Физиология пищеварения Физиология почки

Функции почек: 1.Экскреторная (выведение продуктов азотистого обмена, избытка других органических веществ, ионов калия, лекарственных препаратов, токсинов и др.) 2.Регуляция осмотического давления внутренней среды организма 3.Регуляция объема крови и внесосудистой жидкости 4.Регуляция ионного состава внутренней среды 5.Регуляция рН внутренней среды 6.Инкреторная (образование в почке физиологически активных веществ и их секреция во внутреннюю среду организма: ренин, эритропоэтин, витамин D и др.) 7.Метаболическая (синтез глюкозы путем глюконеогенеза, катаболизм белков, гормонов и др.)

Почка Мочеточник Мочевой пузырь

Нефрон – функциональная единица почки

Каждая почка содержит ~ 1 млн. нефронов: 80% - кортикальные (поверхностные), 20% - юкстамедуллярные Корковое вещество Наружное мозговое вещество Внутренне мозговое вещество Кортикальный нефрон Юкстамедуллярный нефрон При недостатке жидкости в организме почечный кровоток перераспределяется от кортикальных нефронов к юкстамедуллярным – они лучше концентрируют мочу Длинная петля Генле

50-60 мм рт.ст мм рт.ст Нефрон – функциональная единица почки Высокое давление крови: способствует фильтрации жидкости из капилляров Низкое давление крови: способствует реабсорбции жидкости в капилляры с последующим удалением из почки

Кровоснабжение почки (подробно) Нисходящие vasa recta Восходящие vasa recta Петля Генле Клубочки кортикальных нефронов Клубочек юкстамедуллярного нефрона Околоканальцевые капилляры

3 процесса, из которых складывается образование мочи в нефроне ФИЛЬТРАЦИЯ РЕАБСОРБЦИЯ СЕКРЕЦИЯ ВЫВЕДЕНИЕ С МОЧОЙ

Строение почечного фильтра Ножки подоцитов Базальная мембрана Фенестрирован- ный капилляр Подоциты (образуют внутреннюю стенку капсулы) Выносящая артериола Приносящая артериола Дистальный каналец Проксимальный каналец Наружняя стенка Боуменовой капсулы

Взгляд на капилляры клубочка «из Боуменовой капсулы» Внутренняя поверхность капилляра Строение почечного фильтра

Петли капилляров ПОЧЕЧНЫЙ КЛУБОЧЕК Проксималь- ный каналец Пространство для первичной мочи Мезангиальные клетки Фенестрирован- ный капилляр Просвет капилляра Эпителиальная клетка внутренней стенки капсулы (подоцит) Наружная стенка капсулы Ножки подоцитов Эндотелиаль- ная клетка Строение почечного фильтра Базальная мембрана

Мезангиальные клетки = перициты. Их сокращение приводит к уменьшению просвета капилляров и снижению скорости фильтрации Капилляр Просвет капсулы «Ручки» мезангиальных клеток СокращениеРасслабление Ангиотензин II Норадреналин Эндотелин Тромбоксан Предсердный натрийуретический пептид Простагландины Увеличение АД Увеличение давления крови в капиллярах клубочка Фильтрация Растяжение Сокращение мезангиальных клеток Уменьшение площади капилляров + -

Объемная скорость тока крови через почки взрослого человека: 1100 мл/мин (20-25% минутного объема сердца) Объемная скорость тока плазмы: около 600 мл/мин Скорость клубочковой фильтрации: 125 мл/мин Силы, влияющие на скорость фильтрации Гидростатическое давление крови в капиллярах Онкотическое давление крови Давление жидкости в Боуменовой капсуле Повышение – при расширении приносящей артериолы или сужении выносящей Снижение – при сужении приносящей артериолы или расширении выносящей.

Гидростатичес- кое давление в капиллярах Онкотическое давление Давление жидкости в Боуменовой капсуле Приносящая артериола Выносящая артериола Эффективное фильтрационное давление

Фильтрация-реабсорбция жидкости в капиллярах скелетной мышцы и почки Артериальный конец Венозный конец Артериальный конец Венозный конец СКЕЛЕТНАЯ МЫШЦА ПОЧКА Фильтрация Реабсорбция Гидростатическое давление изменяется мало Растет онкотическое давление Давление (мм рт.ст.) Гидростатическое давление палает Онкотическое давление изменяется мало

Проницаемость фильтра для разных молекул

Влияние заряда молекул Многие белки крови заряжены отрицательно, поэтому они еще хуже проходят через почечный фильтр

Измерение скорости клубочковой фильтрации Клиренс = (Конц. в-ва в моче х объем мочи) / конц. в-ва в плазме крови Конц. инулина в плазме крови = 1 мг/мл Кол-во профильтровавшегося инулина = кол-ву инулина, выделенного почками V пл х С пл = V м х С м СКФ = V пл СКФ = (С м х V м )/С пл СКФ = 125 мл/мин Конц. инулина в моче = 125 мг/мл Скорость образования мочи = 1 мл/мин Клиренс – объем крови, «очищаемый» от данного вещества в единицу времени Если вещество (в данном случае – инулин): свободно проходит вместе с жидкостью в просвет нефрона, т.е. оно полностью фильтруется в той же концентрации, в какой оно было в плазме крови; не всасывается и не секретируется в почечном канальце; не метаболизируется в организме и в почке, его клиренс = скорости клубочковой фильтрации Если вещество подвергается реабсорбции (глюкоза), его клиренс меньше, чем клиренс инулина Если вещество подвергается секреции (ионы калия), его клиренс больше, чем клиренс инулина V пл – скорость фильтрации С пл – конц. инулина в плазме V м – скорость образования мочи С м - конц. инулина в моче

Строение стенки разных отделов нефрона и доля реабсорбции воды в этих отделах 70% 20% 10% Факультативная (регулируемая) реабсорбция Вклад в реабсорбцию

Реабсорбция веществ в проксимальном канальце Вторично активный транспорт «Х» = глюкоза, аминокислоты, фосфат-ионы, лактат и др. Просвет канальца Снаружи Cl - Na +, K +, Ca 2+, Mg мВ (в результате транспорта Na + ) Движущая сила для реабсорбции Cl - Карбо- ангидраза Активный транспорт Пассивный транспорт Na +

Реабсорбция глюкозы: 2 переносчика с разной «мощностью» Начальный отдел проксимального канальца Ближе к концу проксимального канальца При высокой концентрации глюкозы в крови она реабсорбируется лишь частично (из-за насыщения белков- переносчиков) Просвет канальца Снаружи «Мощность» = 1:70 «Мощность» = 1:4900 Проксимальный каналец

Реабсорбция ионов бикарбоната Проксимальный каналец 100% 0.1% Просвет канальца Интерстиций Карбоан- гидраза Клетка канальца

Реабсорбция ионов бикарбоната 1.Натрий поступает из просвета канальца в клетку по концентрационному градиенту, обмениваясь при этом «один к одному» с ионами Н + (антипорт Na + – Н +), 2.Na+ выкачивается из клетки Na + – К + – насосом. 3.В просвете канальца Н + взаимодействуют с бикарбонат-ионами и образуют Н 2 СО 3, которая затем диссоциирует на Н 2 0 и СО 2. 4.СО 2 диффундирует в клетки почечных канальцев, 5.Внутриклеточный фермент карбоангидраза катализирует образование Н 2 СО 3 из С0 2 и воды. 6.Н 2 СО 3 диссоциирует на Н + НСО Н + опять поступает в просвет канальца 8.НСО 3 - специальным переносчиком транспортируется в ткань почки Общий смысл этих превращений – вернуть в организм бикарбонат– ионы, предотвратить их потерю с мочой > Проксимальный каналец

Как и предыдущем случае протоны обмениваются с ионами натрия, которые переходят из фильтрата в клетки почечного канальца. Поступившие в просвет канальца ионы Н + взаимодействуют с ионами фосфата, содержащимися в фильтрате, и образуют ионы Н 2 РО 4 –, которые неспособны проникнуть сквозь клеточную мембрану и поэтому выводятся с мочой. Экскреция ионов водорода (при закислении крови) Проксимальный каналец

Олигопептиды расщепляются ферментами щеточной каемки и реабсорбируются в виде аминокислот Реабсорбция следовых количеств белка: путем пиноцитоза Проксимальный каналец

NH 3 образуется в почечных клетках при дезаминировании глутамина и аминокислот, он свободно диффундирует из клетки в плазму и в просвет почечных канальцев. В просвете аммиак реагирует с ионами водорода, секретируемыми почечными клетками; при этом образуется ион аммония (NН 4 + ), который не способен проникать через клеточные мембраны, т.е. диффундировать обратно в клетку, и поэтому остается в моче. Секреция аммиака Проксимальный каналец

Изменение концентрации веществ при прохождении ультрафильтрата по проксимальному канальцу Отношение к концентрации в Боуменовой капсуле Осмотическое давление не изменяется !!!! Кроме того, в проксимальном канальце происходит секреция различных чужеродных веществ в мочу

Транспорт воды – только пассивный (через каналы аквапоринов) Со стороны просвета (регулируются вазопрессином) На базолатеральной мембране

Транспорт веществ в петле Генле Тонкое нисходящее колено (стенки хорошо проницаемы для воды) Восходящее колено (стенки непроницаемы для воды)

Реабсорбция ионов в толстом восходящем отделе петли Генле На входе в толстый отдел петли жидкость гиперосмотична, на выходе – гипоосмотична (в результате мощной реабсорбции натрия) Просвет канальца Снаружи Пассивный транспорт Активный транспорт Вторично активный транспорт Пассивный транспорт В результате утечки К+ из клеток Экскреция К +

Транспорт веществ в дистальном канальце Начальный сегмент Извитой сегмент Главные клетки Вставочные клетки

Главные клетки: реабсорбция Na +, секреция К + (активность транспорта регулируется альдостероном) Вставочные клетки (секреция Н + ) Просвет канальца Снаружи Активный транспорт Пассивный транспорт Активный транспорт Транспорт веществ в извитом отделе дистального канальца

Строение стенки разных отделов нефрона и доля реабсорбции воды в этих отделах 70% 20% 10% Факультативная (регулируемая) реабсорбция Вклад в реабсорбцию

Противоточная система почки: удаление воды и реабсорбированных веществ, поддержание осмотического градиента Петля Генле Капилляры мозгового слоя (прямые сосуды = vasa recta) Осмотическое давление в ткани почки

Создание осмотического градиента в почке: работа противоточного умножителя Наполнение Активный транспорт Na + Реабсорбция воды Протекание Активный транспорт Na + Реабсорбция воды Многократное повторение шагов 4-6 Сформировался осмотический градиент Важны: 1) разная проницаемость нисходящей и восходящей трубок для воды и Na + ; 2) активный транспорт Na + в восходящем колене

Кругоооборот мочевины в почке – важный механизм поддержания осмотического градиента

Осмотический градиент в ткани почки

Итог: потоки ионов, воды и мочевины при концентрировании мочи почкой Длинная петля – только у юкстамедуллярных нефронов

Долговременная регуляция АД осуществляется почечным механизмом Влияние артериального давления на скорость мочеотделения В норме При нарушении работы почки Повышение АД (расстройство) Увеличение скорости мочеотделения Уменьшение объема жидкости в организме Уменьшение объема крови Уменьшение минутного объема сердца Уменьшение АД (компенсация) Длительно АД может иметь только такой уровень, при котором скорость мочеотделения равна скорости поступления жидкости в организм Выделение/поступление жидкости

Функции почек: 1.Экскреторная (выведение продуктов азотистого обмена, избытка других органических веществ, ионов калия, лекарственных препаратов, токсинов и др.) 2.Регуляция осмотического давления внутренней среды организма 3.Регуляция объема крови и внесосудистой жидкости 4.Регуляция ионного состава внутренней среды 5.Регуляция рН внутренней среды 6.Инкреторная (образование в почке физиологически активных веществ и их секреция во внутреннюю среду организма: ренин, эритропоэтин, витамин D и др.) 7.Метаболическая (синтез глюкозы путем глюконеогенеза, катаболизм белков, гормонов и др.)

Давайте еще раз прогуляемся по канальцам нефрона…. Гломерула фильтрация (170 л/сутки)

Давайте еще раз прогуляемся по канальцам нефрона…. Гломерула фильтрация (170 л/сутки) Проксимальный каналец Реабсорбция: Na +, K +, HCO 3 -, Cl - : 65% H 2 O: 65% Глюкоза, аминокислоты, следовые кол-ва белка: 100% Ca 2+, Mg 2+ Секреция органических кислот, оснований и Н +

Давайте еще раз прогуляемся по канальцам нефрона…. Гломерула фильтрация (170 л/сутки) Проксимальный каналец Реабсорбция: Na +, K +, HCO 3 -, Cl - : 65% H 2 O: 65% Глюкоза, аминокислоты, следовые кол-ва белка: 100% Ca 2+, Mg 2+ Секреция органических кислот, оснований и Н + Нисходящее колено петли Генле: Реабсорбция H 2 O: 10% Осмотический градиент (по отношению к плазме крови) Мочевина Na + Cl - Na + Cl -

Давайте еще раз прогуляемся по канальцам нефрона…. Гломерула фильтрация (170 л/сутки) Проксимальный каналец Реабсорбция: Na +, K +, HCO 3 -, Cl - : 65% H 2 O: 65% Глюкоза, аминокислоты, следовые кол-ва белка: 100% Ca 2+, Mg 2+ Секреция органических кислот, оснований и Н + Нисходящее колено петли Генле: Реабсорбция H 2 O: 10% Тонкий сегмент восходящего колена петли Генле Реабсорбция Na + (пассивная) Осмотический градиент (по отношению к плазме крови) Мочевина Na + Cl - Na + Cl -

Давайте еще раз прогуляемся по канальцам нефрона…. Гломерула фильтрация (170 л/сутки) Проксимальный каналец Реабсорбция: Na +, K +, HCO 3 -, Cl - : 65% H 2 O: 65% Глюкоза, аминокислоты, следовые кол-ва белка: 100% Ca 2+, Mg 2+ Секреция органических кислот, оснований и Н + Нисходящее колено петли Генле: Реабсорбция H 2 O: 10% Толстый сегмент восходящего колена петли Генле Реабсорбция: Na +, K +, Cl - : до 25% HCO 3 -, Ca 2+, Mg 2+ Секреция Н + Тонкий сегмент восходящего колена петли Генле Реабсорбция Na + (пассивная) Осмотический градиент (по отношению к плазме крови) Мочевина Na + Cl - Na + Cl -

Давайте еще раз прогуляемся по канальцам нефрона…. Гломерула фильтрация (170 л/сутки) Проксимальный каналец Реабсорбция: Na +, K +, HCO 3 -, Cl - : 65% H 2 O: 65% Глюкоза, аминокислоты, следовые кол-ва белка: 100% Ca 2+, Mg 2+ Секреция органических кислот, оснований и Н + Нисходящее колено петли Генле: Реабсорбция H 2 O: 10% Толстый сегмент восходящего колена петли Генле Реабсорбция: Na +, K +, Cl - : до 25% HCO 3 -, Ca 2+, Mg 2+ Секреция Н + Тонкий сегмент восходящего колена петли Генле Реабсорбция Na + (пассивная) Дистальный каналец и начальный сегмент собирательной трубочки Реабсорбция: Na + (регулирутсяальдостероном), Н 2 О (регулируется вазопрессином) НСО 3 -, Cl -, Ca 2+, Mg 2+ Секреция Н + и К + Осмотический градиент (по отношению к плазме крови) Мочевина Na + Cl - Na + Cl -

Давайте еще раз прогуляемся по канальцам нефрона…. Гломерула фильтрация (170 л/сутки) Проксимальный каналец Реабсорбция: Na +, K +, HCO 3 -, Cl - : 65% H 2 O: 65% Глюкоза, аминокислоты, следовые кол-ва белка: 100% Ca 2+, Mg 2+ Секреция органических кислот, оснований и Н + Нисходящее колено петли Генле: Реабсорбция H 2 O: 10% Толстый сегмент восходящего колена петли Генле Реабсорбция: Na +, K +, Cl - : до 25% HCO 3 -, Ca 2+, Mg 2+ Секреция Н + Тонкий сегмент восходящего колена петли Генле Реабсорбция Na + (пассивная) Собирательная трубочка: Реабсорбция Н 2 О (регулируется вазопрессином) Дистальный каналец и начальный сегмент собирательной трубочки Реабсорбция: Na + (регулирутсяальдостероном), Н 2 О (регулируется вазопрессином) НСО 3 -, Cl -, Ca 2+, Mg 2+ Секреция Н + и К + Осмотический градиент (по отношению к плазме крови) Мочевина Na + Cl - Na + Cl -

Давайте еще раз прогуляемся по канальцам нефрона…. Гломерула фильтрация (170 л/сутки) Проксимальный каналец Реабсорбция: Na +, K +, HCO 3 -, Cl - : 65% H 2 O: 65% Глюкоза, аминокислоты, следовые кол-ва белка: 100% Ca 2+, Mg 2+ Секреция органических кислот, оснований и Н + Нисходящее колено петли Генле: Реабсорбция H 2 O: 10% Толстый сегмент восходящего колена петли Генле Реабсорбция: Na +, K +, Cl - : до 25% HCO 3 -, Ca 2+, Mg 2+ Секреция Н + Тонкий сегмент восходящего колена петли Генле Реабсорбция Na + (пассивная) Собирательная трубочка: Реабсорбция Н 2 О (регулируется вазопрессином) Дистальный каналец и начальный сегмент собирательной трубочки Реабсорбция: Na + (регулирутсяальдостероном), Н 2 О (регулируется вазопрессином) НСО 3 -, Cl -, Ca 2+, Mg 2+ Секреция Н + и К + Осмотический градиент (по отношению к плазме крови) Мочевина Na + Cl - Na + Cl - Диурез (1.5-2 л/сутки)

Регуляция работы почек

Авторегуляция клубочковой фильтрации : Авторегуляция клубочковой фильтрации : скорость фильтрации не зависит от колебаний системного артериального давления Почечный кровоток Скорость гломерулярной фильтрации Крово -ток Фильтрация МЕХАНИЗМЫ: 1.Миогенное сужение приносящих артериол в ответ на растяжение давлением 2.Сокращение мезангиальных клеток 3.Канальцево-клубочковая обратная связь

1. Миогенное сужение приносящих артериол в ответ на растяжение давлением (эффект Бейлисса) Авторегуляция клубочковой фильтрации : Авторегуляция клубочковой фильтрации : скорость фильтрации не зависит от колебаний системного артериального давления Почечный кровоток Скорость гломерулярной фильтрации Крово -ток Фильтрация

2. Сокращение мезангиальных клеток при растяжении капилляров давлением крови Капилляр Просвет капсулы «Ручки» мезангиальных клеток Увеличение АД Увеличение давления крови в капиллярах клубочка Фильтрация Растяжение Сокращение мезангиальных клеток Уменьшение площади капилляров + -

Юкстагломерулярный аппарат (комплекс): измерение концентрации Na + в дистальном канальце Плотное пятно (измерение Na + в канальце) Клетки, секретирующие ренин 3. Канальцево-клубочковая (тубулогломерулярная) обратная связь Симпатические нервные волокна

4. Ангиотензин II (8 а/к) : сужение сосудов; стимуляция секреции альдостерона; активация симпатической нс; облегчение секреции норадреналина из симпатических нервов; стимуляция жажды Увеличение концентрации Na+ в дистальном канальце Ренин-ангиотензин- альдостероновая система 3. Ангиотензин - превращающий фермент (АПФ): в эндотелии капилляров легких Ингибиторы АПФ (капотен, эналаприл и др.) используются для лечения артериальной гипертензии 2. Ангитензиноген – (продуцируется печенью) Ангиотензин I (10 а/к) - неактивен 5. Альдостерон – выброс из коры надпочечников, усиление реабсорбции Na +, увеличение объема крови 1. Ренин – фермент, вырабатываемый почками Снижение давления крови Повы- шение давления крови Действие симпатической НС через 2 -рецепторы (при ее рефлекторной активации вследствие снижения АД)

Канальцево-клубочковая обратная связь (время срабатывания – 10 секунд) Секреция клетками macula densa АДЕНОЗИНА И АТФ Если канальцевая жидкость течет быстро, NaCl не успевает реабсорбироваться Сужение приносящей артериолы Механизм, препятствующий увеличению фильтрации при повышении АД

Канальцево-клубочковая обратная связь (время срабатывания – 10 секунд) Секреция РЕНИНА юкстагломеру- лярными клетками, образование ангиотензина II Уменьшение Сужение выносящей артериолы Увеличение Если канальцевая жидкость течет медленно, реабсорбируется слишком много NaCl Механизм, препятствующий уменьшению фильтрации при снижении АД

Активация симпатических нервов, идущих к почке, вызывает : Сужение сосудов – уменьшение фильтрации Уменьшение экскреции ионов натрия Уменьшение экскреции воды Увеличение секреции ренина Влияние гормонов на процессы в разных отделах нефрона (увеличение экскреции воды и Na+)

Альдостерон: влияние на экскрецию электролитов с мочой Na + Cl - K+K+ NH 4 +

Альдостерон: механизмы действия на клетки дистального канальца Просвет канальца Тканевая жидкость Рецептор Количество открытых Na + -каналов Синтез мРНК в ядре Альдостерон Белки натриевых каналов Белки натрий/калиевого насоса Ферменты синтеза АТФ Синтез белков Концентрация альдостарона в плазме (нг/дл) Синтез белков: Натриевых каналов (люминальной мембраны) Na+/K+-насоса (базолатеральной ммебраны) митохондриальных ферментов синтеза АТФ

Почка может выводить концентрированную или разбавленную мочу, в зависимости от количества воды в организме Объем мочи Экскреция электролитов с мочой Осмолярность мочи Осмолярность плазмы крови

Вазопрессин = антидиуретический гормон Осморецепторы Барорецепторы высокого и низкого давления Нейрон паравентрику- лярного ядра Нейрон супраопти- ческого ядра Гипофиз Вазопрессин Уменьшение объема, увеличение осмотического давления мочи Задняя доля Передняя доля Увеличение осмотического даваления крови Снижение АД и объема крови

Поддержание постоянства осмотического давления крови Осморецепторы : (1) В переднем гипоталамусе (супраоптическое и паравентрикулярное ядра) (вазопрессин-синтезирующие нейросекреторные клетки) (2) В сосудистом сплетении конечной пластинки (передняя граница 3-го желудочка) – образуют синапсы с (1) Увеличение осмотического давления крови Секреция вазопрессина Увеличение реабсорбции воды в почках, уменьшение диуреза Стимуляция жажды Нормализация осмотического давления крови Области мозга, активирующиеся при внутривенном введении человеку гипертонического раствора (исследование с помощью функциональной магнитно- резонансной томографии). 1- конечная пластинка; 2 – поясная извилина 1

Сигналом к возбуждению осморецепторов служит уменьшение объема клетки Изменение частоты разрядов нейрона, изолированного из супраоптического ядра, в ответ на изменение осмотического давления Уменьшение объема приводит к «сморщиванию» рецепторной клетки и к активации механочувствительных неселективных катионных каналов Деполяризация мембраны и возбуждение Повышение осм. давления Снижение осм. давления

Механизм действия вазопрессина - встраивание в люминальную мембрану каналов аквапорина 2 Вазопрессин: механизм действия на клетки дистального канальца и собирательных трубочек Просвет канальца Тканевая жидкость Вазопрессин рецепторы Аденилат- циклаза Протеин- киназа А Фосфорилиро вание белков ЯДРО Синтез новых молекул аквапорина 2 Встраивание везикул с аквапорином 2 в мембрану (быстрый механизм) «Конститу- тивные» аквапорины

Влияние вазопрессина на реабсорбцию воды в разных отделах нефрона В присутствии вазопрессина В отсутствие вазопрессина Объем конечной мочи – 1,5-2 л в сутки. Но возможны значительные колебания: «Максимум»: объемная скорость 25 мл/мин (20% от объема первичной мочи), осмолярность – всего 50 мосмоль/л «Минимум»: объемная скорость 0.35 мл/мин (0.3% от объема первичной мочи), осмолярность – 1200 мосмоль/л !!! В минуту В коре В мозговом в-ве Прокси- мальный каналец Собира- тельная трубочка Петля Генле (повышение осмотического градиента в ткани почки) Дисталь- ный каналец МОЧА

Приспособленность птиц и неприспособленность человека к «морскому» образу жизни Птица может пить морскую воду, потому что через солевые железы она выводит из своего организма 80% поглощенной с питьем соли и только 50% воды. В итоге чайка выделяет гипотоническую мочу без обезвоживания организма. Человек и большинство наземных млекопитающих не в состоянии употреблять для питья морскую воду, поскольку их моча не достигает концентрации, достаточной для того чтобы при этом организм сохранял воду и одновременно избавлялся от поглощенной соли. Солевые железы птиц и рептилий