Физиология почек - болезни органов мочевыделительной системы у детей
Клубочковая фильтрация
Образование мочи начинается в клубочках с образования ультрафильтрата плазмы в результате фильтрации через базальную мембрану клубочка. Легкость, с которой молекулы проходят через мембрану, в основном зависит от их относительной молекулярной массы (ОММ)- форма и электрический заряд относятся к модифицирующим факторам: отрицательно заряженные частицы проходят в меньшей степени, чем положительно заряженные или нейтральные того же размера и формы. В норме молекулы с ОММ более 70 000 не фильтруются в больших количествах- проницаемость мембраны увеличивается по мере уменьшения ОММ молекулы. Например, инулин, полимер фруктозы с ОММ 5000, фильтруется полностью. Концентрация его в ультрафильтрате та же, что и в плазме. Фильтрация веществ с большой ОММ невозможна. Например, концентрация белка в фильтрате составляет менее 20 мг/л при концентрации его в капиллярах приблизительно 70 г/л. Базальную мембрану можно рассматривать как основной фильтрационный барьер клубочков, но окончательный фильтр для веществ с малой ОММ может локализоваться в микроворсинках эпителиальных клеток (щеточная каемка).
Скорость клубочковой фильтрации. Объем фильтрата, образующегося в единицу времени (обычно выражается в миллилитрах в 1 мин), служит показателем скорости клубочковой фильтрации (СКФ). В почках фильтруется около 20% протекающей через них плазмы, которую называют фильтрационной фракцией. У детей в возрасте старше 1 года СКФ составляет приблизительно 70 ± ±5 мл/(мин-м2) (1 S. D.), или 100 л/м2 в сутки. У здорового ребенка в фильтрационной фракции содержится около 850 г солей, 100 г глюкозы и 5 г кальция.
К физиологическим факторам, определяющим скорость клубочковой ультрафильтрации, относятся следующие.
Транскапиллярное гидравлическое давление представляет собой разность гидравлического давления в капиллярах и капсуле клубочка. Первая величина, вероятно, постоянна во всей капиллярной сети клубочка и составляет около 40% от артериального давления (АД), вторая— 10— 12 мм рт. ст. Таким образом, разница в давлении составляет 35 мм рт. ст.
Транскапиллярное онкотическое давление создается за счет белков и других коллоидов в капиллярах. Оно противопоставляется гидравлическому давлению, необходимому для ультрафильтрации. Поскольку фильтрат в основном не содержит белков, уровень их в капиллярном русле повышается прогрессивно- этот показатель увеличивается до 30 г/л и соответствует уровню коллоидного осмотического давления в 20 мм рт. ст. в афферентных сосудах и 35 мм рт. ст. в эфферентных. Общее ультрафильтрационное давление, т. е. разница между гидравлическим и онкотическим давлением, снижается приблизительно от 15 до> 0 мм рт. ст. на выходе. На данном этапе фильтрация прекращается, а фильтрационное давление уравновешивается.
Увеличение скорости плазмотока в клубочке приводит к ситуации, когда коллоидное осмотическое давление в просвете сосуда становится меньше гидравлического- уравновешивания фильтрационного давления не происходит, в результате чего увеличивается скорость ультрафильтрации.
Коэффициент ультрафильтрации зависит от водопроницаемости базальной мембраны клубочков и размеров фильтрационной поверхности. Величину приблизительно 0,08 мл/(с-мм рт. ст.) у млекопитающих можно получить только в эксперименте. Равновесие между давлением и фильтрацией наступает при высоком коэффициенте ультрафильтрации- дальнейшее увеличение коэффициента не приводит к увеличению СКФ. Аналогичным образом умеренное уменьшение коэффициента, вероятно, не приведет к значительному снижению СКФ, хотя экстенсивное уменьшение его может сопровождаться значительным снижением ее.
Поскольку онкотическое давление в афферентных капиллярах клубочка определяется уровнем в них белка, СКФ изменяется в зависимости от последнего, т. е. снижение онкотического давления сопровождается увеличением фильтрационного. Это сложный механизм, так как на коэффициент ультрафильтрации влияет уровень белка в афферентных капиллярах: коэффициент уменьшается при снижении уровня белка. Эти изменения влияют на СКФ, что в противном случае привело бы к снижению онкотического давления в капиллярах.
Видео: Анатомия и физиология человека От рождения до смерти
Канальцевые реабсорбция и секреция
Реабсорбция. С мочой выделяется только часть жидкости и растворенных веществ, фильтрующихся в клубочках- во время прохождения ультрафильтрата по канальцу большая часть его реабсорбируется и возвращается в плазму. Этот процесс предотвращает избыточное выведение воды, электролитов и других растворенных веществ, необходимых для жизнедеятельности организма. Почки регулируют концентрацию веществ в плазме и во всем организме, уровень их реабсорбции и экскреции. Клетки канальцев могут также секретировать в их просвет различные вещества.
Канальцевая реабсорбция или секреция может быть пассивной (по отношению к электрохимическому градиенту, например воде или мочевине) или активной (т. е. механизм, при котором требуется расход энергии для транспорта веществ против электрохимического или концентрационного градиента). Энергия для активного транспорта многих веществ, особенно натрия и калия, образуется при распаде АТФ под воздействием Na- или К-АТФазы.
Активная реабсорбция медиируется различными механизмами, каждый из которых специфичен для определенных соединений. Например, в реабсорбции аминокислот участвуют по крайней мере пять механизмов, по одному для каждой из перечисленных групп: 1) нейтральные аминокислоты- 2) цистин, лизин, аргинин и орнитин- 3) иминовые кислоты и глицин- 4) двууглекислые кислоты- 5) бета-аминокислоты. Эти механизмы функционируют чаще всего. Например, при увеличении концентрации веществ в канальцевой жидкости может уменьшаться реабсорбция других веществ, переносимых теми же системами. Способность к активному транспорту ограничена, а количество растворенных веществ, выраженное в миллиграммах на 1 л, которое может быть реабсорбировано или секретировано, варьирует. Максимальная канальцевая реабсорбция пли секреция известна под названием канальцевого максимума (КМ). К веществам с КМ реабсорбции относятся глюкоза, сульфат, фосфат, аминокислоты, лактат, малат, витамин С и бета-гидроксибутират. По достижении КМ реабсорб-
Ция не усиливается при увеличении количества фильтрата, избыток которого выделяется из организма.
Секреция. Кроме механизмов с абсолютным ограничением реабсорбционной способности, известны два механизма секреция с той же характеристикой: 1) выделение гетерогенной группы веществ, многие из которых относятся к карбоксиловым или сульфоновым кислотам (например, парааминогиппуровая кислота, пенициллин, различные глюкурониды и эфиры серной кислоты, ацетилированные сульфаниламиды и контрастное вещество, используемое в урологии — диодраст)- 2) выделение органических оснований, например гуанидина, холина, гексаметония и гистамина. При уровне вещества в плазме, превышающем допустимый для его секреции, оно выделяется в мочу в результате клубочковой фильтрации. Существует только два ограничения КМ секреции в отличие от ограничений КМ реабсорбции, к тому же их специфичность менее выражена.
Концепция почечного клиренса
Почечный клиренс представлен объемом плазмы, полностью освобождаемым от растворенных в ней веществ, переходящих в мочу за единицу времени- этот показатель обычно выражается в миллиметрах в 1 мин. Соответственно, если концентрация вещества в плазме составляет р мг/мл, а выделяется оно в количестве х мг/мин, то объем плазмы, полностью очищенный от этого вещества, составит: -
мл/мин. Этот объем в единицу времени характеризует почечный клиренс и выражается формулой:
клиренс (мл/мин) =
где: U — концентрация веществ в моче (мг/мл),
V — количество выделяемой мочи (мл/мин),
Р — концентрация вещества в плазме (мг/мл).
Определение скорости клубочковой фильтрации. Если ОММ молекулы растворенного вещества достаточно мала для того, чтобы свободно проходить через базальную мембрану клубочка, и не реабсорбируется и не секретируется канальцами, то количество этого вещества в моче (UV) равно фильтруемому (СКФХР), или СКФХР = иУ. Таким образом, СКФ=
, т. е. скорость клиренса
та же, что и СКФ. Вещества со скоростью клиренса
могут быть
использованы для измерения СКФ. К ним относятся инулин (полимер фруктозы с ОММ 5000), другие полимеры фруктозы, йоталамат, ЭДТА, цианкобаламин (витамин В12) и маннитол. Клиренс инулина при постоянной инфузии его относится к наиболее точному методу определения СКФ.
По величине клиренса креатинина за 12—24 ч судят о приблизительном значении СКФ. Концентрация эндогенного креатинина в плазме небольшая, если СКФ снижается более чем на 50% и в ней содержатся неспецифические хромогены, определяемые с помощью методов, обычно используемых для определения концентрации креатинина. При этом получают приблизительные данные о концентрации креатинина в плазме. Тем не менее клиренс эндогенного креатинина легко определить, и в клинике этот показатель используют при оценке СКФ.
Измерение почечного плазмотока. Вещества, почти полностью удаляющиеся из крови и экскретирующиеся во время первого прохождения через почку, используют для определения почечного плазмотока (ПП). Чаще всего измеряют клиренс парааминогиппуровой кислоты (ПАГК) при постоянной инфузии ее- 85—90% ПАГК очищается при однократном прохождении через почки. Метод однократной инъекции, основанный на определении скорости снижения в плазме уровня ПАГК в результате быстрого ее выделения, используется для получения приблизительных данных. Почечный кровоток (ПК) можно рассчитать, исходя из ПП, по следующей формуле:
Продукция эритроцитов
Медиатором эритропоэза при анемии или гипоксии служит эритропоэтин — гликопротеиновый гормон, выделяемый почками при недостаточности кислорода. В костном мозге он действует на чувствительную к нему систему клеток, трансформируя их в гемоглобинсинтезирующие проэритробласты. Контроль за образованием эритроцитов осуществляется по механизму обратной связи в системе почки — костный мозг, при котором красные клетки мозга снабжаются кислородом и выделяют эритропоэтин. На образование эритроцитов влияют и другие факторы, о чем свидетельствует низкий уровень эритропоэза у больных после переливания крови или удаления почки. Чрезмерная секреция эритропоэтина, приводящая к полицитемии, встречается у некоторых больных с опухолями почек и при гидронефрозе.
Простагландины
В почках происходит как синтез, так и метаболизм простагландинов. Синтез наиболее активен в клетках собирательного протока и интерстициальных клетках мозгового слоя- в корковом веществе содержатся ферменты, способствующие распаду простагландинов. Их предшественник арахидоновая кислота превращается (под влиянием различных циклооксигеназ, называемых простагландинсинтетазой) в простагландинэндоперокспдазы, а затем в простагландины PGE2 (основной почечный простагландин), PGF2a, PGD2 и, возможно, PGIi (простациклин) и тромбоксан Аг. Индометацин ингибирует действие ферментов.
Связь между синтезом почечных простагландинов и ренинан- гиотензивной системой сложная: ангиотензин II стимулирует образование и высвобождение PGE2 и PGF2a- с другой стороны, PGE2 увеличивает, a PGF2a уменьшает продукцию ренина- индометацин препятствует его секреции.
Как PGE2, так и PGF2а, вводимые в больших дозах, оказывают натрийуретическое действие, вероятно, вследствие расширения почечных сосудов. Однако отсутствуют доказательства связи между почечными простагландинами и экскрецией натрия.
В ответ на ишемию и спазм сосудов почек продукция PGE2 и PGF2e увеличивается. Первый обладает сосудорасширяющими свойствами, в связи с чем усугубляет состояние ишемии почек- простагландины, вероятно, не обеспечивают ауторегуляцию почечного кровотока.
Роль почечных простагландинов в развитии гипертензии не определена, однако существующие данные позволяют предположить, что они первично или вторично вовлекаются в процесс при многих типах гипертензии, оказывая сосудорасширяющее и натрийуретическое действие, активируя или угнетая ренинангиотензивную систему.
По-видимому, PGEi и PGE2 стимулируют образование эритропоэтина, его высвобождение почками и оказывают эритропоэтическое действие на костный мозг.
Наконец, простагландины группы Е влияют на диурез, подавляя стимулированную вазопрессином реабсорбцию воды в результате нарушения продукции вазопрессина его внутриклеточным медиатором — цАМФ. Индометацин противодействует этому, снижая уровень простагландинов в мозговом веществе почки и, таким образом, усиливает гидроосмолярное действие вазопрессина- этот эффект используется при лечении больных нефрогенным несахарным диабетом.
Ферменты почек, участвующие в метаболизме простагландинов, вероятно, предотвращают возможный сосудорасширяющий и диуретический эффект простагландинов, синтезируемых в других участках организма.
Онтогенетические аспекты функции почек
Образование мочи начинается у плода в возрасте 9—11 нед. Предполагают, что роль почек у него сводится к поддержанию гомеостаза. Результаты экспериментальных исследований на разных видах млекопитающих свидетельствуют о том, что почки плода способны разводить и подкислять мочу, абсорбировать фосфат и транспортировать органические вещества. Плацента удовлетворяет экскреторные потребности плода- в неонатальном периоде, например при недоразвитии обеих почек, состав тканей организма
не отличается от нормы. Кровоток в почках плода и СКФ низкие, но в течение первых дней после рождения они резко увеличиваются. В течение 1-го года жизни функция почек постепенно усиливается и достигает тех же показателей по отношению к массе или поверхности тела, что и у взрослых. Для оценки их функции у новорожденных и детей раннего возраста нельзя использовать стандарты, относящиеся к детям более старшего возраста и взрослым. Вместе с тем у детей раннего возраста почки идеально удовлетворяют потребности организма, направленные на поддержание гомеостаза.
Резкое увеличение СКФ и почечного кровотока у новорожденного в основном обусловлено уменьшением сопротивляемости почечных артериол и увеличением фракции сердечного выброса, поступающей непосредственно в почки. Циркуляция в нефронах мозгового слоя и юкстамедуллярных начинается раньше, чем во внешних кортикальных. Рост почек в постнатальный период объясняется в основном увеличением числа канальцев. Образование новых клубочков прекращается к моменту, когда масса тела плода становится 2100—2500 г.
Величина СКФ, определяемая уровнем клиренса инулина, и эффективный почечный плазмоток, определяемый уровнем клиренса аминогиппуровой кислоты, у детей первых лет жизни представлены в табл. 13-1.
Таблица 13-1. Скорость клубочковой фильтрации (СКФ) и эффективный почечный плазмоток (ЭПП) у детей в возрасте до 3 лет
Возраст ребенка | СКФ | эпн |
С моментарождения до 3 дней | 10-20 | 30—50 |
1—2 нед | 20—35 | 70-90 |
2—4 мес | 35-45 | 135 |
6—12 мес | 45—60 | 200—245 |
1—3 года | 60—75 | 310—380 Видео: Видеоурок по биологии "Строение половой системы человека" |
Переработано из: McGregory W. W. Developmental Nefrology. — Cambridge: Harvard University Press, 1972- Guignard J. P., Torrado A., Da Cunha O. et al. — Pediatr, 1975, 87 : 268.
Фильтрующаяся фракция плазмы у детей раннего возраста выше, чем у взрослых (соответственно 0,32—0,34 и 0,18—0,20). Несмотря на низкие значения СКФ, выраженные в единицах по отношению к поверхности тела, функция клубочков более совершенна, чем канальцев. Это различие называют клубочко-канальцевым нарушением равновесия. Оно сопровождается у детей более старшего возраста низкой реабсорбцией в проксимальных канальцах многих растворенных веществ и, вероятно, объясняет тот факт, что у детей раннего возраста в экскрете содержится больше глюкозы, фосфата и аминокислот, чем у детей более старшего возраста и взрослых. Порог абсорбции гидрокарбоната также ниже (19—21 ммоль) в первые 6 мес. жизни. Соотношение поверхности клубочка и объема проксимального канальца у новорожденного превышает таковое у взрослого и резко уменьшается в течение 1-го года жизни.
У 93% здоровых новорожденных моча не выделяется в течение 24 ч, у 99% — в течение 48 ч. Максимальная величина осмолярности мочи у новорожденных составляет всего 600— 700 mOsm/кг вод. ст. Этот показатель свидетельствует не о неспособности незрелых почек концентрировать мочу, а о том, что только небольшое количество поступающего с пищей белка метаболизируется и выделяется в виде мочевины. Если ребенок в течение нескольких недель после рождения получает большое количество мочевины или белка, то максимальная осмолярность мочи примерно та же, что у взрослого человека (1200 mOsm/кг вод. ст.). Через 48 ч после рождения моча в норме выделяется в количестве 3—4 мл/(кг-ч).
Способность почек новорожденного к разведению мочи качественно та же, что у взрослого, и свидетельствует об адекватной возможности доставлять ионы натрия и хлора в разводящий сегмент нефрона. Однако после водной нагрузки моча выделяется значительно меньше, чем у лиц зрелого возраста, что обусловливает уязвимость новорожденного при внезапном увеличении потребляемой жидкости.
Почки новорожденного обладают способностью сохранять натрий- способность их адаптироваться к изменениям потребляемого его количества значительна, хотя и менее выражена, чем у взрослых. Поскольку мозговой слой относительно более развит, чем корковый, новорожденные легче приспосабливаются к сниженному поступлению натрия и воды с пищей, чем к избыточному.
В первые дни жизни моча новорожденных менее кислая, но к возрасту 2 нед. она не отличается по кислотности от мочи взрослого человека. В отличие от детей старшего возраста кислотность мочи у новорожденных в первый год жизни в большей степени обеспечивается за счет ионов водорода, а не аммония.
