Органы выделения и их функции

Органы выделения и их функции

В процессе жизнедеятельности в организме человека образуются значительные количества продуктов обмена, ко­торые уже не используются клетками, и должны быть удале­ны из организма. Кроме того, организм должен быть освобо­жден от токсичных и чужеродных веществ, от избытка воды, солей, от лекарственных препаратов. Иногда процессам вы­деления предшествует обезвреживание токсических веществ, например в печени.

Органы, выполняющие выделительные функции, назы­ваются экскреторными. К ним относят почки, легкие, кожу, печень и желудочно-кишечный тракт. Главное назначение органов выделения - это поддержание постоянства внутренней среды организма. Экскреторные ор­ганы функционально взаимосвязаны между собой. Сдвиг функционального состояния одного из этих органов меняет активность другого. Нарушение процессов выделения неизбежно ведет к появлению патологических сдвигов гомеостаза вплоть до ги­бели организма.

Основным органом выделения являются почки.

Структурно-функциональные особенности почек

Строение нефрона

Почка состоит из двух слоев: внешнего, составляющего корковое вещество, и внутреннего, образующего мозговое вещество. В мозговом веществе выделяют наружную и внут­ реннюю части.

Основной структурно-функциональной единицей почки является нефрон, в котором происходит образование мочи. В каждой почке человека содержится около 1-1,3 млн. неф ронов.

Нефрон состоит из нескольких последовательно соеди­ ненных отделов. Начинается нефрон с почечного (мальпигиева) тельца, которое содержит клубочек кровенос­ных капилляров. Клубочек капилляров представляет собой разветвление приносящей артериолы (vas afferens). Каждый клубочек содержит 30-50 капиллярных петель, собирающих­ся в выносящую артериолу (vas efferens). Снаружи клубочек покрыт двухслойной капсулой Шумлянского-Боумена. Внутренняя поверхность капсулы выстлана эпителиальными клетками. Наружный, или париетальный, листок капсулы со­ стоит из базальной мембраны, покрытой кубическими эпите лиальными клетками, переходящими в эпителий канальцев. Между двумя листками капсулы, расположенными в виде чаши, имеется щель или полость капсулы, переходящая в просвет проксимального канальца.

Проксимальный каналец начинается извитой частью, которая переходит в прямую часть канальца. Клетки прокси­мального канальца имеют щеточную каемку из микроворси­нок, обращенных в просвет канальца.

Затем следует тонкий сегмент, нисходящий отдел кото­рого опускается в мозговое вещество почки, поворачивает на 180 °С и переходит в восходящую часть. Его стенки покрыты плоскими эпителиальными клетками.

Дистальный каналец начинается с прямой части, кото­рая поднимается до уровня клубочка своего же нефрона, где переходит в извитую часть. Этот отдел канальца располага­ется в коре почки и обязательно соприкасается с полюсом клубочка между приносящей и выносящей артериолами в области плотного пятна (macula densa). Прямые отделы про­ксимального и дистального канальцев вместе с тонким сег­ ментом образуют петлю Генле, или петлю нефрона. Дис­тальный извитой каналец через короткий связующий отдел впадает в коре почек в собирательную трубку. В одну соби­рательную трубку впадают несколько канальцев от разных нефронов. Собирательные трубки опускаются из коркового вещества почки в глубь мозгового вещества, сливаются в вы­водные протоки и открываются в полости почечной лоханки. Почечные лоханки открываются в мочеточники, которые впадают в мочевой пузырь.

Функция каждого отдела нефрона различна.

Особой структурой почек является юкстагломерулярный аппарат. Его клетки синтезируют ренин, они играют ключевую роль в ренин-ангиотензиновой системе. Юкстагломерулярные клетки также принимают участие в выработке эритропоэтина — фактора, стимулирующего образование эритроцитов.

 

Кровоснабжение почек

Главной отличительной особенностью кровоснабжения почек является то, что кровь используется не только для трофики органа, но и для образования мочи. Это возможно благодаря двойной сети капилляров. Почки получают кровь из коротких почечных артерий, которые отходят от брюшно­го отдела аорты. В почке артерия делится на большое коли­чество мелких сосудов-артериол, приносящих кровь к клу­бочку. Приносящая (афферентная) артериола входит в клу­бочек и распадается на капилляры (первая капиллярная клу-бочковая сеть), которые, сливаясь, образуют выносящую (эфферентную) артериолу. Капилляры клубочков выполняют только функцию мочеобразования, поэтому кровь, выходя­щая из капсулы, остается артериальной. Диаметр принося­щей артериолы почти в 2 раза больше, чем выносящей, что создает условия для поддержания необходимого артериаль­ного давления в клубочке. Мышечная стенка у приносящей артериолы выражена лучше, чем у выносящей. Это дает воз­можность регуляции просвета приносящей артериолы. Вы­носящая артериола вновь распадается на сеть капилляров во­круг проксимальных и дистальных канальцев (вторая сеть капилляров). Эти капилляры выполняют обменную функ­цию. Артериальные капилляры переходят в венозные, кото­рые, сливаясь в вены, отдают кровь в нижнюю полую вену.

Скорость кровотока в корковом веществе является самым высоким уровнем органного кровотока.

Благодаря многочисленным механизмам ауторегуляции кровоток в почках остается постоянным при изменении системного артериаль­ного давления в пределах 80-180 мм рт. ст. Однако при ряде стрессовых ситуаций (кровопотеря, эмоциональный стресс и т.д.) кровоток в почках может изменяться. Если артериальное давле­ние снижается до 50 мм рт.ст., образование мочи прекраща­ется (анурия).

Функции почек

Экскреторная функция. Почкиудаляют из организма избыток воды, неорганических и орга­нических веществ, конечные продукты азотистого обмена и чужеродные вещества: мочевину, мочевую кислоту, креати­нин, аммиак, лекарственные препараты.

Клубочковая фильтрация

Фильтрация (ультрафильтрация) воды и низкомолеку­лярных веществ из плазмы крови, протекающей по капилля­рам клубочка, в полость капсулы происходит через клубочковый, или гломерулярный, фильтр. Основной силой, способствующей процессу фильтрации, является гидростатическое дав­ление крови в капиллярах клубочков, которое обеспечивается нагнетающей функцией сердца. К силам, препятствующим фильтрации, относятся онкотическое давление белков плазмы крови и давление жидкости в полости капсулы клубочка, т.е. первичной мочи.

Проницаемость фильтра определяется размером пор и их отрицательным электрическим зарядом. Все это ограничивает прохождение форменных эле­ментов крови (эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов), а также больших белковых молекул. Для неорганических ионов и низкомолекуляр­ных органических веществ отрицательный заряд на фильт­рующих мембранах не служит препятствием.

В условиях физиоло­гической нормы вместе с водой фильтруются неорганические ионы и низкомолекулярные органические вещества (амино­кислоты, глюкоза, мочевина, мочевая кислота). Ультра­фильтрат не должен содержать большей части белков и фор­менных элементов крови, в остальном он близок к плазме крови.

При воспалительных процессах в клубочках поры те­ряют отрицательный заряд, что резко повышает проницае­мость фильтра для отрицательно заряженных макромолекул. Это приводит к большим потерям альбуминов плазмы крови с мочой. Гепарин способствует восстановлению заряда пор. Если при поражении клубочков увеличивается размер пор, то фильтруются и выводятся с мочой и большие молекулы: гло­булины и даже эритроциты.

В норме у мужчин скорость клубочковой фильтра­ции обеих почек составляет 125 мл/мин., а у женщин -110 мл/мин, на 1,73 м² поверхности тела (это стандартная поверхность тела человека массой около 70 кг). Вся плазма крови очищает­ся почками не менее 60 раз в сутки.

Канальцевая реабсорбция

Первичная моча превращается в конечную благодаря процессам, которые происходят в почечных канальцах и со­бирательных трубках. В обеих почках человека за сутки, как было сказано, образуется 150-180 л фильтрата, а выделяется 1,0-1,5 л мочи. Остальная жидкость всасывается в канальцах и собирательных трубках. Канальцевая реабсорбция - это процесс обратного всасывания профильтровавшихся воды и веществ из содержащейся в просвете канальцев мочи во вне­клеточную жидкость и далее в кровь. Основной смысл реабсорбции состоит в том, что­бы сохранить организму все жизненно важные вещества в необходимых количествах.

Реабсорбция осуществляется по механизмам пас­сивного и активного транспорта.

Особенности реаб­сорбции некоторых веществ:

Глюкоза реабсорбируется с помощью активного транс­порта. В норме при обычной концентрации глюкозы в крови и соответственно в первичной моче реабсорбиру­ется вся глюкоза. При избытке глюкозы в крови, а значит в первичной моче, может произойти максимальная загрузка канальцевых систем транспорта, т.е. всех молекул переносчиков. В этом случае глюкоза больше не сможет реабсорбироваться и поя­вится в конечной моче (глюкозурия).

Для глюкозы эта величина составляет 10 ммоль/л. Та­кая глюкозурия не связана с патологией нефрона и встреча­ется чаще всего при сахарном диабете. Почечная глюкозурия может быть в случае дефекта переносчика (врожденная) или нарушения функции канальца.

Аминокислоты. Большинство профильтровавшихся в клубочках аминокислот более чем реабсорбируются на 98%. Этот процесс осуществляется активного транспорта. Аминокислоты одного типа переносятся од­ним и тем же переносчиком. Поэтому одна аминокислота может тормозить реабсорбцию другой.

Белок. В норме небольшое количество белка попадает в фильтрат и затем реабсорбируется. Процесс реабсорбции белка осуществляется с помощью пиноцитоза. Войдя в клет­ку, белок подвергается гидролизу ферментами лизосом и превращается в аминокислоты. Этот процесс активный и требует энергии. В норме за сутки с конечной мочой уходит не более 20-75 мг белка. Появление белка в моче носит назва­ние протеинурии. Протеинурия может быть и в физиологи­ческих условиях, например, после тяжелой мышечной рабо­ты. В основном протеинурия имеет место в патологии при нефритах, нефропатиях.

Мочевина является конечным продуктом обмена бел­ков. Моче­вина свободно фильтруется в клубочках. Около половины профильтро­вавшейся мочевины реабсорбируется путем диффузии по градиенту концентрации, который возникает вследствие концентрирования мочи. Ос­тальная часть мочевины доходит до собирательных трубок.

Слабые органические кислоты и основания. Слабые основания и кислоты в ионизированном со­стоянии не реабсорбируются и выводятся с мочой. Степень ионизации оснований увеличивается в кислой среде, поэтому они с большей скоростью экскретируются с кислой мочой, слабые кислоты, напротив, быстрее выводятся с щелочной мочой. Это имеет большое значение, так как многие лекарст­венные вещества являются слабыми основаниями или сла­быми кислотами. Поэтому при отравлении ацетилсалицило­вой кислотой или фенобарбиталом (слабыми кислотами) не­обходимо вводить щелочные растворы (NaHCO3), чтобы пе­ревести эти кислоты в ионизированное состояние, тем самым способствуя их быстрому выведению из организма. Для быстрой экскреции слабых оснований необходимо вводить в кровь кислые продукты для закисления мочи.

Электролиты и вода. Ионы натрия. Механизм реабсорбции большинства указанных выше веществ, включая во­ду, прямо или косвенно связан с реабсорбцией ионов Na⁺. Кроме того, он играет важную роль в создании осмотически активной среды в интерстиции мозгового слоя почки, благо­даря чему происходит концентрирование мочи. Реабсорбция натрия (99,4%) совершается во всех отделах нефрона. Реабсорбция натрия является преимущественно активным процессом.

Реабсорбция ионов хлора (более 99%) зависит в основном от реабсорбции ионов натрия и протекает параллельно. Ионы калия реабсорбируются в проксимальном каналь­це вне зависимости от потребностей организма в калии. Реабсорбция ионов кальция составляет около 60% профильтровавшегося кальция. Реабсорбция ионов магния составляет 94% профильтровавшегося количества.

Вода, так же как и ион натрия, реабсорбируется во всех отделах нефрона. Вода реабсорбируется пассивно (осмос). При снижении реабсорбции осмотически активных веществ уменьшается и реабсорбция воды. Например, наличие глюкозы в конечной моче ведет к увеличению диуреза - полиурии (осмотический диу­рез).

Канальцевая секреция

Канальцевая секреция - это транспорт веществ из кро­ви околоканальцевых капилляров или из клеток канальцев, где эти вещества образуются, в просвет канальцев (мочу).

Канальцевая секреция обеспечивает выделение допол­нительных количеств некоторых органических и неорганических веществ, которые могут фильтроваться и в почечных клубочках, тем самым ускоряя выделение почкой некоторых чужеродных веществ и конечных продуктов обмена. Канальцевой секреции подвергаются некоторые ионы, например, калия (при избыточном поступлении с пищей), органические кислоты (мочевая кислота), ряд чужеродных организму веществ, таких как ан­тибиотики (пенициллин), рентгеноконтрастные вещества, красители. Местом секреции органических ки­слот и оснований является преимущественно проксимальный каналец.

Канальцевая секреция представляет собой преимущест­венно активный процесс, происходящий с затратами энергии для транспорта веществ против концентрационного или электрохимического градиентов.

Транспортные секретирующие механизмы обладают свойством адаптации, т.е. при длительном поступлении ве­щества в кровоток количество транспортных систем за счет белкового синтеза постепенно возрастает. Данный факт не­обходимо учитывать, например, при лечении пенициллином. Так как очищение крови от него постепенно возрастает, требуется увеличение дозировки для поддержания необходимой терапевтической концентрации.

Таким образом, состав конечной мочи зависит от про­цессов фильтрации, реабсорбции и секреции.

Количество и состав мочи

За сутки человек выделяет в среднем около 1,5 л мочи (суточный диурез). Эта величина зависит от количества вы­питой жидкости. После обильного питья, потребления бел­ковой пищи диурез возрастает. При потреблении небольшого количества воды, при усиленном потоотделении диурез сни­жается. Интенсивность мочеобразования колеблется в тече­ние суток. Ночью мочеобразование меньше, чем днем.

Моча представляет собой прозрачную жидкость светло-желтого цвета с относительной плотностью 1005—1025.

Реакция мочи (рН) здорового человека обычно слабо­кислая. Однако в зависимости от характера питания она мо­жет изменяться от 4,5 до 8,0.

В моче здорового человека белок отсутствует или оп­ределяются его следы (до 50 мг/сут.).

В моче содержатся мочевина (330-580 ммоль/сут.), мочевая кислота, аммиак (10-107 ммоль/сут.), пуриновые основания, креатинин (5,3-17,7 ммоль/сут.); в небольшом количестве - производные продуктов гниения белков в кишечнике (индол, скатол, фе­нол).

Среди органических соединений небелкового происхо­ждения в моче встречаются соли щавелевой кислоты, молоч­ной кислоты, кетоновые тела.

Глюкозы в моче в обычных условиях быть не должно.

Эритроциты появляются в моче (гематурия) при забо­леваниях почек и мочевыводящих органов.

В моче содержатся пигменты (уробилин, урохром), ко­торые и определяют цвет мочи.

С мочой выделяются электролиты: Na⁺ (40-220 ммоль/сут.), К⁺ (25-125 ммоль/сут.), СГ (110-250 ммоль/сут.), Са²⁺, Mg²⁺, фосфаты (13-42 ммоль/сут.), сульфаты, оксалаты (0,114-0,456 ммоль/сут.) и др.

В моче содержатся гормоны и их метаболиты, фермен­ты, витамины.

 

6. Нейрогуморальная регуляция мочеобразовательной функции почек

Процесс мочеобразования регулируется нервным и гу­моральным механизмами, главным из которых является гу­моральный, особенно во взрослом организме. Важное значе­ние для мочеобразования имеет механизм ауторегуляции по­чечного кровотока.

Нервная регуляция. Раздражение симпатических нервов, иннервирующих почку, приводит к сужению ее кровеносных сосудов. При сужении приносящих артериол уменьшаются фильтрационное давление и фильт­рация, что приводит к снижению диуреза. Сужение вынося­щих артериол сопровождается повышением фильтрационно­го давления, ростом фильтрации и увеличением диуреза.

Стимуляция симпатических эфферентных волокон приводит к увеличению реабсорбции натрия, глюкозы, воды. Раздра­жение парасимпатических волокон вызывает усиление реаб­сорбции глюкозы и секреции органических кислот.

При болевых раздражениях диурез рефлекторно уменьшается вплоть до полного его прекращения (болевая анурия). Механизм этого явления заключается в сужении по­чечных сосудов в результате возбуждения симпатической нервной системы, усилении секреции катехоламинов надпо­чечниками и увеличении продукции антидиуретического гормона (вазопрессина).

Уменьшение и увеличение диуреза может быть вызвано условно-рефлекторным путем, что свидетельствует о выра­женном влиянии высших отделов ЦНС на работу почек. ЦНС регулирует работу почек или непосредственно через вегетативные нервы, или через нейроны гипоталамуса, изме­няя секрецию гормонов. В этом проявляется единство нерв­ной и гуморальной регуляции.

Гуморальная регуляция.

Антидиуретический гормон или вазопрессин (АДГ) способствует реаб­сорбции воды в дистальных отделах нефрона путем увеличе­ния проницаемости для воды стенок дистальных извитых ка­нальцев и собирательных трубок.

При избытке АДГ может наступить полное прекраще­ние мочеобразования. При увеличении объема циркулирующей жидкости в организме и соответственно объема циркулирующей крови - ОЦК (гиперволемии) возбуждаются волюморецепторы рефлекксогенных зон, импульсы от которых идут в ЦНС, угнетая секрецию АДГ в гипоталамусе, что приводит к увеличению диуреза.

Уменьшение секреции АДГ вызывает развитие тяжелого заболевания несахарного диабета (неса­харного мочеизнурения). При этом заболевании выделяется большое количество светлой мочи с незначительной относи­тельной плотностью (до 25 л в сутки).

 

Альдостерон увеличивает реабсорбцию ионов натрия и хлора в кровь. Одновременно возрастает реабсорбция воды, которая всасывается пассивно по осмотическому градиенту, создаваемому ионами Na⁺, что приводит к уменьшению диуреза. Гормон увеличивает секрецию ионов калия в мочу, повышает секрецию ионов водоро­да, уменьшает реабсорбцию каль­ция и магния.

Натрийуретический гормон усиливает выведение ио­нов натрия с мочой. Этот эффект обусловлен снижением реабсорбции ионов Na⁺ в дистальных отделах нефрона. Растяжение стенок предсердий приводит к стимуляции выработки клетками предсердий натрийуретического гормона, что приводит к сниежению реабсорбции натрия и воды, а следовательно, к снижению ОЦК.

Паратгормон стимулирует реабсорбцию кальция и тормозит реабсорбцию фосфатов, что приводит к повыше­нию концентрации ионов кальция в плазме крови и усиле­нию выведения фосфатов с мочой. Кроме того, гормон угне­тает реабсорбцию ионов натрия и НСОз и активирует реабсорбцию магния.

Калъцитонин тормозит реабсорбцию кальция и фосфа­тов.

Адреналин в малых дозах суживает просвет выносящих артериол, в результате чего повышается гидростатическое давление, увеличиваются фильтрация и диурез. В больших дозах он вызывает сужение как выносящих, так и принося­щих артериол, что приводит к уменьшению диуреза вплоть до анурии.

Инсулин. Недостаток этого гормона вызывает гипер­гликемию и глюкозурию. Появление глюкозы в моче увели­чивает осмотическое давление первичной мочи, вследствие чего возрастает диурез. Такой диурез называется осмотиче­ским.

Тироксин также вызывает осмотический диурез за счет увеличения в моче количества осмотически активных ве­ществ, в частности азотистых, в результате усиления обмен­ных процессов.

Глюкагон повышает реабсорбцию натрия в восходящей части петли Генле.

Простагландины угнетают реабсорбцию натрия, сти­мулируют кровоток в мозговом веществе почки, увеличива­ют диурез.

Ренин-ангиотензин-алъдостероновая система участву­ет в регуляции почечного кровообращения и реабсорбции ионов в почечных канальцах.

Ренин является ферментом, который приводит к расщеплению α-глобулина плазмы крови ангиотензиногена с образованием ангиотензина I. Под влиянием фермента ангиотензин I превращается в активный ангиотензин II, являющийся мощным сосудосуживающим веществом. Ангиотензин II, суживая сосуды, повышает артериальное давление. Ангиотензин II может превращаться в ангиотензин III, который также является сильным сосудосуживающим веществом. Кроме того, ангиотензин II стимулирует секрецию альдостерона, который увеличивает реабсорбцию натрия в почечных канальцах, что ведет к задержке воды в организме и повышению АД.

Ангиотензин II вместе с альдостероном и ренином составляют одну из важнейших регуляторных систем - ренин-ангиотензин-альдостероновую систему (РААС). Таким образом, ренин-ангиотензин-альдостероновая система регулирует АД как путем изменения сосудистого тонуса, так и за счет изменения количества выводимой с мочой воды.

Если давление в приносящей артериоле возрастает, то продукция ренина снижается, и наоборот.

 

Органы выделения и их функции

В процессе жизнедеятельности в организме человека образуются значительные количества продуктов обмена, ко­торые уже не используются клетками, и должны быть удале­ны из организма. Кроме того, организм должен быть освобо­жден от токсичных и чужеродных веществ, от избытка воды, солей, от лекарственных препаратов. Иногда процессам вы­деления предшествует обезвреживание токсических веществ, например в печени.

Органы, выполняющие выделительные функции, назы­ваются экскреторными. К ним относят почки, легкие, кожу, печень и желудочно-кишечный тракт. Главное назначение органов выделения - это поддержание постоянства внутренней среды организма. Экскреторные ор­ганы функционально взаимосвязаны между собой. Сдвиг функционального состояния одного из этих органов меняет активность другого. Нарушение процессов выделения неизбежно ведет к появлению патологических сдвигов гомеостаза вплоть до ги­бели организма.

Основным органом выделения являются почки.