Физиология почек

1.

ОСНОВЫ АНАТОМИИ И ФИЗИОЛОГИИ
ЛЕКЦИЯ 18
ФИЗИОЛОГИЯ ПОЧЕК
Гайдуков Александр Евгеньевич
МФТИ 2017

2.

Водный баланс
человека за сутки
26%
4%
70%
В нашем теле
60-70% воды

3.

Функции почек:
1. Эскреторная (выведение ПРОДУКТОВ АЗОТИСТОГО ОБМЕНА, избытка других
органических веществ, ионов калия, лекарственных препаратов, токсинов и др.)
2. Регуляция многих важных параметров внутренней среды:
ионного состава;
осмотического давления;
рН;
объема крови и внесосудистой жидкости.
3. Инкреторная (образование в почке физиологически активных веществ и их
выделение во внутреннюю среду организма: ренин, эритропоэтин, активный
витамин D и др.)
4. Метаболическая (синтез глюкозы путем глюконеогенеза, катаболизм белков,
гормонов и др.)

4.

Почка
Мочеточник
Мочевой
пузырь
Лоханка
Мочеточник
Большая
чашка
Малые
чашки
Масса каждой почки – около 150 г
(две почки – около 0.4% массы тела)
На почки приходится ~ 25% сердечного выброса

5.

1. Капсула
ШумлянскогоБоумена
6. Дистальный
каналец
Корковое
вещество
Нефрон –
функциональная
единица почки
5. Толстое
восходящее колено
петли Генле
4. Тонкое
восходящее колено
петли Генле
7. Собирательная
трубочка
Внутренне
мозговое
вещество
3. Нисходящее
колено петли
Генле
Наружное
мозговое
вещество
2. Проксимальный
каналец

6.

Кровоснабжение нефрона:
две последовательно
соединенные капиллярные
сети
50-60 мм рт.ст
Клубочковые
капилляры
Приносящая
артериола
Выносящая
артериола
Vasa recta –
«прямые сосуды»
15-20 мм рт.ст
Низкое давление крови:
способствует реабсорбции
жидкости в капилляры с
последующим удалением из
почки
Околоканальцевые
капялляры
Высокое давление крови:
способствует фильтрации
жидкости из капилляров

7.

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

8.

Расположение нефронов
и кровеносных сосудов
в почке
Клубочек
юкстамедуллярного
нефрона
Клубочки
кортикальных
нефронов
Околоканальцевые
капилляры
Восходящие
vasa recta
Нисходящие
vasa recta
Петля
Генле
Vasa recta –
«прямые сосуды»

9.

Три процесса,
из которых
складывается
образование мочи
в нефроне
Приносящая
артериола
Выносящая
артериола
Клубочковые
капилляры
Просвет
Боуменовой
капсулы
170 - 200 л/сутки
первичной мочи
ФИЛЬТРАЦИЯ
Околоканальцевые
капилляры
РЕАБСОРБЦИЯ
СЕКРЕЦИЯ
1.5 – 2 л/сутки
вторичной мочи
ВЫВЕДЕНИЕ
С МОЧОЙ
Просвет
канальца
Почечная
вена

10.

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

11.

Строение почечного фильтра
ПОЧЕЧНЫЙ КЛУБОЧЕК
Петли
капилляров
Мезангиальные
клетки
Фенестрированный капилляр
Проксимальный каналец
Пространство
для первичной
мочи
Просвет
капилляра
Наружная
стенка
капсулы
Эпителиальная
клетка внутренней
стенки капсулы
(подоцит)
Ножки
подоцитов
Базальная
мембрана
Эндотелиальная клетка
Ножки
подоцитов

12.

Строение почечного фильтра
Взгляд на
капилляры клубочка
«из Боуменовой
капсулы»
Мальпигиевы тельца
на разветвлениях артерии
(показана стрелкой)
Внутренняя
поверхность
фенестрированного
капилляра

13.

Строение почечного фильтра
Ножки подоцитов
(педицеллы)
Выносящая
артериола
Дистальный
каналец
Приносящая
артериола
Подоциты
(образуют
внутреннюю
стенку капсулы)
Проксимальный
каналец
Наружняя
стенка
Боуменовой
капсулы
Фенестрированный капилляр
Базальная
мембрана
Мембрана
почечного фильтра
(“slit membrane”
or “slit diaphragm”)

14.

Строение почечного фильтра
Приносящая
артериола
Выносящая
артериола
Подоциты
Ножки
подоцитов
Окончатый
(фенестрированный)
эндотелий
Базальная
мембрана
ПОЧЕЧНЫЙ
КЛУБОЧЕК
КЛУБОЧКОВЫЙ
КАПИЛЛЯР
ФИЛЬТРАЦИОННЫЙ
БАРЬЕР
Мембрана
почечного
фильтра
(состоит из белка
нефрина)

15.

Каких только штук нет в ножках подоцитов…
porous matrix of negatively charged proteins
Anatomy of podocyte foot processes. This figure illustrates the proteins that make up the slit diaphragm between two adjacent foot processes.
Nephrin and NEPH1 are membrane-spanning proteins that have large extracellular domains that interact. Podocin, also a membrane-spanning
protein, organizes nephrin and NEPH1 in specific microdomains in the plasma membrane, which is important for signaling events that determine
the structural integrity of podocyte foot processes. Many of the proteins that compose the slit diaphragm interact with adapter proteins inside the
cell, including CD2-AP. The adapter proteins bind to the filamentous actin (F-actin) cytoskeleton, which in turn binds either directly or indirectly to
proteins such as α3β1 and MAGI-1 that interact with proteins expressed by the glomerular basement membrane (GBM). α-act-4, α-actinin 4;
α3β1, α3β1 integrin; α-DG, α-dystroglycan; CD2-AP, an adapter protein that links nephrin and podocin to intracellular proteins; FAT, a
protocadherin that organizes actin polymerization; MAGI-1, a membrane-associated guanylate kinase protein; NHERF-2, Na+-H+ exchanger
regulatory factor 2; P, paxillin; P-Cad, P-cadherin; Synpo, synaptopodin; T, talin; V, vinculin; Z, zona occludens.
(Adapted from Mundel P, Shankland SJ: J Am Soc Nephrol 13:3005, 2002.)

16.

Overview of the major proteins that form
the slit diaphragm. Nephrons (red) from
opposite foot processes interdigitate in the
center of the slit. In the slit, nephrin
interacts with NEPH1 and NEPH2 (blue),
FAT1 and FAT2 (green), and P-cadherin.
The intracellular domains of nephrin,
NEPH1, and NEPH2 interact with podocin
and CD2-AP, which connect these slit
diaphragm proteins with ZO-1, α-actinin 4,
and actin. (Modified from Tryggvason K et
al: N Engl J Med 354:1387, 2006.)

17.

Силы, влияющие
на скорость клубочковой
фильтрации
ПОВЫШЕНИЕ:
при расширении
приносящей
артериолы или
сужении
выносящей
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
Гидростатическое
давление крови
в капиллярах
СНИЖЕНИЕ:
при сужении
приносящей
артериолы или
расширении
выносящей.
Онкотическое
давление крови
Давление
жидкости в
Боуменовой
капсуле

18.

Силы, влияющие на скорость
клубочковой фильтрации
Приносящая
артериола
Гидростатическое давление
в капиллярах
Выносящая
артериола
Онкотическое
давление
Давление
жидкости в
Боуменовой
капсуле
Эффективное
фильтрационное
давление
=
Гидростатическое давление
в капиллярах
-
Давление
в Боуменовой
капсуле
-
Онкотическое
давление
в капиллярах

19.

Проницаемость почечного фильтра
для различных молекул
Отношение концентрации в
первичной моче
к концентрации в плазме крови
neutral molecules with a radius smaller than 20 Å are filtered freely, molecules larger than 42 Å are not filtered,
and molecules between 20 and 42 Å are filtered to various degrees

20.

Влияние заряда молекул
Многие белки крови
заряжены отрицательно,
поэтому они еще хуже
проходят через почечный
фильтр, чем это следует из
их молекулярной массы и
размера
neutral molecules with a radius smaller
than 20 Å are filtered freely, molecules
larger than 42 Å are not filtered, and
molecules between 20 and 42 Å are
filtered to various degrees

21.

Измерение скорости клубочковой фильтрации
Конц. инулина
в плазме крови =
1 мг/мл
Кол-во профильтровавшегося
инулина =
кол-ву инулина, выделенного
почками
Vпл х Спл = Vм х См
СКФ = Vпл
СКФ = (См х Vм)/Спл
СКФ = 125 мл/мин
Vпл – скорость
фильтрации
Спл – конц. инулина в
плазме
Vм – скорость
образования мочи
См - конц. инулина в
моче
Конц. инулина в моче = 125 мг/мл
Скорость образования мочи = 1 мл/мин
В медицинской практике скорость клубочковой фильтрации оценивают
по клиренсу креатинина

22.

Измерение скорости клубочковой фильтрации
Конц. инулина
в плазме крови =
1 мг/мл
Клиренс – объем крови, «очищаемый»
от данного вещества в единицу времени
Если вещество (в данном случае – инулин):
Кол-во профильтровавшегося
инулина =
кол-ву инулина, выделенного
почками
свободно проходит вместе с жидкостью в
просвет нефрона, т.е. оно полностью
фильтруется в той же концентрации, в какой
оно было в плазме крови;
Vпл х Спл = Vм х См
не всасывается и не секретируется в
почечном канальце;
СКФ = Vпл
не метаболизируется в организме и в почке,
СКФ = (См х Vм)/Спл
то его клиренс = скорости клубочковой
фильтрации
СКФ = 125 мл/мин
Клиренс =
конц. в-ва в моче х объем мочи
____________________
конц. в-ва в плазме крови
Vпл – скорость
фильтрации
Спл – конц. инулина в
плазме
Vм – скорость
образования мочи
См - конц. инулина в
моче
Конц. инулина в моче = 125 мг/мл
Скорость образования мочи = 1 мл/мин
В медицинской практике скорость клубочковой фильтрации оценивают
по клиренсу креатинина

23.

Строение эпителия в разных отделах нефрона
Дистальный каналец
Проксимальный каналец
Капсула
Толстое
восходящее колено
петли Генле
Нисходящее колено
петли Генле
Собирательная трубочка

24.

Реабсорбция веществ
в проксимальном канальце
Просвет
канальца
Снаружи
Активный
транспорт
Вторично активный симпорт с Na+
«Х» = глюкоза, аминокислоты,
фосфат-ионы, лактат и др.
Карбоангидраза
Вторично активный антипорт Н+ и Na+
Пассивный
транспорт
Во всех отделах
нефрона расположена
на базолатеральной
поверхности
эпителиальных
клеток
(противоположной
просвету канальцев)
Na+
ClNa+, K+, Ca2+, Mg2+
-
+
Разность потенциалов 2-3 мВ (в результате транспорта Na+)
Движущая сила для мощной реабсорбции Cl-,
который «тянет» за собой Са2+ и Mg2+

25.

Проксимальный каналец
При высокой концентрации глюкозы в крови
она реабсорбируется лишь частично
Количество фильтруемой, реабсорбируемой
или секретируемой глюкозы (мг/мин)
(из-за насыщения белков-переносчиков)
Фильтрация
Экскреция
Насыщение
Норма
Реабсорбция
Порог
Концентрация глюкозы в плазме крови
(мг/100 мл)

26.

Проксимальный каналец
85%
Реабсорбция ионов бикарбоната
HCO3100%
(основная буферная система крови –
бикарбонатная)
Просвет
канальца
Интерстиций
Клетка канальца
0.1%
HCO3-
Начинать
отсюда!
Карбоангидраза
Общий смысл этих
превращений –
вернуть в организм
бикарбонат–ионы,
предотвратить их
потерю с мочой.

27.

Проксимальный каналец
Роль почки в поддержании
кислотно-щелочного баланса внутренней среды
Изменения
экскреторной
функции почки
СНИЖЕНИЕ
рН внутренней
среды
ПОВЫШЕНИЕ
рН внутренней
среды
(закисление, ацидоз)
защелачивание, алкалоз)
↓
↑
↑
Экскреция НСО3Экскреция Н+
↓
Механизмы выведения «лишних» Н+ из организма
(поступают в просвет канальцев в обмена на Na+ )
Н+ + НРО42– = Н2РО4–
Н+ + NH3 = NH4+
NH3 образуется в клетках
почки при дезаминировании
глутамина и аминокислот, он
свободно диффундирует в
просвет почечных канальцев
Не способны проникать через
мембраны канальцевых
клеток: выводятся с мочой

28.

Проксимальный каналец
Олигопептиды
расщепляются ферментами
щеточной каемки
Ферменты
щеточной каемки
Попавшие в мочу
олигопептиды
расщепляются
ферментами
щеточной каемки
и реабсорбируются
в виде аминокислот
Аминокислоты
Интерстиций
Метаболизм
в клетке
Короткие пептиды
Внутриклеточные
пептидазы
Пептиды из 2-4 аминокислот
реабсорбируются
специальным переносчиком
Следовые
количества белка
реабсорбируются
путем пиноцитоза
(у здорового
человека белка в
моче нет!)
Белки (альбумин), пептидные
гормоны (инсулин и др.)
Интерстиций
Окаймленный
пузырек
Лизосома
Эндосома
Эндосома
Свободные
аминокислоты

29.

Транспорт воды – только пассивный (через каналы аквапоринов - AQР)
Стенки
проксимального
канальца обладают
высокой
проницаемостью
для воды благодаря
высокому
содержанию
аквапорина 1
Вода «уходит» из канальцев вслед за Na+ из проксимального канальца вытекает изоосмотическая моча

30.

ИТАК:
что происходит
с ультрафильтратом при
прохождении
по проксимальному канальцу
Реабсорбция Na+ - 65-70%
Реабсорбция Н2О – 65-70%
(пассивно вслед за Na+)
Осмотическое давление жидкости
не изменяется !!!
Реабсорбция НСО3- - 85%
Реабсорбция Cl- - 50%
Реабсорбция K+, Ca2+, Mg2+
Реабсорбция органических веществ
(глюкоза, аминокислоты, пептиды, следовые кол-ва белка и др.) – 100%
Секреция Н+
Секреция органических кислот и оснований
(чужеродные вещества предварительно «метятся» в печени остатками серной и
глюкуроновой кислот)