Введение

Изучение физиологии почек

Физиология почек (лат. rēnēs, "почки") – это изучение физиологии почек. Она охватывает все функции почек, включая поддержание кислотно-щелочного баланса, регуляцию водно-электролитного баланса, регуляцию уровней натрия, калия и других электролитов, выведение токсинов, реабсорбцию глюкозы, аминокислот и других малых молекул, регуляцию артериального давления, продукцию различных гормонов, таких как эритропоэтин, и активацию витамина D.

Значительная часть физиологии почек изучается на уровне нефрона – наименьшей функциональной единицы почки. Каждый нефрон начинается с фильтрующего компонента, который фильтрует поступающую в почку кровь. Этот фильтрат затем движется по всей длине нефрона, представляющего собой трубчатую структуру, выстланную одним слоем специализированных клеток и окруженную капиллярами. Основные функции этих клеток заключаются в реабсорбции воды и малых молекул из фильтрата обратно в кровь, а также в секреции отходов из крови в мочу. Для нормального функционирования почки должны получать и адекватно фильтровать кровь. Это осуществляется на микроскопическом уровне множеством сотен тысяч фильтрующих единиц, называемых почечными тельцами, каждое из которых состоит из клубочка и капсулы Боумена. Общая оценка функции почек часто проводится путем определения скорости фильтрации, называемой скоростью клубочковой фильтрации (СКФ).

Фильтрация

Кровь фильтруется нефронами, функциональными единицами почек. Каждый нефрон начинается в почечной корпускуле, которая состоит из клубочка, заключенного в капсулу Боумена. Клетки, белки и другие крупные молекулы отфильтровываются из клубочка посредством ультрафильтрации, в результате чего образуется ультрафильтрат, по составу напоминающий плазму (за исключением пренебрежимо малого содержания белков плазмы), который поступает в пространство Боумена. Фильтрация происходит под действием сил Старлинга. Ультрафильтрат последовательно проходит через проксимальный извитой каналец, петлю Генле, дистальный извитой каналец и ряд собирательных трубочек, формируя мочу.

Реабсорбция

Трубчатая реабсорбция – это процесс, при котором растворенные вещества и вода удаляются из почечной жидкости и транспортируются в кровь. Она называется реабсорбцией (а не абсорбцией), поскольку эти вещества уже были абсорбированы ранее (особенно в кишечнике), а также потому, что организм возвращает их из потока жидкости после клубочковой фильтрации, который уже движется к образованию мочи (то есть они скоро будут потеряны с мочой, если не будут возвращены). Реабсорбция – это двухэтапный процесс, начинающийся с активного или пассивного извлечения веществ из почечной жидкости в почечный интерстиций (соединительную ткань, окружающую нефроны), а затем транспортировки этих веществ из интерстиция в кровоток. Эти транспортные процессы обусловлены силами Старлинга, диффузией и активным транспортом.

Гормональная секреция

Почки секретируют разнообразные гормоны, включая эритропоэтин, кальцитриол и ренин. Эритропоэтин высвобождается в ответ на гипоксию (низкое содержание кислорода в тканях) в почечном кровообращении. Он стимулирует эритропоэз (образование красных кровяных телец) в костном мозге. Кальцитриол, активная форма витамина D, способствует всасыванию кальция в кишечнике и реабсорбции фосфатов в почках. Ренин – это фермент, регулирующий уровни ангиотензина и альдостерона.

Кислотно-базовая

Две системы органов, почки и легкие, поддерживают кислотно-щелочной гомеостаз, то есть поддержание pH на относительно стабильном уровне. Легкие участвуют в кислотно-щелочном гомеостазе, регулируя концентрацию углекислого газа (CO2). Почки выполняют две важные функции в поддержании кислотно-щелочного баланса: реабсорбируют и регенерируют бикарбонат из мочи, а также выделяют ионы водорода и нелетучие кислоты (анионы кислот) с мочой.

Осмолальность

Почки помогают поддерживать водный и солевой баланс организма. Любое значительное повышение осмолярности плазмы обнаруживается гипоталамусом, который напрямую взаимодействует с задней долей гипофиза. Увеличение осмолярности вызывает секрецию антидиуретического гормона (АДГ) железой, что приводит к реабсорбции воды в почках и повышению концентрации мочи. Эти два фактора работают совместно, чтобы вернуть осмолярность плазмы к нормальным значениям. АДГ связывается с главными клетками собирательных трубочек, которые перемещают аквапорины к мембране, позволяя воде покинуть обычно непроницаемую мембрану и реабсорбироваться в организм сосудами vasa recta, тем самым увеличивая объем плазмы. Существуют две системы, создающие гиперосмотическую мозговую ткань и, следовательно, увеличивающие объем плазмы: переработка мочевины и «эффект единого потока». Мочевина обычно выводится из организма как продукт обмена веществ почками. Однако, когда объем плазмы крови снижен и высвобождается АДГ, открывающиеся аквапорины также проницаемы для мочевины. Это позволяет мочевине покидать собирательные трубочки и проникать в мозговое вещество, создавая гиперосмотический раствор, который «притягивает» воду. Затем мочевина может повторно поступать в нефрон и выводиться или перерабатываться снова, в зависимости от того, присутствует ли АДГ или нет. «Эффект единого потока» описывает тот факт, что восходящий толстый сегмент петли Генле непроницаем для воды, но проницаем для хлорида натрия. Это позволяет создать систему противоточного обмена, в результате которой мозговое вещество становится все более концентрированным, одновременно создавая осмотический градиент для следования воды, если аквапорины собирательных трубочек будут открыты АДГ.

Артериальное давление

Хотя почки не могут непосредственно воспринимать кровь, долгосрочная регуляция артериального давления в основном зависит от почек. Это происходит главным образом за счет поддержания объема внеклеточной жидкости, размер которого определяется концентрацией натрия в плазме. Ренин – это первый в ряду важных химических посредников, составляющих систему ренин-ангиотензин. Изменения уровня ренина в конечном итоге влияют на продукцию этой системы, в частности гормонов ангиотензина II и альдостерона. Каждый гормон действует посредством множественных механизмов, но оба они усиливают реабсорбцию хлорида натрия в почках, тем самым увеличивая объем внеклеточной жидкости и повышая артериальное давление. При повышении уровня ренина концентрации ангиотензина II и альдостерона возрастают, что приводит к увеличению реабсорбции хлорида натрия, расширению внеклеточного пространства и повышению артериального давления. Напротив, при снижении уровня ренина концентрации ангиотензина II и альдостерона уменьшаются, что приводит к сокращению объема внеклеточной жидкости и снижению артериального давления.

Образование глюкозы

Почки человека способны производить глюкозу из лактата, глицерола и глутамина. Почки обеспечивают около половины всего глюконеогенеза у людей в состоянии голодания. Регуляция продукции глюкозы в почках осуществляется посредством действия инсулина, катехоламинов и других гормонов. Почечный глюконеогенез происходит в коре почек. Почечная мозговая субстанция не способна производить глюкозу из-за отсутствия необходимых ферментов.