1. Сосуды почек
2. Поступление крови в почки и распределение кровотока
3. Избирательная проницаемость клубочкового фильтра
4. Скорость клубочковой фильтрации
5. Регулирование клубочковой фильтрации и циркуляции
6. Резюме
7. Список использованной литературы

а) Сосуды почек. Стенки почечных сосудов, особенно vasa afferentia и vasa efferentia, имеют высокое гидродинамическое сопротивление, что в результате обеспечивает падение в них кровяного давления.

1. Сосудистая система почек. Кровь из почечной артерии (а. renalis) проходит сначала через междолевые артерии (аа. interlobares) к дуговым артериям (аа. arcuatae), от которых вертикально отходят междольковые артерии (aa. interlobularis) (рис. ниже). Междольковые артерии разделяются на афферентные артериолы, которые подходят к клубочкам в виде многих параллельных сосудистых петель (рис. ниже). Капиллярные петли открываются в vasa efferentia, которые, в свою очередь, имеют следующий порядок ветвления:

- vasa efferentia, обслуживающие поверхностно расположенные клубочки, распадаются на вторичные перитубулярные капилляры, образуя сосудистую сеть, оплетающую извитые канальцы в корковом веществе почки;

- vasa efferentia, обслуживающие более глубоко расположенные клубочки (юкстамедуллярные клубочки), продолжаются в vasa recta, которые погружаются в мозговое вещество почек, давая длинные капиллярные петли.

Vasa recta и перитубулярные капилляры в итоге впадают в междольковые вены (vv. interlobularis), из которых кровь поступает в дуговые вены (vv. arcuatae) и из них направляется через междолевые вены (vv. interlobares) в почечную вену (v. renalis). В почках, таким образом, две капиллярные сети (капилляры клубочков и перитубулярные капилляры, а кроме того, vasa recta) соединены последовательно.

2. Изменение давления в почечных сосудах. Характер изменения давления в отдельных участках сосудов почек показан на рис. 1: в аорте и почечной артерии (a. renalis) у здоровых людей не наблюдается значительного падения давления, так как гидродинамическое сопротивление различных участков этих сосудов очень низкое. Стенки аа. interlobares имеют уже более высокое сопротивление. Наибольшим сопротивлением, как правило, обладают стенки афферентных артериол, и именно в них происходит наибольшее падение давления.

Каждая афферентная артериола распадается на множество параллельных капилляров, идущих к клубочкам, которые ввиду своего параллельного соединения и короткой длины имеют очень низкое сопротивление. Таким образом, в капиллярах клубочков практически не происходит никакого падения давления. Капилляры клубочков продолжаются в эфферентные артериолы, стенки которых оказывают значительное сопротивление потоку крови, что соответственно вызывает большое падение давления. Относительно высокое сопротивление в эфферентных артериолах поддерживает давление в капиллярах клубочков высоким, обеспечивая тем самым требуемое для нормальной скорости фильтрации фильтрационное давление (см. ниже).

Остальные участки сосудистой системы почек, такие как перитубулярные капилляры и вены, оказывают кровотоку низкое сопротивление.

3. Сопротивление vasa recta. Афферентные артериолы юкстамедуллярных нефронов, продолжающиеся в vasa recta обычно имеют, несмотря на их огромную длину, не очень высокое сопротивление, так как последовательные vasa recta соединены параллельно. Тем не менее поток крови, протекающий в vasa recta, подвергается различным неблагоприятным воздействиям. В частности, считается, что при постишемической почечной недостаточности поток крови в vasa recta замедляется вплоть до полной остановки циркуляции крови в прилегающих сосудах, в результате чего окружающие их клетки перестают в достаточной степени снабжаться кровью.

P.S. Шок почки:

- Причины. Одним из механизмов, которые поддерживают на должном уровне кровяное давление, например в случае серьезной кровопотери, служит сужение почечных сосудов симпатической нервной системой. В качестве побочного эффекта это может привести к ишемии почечной ткани, ишемической острой почечной недостаточности (шоку почки).

- Последствия. Даже после восстановления должных показателей объема крови и артериального давления (например, после проведения переливания крови) скорость клубочковой фильтрации (СКФ) остается сильно сниженной и почки выделяют лишь немного мочи (олигурия) или не выделяют ее вовсе (анурия). Механизмы, из-за которых СКФ остается уменьшенной, до сих пор до конца не изучены. Полагают, что в условиях ишемии клетки канальцев секретируют аденозин, который в почках, в отличие от прочих органов, вызывает эффект сильного сужения сосудов. Понижение СКФ позволяет в условиях ишемии клеткам канальцев избежать необходимость энергетически более невыгодной реабсорбции Na⁺.

Когда функционирование канальцев частично восстанавливается, восстанавливается и показатель СКФ. Тем не менее пропускная способность клеток канальцев нередко остается ограниченной в течение еще нескольких недель, что, несмотря на пониженную СКФ, приводит к чрезмерному выделению воды и электролитов (полиурическая фаза острой почечной недостаточности). Иногда функционирование почек полностью так и не приходит в норму, в этом случае возникает постоянная (хроническая) почечная недостаточность.

б) Поступление крови в почки и распределение кровотока. Примерно 20% от объема сердечного выброса проходит через почки; в корковом веществе почек интенсивность кровообращения высокая, в мозговом веществе она довольно низкая.

1. Почечный кровоток. Обычно около 20% (что соответствует примерно 1 л/мин) от сердечного выброса направляется к почкам, хотя на обе почки вместе приходится только 0,4% от общего веса тела. В пересчете на единицу массы почки являются наиболее хорошо кровоснабжаемыми органами в теле человека.

2. Распределение кровотока. Ток крови в почках крайне неравномерно распределяется между корковым и мозговым веществом (табл. 1); практически вся кровь проходит через располагающиеся в корковом веществе клубочки. Vasa recta в мозговом веществе почек, на долю которого приходится одна треть от всего веса почки, получают менее 10% от объема общего почечного кровотока.

Относительно низкая интенсивность кровоснабжения мозгового вещества почек усугубляется тем, что vasa recta имеют форму ленты, что дополнительно затрудняет как снабжение мозгового вещества О₂, так и удаление оттуда CO₂ и других продуктов метаболизма.

3. Регулирование кровотока в мозговом веществе почек. Некоторые медиаторы, такие как простагландины, ацетилхолин и брадикинин, способны усиливать кровообращение путем расширения сосудов (вазодилатации), и этот их эффект сильнее проявляется в мозговом веществе почек, чем в корковом. Кроме того, к расширению сосудов в мозговом веществе почек приводит падение общего артериального давления. За счет этого в норме недостаточное кровоснабжение клеток мозгового вещества почек, как правило, предотвращается. К расширению сосудов в мозговом веществе почек приводит также повышение давления в мочеточниках.

в) Избирательная проницаемость клубочкового фильтра. Клубочковый фильтр обладает избирательной проницаемостью, т. е. попадание в фильтрат большинства белков плазмы, как правило, предотвращается.

1. Избирательная проницаемость. Важным свойством клубочкового фильтра почек является его избирательная (селективная) проницаемость по отношению к различным компонентам плазмы (растворенным в ней веществам). С одной стороны, способность молекул проходить через клубочковый фильтр жестко ограничивается их размером. Молекулы с диаметром > 4 нм и молекулярной массой > 50 кДа проникать сквозь этот фильтр не способны (табл. 2).

С другой стороны, существенную роль играет заряд молекулы (рис. 2): отрицательно заряженные молекулы отталкиваются так же отрицательно заряженными неподвижными компонентами мембран, образующих клубочковый фильтр, и проходят сквозь него значительно тяжелее, чем положительно заряженные молекулы. Так как большинство белков плазмы заряжено отрицательно, их фильтрация дополнительно затрудняется. При нейтрализации заряда на компонентах мембран наблюдается избыточное попадание белков плазмы в фильтрат.

P.S. Протеинурия:

- Причины. В норме через клубочковый фильтр проникают очень немногие белки. Даже те белки, которые все же оказываются по другую сторону фильтра, в здоровом организме в значительной степени реабсорбируются в проксимальных канальцах и, следовательно, не выводятся из организма. При патологии повышенное попадание белков в фильтрат уже невозможно компенсировать. Кроме того, при ослабленной реабсорбции белков в канальцах они начинают кристаллизоваться.

• Преренальная протеинурия является результатом повышенной концентрации подвергающихся фильтрации белков в плазме, например гемоглобина при гемолизе и миоглобина при разрушении мышечных клеток. Развивающаяся опухоль продуцирующих антитела плазматических клеток иногда служит причиной образования больших количеств попадающих в фильтрат фрагментов антител («легких цепей»).

• Клубочковая протеинурия является результатом повреждения клубочкового фильтра. Если из-за воспаления клубочков (гломерулонефрит; см. введение) происходит нейтрализация отрицательного заряда неподвижных компонентов мембран клубочкового фильтра, избирательность проницаемости фильтра частично утрачивается и отрицательно заряженные белки плазмы могут легко попадать в фильтрат (рис. 2). В основном это происходит с альбумином, так как он имеет относительно небольшой размер и при нормальном функционировании клубочкового фильтра только сильный отрицательный заряд предохраняет его от попадания в фильтрат.

• Канальцевая протеинурия является следствием генетического дефекта или повреждения проксимальных канальцев. В результате не реабсорбируются и выводятся из организма те белки, которые проникают в фильтрат в норме. Количество выделяемых белков, однако, в этом случае мало по сравнению с клубочковой и преренальной протеинурией.

- Последствия. Потеря белка при клубочковой протеинурии снижает концентрацию белка в плазме (гипопротеинемия), снижает онкотическое давление плазмы и, таким образом, способствует развитию отека. Вместе протеинурия, гипопротеинемия и отек составляют симптомы нефротического синдрома. Преобладание утекания в фильтрат альбумина и отставание от него относительно крупных липопротеидов способствует развитию гиперлипидемии. Кроме того, особенно в случае преренальной протеинурии, белки могут оказаться в просвете канальцев и повредить формирующие их клетки.

2. Потенциал Гиббса-Доннана. Удержание отрицательно заряженных белков приводит к избытку отрицательного заряда на той стороне клубочкового фильтра, к которой притекает кровь, что генерирует разность потенциалов через клубочковый фильтр, равную приблизительно 1,5 мВ (потенциал Гиббса-Доннана). Эта разность потенциалов ограничивает фильтрацию катионов и способствует фильтрации анионов. Следовательно, концентрации в фильтрате свободных одновалентных катионов примерно на 5% ниже, а отфильтрованных свободных одновалентных анионов примерно на 5% выше, чем в жидкости плазмы.

3. Комплексообразование с белками. Белки способны связывать кальций и различные органические вещества. Доля от общего количества вещества, связанного с белками, находится в равновесии с долей свободного, растворенного в жидкой фракции плазмы вещества. Таким образом, с увеличением концентрации свободного вещества увеличивается и концентрация вещества, связанного с белком. Особенно высока доля связанного с белками количества у веществ, плохо растворимых в водной фракции.

P.S. Такие эндогенные вещества, как неконъюгированные билирубины, стероидные гормоны и жирорастворимые витамины, находятся в значительной степени в связанном с белками плазмы состоянии. Чужеродные вещества (ксенобиотики), включая токсины и медикаменты, также находятся в частично связанном с белками состоянии. Их связывание с белками играет важную роль, особенно для выведения различных препаратов через почки. Фракции лекарственных средств, связанных с белками, не поддаются фильтрации.

Связывание с белками и секреция. Связывание с белками способствует выведению из организма веществ (например, лекарственного средства) в ходе канальцевой секреции. Благодаря канальцевой секреции концентрация свободного растворенного лекарственного средства снижается. Из-за наличия равновесия соответствующие концентрации сдвигаются, и препарат отчасти освобождается от связи с белками.

Вследствие этого он также может быть секретирован. Тем не менее связывающий белок препятствует секреции, так как образующее с ним связь лекарственное средство может освобождаться от связи с этим белком только тогда, когда концентрация лекарственного средства в свободном состоянии понижается до определенного порога.

Уменьшение концентрации субстрата в свою очередь препятствует секреции. Таким образом, прочное связывание с белками, характерное для некоторых медикаментов, приводит к отсрочке выведения их через почки, даже если при этом происходит секреция.

в) Скорость клубочковой фильтрации. Скорость клубочковой фильтрации является функцией коэффициента ультрафильтрации и эффективного фильтрационного давления; давление фильтрации зависит от артериального давления и сопротивления в афферентных и эфферентных артериолах.

Объем образующегося в единицу времени фильтрата, или скорость клубочковой фильтрации, СКФ (glomerular filtration rate, GFR), является функцией градиентов гидростатического и коллоидно-осмотического давлений по одну и другую сторону клубочкового фильтра.

1. Факторы, определяющие СКФ. Как правило, около 20% от жидкости плазмы, которая протекает через почки (почечный плазмоток), фильтруется в клубочках. СКФ зависит от поверхности (F), гидравлической проводимости клубочкового фильтра (Lp) и эффективного фильтрационного давления (P_эфф):

СКФ = Lp * F * Р_эфф.

Гидравлическая проводимость и площадь фильтрации не являются независимыми величинами. Их произведение представляет собой коэффициент ультрафильтрации (K_f):

К_f = Lp * F.

2. Эффективное давление фильтрации рассчитывается, в свою очередь, исходя из градиента гидростатического (Δр) и коллоидно-осмотического (Δπ) давлений между капиллярами клубочка (р_k, π_k) и пространством внутри капсулы клубочка (p_g, π_g):

P_эфф = Δр - Δπ = (р_k - π_g) - (π_k - π_g).

Значения π_k и π_g не могут быть определены в организме человека. Данные, полученные для других животных, позволяют судить о том, что значение π_k составляет примерно 50 мм рт. ст., а значение π_g — 15 мм рт. ст. (рис. 3). Значение π_k приближается к 25 мм рт. ст., а π_g пренебрежимо мало.

Фильтрационное давление является функцией сопротивления в афферентных и эфферентных артериолах: увеличение сопротивления в афферентных артериолах снижает фильтрационное давление и скорость клубочковой фильтрации, увеличение сопротивления в эфферентных артериолах повышает фильтрационное давление (рис. 4).

P.S. Гломерулонефрит. Серьезные нарушения работы клубочков происходят в результате развития в них воспалительного процесса (гломерулонефрит). Зачастую он вызывается комплексами антиген— антитело, которые попадают в клубочки из капилляров и могут вызвать воспалительную реакцию. Иммунная система тоже может проявить аутоиммунную реакцию непосредственно к компонентам базальной мембраны клубочков.

В итоге происходит повреждение клубочкового фильтра, сопровождающееся утратой им избирательности проницаемости из-за нейтрализации отрицательных зарядов на неподвижных компонентах его мембраны, уменьшением коэффициента ультрафильтрации из-за уменьшения поверхности фильтрации и проницаемости фильтра для жидкости и увеличением сопротивления в сосудах за счет их сужения в клубочках.

Итогом всего этого служит выведение белков с мочой (протеинурия) и снижение почечного плазмотока и скорости клубочковой фильтрации. Ослабление интенсивности кровообращения в клубочках способствует высвобождению ренина, а выброс ангиотензина способствует развитию гипертонии.

P.S. Увеличение сопротивления в эфферентных артериолах одновременно снижает интенсивность кровообращения в почках и тем самым ведет к уменьшению почечного плазмотока. Это означает, что в объеме фильтрующейся жидкости следует ожидать чрезмерного повышения коллоидно-осмотического давления. Повышение коллоидно-осмотического давление относительно быстро приводит к ограничению фильтрации. Таким образом, сужение эфферентных артериол может, несмотря на повышение гидростатического давления в капиллярах клубочков, привести к уменьшению скорости клубочковой фильтрации.

3. Достижение равновесия в процессе фильтрации. Коллоидно-осмотическое давление возникает из-за скопления по одну сторону фильтра не поддающихся фильтрации белков. Благодаря процессу фильтрации концентрация этих белков в крови повышается, а вместе с ней увеличивается π_k (рис. 3). В результате эффективное фильтрационное давление при движении крови по капилляру клубочка понижается и, как правило, ближе к концу петли капилляра доходит до нуля (равновесие фильтрации). Увеличение в процессе клубочковой фильтрации коллоидно-осмотического давления само собой способствует ее ограничению.

4. СКФ и почечный плазмоток. Чем интенсивнее почечный плазмоток, тем больший объем плазмы должен быть профильтрован в единицу времени для того, чтобы достичь равновесия фильтрации. До тех пор пока равновесие фильтрации не будет достигнуто (коэффициент ультрафильтрации остается высоким), СКФ останется пропорциональной интенсивности почечного плазмотока.

г) Регулирование клубочковой фильтрации и циркуляции. Интенсивность почечного кровотока и клубочковой фильтрации остается в целом постоянной при изменениях артериального давления; это свойство обеспечивается за счет авторегуляции.

1. Авторегуляция. Почки обладают способностью к авторегуляции — поддержанию даже при изменении системного артериального давления интенсивности кровообращения и фильтрации внутри себя на постоянном уровне. Как показано на рис. 5, почки в состоянии удерживать на этом постоянном уровне интенсивность кровообращения и скорости клубочковой фильтрации при изменениях артериального давления в диапазоне от 80 мм рт. ст. до 180 мм рт. ст. Почки достигают постоянства своего кровообращения, отвечая на повышение артериального давления вазоконстрикцией, а на понижение артериального давления — вазодилатацией.

При внезапных изменениях кровяного давления почке требуется всего несколько секунд для того, чтобы соответствующим образом отрегулировать сопротивление своей сосудистой системы.

2. Механизмы авторегуляции. Почечный кровоток автоматически регулируется в основном благодаря соответствующим изменениям величины сопротивления афферентных артериол. При повышении артериального давления сопротивление в них возрастает. Вероятно, наиболее эффективное управление различными участками афферентных артериол обеспечивается за счет подключения к процессу авторегуляции множества механизмов. Процессам авторегуляции в почках способствует преимущественно взаимодействие трех механизмов.

- Миогенная вазоконстрикция (эффект Остроумова-Бейлиса). Как и ряд других сосудов, сосуды в почках реагируют на увеличение интрамурального давления (связанного с повышением артериального давления) миогенной констрикцией. Таким образом, величина гидродинамического сопротивления в них подстраивается к каждому значению артериального давления (а также трансмурального), повышая эффективность авторегуляции.

- Простагландины. Гипоперфузия почек, особенно их мозгового вещества, стимулирует выработку простагландинов, которые оказывают там сильный сосудорасширяющий эффект. Вазодилатация компенсирует уменьшение кровотока.

- Канальцево-клубочковая обратная связь. Увеличение скорости клубочковой фильтрации приводит к увеличению концентрации NaCl в фильтрате. Поскольку темпы реабсорбции NaCl в проксимальных канальцах и петлях Генле сохраняются на прежнем уровне, к macula densa в итоге поступает больше NaCl (рис. ниже). Увеличение концентрации NaCl в macula densa, в свою очередь, стимулирует констрикцию афферентных артериол. Следствием этого является снижение скорости клубочковой фильтрации.

Канальцево-клубочковая обратная связь не только обеспечивает авторегуляцию почечного кровотока, но и адаптирует скорость фильтрации к пропускной способности процессов транспорта в канальцах.

Если эта пропускная способность оказывается ограниченной из-за повреждения почек, вслед за ней на основе канальцево-клубочковой обратной связи падает и скорость клубочковой фильтрации.

3. Гормональный контроль почечного кровообращения и скорости клубочковой фильтрации. На интенсивность почечного кровотока и клубочковой фильтрации влияют различные гормоны и медиаторы (табл. 3). Под действием медиаторов уровень, поддерживаемый за счет авторегуляции, может сместиться. Дофамин в низких концентрациях обладает вазодилатационным, а в высоких — вазоконстрикционным эффектом. Предсердный натрийуретический пептид (атриопептин) одновременно способствует расширению афферентных и сужению эфферентных артериол.

4. Гиперфильтрация, вызванная избытком белка. При богатой белком диете в почках вырабатывается дофамин, из-за чего посредством дофаминовых рецепторов в афферентных артериолах уменьшается гидродинамическое сопротивление. В результате происходит гиперфильтрация, которая может привести к повреждению клубочков в долгосрочной перспективе.

д) Резюме. Почечное кровообращение и клубочковая фильтрация. Обычно около 20% от объема сердечного выброса направляется в почки, при этом интенсивность кровообращения в корковом веществе почек высокая, а в мозговом веществе довольно низкая.

Артериальное давление падает преимущественно при прохождении крови по афферентным и эфферентным артериолам.

Клубочковый фильтр обладает избирательной проницаемостью, т. е. попадание в фильтрат отрицательно заряженных крупных белков плазмы обычно предотвращается. При воспалении клубочков (гломерулонефрите) избирательность проницаемости фильтра утрачивается.

Почечный кровоток и клубочковая фильтрация обладают авторегуляцией.

- Рекомендуем ознакомиться далее "Процессы транспорта в проксимальных канальцах - с точки зрения физиологии человека"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 23.6.2025