IV. Канальцевая секреция. Образование вторичной мочи.

Многие продукты обмена и чужеродные вещества секретируются из крови в просвет канальца против концентрационного и электрохимического градиентов. Рассмотрим процесс секреции органических кислот на примере выделения почкой парааминогиппуровой к-ты (ПАГ). Принцип секреторного процесса при транспорте органических соединений состоит в том, что в мембране клетки проксимального канальца, обращенной к интерстициальной жидкости, имеется переносчик, обладающий высоким сродством к ПАГ. Переносчик обеспечивает поступление ПАГ внутрь клетки. Поступившая в клетку ПАГ движется по цитоплазме к апикальной мембране и выделяется в просвет канальца.

Транспорт в нефроне К⁺ характеризуется тем, что К⁺ не только подвергается обратному всасыванию, но и секретируется клетками эпителия конечных отделов нефрона и собирательных трубок. При секреции К⁺ поступает в клетку в обмен на Na⁺ с помощью натрий-калиевого насоса. При избытке К⁺ в организме система регуляции стимулирует его секрецию клетками канальцев. При дефиците К⁺ в организме клетки конечных отделов нефрона и собирательных трубок прекращают секрецию К⁺ и только реабсорбируют его из канальцевой жидкости.

В почках также образуются некоторые вещества, выделяемые в мочу (например, гиппуровая кислота, аммиак) или поступающие в кровь (ренин, простагландины, синтезируемая в почке глюкоза и др.).

Почки теплокровных животных обладают способностью к образованию мочи с большей осмотической концентрацией, чем осмотическая концентрация крови за счет деятельности поворотно-противоточной множительной системы.

Механизм работы такой системы рассмотрим на примере кровеносных сосудов в конечностях арктических животных. Во избежание потерь тепла кровь в параллельно расположенных артериях и венах конечностей течет таким образом, что теплая артериальная кровь согревает охлажденную венозную кровь, движущуюся к сердцу. Здесь такая система функционирует только как противоточный обменник; в почке же она обладает множительным эффектом, т. е. увеличением эффекта, достигаемого в каждом из отдельных сегментов системы.

Шпилькообразная форма петли Генле с движением жидкости в противоположных направлениях по лежащим рядом нисходящему и восходящему коленам создает основу концентрирования здесь мочи по принципу противоточного умножения (рис. 2). NаС1 перекачивается из восходящего колена петли Генле в нисходящее, поэтому концентрация канальцевой жидкости в последнем все более повышается. Мембрана между двумя коленами водонепроницаема, поэтому происходит разведение раствора в восходящем колене и его концентрирование в нисходящем. Поступающий в нисходящее колено изотонический раствор по мере продвижения к вершине петли Генле становится все более гипертоничным.

Рис. 2. Схема нефрона, иллюстрирующая противоточный механизм в петле Генле. Сплошными стрелками показан транспорт NаС1 из восходящего колена в нисходящее, а штриховыми – выход воды из собирательной трубочки

На каждом уровне между двумя коленами существует лишь небольшая горизонтальная разность концентраций, и в восходящем колене натриевый насос может работать поэтапно с относительно небольшой затратой энергии. Однако за счет противотока эти отдельные эффект, умножаются, создавая очень большую вертикальную разность концентраций между основанием и вершиной петли Генле. Такой градиент важен для окончательного концентрирования мочи, и вот почему. Из восходящего колена в дистальный извитой каналец поступает гипотонический раствор; здесь он за счет осмоса теряет воду, и становится изотоническим, причем объем жидкости наполовину уменьшается. При прохождении раствора по собирательной трубочке к вершине сосочка вода продолжает удаляться, поскольку окружающая среда становится все более гипертоничной по отношению к раствору. Здесь, как и в дистальном извитом канальце, водопроницамость стенки регулируется антидиуретическим гормоном (АДГ). Его количество определяет концентрацию и объем мочи, покидающей почку в вершине сосочка. Таким образом, в корковом слое каналы нефрона содержат гипотонический раствор, в мозговом – гипертонический.

Столь простая модель годится лишь для описания основных принципов концентрирования мочи, а реальные механизмы, действующие в мозговом веществе почки, намного сложнее. Рассмотрим схему на рис. 3. Вслед за NaСl, выкачиваемым из толстого сегмента восходящего колена петли Генле, в межклеточное пространство из нисходящего колена петли Генле и соседних собирательных трубочек устремляется вода (этот процесс регулируется АДГ). Из нисходящей части петли Генле вода выходит и за счет гидростатического давления (участок сужен и возникает перепад давления). Трубочки относительно непроницаемы для мочевины, поэтому ее концентрация в канальцевой жидкости, достигающей внутренней зоны мозгового вещества, сильно повышается. Здесь проницаемость для мочевины возрастает, и она диффундирует в межклеточное пространство, что обеспечивает осмотическую потерю воды из нисходящего колена. Последнее непроницаемо для NaСl, и концентрация этой соли постепенно повышается к вершине сосочка. В тонком сегменте восходящего колена жидкость попадает в противоположные по проницаемости условия: здесь проницаемость низка для воды и высока для NaСl и мочевины. По градиенту концентрации NaСl диффундирует из петли Генле, а мочевина поступает в нее. У толстого сегмента восходящего колена низкая проницаемость для мочевины, как и у дистального извитого канальца и верхнего сегмента собирательной трубочки, в которых под влиянием АДГ реабсорбируется вода. Таким образом, концентрация мочевины в растворе непрерывно повышается, и последняя замещает NaСl, интенсивно реабсорбируемый дистальной частью нефрона, особенно в присутствии альдостерона. Следовательно, некоторое количество мочевины челночно перемещается в дистальном отделе нефрона, перенося энергию для концентрирования мочи из толстого сегмента петли во внутреннюю зону мозгового вещества.

Накоплению мочевины в мозговом веществе способствуют прямые сосуды; в них опять-таки по принципу противоточной диффузии ее концентрация повышается к вершине петли Генле. За счет этого эффекта, в свою очередь, поддерживается на низком уровне градиент концентрации между кровью и жидкостью в собирательной трубочке. Итак, концентрирование мочи, выделяемой почками, осуществляется осмотическим путем за счет транспорта NaСl, но сам NaСl замещается мочевиной, этот конечный продукт обмена выводится растворенным в минимальном объеме воды.

Рис. 3. Процесс противоточного концентрирования мочи в мозговом веществе почек. Из нисходящей части петли Генле вода выходит за счет гидростатического давления (участок сужен и возникает перепад давления). Прямой сосуд с высокой проницаемостью для NaСl, мочевины и воды образует единую жидкостную систему с межклеточным пространством. Сюда из толстого сегмента восходящего колена петли Генле выводится NaСl и концентрация мочевины постепенно растет к вершине сосочка. Структуры, проницаемые для мочевины, обозначены штриховой линией. Белые стрелки активный транспорт NaСl; сплошные стрелки перенос мочевины; штриховые стрелки перенос воды

Таким образом, деятельность петли нефрона, конечных частей дистального сегмента и собирательных трубок обеспечивает способность почек вырабатывать большие объемы разведенной (гипотонической) мочи – до 900 мл/ч, а при дефиците воды экскретировать всего 10–12 мл/ч мочи, в 4,5 раза более осмотически концентрированной, чем кровь. Способность почки осмотически концентрировать мочу исключительно развита у некоторых пустынных грызунов, что позволяет им длительное время обходиться без воды.

Количество мочи, выделяемое человеком за определенное время называют диурезом. Эта величина у здорового человека колеблется в широких пределах в зависимости от состояния водного обмена. При обычном водном режиме за сутки выделяется 1–1,5 л мочи. После потребления значительного количества воды скорость мочеотделения достигает 15–20 мл/мин. В условиях высокой температуры окружающей среды вследствие возрастания потоотделения количество выделяемой мочи уменьшается. Ночью во время сна диурез меньше, чем днем. Уменьшение мочеотделения под влиянием АДГ при дефиците воды в организме называют антидиурезом.

С мочой могут выделяться большинство веществ, имеющихся в плазме крови, а также некоторые соединения, синтезируемые в почке. Суточная экскреция натрия составляет 170–260 ммоль, калия – 50–80, хлора – 170–260, кальция – 5 ммоль.

Почки служат главным органом экскреции конечных продуктов азотистого обмена. Мочевина, составляющая до 90 % азота мочи образуется при распаде белков; ее суточная экскреция достигает 25 – 35 г. Белки в нормальной моче выявляются в очень небольшом количестве (суточная экскреция не превышает 125 мг). Небольшая протеинурия наблюдается у здоровых людей после тяжелой физической нагрузки и исчезает после отдыха.

Глюкоза в моче в обычных условиях не выявляется. При избыточном потреблении сахара, когда концентрация глюкозы в плазме крови превышает 10 ммоль/л, при гипергликемии иного происхождения наблюдается глюкозурия – выделение глюкозы с мочой.

Цвет мочи зависит от величины диуреза и уровня экскреции пигментов. Цвет меняется от светло-желтого до оранжевого. Пигменты образуются из билирубина желчи в кишечнике, где билирубин превращается в уробилин и урохром, которые частично всасываются в кишечнике и затем выделяются почками. Часть пигментов мочи представляет собой окисленные в почке продукты распада гемоглобина.

С мочой выделяются различные биологически активные вещества и продукты их превращения, по которым в известной степени можно судить о функции некоторых желез внутренней секреции. В моче обнаружены производные гормонов коркового вещества надпочечников, эстрогены, АДГ, витамины. При патологии в моче обнаруживаются вещества, обычно в ней не выявляемые, – ацетон, желчные кислоты, гемоглобин и др.

V. Мочеиспускание: механизмы и регуляция.

Образующаяся в почечных канальцах моча выделяется в почечную чашечку, а затем в фазе систолы почечной чашечки происходит опорожнение в почечную лоханку. Последняя постепенно заполняется мочой, и по достижении порога раздражения возникают импульсы от барорецепторов, сокращается мускулатура почечной лоханки, раскрывается просвет мочеточника, и моча благодаря сокращениям его стенки продвигается в мочевой пузырь. Объем мочи в пузыре постепенно увеличивается, его стенка растягивается, но вначале напряжение стенок не изменяется и давление в мочевом пузыре не растет. Когда объем мочи в пузыре достигает определенного предела, круто нарастает напряжение гладкомышечных стенок и повышается давление жидкости в его полости. Раздражение механорецепторов мочевого пузыря определяется растяжением его стенок, а не увеличением давления. Существенное значение имеет скорость наполнения пузыря: при быстром растяжении мочевого пузыря резко увеличивается импульсация в афферентных волокнах тазового нерва.

В процессе мочеиспускания моча выводится из мочевого пузыря в результате рефлекторного акта. Наступают сокращение гладкой мышцы стенки мочевого пузыря, расслабление внутреннего и наружного сфинктеров мочеиспускательного канала, сокращение мышц брюшной стенки и дна таза; в это же время происходит фиксация грудной стенки и диафрагмы. В результате моча, находившаяся в мочевом пузыре, выводится из него.

При раздражении механорецепторов мочевого пузыря импульсы по центростремительным нервам поступают в крестцовые отделы спинного мозга, во II – IV сегментах которого находится рефлекторный центр мочеиспускания. Спинальный центр мочеиспускания находится под влиянием вышележащих отделов мозга, изменяющих порог возбуждения рефлекса мочеиспускания. Тормозящие влияния на этот рефлекс исходят из коры большого мозга и среднего мозга, возбуждающие – из заднего гипоталамуса и переднего отдела моста мозга.