Артериальное давление клубочковая фильтрация

Влияние артериального давления на интенсивность мочеотделения

Ключевым элементом механизма жидкостной регуляции артериального дав­ления является влияние, которое оказывает артериальное давление на интенсив­ность мочеотделения почками. Механизмы данного процесса здесь будут только кратко описаны с акцентом на их значение для деятельности сердечно-сосудистой системы.

Как указано в главе 1, почки играют основную роль в гомеостазе, регулируя электролитный состав плазмы и тем самым всей внутренней среды организма. Од­ним из основных электоролитов плазмы, регуляция баланса которого происходит в почках, является ион натрия. Для осуществления регуляции электролитного со­става плазмы значительная часть жидкой фракции крови, протекающей через поч­ку, фильтруется через капилляры клубочков и после этого попадает в почечные канальцы. Жидкость, которая проходит из крови в почечные канальцы, носит на­звание клубочкового фильтрата, а скорость, с которой осуществляется этот про­цесс, называется скоростью клубочковой фильтрации. Клубочковая фильтрация представляет собой транскапиллярное перемещение жидкости, на скорость кото­рого оказывают влияние гидростатическое и онкотическое давления, как показано в гла ве 1.

Основная причина постоянной клубочковой фильтрации заключается втом, что гид­ростатическое давление в капиллярах клубочков в норме очень высокое (= 70 мм рт. ст.). Скорость клубочковой фильтрации уменьшается под влиянием факторов, которые снижают давление в капиллярах клубочков (например, снижение артериального дав­ ления или сужение прегломерулярных артериол почек).

После того, как жидкость профильтровалась в просвет почечных канальцев, она или (1> реабсорбируется и возвращается в сердечно-сосудистую систему, или (2> проходит по почечным канальцам и в конечном итоге декретируется в виде мочи. Таким образом, продукция мочи является результирующим процессом клубочковой фильтрации и канальцевой реабсорбции жидкости в почках —

Скорость мочеотделения = скорость клубочковой фильтрации — скорость реаб­ сорбции жидкости в почках.

Фактически большая часть процесса реабсорбции жидкости, которая посту­пает в почечные канальцы в виде клубочкового фильтрата, происходит за счет того, что натрий активно извлекается из канальцев клетками расположенными в стенке канальца. Когда натрий уходит из канальцев, возникающие осмотические силы заставляют воду выходить из канальцев. Таким образом, любой фактор, ко­торый усиливает реабсорбцию натрия в почечных канальцах (задержку натрия), увеличивает скорость реабсорбции жидкости в почках и, соответственно, снижа­ет скорость мочеотделения Концентрация в крови гормона альдостврона, кото­рый продуцируется в надпочечниках, является основным регулирующим факто-

1 ром скорости реабсорбиии натрия клетками почечных канальцев Освобождение!

альдостерона из надпочечников в свою очередь в значительной степени регулирует- ся уровнем в крови другого гормона, ангиотензана I !, концентрация которого в плаз- ме определяется плазменным уровнем ренина, фермента вырабатываемого почка­ми _Ренин катализирует образование неактивного декапептида, ангиотензана /, из j ангиотензиногена, плазменного белка предшественника Затем ангиотензин I быс- _ц тро превращается в ангиотензин II (октапептид) под действием ангиотензин-кон- й вертирующего фермента (ЛКФ), который расположен на поверхности эндотели—альных клеток Совокупность элементов, последовательно участвующих в данном] процессе, называется ренин-ангиотензин-альдостероновой системой

Представляется что на скорость образования ренина в почках влияет несколь- ^ ко факторов Увеличение активности симпатических нервов почек вызывает не по- 1 средственное освобождение ренина при участии [3, адренергических рецепторов Так­ же освобождение ренина запускается факторами, связанными со снижением скорости клубочковой фильтрации Активация симпатических сосудосуживающих нервов, иннервирующих почечные артериолы таким образом опосредованно вызы­вает освобождение ренина за счет снижения гидростатического давления в капил­лярах клубочков и скорости клубочковой фильтрации. Важный факт, который необ-

ходимо помнить с точки з|ж$^||йтельности сердечно-сосудистой системы, заклю­ чается в том, что все, что способствует освобождению ренина, вызывает снижение скорости мочеотделения, так как увеличение содержания ренина вызывает увеличе­ние реабсорбции натрия (и следовательно, жидкости) из просвета почечных каналь­ цев 6 .

На скорость мочеотделения также воздействует вазопрессин (антидиуретиче­ский гормон, АДГ), освобождающийся из задней доли гипофиза Вазопрессин регу­лирует проницаемость определенных участков канальцев почек таким образом, что, когда уровень данного гормона в крови повышен, вода реабсорбируется из каналь­цев и почки продуцируют только небольшие объемы высококонцентрированной мочи Продукция вазопрессина в гипоталамусе и его освобождение из задней доли гипофи­ за стимулируется многими факторами, в том числе повышенной осмолярностью вне­ клеточной жидкости, пониженной импульсацией со стороны сердечно-легочных ба- рорецепторов и сниженным уровнем импульсации со стороны артериальных барорецепторов В последних двух случаях влияния на освобождение вазопрессина конечный результат заключается в уменьшении скорости мочеотделения, при сни­жении артериального давления и (или) центрального объема

Некоторые основные механизмы, которые ведут к уменьшению скорости моче­ отделения, представлены на рис 10-9

Наиболее важно, что на данном рисунке показано, как скорость мочеотделения связана с величиной артериального давления многими синергическими механизма­ ми Вследствие этого умеренные изменения уровня артериального давления обус­ловливают существенные изменения скорости мочеотделения

Указанные взаимоотношения между артериальным давлением и скоростью моче­ отделения, существующие в организме здорового человека, показаны на рис 10-10. Напомним, что при устойчивом состоянии скорость мочеотделения всегда равняет­ся об ьему жидкости, поступающей в организм, и изменения объема жидкости орга- —низма будут автоматически вызывать изменения артериального давления, пока дан-1 ное равновесие не будет установлено Таким образом, у здорового человека с нормальным поступлением жидкости в организм артериальное давление будет, с уче­ том долговременных регулирующих воздействий, соответствовать точке А на графи-1 керис 10-10 Из-за выраженной крутизны кривой, показанной на рис 10-10, даже ] существенные изменения скорости поступления жидкости в организм в норме ока­жут незначительное воздействие на зеличину артериального давления

Результирующее фильтрационное давление в клубочке и факторы, ее определяющие

Рф = Рг – (Ро + Рс)

Рф — результирующее фильтрационное давление,

Рг — гидростатическое давление в капиллярах клубочка,

Ро — онкотическое давление в капиллярах клубочка,

Рс — гидростатическое давление в боуменовой капсуле.

Объем фильтрата, образующегося в единицу времени обозначают как скорость клубочковой фильтрации. Она представляет собой произведение фильтрационного коэффициента на эффективное фильтрационное давление. Фильтрационный коэффициент определяется гидравлической проницаемостью стенки капилляров и площадью их поверхности.

СКф = Фк * Рф

СКф — скорость клубочковой фильтрации,

Фк — фильтрационный коэффициент (площадь фильтрации, гидравлическая проводимость),

Рф — результирующее фильтрационное давление.

У здорового молодого мужчины скорость клубочковой фильтрации составляет 125 мл/мин или 180 литров в сутки. Эта величина не сопоставима с фильтрацией жидкости через стенки всех капилляров в организме — примерно 4 литра в сутки. Другими словами вся плазма фильтруется в почках около 60 раз в сутки. Если бы прекратилась реабсорбция воды то вся вода, содержащаяся в плазме, была бы выведена с мочой в течение 30 минут. Столь высокая фильтрующая способность дает возможность почкам экскретировать значительное количество конечных продуктов обмена веществ и очень точно регулировать элементный состав жидкостей внутренней среды организма.

Факторы, влияющие на скорость клубочковой фильтрации действуют не однозначно. При увеличении гломерулярной поверхности, вследствие релаксации гломерулярных мезангиальных клеток повышается фильтрационный коэффициент и, как следствие скорость клубочковой фильтрации. Повышение артериального давления в почке или повышение сосудистого сопротивления эфферентной артериолы клубочка ведет к повышению гидростатического давления в гломеруле и также повышает скорость клубочковой фильтрации. Наконец, скорость клубочковой фильтрации повышается при увеличении системного онкотического давления.

В свою очередь снижение плазмотока в почке, через снижение онкотического давления в капиллярах приведет к снижению скорости клубочковой фильтрации. Повышение давления в боуменовой капсуле также приведет к снижению скорости клубочковой фильтрации. Наконец, скорость клубочковой фильтрации через снижение гидростатического давления в капиллярах понизится при снижении сосудистого сопротивления в афферентной артериоле клубочка.

Относительное постоянство почечного кровотока даже при значимых колебаниях системного артериального давления в диапазоне от 85 до 200 мм рт. ст. обеспечивается по меньшей мере двумя внутрипочечными механизмами:

· Миогенный механизм. Аналогичен любому саморегулирующему сосудистому руслу. Гладкая мускулатура сосуда сокращается при ее растяжении. То есть повышение аретриального давления увеличивает пассивное напряжение стенки артериолы и в ответ увеличивается сосудистое сопротивление.

· Канальцево-клубочковая обратная связь. Повышение артериального давления ведет к повышению клубочковой фильтрации, и, как следствие к увеличению скорости тока внутриканальцевой жидкости. В результате в юкстагломерулярном аппарате вы­ра­ба­ты­ва­ется ренин, который, способствуя образованию ангиотензина II, резко суживает прекапилляры клубочков и уменьшает фильтрацию.

По мере продвижения фильтрата по канальцам состав канальцевой жидкости меняется под влиянием двух основных процессов — канальцевой реабсорбции и канальцевой секреции.

Проксимальный каналец играет решающую роль в реабсорбции растворенных веществ — именно здесь в кровоток возвращается от 50% до 100% профильтровавшихся веществ. Это обязательная реабсорбция. Она происходит с участием ферментных систем и затратой энергии. В этом сегменте реабсорбируются органические питательные вещества (глюкоза, аминокисло­ты, метаболиты цикла Кребса, некоторые водорастворимые витамины и т.д.), а также большая часть электролитов (натрий, хлор, калий, кальций, бикарбонаты, фосфаты, сульфаты). Вода проходит через стенку пассивно, выравнивая возникающее осмотическое неравновесие и по­этому канальцевая жидкость остается изотоничной. Характерной особенностью проксимально­го канальца является свойство клубочково-канальцевого равновесия — количество реабсорби­руемого вещества всегда составляет определенный процент от его содержания в фильтрате. Благодаря этому свойству изменение скорости клубочковой фильтрации и, соответственно объ­ема фильтрата, практически не влияет на деятельность остальных сегментов канальцевого ап­парата. Другой отличительной особенностью проксимального канальца является наличие у сис­тем активной реабсорбции предела, называемого максимальным канальцевым транспортом или почечным порогом реабсорбции. Это свойство касается транспорта так называемых пороговых веществ — глюкозы, фосфата, сульфата, бикарбонатов, аминокислот. Если концентрация веще­ства в фильтрате превышает предел насыщения данным веществом мембранных белков, ответ­ственных за его транспорт, то излишек экскретируется с мочой. При этом никаких нарушений в механизме канальцевого транспорта не происходит.

Проксимальный каналец — основное место секреции высокомолекулярных, чужеродных организму веществ, водорода, аммония, слабых органических кислот и оснований.

Петля Генле по транспортным характеристикам сходна с проксимальным канальцам, но мощность этой системы гораздо ниже. С этого сегмента появляется способность к факультативной реабсорбции. При этом реабсорбционная способность веществ и воды различна в нисходящем и восходящем колене этого сегмента. В целом в петле Генле реабсорбируется больше натрия и хлора, чем воды. Поэтому жидкость, покидающая петлю Генле гипотонична, а межклеточная жидкость становится гипертоничной. Этот осмотический градиент, создаваемый в мозговом веществе, в конечном счете обуславливает способность почки концентрировать или разбавлять мочу.

В дистальном сегменте всасываются значительно меньшие количества компонентов первичной мочи, секретируется ряд электролитов и чужеродных веществ. Здесь осуществляются особые механизмы замены натрия в солях сильных кислот на ионы водороды (ацидогенез) и аммония (аммониогенез). Именно в дистальном канальце проводится тонкая регуляция процессов реабсорбции и секреции для поддержания кислотно-щелочного равновесия, контролируемая веществами, образующимися как в самой почке, так и за ее пределами. Основными веществами, регулирующими состав внутриканальцевой жидкости, является альдостерон, вырабатываемый корой надпочечников, предсердный натрийуретический фактор, высвобождающийся из ткани предсердий, паратгормон, образующийся в паращитовидных железах, кальцитонин, высвобождающийся щитовидной железой, витамин D, активизирующийся в печени и почках.

В собирательных трубочках происходит заключительное концентрирование мочи благодаря противоточно-поворотной множительной системе, которая функционирует в петле Генле с участием прямых капилляров мозгового вещества, путем окончательной реабсорбции мочевины, электролитов, а также секреции ряда ионов. Почка человека может создать максимальную концентрацию мочи в 1400 мосмоль /_л, что почти в 5 раз больше, чем в плазме. Количество мочевины, сульфата, фосфата, других конечных продуктов обмена и небольшое количество ионов, экскретируемое ежедневно в норме составляет 600 мосмоль. Минимальный объем воды, в котором может раствориться такое количество веществ составляет 430 мл и этот объем называется обязательной или облигатной потерей воды. Он может несколько изменяться в зависимости от катаболических процессов в тканях. Веществом, регулирующим объем окончательной мочи является антидиуретический гормон, вырабатываемый гипофизом.

Несмотря на несовершенство многих функций почки уже у детей первого года жизни поддерживают гомеостаз на должном уровне в физиологических условиях при естественном вскармливании. И это несмотря на то, что деятельность почек происходит в условиях напряженнейшего водно-солевого обмена. Составляя около 80% от веса тела новорожденного (у взрослого 60% и ниже) жидкость у ребенка очень легко накапливается в тканях и так же легко теряется. Исключительная лабильность водного обмена у детей объясняется прежде всего тем, что в обмене жидкости у них участвует до 50% экстрацеллюлярной жидкости, в то время, как у взрослого только 14%–16%. Весьма лабильным является и кислотно-щелочное равновесие. Ребенок рождается в условиях недостатка оснований и вследствие этого относительно меньшей буферной емкости крови, то есть в состоянии предацидоза. Следует учесть также явную направленность метаболизма ребенка на пластические процессы — его рост и развитие.

После поступления в чашечку состав мочи уже больше не изменяется и, с этого участка, остальная часть мочевой системы служит просто для выведения образовавшейся мочи. С точки зрения физиологии важным является механизм регуляции мочеиспускания. Условно выделяют трехуровневую систему этой регуляции. Каждый уровень, обладая автономностью, подчинен вышестоящему.

· Синхронизация расслабления сфинктеров и сокращения детрузора на нижнем этаже регуляции обеспечивает мочеиспускание.

· На среднем этаже регуляции симпатическая часть спинального центра направлена на удержание мочи, а парасимпатическая — на ее изгнание.

· Верхний этаж регуляции обеспечивается корковыми и подкорковыми структурами.

Становление и регуляция мочеиспускания связано с возрастом. У детей раннего возраста отмечается физиологический энурез, то есть недержание мочи.

Ребенок до 6 месяцев опорожняет мочевой пузырь по мере его заполнения, обеспечивается только нижний этаж регуляции и количество мочеиспусканий у ребенка достигает 20–25 раз за сутки, а разовый объем мочи не превышает 30–35 мл.

По мере созревания среднего этажа регуляции развивается способность удерживать мочу. Кратность мочеиспусканий уменьшается и, примерно к 1,5 годам составляет около 10 за сутки, а разовый объем мочи увеличивается до 100 мл. Но это спинальный уровень регуляции и, несмотря на наличие факта удержания мочи, ребенок сознательно не контролирует акт мочеиспускания.

По мере созревания верхнего этажа регуляции возникает способность полного контроля над мочеиспусканием. Раньше считалось, что к 3 годам ребенок должен полностью контролировать свою потребность в мочеотделении. Сейчас, в эпоху памперсов, происходит более позднее созревание церебральных центров, и полное управление как дневным, так и ночным мочеиспусканием с формированием навыков самообслуживания формируется только к 4,5–5 годам. Кратность мочеиспусканий уменьшается примерно до 6–9 раз в сутки, а разовый объем мочи с возрастом увеличивается до 250–270 мл.

Клубочковая фильтрация

• Физиология
• История физиологии
• Методы физиологии

Механизмы мочеобразовании. Фильтрация в клубочках

Мочеобразование происходит в нефронах, собирательных трубочках и протоках. Образование мочи состоит из трех последовательных процессов:

• фильтрации (в клубочках);
• реабсорбции;
• секреции (в канальцах, трубочках и протоках).

Формула мочеобразования выглядит следующим образом:

Скорость мочеобразования = Скорость фильтрации — Скорость реабсорбции + Скорость секреции.

Фильтрация в клубочках — первый этап мочеобразования, который заключается в переходе жидкости и растворенных в ней веществ из кровеносных капилляров клубочков в полость капсулы Шумлянского-Боумена.

Результатом фильтрации является поступление в полость капсулы жидкой части плазмы крови, практически не содержащей форменных элементов и почти лишенной белка. Эта жидкость, находящаяся в капсуле, называется клубочковым фильтратом или первичной мочой. Содержание минеральных ионов и низкомолекулярных органических веществ (например, глюкозы, аминокислот), которые в крови не связаны с белками, в клубочковом фильтрате близко к их концентрации в плазме крови. Исключение составляют некоторые низкомолекулярные вещества (кальций и жирные кислоты), которые частично связаны с белками и в таком виде не способны к свободной фильтрации.

Структуры, отделяющие кровь капилляров клубочков от первичной мочи в пространстве капсулы Шумлянского — Боумена, называются клубочковым фильтром. Он состоит из трех элементов: 1) эндотелия капилляров клубочка; 2) базальной мембраны; 3) эпителия внутреннего листка капсулы Шумлянского — Боумена, представленного особыми клетками — подоцитами, имеющими пальцевидные отростки — «ножки» и окружающими наружную поверхность базальной мембраны капилляров. Этот фильтр, несмотря на свое трехслойное строение, способен пропускать в сотни раз больше воды и растворенных веществ, чем стенка обычного капилляра.

Скорость клубочковой фильтрации (СКФ) — количество первичной мочи, образующееся в почках в единицу времени.

Скорость клубочковой фильтрации определяется двумя основными факторами:

• коэффициентом фильтрации (К_ф) в клубочках, зависящим от проницаемости клубочкового фильтра и площади поверхности капилляров;
• фильтрационным давлением (ФД), действующим на компоненты крови.

Формула скорости клубочковой фильтрации

У взрослого здорового человека скорость клубочковой фильтрации составляет приблизительно 150-180 л/сут (или в среднем 110 мл/мин у женщин и 125 мл/мин у мужчин) и поддерживается на постоянном уровне:

СКФ = К_ф • ФД.

Важную роль в определении объема фильтрации играет проницаемость клубочкового фильтра — чем она выше, тем больше объем фильтрата. Проницаемость клубочкового фильтра определяется размером пор (фенестр, отверстий) в базальной мембране (в ней они наименьшие по сравнению с другими структурами и составляют около 8 им, или 80 А), наличием отрицательного заряда на его структурах, а также величиной и зарядом фильтруемых веществ. Клубочковый фильтр свободно проницаем для низкомолекулярных неорганических и органических веществ (с молекулярной массой менее 70 000 Дальтон) и размерами менее 4 нм. Вода, минеральные соли, водорастворимые витамины, мочевина, глюкоза, многие пептиды и низкомолекулярные белки плазмы крови в значительной степени фильтруются и определяют состав первичной мочи. Фильтрация органических молекул массой более 7000 Дальтон прогрессивно уменьшается по мере увеличения их размеров. Молекулы массой более 70 000 Дальтон и вещества, связанные с ними, практически не попадают в первичную мочу. Фильтрация высокомолекулярных веществ ограничивается также отрицательным зарядом структур клубочкового фильтра. Так, заряженный отрицательно белок плазмы крови альбумин, имеющий молекулярную массу 69 000 Дальтон и размеры 6 нм, фильтруется в очень малых количествах (0,02%) от его содержания в плазме крови. При повреждении структур клубочкового фильтра (увеличении размеров нор, снижении или утрате клубочковым фильтром своего отрицательного заряда) происходит увеличение фильтрации белков и выделение их с мочой (протеинурия).

Площадь клубочкового фильтра также имеет существенное значение для скорости клубочковой фильтрации — чем она больше, тем больше объем первичной мочи. Суммарная площадь клубочковых фильтров составляет 1,5-2,0 м 2 .

Основной силой, обеспечивающей перемещение из крови клубочковых капилляров в просвет капсулы нефрона фильтруемых веществ, является фильтрационное давление (ФД). Оно представляет собой разность между гидростатическим давлением крови (ГД_К) в капиллярах клубочков и суммой гидростатического давления первичной мочи (ГД ) в капсуле Шумлянского — Боумена и онкотического давления плазмы крови (ОД_к):

ФД = ГД_К — (ГД_ПМ + ОД_к) = 70 — (18 + 32) = 20 мм рт. ст.

Гидростатическое давление крови в капиллярах клубочка определяется теми же факторами, что и артериальное давление крови, и является основной силой, которая способствует фильтрации. У здорового человека оно составляет около 60- 70 мм рт. ст. и практически не зависит от колебаний системного артериального давления благодаря механизмам саморегуляции почечного кровотока (см. выше). ГД_ПМ в капсуле Шумлянского — Боумена и ОД_к в капиллярах клубочка препятствуют фильтрации. ГД_ПМ в капсуле нефрона составляет приблизительно 18 мм рт. ст. В норме ОД_к составляет около 32 мм рт. ст. и зависит от концентрации белков в плазме крови. Содержание белков в капиллярах клубочков существенно повышается вследствие большого объема фильтрации: до 20% плазмы, проходящей через почки. Таким образом, ФД, необходимое для обеспечения должной скорости клубочковой фильтрации, составляет около 20 мм рт. ст.

Если системное артериальное давление у человека падает ниже 70 мм рт. ст., ГД_К в капиллярах клубочка становится менее 50 мм рт. ст., ФД приближается к нулю и процесс клубочковой фильтрации резко уменьшается или даже полностью прекращается. В этом случае количество выделяющейся мочи у человека резко снижается (при суточном диурезе менее 400 мл это состояние называют олигурией) либо процесс образования и выделения мочи полностью прекращается (анурия), что приводит к нарушению гомеостаза и «самоотравлению» организма токсичными продуктами обмена веществ — развивается состояние острой или хронической почечной недостаточности. Для предотвращения развития недостаточности функции почек при резком снижении величины артериального давления крови необходимо принимать срочные меры по его восстановлению.

При повышении ОД (из-за увеличения содержания белков в плазме крови и снижении кровотока в почке) или повышении ГД_ПМ (закупорка мочевыводящих путей) фильтрационное давление и клубочковая фильтрация снижаются, что приводит к уменьшению образования первичной мочи.

Несмотря на большую скорость клубочковой фильтрации, достигающую 180 л/сут, объем выводимой из организма конечной мочи обычно составляет у здорового взрослого человека 1,0-1,5 л (нормальные колебания суточного диуреза составляют от 0,5 до 2,0 л). Значительное количество образуемого фильтрата (178,5-179 л) подвергается обратному всасыванию (реабсорбции) в канальцах, собирательных трубочках и протоках почек (табл. 1).

Таблица 1. Фильтрация, реабсорбции и выделение почками различных веществ

Источники: http://www.cardioportal.ru/fiziologiyaserdca/77.html, http://studopedia.ru/17_44292_rezultiruyushchee-filtratsionnoe-davlenie-v-klubochke-i-faktori-ee-opredelyayushchie.html, http://www.grandars.ru/college/medicina/klubochkovaya-filtraciya.html