13.6.2. Клубочковая фильтрация

Образование мочи в почке начинается с ультрафильтрации плазмы крови в почечных клубочках. Жидкость проходит через клубочковый фильтр из просвета кровеносных капилляров в полость капсулы клубочка. Рассмотрим подробнее структуру этого фильтра и силы, обеспечивающие процесс ультрафильтрации.

Фильтрующая мембрана. Фильтрующая мембрана состоит из трех слоев:

эндотелия капилляров, базальной мембраны и внутреннего листка капсулы Шумлянского—Боумена, который образован эпителиальными клетками — подоцитами.

Клетки эндотелия капилляров имеют очень тонкие периферические участки, в просвет сосуда выступает лишь область клетки, где находится ядро. Боковые части клетки пронизаны довольно крупными отверстиями, обычно затянутыми тонкими диафрагмами. При нормальной скорости кровотока крупные молекулы белка образуют над этими порами барьерный слой, что служит препятствием для прохождения через поры не только глобулинов, но и альбуминов. Таким образом, эндотелий капилляров ограничивает прохождение через клубочковый фильтр форменных элементов и белков, но свободно пропускает низкомолекулярные вещества, растворенные в плазме крови.

Следующий барьер гломерулярного фильтра — базальная мембрана. Ее «поры» ограничивают прохождение молекул в зависимости от размера, формы и заряда. Так как эта мембрана имеет сетчатую структуру, образованную тонкими нитями, происходит ограничение прохождения молекул размером более 3,4 нм. Отрицательно заряженная стенка пор затрудняет прохождение молекул с одноименным зарядом. Поры не являются круглыми, что также существенно для ограничения фильтрации альбуминов.

Последним барьером на пути фильтруемых веществ служат подоциты. Их отростки («ножки») прилегают к базальной мембране со стороны капсулы клубочка, между ножками подоцитов находятся пространства, по которым течет фильтруемая жидкость. Однако и в этом случае существует заслон на пути фильтруемых веществ — щелевые мембраны, перегораживающие пространство между ножками подоцитов. Они ограничивают прохождение альбуминов и других молекул с большой молекулярной массой. Такой многослойный фильтр в клубочковой мембране обеспечивает сохранение белков в крови и образование практически безбелковой первичной мочи.

Ультрафильтрация. Основной силой, обеспечивающей возможность ультрафильтрации в почечных клубочках, является гидростатическое давление крови в сосудах. Эффективное фильтрационное давление, от которого зависит скорость клубочковой фильтрации, определяется разностью между гидростатическим давлением крови в капиллярах клубочка и противодействующими ему факторами — онкотическим давлением белков плазмы крови и гидростатическим давлением жидкости в капсуле клубочка.

Эффективное фильтрационное давление в клубочках, измеренное у крыс в прямом опыте, оказалось равным 12 мм рт. ст. (гидростатическое давление крови 47 мм рт. ст., онкотическое давление 25 мм рт. ст., внутрикапсулярное давление 10 мм рт. ст.). По мере того как происходит ультрафильтрация жидкости, онкотическое давление в крови капилляров растет, потому что белок остается в просвете сосуда и его концентрация увеличивается. Это приводит к снижению эффективного фильтрационного давления, которое все более снижается по направлению к тому участку, где кровь поступает в выносящую артериолу клубочка. в почке у человека из каждого 1 л плазмы крови образуется 190—200 мл ультрафильтрата. Эта величина получила название фильтрационной фракции, она представляет собой долю фильтруемой жидкости из общего объема плазмы крови, притекающей к почечным клубочкам.

С помощью микроманипулятора и микропипетки из полости почечного клубочка можно извлечь ультрафильтрат и определить его состав. В нем такие же, как и в плазме крови, концентрация глюкозы, аминокислот, мочевины, общее содержание осмотически активных веществ. Между плазмой крови и ультрафильтратом имеются очень небольшие различия в концентрации одновалентных ионов, что обусловлено наличием в плазме крови белков, не проходящих через гломерулярный фильтр и связывающих часть катионов. Это явление носит название равновесия Доннана.

Особое значение для ультрафильтрации имеет связывание с белком двухвалентных катионов. С белками связано около 40% ионов Са²⁺ и 25% ионов Мg²⁺ от общего их содержания в плазме крови. Остальные количества этих катионов поступают при ультрафильтрации в капсулу клубочка, где они представлены в Двух формах: в виде свободных ионов и связанными с низкомолекулярными анионами. Эти соли свободно проходят через гломерулярный фильтр. К таким веществам относится, например, цитрат кальция. В плазме крови человека концентрация кальция составляет 2,5 ммоль/л, при ультрафильтрации в полость клубочка поступает 1,3 ммоль/л свободных ионов кальция и 0,2 ммоль/л низкомолекулярных комплексов кальция.

Современные методы позволяют измерить объем жидкости, образующейся в отдельном почечном клубочке, а также в целой почке. В первом случае для этого необходимо у животного извлечь микропипеткой жидкость из почечного клубочка, во втором — получить плазму крови и мочу. В обоих случаях важно точно знать время, в течение которого образовался ультрафильтрат или моча.

Метод расчета скорости клубочковой фильтрации. Этот метод (при исследовании и человека, и животных) основан на принципе очищения. Суть его состоит в следующем. В кровь вводят вещество (например, инулин), свободно растворяющееся в воде и фильтруемое в почечных клубочках в той же концентрации. В почечных канальцах его количество не меняется, оно не всасывается в кровь и не добавляется клетками канальцев из крови в первичную мочу. Определив количество этого вещества, выделившегося почкой в единицу времени, можно рассчитать, какой объем крови очистился от этого вещества. Так как этот объем плазмы крови равен объему жидкости, профильтровавшейся в почечных клубочках, появляется возможность рассчитать скорость ультрафильтрации жидкости в гломерулярном аппарате почки, используя метод очищения.

Для измерения клубочковой фильтрации применяют кроме инулина полиэтиленгликоль—400, маннит. Все эти вещества необходимо вводить в кровь. Из эндогенных, вырабатываемых в организме веществ, для этой цели используют креатинин. Общими особенностями веществ пригодных для измерения клубочковой фильтрации, являются физиологическая инертность, отсутствие токсичности, свободная растворимость в плазме крови, отсутствие связывания с белком, свободное проникновение через гломерулярный фильтр в той же концентрации, что и в плазме крови. Эти вещества не должны реабсорбироваться и секретироваться в почечных канальцах, а с мочой должны выделяться полностью в том количестве, которое профильтровалось в почечном клубочке (рис. 13.7).

Рис. 13.7 Определение клубочковой фильтрации по инулину (Cin), максимальной реабсорбции глюкозы (ТтG) и максимальной секреции парааминогиппуровой кислоты — ПАГ (Ттран)

Толщина и направление стрелок указывают на количество выделяемого реабсорбируемого и секретируемого вещества;

объяснение см. в тексте.

Эти данные позволяют вывести основную формулу для определения объема клубочковой фильтрации. Эта величина равна клиренсу (от англ. clearance — очищение) плазмы крови от инулина (In) и обозначается Cin. Количество профильтровавшегося в 1 мин инулина равно произведению скорости клубочковой фильтрации на концентрацию инулина в плазме крови (P_in). Количество инулина, выделяемое с мочой, равно произведению концентрации инулина в моче на объем выделяемой мочи (V). Инулин не реабсорбируется и не секретируется, а только фильтруется, следовательно, C_inP_in = VU_in, откуда

C_in = U_inV / P_in (мл/мин).

Объем выделяемой мочи обычно рассчитывают на поверхность тела или ее массу. У человека величину объема клубочковой фильтрации относят к стандартной поверхности тела — человека массой около 70 кг — 1,73 м². В норме У мужчин в обеих почках клубочковая фильтрация составляет 125 мл/мин у женщин эта величина равна 110.