубочків у фільтрат потрапляє більше білків і частина їх може надходити в сечу (протеїнурія).
За нормальних умов у первинній сечі міститься 30 мг% альбумінів, у вториній сечі білок відсутній, оскільки альбуміни повністю реабсорбуються у ниркових канальцях.
