Клубочковая фильтрация

Клубочковая фильтрация (или ультрафильтрация) состоит в том, что в полость капсулы из плазмы крови фильтруется вода и все растворённые в плазме вещества за исключением высокомолекулярных белков и форменных элементов.

Процесс клубочковой ультрафильтрации осуществляется через структуры гломерулярного фильтра, находящегося на пути выхода жидкости из просвета капилляров клубочка в полость капсулы. Фильтрационный барьер в почечном тельце состоит из трёх слоёв: эндотелия капилляров мальпигиевого тельца, базальной мембраны и эпителия висцерального листка капсулы Боумена, или подоцитов.

В цитоплазме эндотелиальных клеток капилляров имеются отверстия (поры, фенестры) размером 50 – 100 нм, что позволяет свободно проходить через них плазме крови. Форменные элементы крови – эритроциты, лейкоциты и тромбоциты через стенки капилляров не проходят.

Базальная мембрана – это гелеподобное, бесклеточное ячеистое образование, состоящее из гликопротеинов и протеогликанов. Она является основной частью фильтра, препятствующей проникновению из плазмы крови в мочу крупномолекулярных соединений (белков). Поры базальной мембраны изнутри содержат анионные локусы (отрицательные заряды), которые препятствуют вхождению в такую пору отрицательно заряженных частиц, в том числе белков, несущих на себе эти частицы.

Клетки эпителия внутреннего листка капсулы, которые покоятся на базальной мембране, носят название подоцитов. У подоцитов необычное осьминогоподобное строение, в результате чего они имеют множество отростков, или пальцевидных отростков (ножек), вдавленных в базальную мембрану. Щелевидные пространства между подоцитами представляют собой проходы, по которым фильтрат, пройдя эндотелиальные клетки и базальную мембрану, проникает в пространство боуменовой капсулы. Диаметр пор подоцитов около 10 нм. Сами клетки покрыты гликокаликсом, имеющим отрицательный заряд и оставляющим отверстия около 3 нм. Если вещество имеет молекулярную массу больше 80 000, то оно непроходимо через фильтрационную поверхность почки в нормальных условиях.

Итак, в процессе фильтрации через гломерулярный фильтр вместе с водой проходят все низкомолекулярные вещества плазмы крови, за исключением крупномолекулярных белков и форменных элементов крови.

Первичная, или провизорная моча (клубочковый ультрафильтрат) по содержанию аминокислот, глюкозы, мочевины, креатинина, пептидов и ионному составу идентична плазме крови.

Фильтрационное давление – это сила, обеспечивающая движение жидкости с растворёнными в ней веществами из плазмы крови капилляров клубочка в просвет капсулы. Эта сила создаётся гидростатическим давлением крови в капилляре клубочка. Кровяное давление в капиллярах клубочка является фильтрующей силой, а онкотическое давление белков плазмы крови, а также давление в полости капсулы клубочка – силами, противодействующими фильтрации. Таким образом, фильтрационное давление (Рф) представляет собой разность между гидростатическим давлением крови в капиллярах (Рг) и суммой онкотического давления плазмы крови (Ро) и давления первичной мочи (Рм) в капсуле:

Рф= Рг – (Ро + Рм)

Гидростатическое давление в капиллярах клубочка высокое, примерно 70 – 90 мм рт.ст. Это обусловлено, во-первых, тем, что капилляры клубочка находятся близко к аорте (короткие почечные и внутрипочечные артерии), и, во-вторых, – диаметр приносящих артериол клубочка в два раза больше, чем у выносящих. Чем выше артериальное давление, тем больше фильтрация и, следовательно, больше образуется первичной мочи. Все факторы, повышающие в организме кровяное давление, увеличивают образование ультрафильтрата плазмы крови.

Онкотическое давление белков плазмы крови составляет около 25 – 30 мм рт.ст. При увеличении онкотического давления снижается образование первичной мочи, т.к. вода удерживается белками в крови. Давление первичной мочи в капсуле – примерно 15 – 20 мм рт.ст. Чем выше это давление, тем меньше фильтрация. Следовательно, Рф составляет в среднем:

70 – (30 + 20) = 20 мм.рт.ст.

Падение артериального давления или повышение онкотического давления белков плазмы крови приводит к уменьшению фильтрационного давления вплоть до полного прекращения образования первичной мочи. Затруднение выведения мочи из почки (например, при мочекаменной болезни) приводит к увеличению давления в канальцах нефрона и к уменьшению образования мочи.

Процесс фильтрации характеризуется скоростью клубочковой фильтрации (СКФ). СКФ определяется объёмом первичной мочи, образованным за единицу времени (мин). СКФ зависит; от объёма крови, протекающей через почки; фильтрационного давления; фильтрационной поверхности; количества функционирующих нефронов.

СКФ определяют в результате сопоставления концентрации определённого вещества в плазме крови и моче, фильтруемое в капсулу клубочка из плазмы крови и не реабсорбируемое в почечных канальцах. В практике часто используют инулин (полисахарид, встречающийся только в растениях). По концентрации инулина в плазме (П_ин) и концентрации его в определённом объёме (V) конечной мочи (Мин) рассчитывают СКФ, (коэффициент очищения или «клиренс» инулина) по формуле:

Найденная величина показывает, какой объём плазмы крови за минуту вывел найденное количество инулина в мочу, т.е. «очистился».

Количество образующейся первичной мочи очень велико. По разности концентрации некоторых веществ в первичной и конечной моче можно определить, какое количество воды всосалось обратно в кровь. Например, концентрация сульфатов в конечной моче 0,18%, а в первичной – 0,002%, т.е. концентрация возрастает в 90 раз. Следовательно, для образования 1 литра вторичной мочи необходимо, чтобы через канальцы прошло 90 литров первичной мочи.

Количество первичной мочи у разных животных в сутки: крупный рогатый скот – 630 л, лошади – 450 л, свиньи – 360 л, собаки – 56 л.

4.2.2.Канальцевая реабсорбция

Канальцевая реабсорбция – это процесс обратного всасывания воды и веществ из почечных канальцев в интерстиций почки.

Основная функциональная значимость реабсорбции в канальцах состоит в том, чтобы вернуть в кровь все жизненно важные вещества в необходимых концентрациях.

В зависимости от отдела канальцев различают проксимальную и дистальную реабсорбцию, а по механизмам транспорта выделяют пассивную, первично и вторично активную реабсорбцию.

Пассивная реабсорбция осуществляется путем переноса веществ по градиенту концентрации – из области более высокого содержания в область более низкого, по законам диффузии и осмоса. Клетка не затрачивает для этого переноса веществ энергии, а сам транспорт осуществляется через ионные каналы.

Активный транспорт требует затраты клеткой энергии и осуществляется с помощью молекул-переносчков. Первично активный транспорт осуществляется вдоль концентрационного градиента, а вторично активный – против, т.е. вещество переносится из области меньшей концентрации в бóльшую.

В проксимальном извитом канальце реабсорбируются: глюкоза, белки, аминокислоты, витамины, пептиды, микроэлементы, ионы Nа⁺, К⁺, Са²⁺, Мg²⁺, мочевина, значительное ионов Сl^-, бикорбанатов НСО₃^-, фосфаты. В последующих отделах нефрона органические вещества не всасываются, в них реабсорбируются преимущественно электролиты и вода. В проксимальном отделе у млекопитающих всасывается около 2/3 профильтровавшейся воды, 60 – 70% ионов Nа⁺ и Сl^-, более 90% НСО₃^-. К концу проксимального отдела в его просвете остаётся только 1/3 объёма ультрафильтрата. И хотя его состав отличается от плазмы крови, осмотическое давление первичной мочи остаётся таким же, как и в плазме, так как вслед за всасываемыми веществами реабсорбируется вода вследствие высокой осмотической проницаемости стенки этого отдела нефрона.

Ионы Nа⁺ транспортируются в эпителиальные клетки через натриевые каналы пассивно, так как внутри клетки поддерживается низкая их концентрация за счет постоянного выкачивания через базальную поверхность в адвентиций. Этому способствует отрицательный потенциал внутренней поверхности апикальной мембраны. Поэтому натрий как-бы «засасывается» внутрь клеток.

Однако для натрия есть и вторично активный механизм реабсорбции – с помощью переносчиков. Движущей силой этого процесса служит меньшая по сравнению с просветом канальца концентрация натрия в цитоплазме клетки. С активным транспортом натрия связан транспорт органических веществ – глюкозы и аминокислот. К молекуле переносчика прикрепляются ион натрия и молекула глюкозы. Транспорт осуществляется активно в отношении иона натрия, а на перенос глюкозы энергия не затрачивается.

При избытке глюкозы в крови, и, следовательно, в первичной моче происходит полная загрузка всех молекул переносчиков и глюкоза уже не может реабсорбироваться в кровь и оказывается в конечной моче.

Вода реабсорбируется пассивно за счёт транспорта осмотически активных веществ. Например, при транспорте глюкозы, аминокислот, белков, ионов, в том числе натрия, калия, кальция, хлора в клетках эпителия и в интерстиции повышается осмотическое давление, что и является причиной пассивной реабсорбции воды.

Дистальная реабсорбция ионов и воды по объёму меньше проксимальной. В дистальном отделе нефрона происходит активная реабсорбция натрия. Хлор всасывается пассивно вслед за натрием. Активно всасывается в дистальном отделе канальцев калий (10%), кальций (11%), фосфаты и магний. Основная часть воды реабсорбируется в проксимальных канальцах и в нисходящей части петли Генле, много воды реабсорбируется в собирательных трубках.

Собирательные трубочки проницаемы для воды, натрия (активный транспорт), мочевины.

Мочевине принадлежит важная роль в механизмах концентрирования мочи. Мочевина свободно фильтруется в почечном тельце. Примерно 50% профильтровавшейся мочевины реабсорбируется в проксимальном извитом канальце. Повышение концентрации мочевины в интерстиции способствует всасыванию туда же воды из канальцев, что необходимо для концентрации мочи. Из интерстиция по градиенту концентрации мочевина вновь попадает в восходящую часть петли Генле и в дистальный извитой каналец. Таким образом, совершается внутрипочечный круговорот мочевины. Избыток мочевины покидает почки с мочой.