Почечная физиология

Эта иллюстрация демонстрирует нормальную физиологию почек, включая проксимальный извитый каналец (ПКТ), петлю Генле и дистальный извитый каналец (ДКП). Он также включает иллюстрации, показывающие, где действуют некоторые типы мочегонных средств и что они делают.

Почечная физиология ( латинский RENES , «почка») является изучением физиологии в почках . Это включает в себя все функции почек, включая поддержание кислотно-щелочного баланса ; регулирование жидкостного баланса ; регулирование натрия , калия и других электролитов ; очищение от токсинов ; абсорбция глюкозы , аминокислот и других небольших молекул; регулирование артериального давления ; производство различных гормонов , таких как эритропоэтин; и активация витамина D .

Большая часть физиологии почек изучается на уровне нефрона , наименьшей функциональной единицы почки. Каждый нефрон начинается с фильтрующего компонента, который фильтрует кровь, поступающую в почки. Затем этот фильтрат течет по длине нефрона, который представляет собой трубчатую структуру, выстланную одним слоем специализированных клеток и окруженную капиллярами . Основными функциями этих выстилающих клеток являются реабсорбция воды и небольших молекул из фильтрата в кровь и выделение отходов из крови в мочу .

Для правильного функционирования почек необходимо, чтобы они получали и адекватно фильтровали кровь. Это осуществляется на микроскопическом уровне многими сотнями тысяч фильтрующих единиц, называемых почечными тельцами , каждая из которых состоит из клубочка и капсулы Боумена . Общая оценка почечной функции часто достигается путем оценки скорости фильтрации, называемой скоростью клубочковой фильтрации (СКФ).

Образование мочи [ править ]

Способность почки выполнять многие из своих функций зависит от трех основных функций: фильтрации , реабсорбции и секреции , сумма которых называется почечным клиренсом или почечной экскрецией. То есть:

Скорость экскреции с мочой = скорость фильтрации - скорость реабсорбции + скорость секреции ^[1]

Хотя в самом строгом смысле слова « экскреция» применительно к мочевыделительной системе является само мочеиспускание , почечный клиренс также условно называют экскрецией (например, в устоявшемся термине « фракционная экскреция натрия» ).

Фильтрация [ править ]

Кровь фильтруется нефронов , функциональных единиц почки. Каждый нефрон начинается в почечном тельце , которое состоит из клубочка, заключенного в капсулу Боумена . Клетки, белки и другие крупные молекулы отфильтровываются из клубочков в процессе ультрафильтрации , оставляя ультрафильтрат, напоминающий плазму (за исключением того, что ультрафильтрат содержит незначительное количество белков плазмы ), чтобы попасть в пространство Боумена. Фильтрация осуществляется силами Старлинга .

Ультрафильтрат, в свою очередь, проходит через проксимальный извитый каналец , петлю Генле , дистальный извитый каналец и ряд собирающих каналов с образованием мочи .

Реабсорбция [ править ]

Тубулярная реабсорбция - это процесс, при котором растворенные вещества и вода удаляются из канальцевой жидкости и переносятся в кровь. Это называется реабсорбцией (а не всасыванием ) как потому, что эти вещества уже были однажды абсорбированы (особенно в кишечнике ), так и потому, что организм извлекает их из потока постклубочковой жидкости, которая постепенно превращается в мочу (то есть они скоро будут выведены с мочой, если они не будут восстановлены).

Реабсорбция - это двухэтапный процесс, начинающийся с активного или пассивного извлечения веществ из жидкости канальцев в почечный интерстиций (соединительная ткань, которая окружает нефроны), а затем транспортировка этих веществ из интерстиция в кровоток. Эти процессы переноса управляются силами Старлинга , диффузией и активным переносом .

Косвенная реабсорбция [ править ]

В некоторых случаях реабсорбция бывает непрямой. Например, бикарбонат (HCO ₃ ^- ) не имеет переносчика, поэтому его реабсорбция включает серию реакций в просвете канальцев и эпителии канальцев. Он начинается с активной секреции иона водорода (H ⁺ ) в жидкость канальцев через обменник Na / H :

• В просвете
  • H ⁺ соединяется с HCO ₃ ^- с образованием угольной кислоты (H ₂ CO ₃ ).
  • Люминальная карбоангидраза ферментативно превращает H ₂ CO ₃ в H ₂ O и CO _2.
  • CO ₂ свободно диффундирует в клетку
• В эпителиальной клетке
  • Цитоплазматическая карбоангидраза превращает CO ₂ и H ₂ O (которых много в клетке) в H ₂ CO _3.
  • H ₂ CO ₃ легко диссоциирует на H ⁺ и HCO ₃ ^-
  • HCO ₃ ^- это облегчило из клетки базолатеральной мембраны

Влияние гормонов [ править ]

Некоторые ключевые гормоны, регулирующие реабсорбцию, включают:

• альдостерон , который стимулирует активную реабсорбцию натрия (и, как следствие, воды)
• антидиуретический гормон , стимулирующий пассивную реабсорбцию воды

Оба гормона действуют главным образом на собирательные каналы .

Трубчатая секреция происходит одновременно с реабсорбцией фильтрата. Вещества, обычно вырабатываемые организмом, или побочные продукты клеточного метаболизма, которые в высоких концентрациях могут стать токсичными, а также некоторые лекарства (если их принимать). Все они секретируются в просвет почечных канальцев. Тубулярная секреция может быть активной, пассивной или сопутствующей. Вещества, в основном секретируемые в почечные канальцы: H +, K +, NH3, мочевина, креатинин, гистамин и такие препараты, как пенициллин. Тубулярная секреция происходит в проксимальном извитом канальце (ПКТ) и дистальном извитом канальце (ДКП); например, в проксимальном извитом канальце калий секретируется с помощью натрий-калиевого насоса, ион водорода секретируется с помощью активного транспорта и совместного транспорта, то есть антипортера, а аммиак диффундирует в почечные канальцы.

Другие функции [ править ]

Секреция гормонов [ править ]

Почки выделяют множество гормонов , включая эритропоэтин , кальцитриол и ренин . Эритропоэтин высвобождается в ответ на гипоксию (низкий уровень кислорода на тканевом уровне) в почечном кровообращении. Стимулирует эритропоэз (выработку красных кровяных телец) в костном мозге . Кальцитриол , активированная форма витамина D , способствует кишечной абсорбции кальция и почечной реабсорбции из фосфата . Ренин - это фермент, регулирующий ангиотензин.и уровни альдостерона .

Поддержание гомеостаза [ править ]

Почки отвечают за поддержание баланса следующих веществ:

Организм очень чувствителен к его pH . За пределами диапазона pH, совместимого с жизнью, белки денатурируются и перевариваются, ферменты теряют способность функционировать, и организм не может поддерживать себя. Почки поддерживают кислотно-щелочной гомеостаз , регулируя pH плазмы крови . Прибыль и убытки кислоты и основания должны быть сбалансированы. Кислоты делятся на «летучие кислоты» ^[12] и «нелетучие кислоты». ^[13] См. Также титруемую кислоту .

Основным гомеостатическим контролем для поддержания этого стабильного баланса является почечная экскреция. Почки выводят или удерживают натрий под действием альдостерона , антидиуретического гормона (АДГ или вазопрессин), предсердного натрийуретического пептида (ПНП) ​​и других гормонов. Аномальные уровни фракционной экскреции натрия могут указывать на острый некроз канальцев или дисфункцию клубочков .

Кислотно-основные [ править ]

Две системы органов, почки и легкие, поддерживают кислотно-щелочной гомеостаз, то есть поддержание pH около относительно стабильного значения. Легкие способствуют кислотно-щелочному гомеостазу, регулируя концентрацию углекислого газа (CO ₂ ). Почки выполняют две очень важные роли в поддержании кислотно-щелочного баланса: реабсорбируют и регенерируют бикарбонат из мочи и выводят с мочой ионы водорода и фиксированные кислоты (анионы кислот).

Осмоляльность [ править ]

Почки помогают поддерживать уровень воды и соли в организме. Любое значительное повышение осмоляльности плазмы обнаруживается гипоталамусом , который напрямую связан с задней долей гипофиза . Повышение осмоляльности заставляет железу секретировать антидиуретический гормон (АДГ), что приводит к реабсорбции воды почками и увеличению концентрации мочи. Эти два фактора работают вместе, чтобы вернуть осмоляльность плазмы к нормальному уровню.

АДГ связывается с основными клетками в собирательном канале, которые перемещают аквапорины к мембране, позволяя воде покинуть обычно непроницаемую мембрану и реабсорбироваться в организме через прямую вазу, что увеличивает объем плазмы тела.

Есть две системы, которые создают гиперосмотический мозг и, таким образом, увеличивают объем плазмы тела: рециркуляция мочевины и «единичный эффект».

Мочевина обычно выводится в виде отходов из почек. Однако, когда объем плазмы крови низкий и выделяется АДГ, открывающиеся аквапорины также проницаемы для мочевины. Это позволяет мочевине выходить из собирательного канала в мозговое вещество, создавая гиперосмотический раствор, который «притягивает» воду. Затем мочевина может повторно поступать в нефрон и выводиться из организма или повторно использоваться в зависимости от того, присутствует ли АДГ или нет.

«Единственный эффект» описывает тот факт, что восходящая толстая часть петли Генле не проницаема для воды, но проницаема для хлорида натрия . Это позволяет создать систему противоточного обмена , в результате чего мозговое вещество становится все более концентрированным, но в то же время устанавливает осмотический градиент для воды, чтобы следовать, если аквапорины собирательного канала открываются ADH.

Артериальное давление [ править ]

Хотя почки не могут напрямую воспринимать кровь, долгосрочное регулирование артериального давления в основном зависит от почек. В первую очередь это происходит за счет поддержания объема внеклеточной жидкости , размер которого зависит от концентрации натрия в плазме . Ренин - первый из ряда важных химических посредников, составляющих ренин-ангиотензиновую систему . Изменения ренина в конечном итоге изменяют продукцию этой системы, в первую очередь гормоны ангиотензин II и альдостерон . Каждый гормон действует через несколько механизмов, но оба увеличивают абсорбцию почками хлорида натрия., тем самым увеличивая объем внеклеточной жидкости и повышая кровяное давление. Когда уровни ренина повышаются, концентрация ангиотензина II и альдостерона увеличивается, что приводит к усилению реабсорбции хлорида натрия, расширению объема внеклеточной жидкости и повышению артериального давления. И наоборот, когда уровни ренина низкие, уровни ангиотензина II и альдостерона снижаются, сокращая объем внеклеточной жидкости и снижая кровяное давление.

Образование глюкозы [ править ]

Почки человека способны производить глюкозу из лактата , глицерина и глутамина . Почки ответственны за примерно половину общего глюконеогенеза у людей, принимающих голодание. Регулирование выработки глюкозы в почках достигается действием инсулина , катехоламинов и других гормонов. ^[14] Почечный глюконеогенез происходит в почечной коре . Почек мозговое не способен производить глюкозу из - за отсутствия необходимых ферментов . ^[15]

Измерение функции почек [ править ]

Простым средством оценки функции почек является измерение pH , азота мочевины в крови , креатинина и основных электролитов (включая натрий , калий , хлорид и бикарбонат ). Поскольку почки являются наиболее важным органом, контролирующим эти значения, любое нарушение этих значений может указывать на почечную недостаточность.

Есть еще несколько формальных тестов и соотношений, используемых для оценки функции почек:

Измерение	Расчет	Подробности
почечный плазменный поток	${\ displaystyle {\ text {RPF}} = {\ frac {\ text {эффективный RPF}} {\ text {коэффициент извлечения}}}}$ [16]	Объем плазмы крови, доставленной в почку в единицу времени. Клиренс ПАУ - это метод анализа почек, используемый для оценки. Примерно 625 мл / мин.
почечный кровоток	${\ displaystyle {\ text {RBF}} = {\ frac {\ text {RPF}} {1 - {\ text {HCT}}}}}$(HCT - гематокрит )	Объем крови, доставленной в почку за единицу времени. У человека почки вместе получают примерно 20% сердечного выброса, что составляет 1 л / мин у взрослого мужчины весом 70 кг.
скорость клубочковой фильтрации	${\ displaystyle {\ text {GFR}} = {\ frac {U _ {[{\ text {креатинин}}]} \ times {\ dot {V}}} {P _ {[{\ text {креатинин}}]} }}}$(оценка с использованием клиренса креатинина )	Объем жидкости, отфильтрованной из капилляров почечных клубочков в капсулу Боумена за единицу времени. Оценено с использованием инулина . Обычно проводится тест на клиренс креатинина, но также могут использоваться другие маркеры, такие как растительный полисахарид инулин или радиоактивно меченый ЭДТА.
фильтрующая фракция	${\ displaystyle {\ text {FF}} = {\ frac {\ text {GFR}} {\ text {RPF}}}}$ [17]	Измеряет долю фильтруемой почечной плазмы.
анионная щель	AG = [Na + ] - ([Cl - ] + [HCO 3 - ])	Катионы минус анионы . Исключая K + (обычно), Ca 2+ , H 2 PO 4 - . СПИД в дифференциальной диагностике от метаболического ацидоза
Клиренс (кроме воды)	${\displaystyle C={\frac {U\times {\dot {V}}}{P}}}$где U = концентрация, V = объем мочи / время, = экскреция с мочой и P = концентрация в плазме [18]${\displaystyle U\times V}$	Скорость удаления
очистка свободной воды	${\displaystyle C={\dot {V}}-C_{osm}}$или [19]${\displaystyle {\dot {V}}-{\frac {U_{osm}}{P_{osm}}}{\dot {V}}=C_{{\ce {H2O}}}}$	Объем плазмы крови , который очищается от растворенных веществ свободной от воды за единицу времени.
Чистое выведение кислоты	${\displaystyle {\ce {NEA}}={\dot {V}}(U_{{\ce {NH4}}}+U_{{\ce {TA}}}-U_{{\ce {HCO3}}})}$	Чистое количество кислоты, выделяемой с мочой за единицу времени

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по физиологии почек .