Особенности нефрона, функциональной единицы почки

Функциональная единица почки – это нефроны, которые занимаются фильтрацией крови. Чтобы понять, как они работают, надо разобраться, что представляют собой почки.

Мочевая система организма

В организме человека постоянно происходят различные процессы, в ходе которых вырабатываются продукты распада. Если организм по каким-то причинам теряет возможность выводить отходы наружу, они начинают скапливаться. Когда токсический уровень оказывается слишком высок, токсины начинают разрушать ткани и органы. Поэтому очень важно, чтобы мочевыводящая система работала слажено, без сбоев, поскольку её задачей является вывод из тела многих отходов.

Мочевыводящая система состоит из:

• двух почек, содержащих нефроны;
• двух мочеточников;
• мочевого пузыря;
• мочеиспускательного канала;
• артерий и вен.

Мочеточники соединяют почки с мочевым пузырем, который является местом временного хранения мочи. Урина покидает тело во время мочеотделения через мочеиспускательный канал.

Что такое почки

Почки – это парный орган, расположенный в задней верхней части брюшной полости по двум сторонам позвоночника, который защищают нижние ребра и слой жира. Почечная артерия, вена и мочеточники входят в почки в средней части, которую называют воротами почки.

Помимо того, что в почках происходит забор продуктов распада из крови и формирование мочи, они выполняют немало других функций. Одна из них – регулирование объема крови, что осуществляется при помощи контроля за количеством воды, выводимой и всасываемой обратно в кровь.

Еще одна задача почек – регуляция электролитов. Для этого они управляют выделением и обратным всасыванием (реабсорбцией) ионов калия и натрия. Отвечает орган и за регуляцию кислотно-щелочного баланса путем осуществления контроля за выделением и обратным всасыванием водорода. Если из крови выделяется большее количество ионов водорода, плазма становится менее кислой (более щелочной), тогда как при их задержке, крови становится кислее (менее щелочной).

Ответственны почки и за регулирование давления. Происходит это благодаря контролю за количеством выделяемой воды и уровнем ее реабсорбции. Когда жидкость в организме задерживается, объем крови увеличивается, что приводит к повышению давления крови. Если же почки выделяют в мочу большее количество воды, объем плазмы сокращается, давление понижается.

Отвечают почки также за регуляцию выработки эритроцитов, красных клеток крови. Когда их число уменьшается, уровень кислорода в крови также понижается, что заставляет почки вырабатывать вещество, называемое эритропоэтин. Этот гормон достигает по кровеносной системе костного мозга и стимулирует его к выработке большего количества эритроцитов. При достижении оптимального числа красных клеток в крови, этот процесс прекращается посредством механизма негативной обратной связи.

Что такое нефрон

Структурно-функциональной единицей почки является нефрон (только в одной почке существует более миллиона нефронов). Это значит, что нефрон почки выполняет главную почечную работу мочевыделительной системы. Нефроны как функциональные единицы почек выполняют задачи по своевременному удалению продуктов метаболизма из тела (до того, как токсины достигнут токсических уровней).

Основными частями нефрона являются почечный клубочек и система канальцев. Клубочек являет собой сеть взаимно переплетающихся капилляров, собранных в чашеобразной структуре, называемой капсула Боумена. Кровь фильтруется в капиллярах клубочков, а прошедшая фильтрацию жидкость (фильтрат) собирается в пространстве капсулы Боумена, проходя через фильтрующую мембрану.

Фильтрат образуется из крови после того, как через фильтрующую мембрану проходят вещества, размеры которых достаточно малы для того, чтобы проникнуть свозь неё. Этот фильтрат движется дальше через систему канальцев, где фильтрация продолжается. При этом одни вещества удаляются из фильтрата, другие прибавляются.

Таким образом, вытекая из почечного клубочка, фильтрат проходит четыре основных сегмента нефрона:

• Проксимальный изгиб канальца – здесь происходит обратное всасывание питательных веществ и элементов, необходимых для работы организма.
• Петля Генле – в этой части нефрона, образованной нисходящей и восходящей частями канальца с узким просветом, осуществляется контроль за концентрацией мочи.
• Дистальный изгиб канальца – происходит регуляция натрия, калия и кислотно-щелочного баланса.
• Сборный канал – в месте, куда вливаются несколько канальцев, происходит регуляция количества воды и обратное всасывание натрия.

Таким образом, нефрон, основная функциональная единица почек, выполняет главную работу по удалению продуктов обмена веществ посредством фильтрации и секреции. Нужные организму вещества при этом возвращаются обратно в кровь.

Как работает нефрон

Нефроны, структурно-функциональные единицы почки, выполняют свои задачи с помощью кровообращения. Кровь входит в почечные клубочки через афферентные артериолы (ответвления почечной артерии) и выходит через более узкие эфферентные артериолы. Разница в просвете этих сосудов создает гидростатическое давление, благодаря которому кровь движется. Ток крови благодаря созданному гидростатическому давлению заставляет молекулы проходить через фильтрующие мембраны в почечных клубочках. В этом и состоит механизм процесса фильтрации.

Капиллярная сеть расположена вокруг петли Генле, проксимального и дистального канальца. По мере движения фильтрата через нефрон, одни элементы прибавляются, другие удаляются из него. При этом приток различных веществ больше, чем выход веществ.

Нормальный фильтрат содержит воду, глюкозу, аминокислоты, мочевину, креатинин и растворы солей (хлорид натрия, ионы калия, ионы бикарбоната). Также в нем могут находиться различные токсины и лекарства. Протеины и красные клетки крови в фильтрате не содержатся, поскольку их размер слишком велик для того, чтобы пройти через фильтрующую мембрану клубочков. Если эти крупные молекулы присутствуют в фильтрате, это говорит о нарушениях в процессе фильтрации.

Движение элементов из нефрона в кровь называется обратное всасывание (реабсорбция), тогда как из крови в нефрон – секрецией (выделением). Их схематическое движение подано в следующей таблице:

Исходя из таблицы, очевидно, что мочевая кислота и лекарства не фильтруются. Они выделяются в процессе секреции в систему канальцев в проксимальном изгибе. Фильтрат в петле Генле имеет высокую концентрацию продуктов распада, таких как мочевая кислота, мочевина и креатинин. Таким образом, когда фильтрат достигает петли Генле, почти все полезные вещества, необходимые организму уже возвращены.

На конечном этапе компонентами мочи являются вода, хлорид натрия, калий, бикарбонат, креатинин и мочевина. В отношении креатинина не происходит ни обратного всасывания, ни выделения в каналец. По этим причинам креатинин выбран для расчетов скорости клубочковой фильтрации, необходимой для определения функциональной пробы почек. Высокие уровни креатинина свидетельствуют о проблемах с клубочковой фильтрацией в нефроне.

Вода в моче

Функции нефрона заключаются и в том, что он контролирует количество воды путем введения и выведения воды в фильтрат, которая следует за натрием благодаря осмотическому градиенту. Вода движется с места, где меньшая концентрация хлорида натрия в сторону его большей концентрации. При этом нисходящий сегмент петли Генле сильно проницаем для её молекул. Вода тут всасывается обратно в общий ток крови благодаря осмотическому давлению. Восходящий сегмент петли Генле для воды непроницаем, но через его стенки в интерстиций проходит хлорид натрия.

Существуют два основных гормона, регулирующих скорость выведения воды из организма. Первый гормон – это альдостерон, который оказывает влияние на сборный канал, собирающий мочу от канальцев, и заставляет организм задерживать воду. Давление крови при этом увеличивается. Этот механизм запускается, когда в крови понижено давление крови или низкий уровень ионов натрия. Таким образом, альдостерон является частью системы регуляции давления, включающей в себя три компонента: ренин-ангиотензин-алдостерон.

Вторым веществом является антидиуретический гормон, который принуждает всасываться обратно в кровь большему количеству воды из сборных каналов путем увеличения проницаемости их стенок. Вода при этом проникает обратно в кровь под действием осмоса. Большее количество антидиуретического гормона выделяется, когда организму нужно задержать большее количество воды, – и это приводит к большей концентрированности мочи.

Повреждения почечных клубочков

Таким образом, очевидно, что любые патологии почечных клубочков ведут к серьезным проблемам. Патофизиологические механизмы повреждения главной части структурной единицы почки, почечного клубочка объясняются при помощи трех моделей:

• Теории целого нефрона.
• Теории гиперфильтрации.
• Теория комплексных отложений.

Теория целого нефрона объясняется следующим образом. Каждый нефрон являет собой почку в миниатюре. Поэтому повреждение одного из его компонентов приводит к повреждению целого нефрона. Это может происходить из-за дефектов перитубулярной капиллярной сети, изменения в составе жидкости, текущей через канальцы, сокращения снабжения кислородом и, как следствие, дефицита в обмене веществ.

Последствиями повреждения нефрона являются уменьшение фильтрации белка и сокращение синтеза гормонов, прежде всего – эритропоэтина. В результате происходит некроз канальцевого эпителия и недостаточность фильтрации.

Иногда нефрон может восстановиться самостоятельно. Но бывает и противоположная картина – некроз нефрона. При этом может в качестве компенсации произойти гипертрофия или гиперфункция нефронов, что окружают погибшую единицу. Затем следует фиброз пораженных частей почки с последующей сосудистой недостаточностью оставшихся нефронов и прогрессирующее повреждение почки.

Вторая гипотеза – теория гиперфильтрации, когда усиленная фильтрация приводит к повреждению почечных клубочков из-за повышения давления крови, которое более интенсивно давит на их ткани. Это может быть результатом действия токсичных для почек лекарств.

Теория комплексных отложений говорит о том, что проблема возникает, когда иммунные комплексы, являющиеся слипшимися сгустками антител, из-за больших размеров не могут пройти в канальцы. Поэтому они откладываются в клубочке, вызывая склероз и рубцевание тканей.

В любом случае, чтобы не вызвало повреждение нефронов, ситуация опасна не только для здоровья, но и жизни человека. Поэтому при любых подозрениях относительно сбоев в работе почек нужно обратиться к врачу и пройти обследования.