СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПОЧЕК

Почки у млекопитающих обычно бобовидной формы, за ис­ключением некоторых жвачных: у крупного рогатого скота почка фрагментирована, но у лосей фрагментация более выражена. Поч­ки располагаются на задней брюшной стенке за пределами брюш­ной полости, на равном расстоянии от позвоночного столба и ок­ружены фасцией, под которой жировая прослойка. Паренхима почки окружена фиброзной капсулой, покрывающей выпуклый наружный край органа. Внутренний, вогнутый край формирует ворота почки, открывающие доступ в почечную пазуху, в которой располагается почечная лоханка и через которые входят артерия, нервы, а также выходят вена, лимфатические сосуды и мочеточ­ник. Анатомически почка млекопитающих разделена на две зоны: внешнюю корковую красно-коричневого цвета и внутреннюю моз­говую, разделенную на наружную (прилежащую к корковой) лилово-красного цвета и сосочек беловато-желтого цвета (рис. 8.1). Мас­са почек по отношению к массе тела составляет 1/200 его часть. Ежеминутно через почку прохо­дит 1/4 всего объема крови, вы­брасываемой сердцем.

По данным микроскопичес­ких исследований, почка состоит из множества не сообщающихся друг с другом (как морфологичес­ки, так и функционально) струк­турно-функциональных единиц — нефронов, обеспечивающих весь комплекс образования и кон­центрации мочи, и. только на вы­ходе соединяющихся в собира­тельные трубки. В почке круп­ного рогатого скота 8 млн нефро­нов, у свиней — 1,5 млн, овец — 1 млн, крысы — 62 тыс., соба-

21*

Рис. 8.2. Схема юкстамедуллярного (А) и по­верхностного (Б) нефронов:

I—корковое вещество; II —наружная и III— внутренняя зоны мозгового вещества; 1 — клу­бочки; 2, 3 — извитая и прямая части прокси­мального сегмента; 4— нисходящее колено пет­ли Генле; 5 — тонкое восходящее колено петли Генле; 6— толстое восходящее колено петли Ген­ле; 7—дистальный извитый каналец; 8— связу­ющий отдел; 9, 10— собирательная трубка

ки — 816 тыс., а у человека око­ло 2 млн. Нефрон состоит из не­скольких последовательно соеди­ненных отделов, располагающих­ся в корковом и мозговом веще­стве почки.

По степени погружения в кор­ковое вещество различают три ти­па нефронов: суперфициальные, ж-тракортикальные и юкстамедул-лярные (рис.8.2). Начальный отдел каждого нефрона представляет собой сосудистый клубочек, окружен­ный капсулой Шумлянского — Боумена. Клубочек капилляров (мальпигиев клубочек) формируется приносящим сосудом — арте-риолой, распадающейся на множество (до 50) капиллярных петель, которые затем сливаются в выносящем сосуде. Капсула Шумлян­ского — Боумена окружает сосудистый клубочек подобно шаровид­ному бокалу, через узкое горло которого входят приносящий и вы­носящий сосуды, а вся внутренняя полость заполнена петлями ка­пилляров мальпигиева клубочка (рис. 8.3).

Приносящая Выносящая

артериола ортериола

Внутрикапил-

Висцеральный (внутренний) листок капсулы состоит из подоци-тов, которые морфологически связаны с капиллярами клубочка. Процесс ультрафильтрации жидкости из просвета капилляров в пространство капсулы Шумлянского — Боумена связан с движе­нием фильтрата через три морфологически различных слоя — эндотелий капилляров, базальную мембрану и эпителиальные клетки, формирующие висцеральный листок капсулы. Для обес­печения этого процесса капилляры выстланы уплощенными эн-дотелиальными клетками, причем их высота может составлять всего 0,15...1,2мкм, а в теле эндотелиоцитов образуются отвер­стия — фенестры. Между эндотелием капилляров и подоцитами лежит мощный слой — базальная мембрана (150...300нм). Сами подоциты в процессе дифференцировки образуют удлиненные отростки (педикулы), между которыми имеются узкие простран­ства (щелевые диафрагмы) шириной 35...45 нм. Педикулы покры­ты слоем полианионов сиалогликопротеинов, которые во мно­гом определяют характер процессов ультрафильтрации при обра­зовании первичной мочи (рис. 8.4). Париетальный листок кап­сулы образован базальной мембраной и слоем клеток эпителия кубической формы, который переходит в почечный каналец, со­стоящий из трех отделов: проксимального сегмента, извитого и прямого канальцев. Прямая часть проксимального канальца пе­реходит в тонкий отдел петли Генле.

Проксимальный извитый каналец начинается непосредственно от полости капсулы Шумлянского — Боумена и делает два-три изги­ба в корковой зоне почки. Особенность клеток этого отдела не­фрона определяется наличием развитой щеточной каемки, пред­ставляющей собой микроворсинки — выросты апикальной плаз­матической мембраны высотой до 1 мкм. Цитоплазма клеток это­го отдела содержит большое количество вакуолей, лизосом, микро­телец. В базальной части клеток концентрируются многочислен-

Клубочковый капилляр Фенестры

ные митохондрии, расположенные в складках базальной плазма­тической мембраны. Клетки прямой части проксимального ка­нальца содержат несколько меньшее число внутриклеточных вклю­чений и митохондрий; складки базальной плазматической мемб­раны и микроворсинки менее развиты. Тонкий нисходящий отдел петли Генле спускается в мозговое вещество почки, где поворачи­вает на 180°, и тонкое восходящее колено направляется в корко­вую зону. Клетки тонкого отдела петли Генле уплощены, несут на своей поверхности редкие небольшие микроворсинки. Диаметр восходящего канальца несколько больше нисходящего, а клетки лишены микроворсинок на апикальной поверхности.

Тонкий восходящий каналец переходит в толстый восходящий каналец петли Генле, для клеток которого характерны обилие ми­тохондрий и базальная исчерченность цитоплазмы. В коре почки в зоне расположения клубочков прямой восходящий каналец пе­реходит в извитый дистальный каналец, ультраструктура которого весьма сходна с его предшественником толстым прямым восходя­щим канальцем. За дистальным извитым канальцем следует связу­ющий каналец, соединяющий его с собирательной трубкой. По собирательным трубкам, сливающимся в выводные протоки, моча направляется в почечную лоханку, из которой по мочеточникам поступает в мочевой пузырь.

Особенность кровоснабжения почек заключается в том, что втекающая в почку кровь последовательно поступает в располо­женные одна за другой капиллярные сети. Капилляры мальпигие-ва клубочка формируются из широкой (до 50 мкм) артериолы, ко­торая является веточкой междолевых артерий, получающих кровь из почечной артерии. Давление крови в этих капиллярах значи­тельно выше, чем во всех других капиллярах тела (60...90 мм рт. ст.). Это связано с тем, что приносящий сосуд шире и короче других артериол, а выносящий значительно уже, и кровь испытывает зна­чительное сопротивление при выходе из мальпигиева клубочка. Выносящий (артериальный) сосуд вновь разветвляется, образуя вто­рую сеть почечных капилляров, оплетающих канальцы (рис. 8.5): давление в них значительно ниже (20...40 мм. рт. столба). В капил­лярной сети почки происходят газообмен и обмен веществ между кровью и канальцами.

В зоне вхождения приносящих и выносящих сосудов распола­гается юкстагломерулярный аппарат. Юкстагломерулярный аппа­рат состоит из миоэпителиальных клеток, располагающихся в ви­де манжетки вокруг приносящих артериол и клеток плотного пят­на дистального извитого канальца. Основные функции юкстагло-мерулярного аппарата заключаются в регуляции водйо-солевого обмена, поддержании постоянства артериального давления и син­тезе биологически активных веществ. Через почку протекает око­ло 15...20 % всей крови, выбрасываемой в аорту, причем почечный кровоток не зависит от изменений кровоснабжения других орга-

Моча

Рис. 8.5. Схема распределения кровеносных сосудов в нефроне

нов брюшной полости. Значительные изменения в кровообра­щении почки наступают только при интенсивной мышечной нагрузке и под действием адреналина, а также при значитель­ных кровопотерях.

Анализируя топографические особенности различных типов не-фронов, следует отметить, что суперфициальные нефроны, со­ставляющие 20...30 % всего рабочего объема, расположены поверх­ностно и имеют короткую петлю Генле. Интракортикальные не­фроны составляют 60...70 % и несут основную нагрузку в процес­сах ультрафильтрации и концентрации мочи. Юкстамедуллярных нефронов значительно меньше, их клубочки расположены на гра­нице коркового и мозгового вещества почки, а выносящие арте­риолы — длинные капиллярные сосуды — идут в глубину мозгового вещества параллельно петлям Генле. Юкстамедуллярные нефроны

наряду с процессами формирования мочи участвуют в регу-ляторных механизмах, синтезируя и перенося в кровь физи­ологически активные вещества, т. е. осуществляют эндокрин­ную функцию почки.

Почка является важным звеном в рефлекторной регуляции постоянства состава и объема внутренней среды организма. Эф­ферентные нервы играют существенную роль в организации ре­флексов почки. Они представлены симпатическими (от солнеч­ного сплетения) и парасимпатическими (от блуждающего нерва) нервными волокнами.

МОЧЕОБРАЗОВАНИЕ

Процесс мочеобразования состоит из следующих процессов: фильтрации в почечных клубочках, реабсорбции (обратного всасы­вания) в почечных канальцах, секреции и синтеза.

Клубочковая ультрафильтрация.Образование мочи включает две фазы: клубочковую ультрафильтрацию — образование первичной мочи и канальцевую реабсорбцию — образование вторичной мочи, поэтому этот процесс называется фильтрационно-реабсорбционным. Функциональной особенностью начальной части нефрона являет­ся фильтрация плазмы крови через гломерулярный фильтр, кото­рый состоит из эндотелия капилляров мальпигиевого клубочка, развитой базальной мембраны и эпителия висцерального листка капсулы. Фенестры эндотелия — отверстия до 100 нм, свободно пропускают воду и растворенные в ней вещества, кроме формен­ных элементов крови и крупных молекул.

Структура базальной мембраны, представленной фибриллярным веществом, сцементированным электронно-прозрачным аморф­ным матриксом, обеспечивает функции «молекулярного сита» с ячейками около 2,9 нм и отрицательным зарядом. Третий слой гломерулярного фильтра формируют отростки подоцитов, между которыми находится пространство — межклеточные щели до 10 нм, между стенками, покрытыми гликокаликсом, щелевидное про­странство составляет около 3 нм. Эта часть фильтра также несет отрицательный заряд и препятствует проникновению в первич­ную мочу значительной части белков плазмы крови. Отростки по­доцитов заполнены элементами цитоскелета, способными сокра­щаться и расслабляться, и тем самым активно участвуют в процес­се фильтрации, откачивая фильтрат в полость капсулы. Располо­женные между капиллярами мезангиальные клетки, сокращаясь и расслабляясь, изменяют активную площадь поверхности клубоч-кового фильтра.

В капиллярах клубочков значительно более высокое давление крови, чем в других капиллярах тела, причем за счет различий в диаметре входящего и выходящего сосудов ток крови замедляется

и создаются условия для «выдавливания» части плазмы за преде­лы капиллярного русла. Фильтрационное давление, обусловлен­ное гидростатическим давлением крови (60...90 мм рт. ст.), долж­но преодолевать онкотическое давление белков плазмы кро­ви (25...30 мм рт. ст.) и давление жидкости в полости капсулы (15...20 мм рт. ст.). Фильтрационное давление (ФД) представляет собой разность между гидростатическим давлением (Р_Т) крови в капиллярах клубочка и суммой онкотического давления (Р₀) плаз­мы крови и давления первичной мочи (Р_м):

ФД = Р_т - (Р₀ + Р_м) = 70 - (30 + 20) = 20 мм рт. ст.

Таким образом, эффективное (фильтрационное) давление, вы­зывающее переход плазмы крови в полость капсулы Шумлян-ского — Боумена, составляет всего 20...30 мм рт. ст. Первичная моча (клубочковый ультрафильтрат) по содержанию аминокислот, глю­козы, мочевины, креатинина, ионному составу и низкомолеку­лярных комплексов идентична плазме крови. Она практически не содержит белки анионной природы, а для сохранения равновесия Доннана (см. гл. 2) в первичной моче концентрация хлора, бикар­бонатов выше, а натрия и калия ниже.

Процесс фильтрации характеризуется скоростью клубочковой фильтрации (СКФ) и определяется объемом ультрафильтрата (пер­вичной мочи), образованного за единицу времени (1 мин). СКФ зависит от объема протекающей через почки крови, фильтрацион­ного давления, фильтрационной поверхности и количества функ­ционирующих нефронов. В условиях физиологической нормы СКФ поддерживается на достаточно постоянном уровне за счет механизма ауторегуляции, включающего миогенную регуляцию тонуса приносящего сосуда (артериолы) и изменение соотноше­ния тонуса входящего и выходящего в клубочек сосудов, причем эти механизмы обеспечивают постоянство кровотока в клубоч­ках и фильтрационного давления. Наличие регуляторных систем, опосредованных физиологически активными веществами (ренин-ангиотензинная система, кинины, простагландины), способствует изменению фильтрации в результате изменения артериального давления, площади активной фильтрационной поверхности и то­нуса подоцитов. Конечный результат эффективности работы поч­ки в процессе ультрафильтрации определяется и числом одновре­менно функционирующих нефронов. Если в обычных условиях функционирует около 10 % нефронов, то при усиленной нагруз­ке число работающих структурно-функциональных единиц мно­гократно возрастает.

СКФ определяется при сопоставлении концентраций вещества, переходящего из плазмы в первичную мочу, и в дальнейшем при прохождении канальцев нереадсорбируемое. Таким веществом мо­жет являться инулин (полисахарид с молекулярной массой 5200,

встречающийся только в растениях). По концентрации инулина в плазме крови (/7_ИН) и в определенном объеме конечной мочи (ИМ_ИН) рассчитывают коэффициент очищения инулина или кли­ренс инулина:

Для определения СКФ инулин необходимо капельно вводить в кровоток, поэтому данную трудоемкую процедуру заменили определением клиренса эндогенного вещества — креатинина, образующегося в организме и не подвергающегося реабсорб­ции, концентрация которого в плазме достаточно стабильна (проба Реберга).

Объем образующейся первичной мочи очень велик. По раз­ности концентраций некоторых веществ (сульфатов) в первичной и конечной моче можно определить, сколько воды всосалось об­ратно в кровь. Концентрация сульфатов в конечной моче состав­ляет 0,18, а в первичной — 0,002 %, т. е. концентрация возрастает в 90 раз. Следовательно, для образования 1 л конечной мочи необ­ходимо, чтобы через канальцы прошло 90 л первичной.

В норме скорость клубочковой фильтрации всегда превышает 100 мл в 1 мин (при расчете на 1,7 м² поверхности тела), а мочеотде­ления обычно равна 0,8...2 мл в 1 мин. Таким образом, в полость начального отдела нефрона из плазмы профильтровывается такой объем первичной мочи, который более чем в 100 раз превышает выделяемый за это время почками. Поэтому вполне очевидно, что в норме мочеотделение мало зависит от клубочковой фильтрации: если обратное всасывание составляет 99 % от клубочковой фильтра­ции, то даже увеличение последней вдвое усилит мочеотделение лишь с 1 до 2 мл за 1 мин, тогда как уменьшение реабсорбции толь­ко на 10 % приведет к десятикратному увеличению диуреза.

Канальцевая реабсорбции. В зависимости от локализации отде­ла канальцев различают проксимальную и дистальную реабсорб-цию. Проксимальная реабсорбция обеспечивает полное всасывание глюкозы, белков, аминокислот и витаминов. В проксимальном отделе реабсорбируется 2/3 профильтровавшейся воды и натрия, калия, двухвалентных катионов, хлора, бикарбонатов, фосфатов. Четверть профильтровавшегося натрия реабсорбируется в петле Генле и 8... 10 % всасывается в конечных отделах нефрона и соби­рательных трубках. Особенность проксимальной реабсорбции в том, что натрий всасывается с осмотически эквивалентным объе­мом воды и в конце проксимального отдела остается только 1/3 ультрафильтрата, изоосмотичного плазме крови (рис. 8.6). Прони­цаемость стенки канальца для воды и ионов определяется свой­ствами апикальных клеточных мембран, выстилающих каналец.

Наружная медуллярная собирательная трубка

Внутренняя медуллярная собирательная трубка

Рис. 8.6. Схема канальцевой реабсорбции

Поверхность апикальной мембраны у клеток проксимального канальца очень велика за счет образования многочисленных микроворсинок щеточной каемки. В проксимальном отделе не­фрона существует два механизма всасывания воды и ионов: ак­тивный транспорт натрия с пассивной реабсорбцией бикарбона­та и воды; пассивный транспорт хлоридов с пассивной реабсорб­цией натрия и воды.

В начальном участке канальцев натрий входит в клетки эпи­телия пассивно по концентрационному градиенту, так как в клет­ке постоянно поддерживается низкая концентрация этих ионов. Благодаря электрохимическому градиенту, т. е. естественному электроотрицательному заряду на внутренней поверхности мем­браны клеток, происходит перемещение положительно заряжен­ных ионов натрия внутрь клетки. Натрий выводится через базо-латеральные поверхности клеток с помощью натрий-калиевых на­сосов, использующих для своей работы энергию АТФ. С ионами натрия пассивно всасывается анион бикарбоната. Хлориды абсор­бируются пассивно в конечных участках проксимальных каналь­цев через зону межклеточных контактов. Вместе с ними в форме сопряженного транспорта (котранспорта) реабсорбируются натрий и вода (рис. 8.7).

Проксимальная реабсорбция глюкозы и аминокислот осущест­вляется с помощью специальных переносчиков, локализованных в щеточной каемке апикальной клеточной мембраны и функцио­нально связана с реабсорбцией натрия. Перенос глюкозы и ами-

нокислот из клеток эпителия в межклеточное пространство также связан с активным удалением натрия из клетки через базолате-ральную мембрану с затратой энергии АТФ. Такой вид транспорта называют вторично активным или симпортом. На мембране ще­точной каймы переносчик присоединяет транспортируемое веще­ство и ион натрия. Благодаря заряду мембраны и низкому содер­жанию натрия в цитоплазме клеток транспортный комплекс пере­мещается внутрь клетки, где распадается с освобождением натрия и транспортируемого вещества. Натрий удаляется в результате де­ятельности натрий-калиевой помпы, локализованной в базолате-ральной мембране, а глюкоза либо аминокислоты по градиенту концентрации поступают в кровь.

Для реабсорбции одной молекулы глюкозы используется од­на молекула переносчика, поэтому при избытке глюкозы в кро­ви, а следовательно, и в ультрафильтрате может происходить полная загрузка всех молекул переносчика и излишек глюкозы уже не реабсорбируется и выделяется с мочой. Таким образом, существует определенный лимит «максимального канальцевого транспорта веществ» — традиционное название «почечный порог выведения», и после достижения максимума реабсорбции глюко­за и некоторые другие «пороговые вещества» появляются в отде­ляемой моче.

Порог выведения — это такая концентрация вещества в крови, при которой оно не может быть полностью реабсорбировано в канальцах и попадает в конечную мочу. Вещества, которые не реабсорбируются в канальцах и выделяются пропорционально их накоплению в крови, называют непороговыми, например мочеви­на, инулин, креатинин, сульфаты и др.

%

Рис. 8.7. Схема внутриклеточной реабсорбции натрия

Дистальная реабсорбция ионов и воды. В этом отделе нефрона происходит активная реабсорбция около 10 % натрия, что создает значительный градиент осмотического давле­ния между мочой и межклеточной тканью. Хлор всасывается пас­сивно вслед за натрием. Эпителий дистального канальца в обмен на ионы натрия удаляет в мочу Н-ионы (этот вид ионообменных процессов называется антипорт). Наряду с этим в дистальном от­деле активно всасываются калий, кальций и фосфаты.

Концентрирование и разведение мочи.Среди позвоночных толь­ко у млекопитающих и птиц образуется моча, гиперосмотичная по отношению к плазме крови. В ходе эволюции складывалась раз­личная степень способности к концентрации мочи: при необходи­мости сберегать воду у пустынных животных моча в 25 раз кон­центрированнее плазмы крови, а у животных, имеющих свобод­ный доступ к воде (бобр, свинья), концентрирующие возможнос­ти выражены весьма умеренно (табл. 8.1.).