Строение нефрона. Образование первичной и вторичной мочи

     5. Строение нефрона. Образование  первичной и вторичной мочи.

   Основной структурно-функциональной единицей почки, обеспечивающей образование мочи, является нефрон. Нефрон представляет собой эпителиальную трубочку, которая начинается слепо в виде капсулы почечного тельца, далее переходящей в канальцы разного калибра, впадающей в собирательную трубочку. В каждой почке имеется около 1-2 млн нефронов.  
   В нефроне различают несколько последовательно соединенных отделов, располагающихся в корковом и мозговом веществе почки: 

1. Сосудистый клубочек или мальпигиевое тельце: 
Находится в корковом веществе, имеет около 50 капиллярных петель, связанных друг с другом. Снаружи клубочки покрыты двухслойной капсулой Боумена-Шумлянского.  
   В капсуле различают наружную и внутреннюю стенки (листки):  
   а) внутренний ( висцеральный) листок охватывает со всех сторон капилляры клубочковой сети. Состоит он из одного слоя клеток, называемых подоцитами. Подоциты имеют слегка вытянутую неправильную форму. Тело подоцита имеет 2-3 крупных длинных отростка, называемых цитотрабекулами. От них в свою очередь отходит много мелких отростков — цитоподий. Пространства между отростками заполнены фибриллярными структурами, образующими щелевую диафрагму. 
   б) наружный (париетальный) листок состоит из базальной мембраны, покрытой эпителиальными клетками, переходящими в эпителий канальцев.  
 Между наружной и внутренней стенками капсулы имеется полость( переходящая в просвет главного отдела канальцев), в которую поступает первичная моча, образующаяся в результате клубочковой фильтрации.  
2. Главный или проксимальный отдел канальцев: 
Начинается от полости капсулы извитой частью, переходящей в прямую часть канальца. Это самый протяженный участок канальцев (около 14 мм). Клетки на апикальной мембране имеют щеточную каемку из микроворсинок, покрытых гликокаликсом.  Главный отдел расположен в корковом веществе, где переходит в петлю Генле. 
3. Тонкий нисходящий отдел  петли Генле: 
Состоит из нисходящей тонкой части и восходящей толстой части. Стенка нисходящей части образована плоскими, а восходящей части — кубическими эпителиоцитами, в которых выявляются немногочисленные микроворсинки. Восходящая часть – начало дистального отдела канальцев. 
4. Дистальный отдел канальцев:  
Подразделяется на две части — прямую (восходящая часть петли Генле) и извитую части.  
Восходящая часть покрыта клетками, похожими на клетки проксимального отдела, но только без щеточной каемки. Извитая часть расположена в коре почки.  
Плотное пятно – место соприкосновения извитой части дистального канальца с полюсом клубочка между  приносящей и выносящей артериолами, где эпителий становится цилиндрическим, ядра клеток- гиперхромными, этот участок выглядит темным, плотным. 
5. Собирательные трубки: 
Спускаются из коры почек в мозговое вещество. 
Их стенка образована кубическим и призматическим эпителием, в составе которого различают светлые и темные клетки. Светлые — участвуют в реабсорбции электролитов и воды с помощью водных каналов, которые формируются интегральным белком плазмолеммы аквапорином. Темные — секретируют катионы водорода, подкисляющие окончательную мочу. 
 
Типы нефронов:

* Суперфициальные – имеют поверхностно расположенные в коре клубочки, наиболее короткую петлю Генле, ( 20-30%). 
* Интракортикальные – клубочки расположены в средней части коры почки, выполняют основную роль в процессах ультрафикации мочи (60-70%).  
* Юкстамедуллярные – клубочки расположены у границ коркового и мозгового вещества почки, играют ведущую роль в процессах концентрирования и разведения мочи. 

           Образование первичной мочи 
 
   Первый этап мочеобразования - процесс фильтрации.  
   Фильтруются практически все компоненты плазмы крови, за исключением высокомолекулярных белков и форменных элементов крови. Жидкость из просвета капилляра проходит через эндотелиоциты, базальную мембрану и между цитоподиями подоцитов с их многочисленными фильтрационными щелями, прикрытыми диафрагмами, в полость капсулы клубочка.  
   Фильтрация —  это процесс перехода воды и растворенных веществ из плазмы в капсулу. Сила, которая обеспечивает фильтрацию, — это гидростатическое давление плазмы 
(70 мм рт. ст.). Препятствуют фильтрации онкотическое давление белков плазмы (30 мм рт. ст.) и гидростатическое давление жидкости в капсуле (20 мм рт. ст.). Фильтрационное давление = 20 мм рт. ст. Первичная моча представляет собой ультрафильтрат плазмы, содержит все низкомолекулярные вещества плазмы и незначительное количество мелкодисперсных белков, глюкоза, мочевина, мочевая кислота, креатинин, хлориды. В сутки образуется 180 литров. 
   Столь эффективная фильтрация плазмы, осуществляемая почками практически беспрерывно, способствует максимальному удалению из организма вредных продуктов метаболизма — шлаков.

              Образование вторичной мочи 
 
   Второй этап образования мочи – это обратное всасывание (реабсорбция). 
Клетки проксимального канальца покрыты эпителием с щеточной каймой из микроворсинок.                                                                      Механизмы реабсорбции:

1. Пассивный транспорт веществ - без затрат энергии по осмотическому градиенту  (вода),  электрохимическому градиенту  (бикарбонаты, хлориды), концентрационному (мочевина).

2. Активный транспорт — перенос веществ против концентрационного, электрохимического градиентов с затратами энергии. 
   Первично-активный транспорт.   
Примером является перенос ионов натрия. Энергия АТФ затрачивается непосредственно на перенос ионов натрия.  Через апикальную мембрану натрий транспортируется с участием переносчика без затрат энергии по концентрационному градиенту. На базальных и латеральных мембранах работает калий-натриевый насос,  который поддерживает низкую концентрацию натрия внутри клетки. Перенос натрия через апикальную мембрану может быть связан с обменом его на ионы водорода,  а также с транспортом глюкозы

и аминокислот. 
   Вторично-активный транспорт. 
Примером является перенос глюкозы и аминокислот. На апикальной мембране глюкоза соединяется с переносчиком и натрием,  и комплекс перемещается в клетку.  Энергия переноса —  градиент ионов натрия.  На базальной мембране натрий удаляется насосом с затратами энергии АТФ,  а глюкоза путем облегченной диффузии с участием переносчика поступает в кровь.  Аминокислоты полностью подвергаются реабсорбции.  Существуют четыре

системы транспортных белков: для нейтральных, двуосновных, дикарбоновых и аминокислот. Через апикальную мембрану транспорт сопряжен с ионами натрия и является вторично-активным.

3. Пиноцитоз.  Путем пиноцитоза реабсорбируются молекулы белков. Мембрана эпителиоцитов формирует пиноцитозные пузырьки, которые в клетке соединяются с лизосомами, под действием их ферментов белки разрушаются до аминокислот.  Аминокислоты затем транспортируются в кровь путем облегченной диффузии, либо подвергаются дезаминированию с образованием аммиака.  Аммиак легко диффундирует в просвет канальцев, где связывается с протонами водорода и выделяется в виде солей аммония. 

 
   Третий этап – канальцевая секреция. 
   Перенос веществ из плазмы крови в просвет канальца. Это активный транспорт, идет с затратами энергии и участием белков-переносчиков. Секреции подвергаются ионы калия, ионы водорода, органические, лекарственные и чужеродные вещества.  Ионы калия переносятся через базальную мембрану калий-натриевым насосом в клетку канальца. Концентрация их в клетке выше, чем в жидкости канальца, поэтому они диффундируют через апикальную мембрану в жидкость канальца. Секреция калия зависит от проницаемости апикальной мембраны для ионов

калия и ее заряда. В проксимальном отделе реабсорбируется 2/3 первичной мочи. Объем фильтрата уменьшается до 60 литров.

   Концентрирование мочи происходит в петле Генле. Петля лежит в мозговом веществе почки,  интерстиций которого имеет высокое осмотическое давление.  Нисходящий отдел петли проницаем для воды, а восходящий отдел — для ионов натрия, калия, хлора. Когда моча двигается вниз по петле, из нее реабсорбируется вода, и раствор из гипотонического становится гипертоническим. При движении жидкости вверх по петле из нее реабсорбируются ионы, и раствор опять становится гипотоническим. Таким образом,  роль петли Генле заключается в уменьшении количества жидкости.

   Гуморальная регуляция канальцевой реабсорбции происходит главным образом в дистальном отделе нефрона.   
        Реабсорбцию и секреции электролитов и воды регулируют такие гормоны, как:

   1. Вазопрессин — образуется в СОЯ и ПВЯ гипоталамуса и выделяется в нейрогипофизе. На базальной мембране клеток эпителия канальцев имеются V2  рецепторы.  Образование гормон-рецепторного комплекса приводит к активации GS белков мембраны и через гуаниловый нуклеотид к появлению цАМФ.  ЦАМФ активирует цАМФзависимые протеинкиназы, которые обеспечивают фосфорилирование мембранных белков. В результате повышается проницаемость апикальной мембраны для воды, образуются специализированные вакуоли для переноса воды

от апикальной мембраны к базальной.  Кроме того,  вазопрессин обусловливает активацию и выход из клеток гиалуронидаз,  вызывающих расщепление глюкозамингликанов основного межклеточного вещества и межклеточный пассивный транспорт по осмотическому градиенту.

   2. Альдостерон —  гормон клубочковой зоны коры надпочечников.

Вызывает усиление реабсорбции ионов натрия в дистальном отделе нефрона.  Альдостерон стимулирует образование цАМФ,  который индуцирует синтез белков апикальной поверхности мембраны. Эти белки обеспечивают натрий-протонный антипорт или являются натриевыми

каналами.  В результате усиливается поступление натрия в клетки канальцев, что стимулирует натрий-калиевую АТФазу и усиливается перенос натрия через клетку.  Благодаря активации натрий-протонного обмена усиливается выведение протонов. В моче протоны связываются

буферными основаниями и удаляются с мочой.  Повышение секреции протонов приводит к внутриклеточному алкалозу, что увеличивает калиевую проводимость мембраны, и он в больших количествах секретируется через апикальную мембрану.

   3. Атриальный пептид (предсердный натрийуретический фактор) — образуется в правом предсердии и накапливается в пузырьках. Выделяется при растяжении предсердий,  что связано с увеличением ОЦК и ионами натрия.  Атриальный пептид тормозит реабсорбцию натрия в дистальном отделе нефрона.

   4. Паратгормон —  образуется паращитовидной железой.  В костях стимулирует секрецию остеокластами органических кислот (лимонной, молочной,  янтарной),  которые растворяют щелочной апатит с образованием ионов кальция и фосфатов. В почках стимулирует реабсорбцию

натрия и тормозит реабсорбцию фосфатов. Действие гормона могло бы привести к деминерализации костей,  но этого не происходит,  т. к.  он активирует в почках фермент, превращающий 25-гидроксикальциферол в 1.25-дегидроксикальциферол, т. е. витамин D3-гормон. Мишенью этого гормона является кишечник, там он усиливает всасывание фосфатов кальция.  Витамин  D3-гормон является важным компонентом системы регуляции уровня кальция в плазме крови. С пищей поступает предшественник —  эргостерол.  Переход его в активную форму происходит с участием таких органов, как кожа, печень и почки. По механизму от-

рицательной обратной связи витамин  D3-гормон тормозит выделение паратгормона.

   5. Кальцитонин —  гормон парафолликулярных клеток щитовидной железы. Понижает количество кальция в плазме путем стимуляции остеокластов костной ткани, торможения реабсорбции в почках и всасывания в кишечнике. 
   Итогом обратного всасывания и секреции является образование  вторичной мочи, состав которой очень сильно отличается от первичной мочи. Во вторичной моче высока концентрация мочевины, мочевой кислоты, ионов хлора, магния, натрия, калия, сульфатов, фосфатов, креатинина. Около 95% вторичной мочи составляет вода, 5% - сухой остаток.  
В сутки образуется около 1,5 - 2 литра вторичной мочи.

4. Обмен белка в организме. Регуляция  белкового обмена. 
 
Потребность в белке определяется минимальным количеством пищевого белка, который будет уравновешивать потери организмом азота, при сохранении энергетического баланса.  
Белки в организме находятся в состоянии непрерывного обмена и обновления. У здорового взрослого человека количество распавшегося за сутки белка равно количеству вновь синтезированного. Животные существа могут усваивать азот только в составе аминокислот, поступающих в организм с белками пищи. 
Для нормального метаболизма имеет значение не только количество получаемого человеком белка, но и его качественный состав, а именно соотношение заменимых и незаменимых аминокислот. 
Незаменимыми являются 10 аминокислот (валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, триптофан, треонин, фенилаланин, аргинин и гистидин) ,  которые не синтезируются в организме человека, но вместе с тем абсолютно необходимы для нормальной жизнедеятельности. Отсутствие даже одной из них ведет к отрицательному азотистому балансу, потере массы тела и другим несовместимым с жизнью нарушениям. Все эти аминокислоты человек получает только с пищей. 
Заменимые аминокислоты также необходимы для жизнедеятельности человека, но они могут синтезироваться и в самом организме из продуктов обмена углеводов и липидов. К ним относятся гликокол, аланин, цистеин, глутаминовая и аспарагиновая кислоты, тирозин, пролин, серин, глицин; аргинин и гистидин.  
Важным фактором обмена белков организма является повторное использование (реутилизация) аминокислот, образовавшихся при распаде одних белковых молекул, для синтеза других. Скорость распада и обновления белков организма различна.  В среднем все белки организма человека обновляются за 80 суток.  
   Белки в основном используются для пластического обмена, но при недостатке жиров и углеводов в организме могут использоваться в энергетическом обмене.  
Белковый оптимум — количество белка, достаточное для удовлетворения потребностей организма при нормальной работоспособности. Норма — 1 г белка на 1 кг массы тела. При тяжелых физических нагрузках необходима добавка белка (10 г на каждые 500 ккал).      
Белковый минимум — минимальное количество белка, необходимое для выживания организма (30 г в сутки).   
По биологической ценности пищевые белки делятся на две группы: