Клубочковая фильтрация плазмы крови

Фильтрация плазмы крови осуществляется в клубочках путем диффузии растворенных в плазме веществ и воды под действием фильтрационного давления. Фильтрационное давление представляет разницу между гидростатическим давлением и противоположно направленным к нему осмотическим давлением плазмы крови. В норме фильтрационное давление составляет от 10 до 24 мм рт. ст. Процесс фильтрации пассивный, т.е. не требует затрат энергии клеткой в виде АТФ. Фильтрация возможна при колебании систолического давления крови в пределах 60-180 мм рт.ст. При более высоком и более низком давлении фильтрация снижается вплоть до полного прекращения за счет сосудистой реакции. Через гломерулярный фильтр, состоящий из 3-х слоев - эндотелия капилляров, базальной мембраны и подоцитов, проходят только гидрофильные (водорастворимые) вещества и вода. Гидрофобные (жирорастворимые) соединения в здоровых почках не фильтруются (Рис.2).

Эндотелий капилляров имеет отверстия (фенестры) диаметром 40-100 нм. Его задача - задержать форменные элементы крови. Базальная мембрана обеспечивает размероселективность за счет коллагеновых волокон и зарядоселективность для фильтруемых веществ. Благодаря наличию гепаран-сульфата на мембране формируется отрицательный заряд. Проницаемость мембраны повышается при подъеме клубочкового гидростатического давления. Отростки или ножки подоцитов (педикулы) образуют так называемую щелевую диафрагму с системой пор фильтрации 5-12 нм.

Мелкие гидрофильные молекулы независимо от наличия заряда фильтруются легко. Фильтрация макромолекул, например, белков, ограничивается относительной молекулярной массой (ОММ), формой молекулы и ее зарядом. Обычно сравнительно легко фильтруются низкомолекулярные белки с ОММ менее 70000 Д. К таким белкам относятся миоглобин (ОМН 17000), гемоглобин (ОМН 68000), a-амилаза (ОММ 48000), a₁-, a₂-, b₂-микроглобулины, лизоцим и др. Белки с более высокой молекулярной массой через почечный фильтр практически не проходят, например, иммуноглобулин G (IgG, ОМН 150000 Д). Альбумин, несмотря на сравнительно низкую ОММ 65000 Д, почти не фильтруется. Альбумин, как и базальная мембрана, имеет отрицательный заряд, что эффективно препятствует фильтрации альбумина.

По мере движения плазмы по капилляру клубочка капиллярное давление плазмы падает, а онкотическое, вследствие низкой фильтрации белков, повышается, поэтому фильтрационное давление в конце клубочкового капилляра снижается.

Результатом фильтрации является образование 180-200 л первичной (провизорной) мочи, что в 4,5 раза превышает объем всей жидкости тела (Рис3). Первичная моча представляет собой жидкую часть плазмы крови, содержащей небольшое количество низкомолекулярного белка. Состав первичной мочи целиком зависит от состава плазмы крови. В первичную мочу попадают только те вещества, которые содержатся в плазме крови, поэтому ряд параметров первичной мочи совпадает с таковыми в плазме крови. Так, первичная моча имеет такой же рН (около 7,4) и такую же осмолярность (около 300 мосм/л), как и плазма крови.

Осмолярность является важным показателем как для крови, так и для мочи. Однако, если осмолярность плазмы крови можно, в большинстве случаев, рассчитать с достаточной степенью надежности, осмолярность мочи рассчитать практически невозможно, а осмометры часто недоступны, поэтому в лабораториях обычно пользуются измерением показателя, имеющего высокий коэффициент корреляции с осмолярностью. Этим показателем является плотность мочи. Плотность - это масса единицы объема вещества, она измеряется в г/л (например, 1018 г/л), или в г/мл (например, 1,018 г/мл).

Существует формула перехода от плотности к осмоляльности:

осмоляльность = 33275 х плотность - 33270

Канальцевая реабсорбция.

Первичная моча, которая является результатом клубочковой фильтрации плазмы крови, имеет характеристики, анлогичные плазме крови: такую же осмоляльность (300 мосм/кг) или плотность (1010 г/л), рН (7,4), но отличается низким содержанием белка. Объем первичной мочи составляет около 180 л, что в 4,5 раза первышает общее содержание жидкости в организме и в 40 раз объем плазмы крови. Ультрафильтрат также содержит значительное количество необходимых для организма веществ, в том числе глюкозу, аминокислоты, белок, электролиты и др. Для возвращения в организм воды и растворенных в ней веществ в проксимальных канальцах осуществляется процесс реабсорбции или обратного всасывания. Процесс реабсорбции активный, требует затрат энергии в виде АТФ, который образуется в митохондриях (МХ) канальцевого эпителия. Процесс носит название изоосмотического, так как реабсорбция в межклеточную жидкость и кровь растворенных веществ сопровождается адекватным движением воды, осмолярность мочи при этом не меняется и остается равной осмолярности плазмы крови.

Почки являются эффекторным органом регуляции водного обмена, и реабсорбция воды строго регулируется. Глюкоза реабсорбируется практически полностью, так же, как и аминокислоты, и белки. Однако белок реабсорбируется путем пиноцитоза, т.е. захватом клеткой молекул белка с последующим их расщеплением в клетке канальцевого эпителия до аминокислот, поступлением аминокислот в кровь и образованием из них в печени или другом органе новых молекул белка. Реабсорбция электролитов строго контролируется и зависит от потребностей организма (см. ниже). Водорастворимые вещества, всасывание которых не регламентировано, например, маннитол, антифриз, водорастворимые эндотоксины, фильтруются в мочу их плазмы крови и остаются в первичной моче, повышая ее осмолярность. Наличие подобных веществ увеличивает объем мочи и выведение воды из организма. В результате процессов реабсорбции объем ультрафильтрата уменьшается до 15% от исходного уровня (25-30л), рН и осмолярность (плотность) мочи не меняются.

Секреция в канальцах.

Секреция - процесс, происходящий также в проксимальных канальцах, и частично в дистальных канальцах, в результате которого ряд веществ поступает в мочу через стенку канальца нефрона. Таким путем обычно выводятся ненужные для организма вещества, содержащиеся в избытке, например, красители (метиленовая синь), рентгенконтрастные вещества, антибиотики, некоторые соли, креатинин, особенно при его высоком уровне в крови. Если вещества секретируются, то их содержание в моче представляет сумму от выведения в результате фильтрации и секреции.