Клубочковая фильтрация

Обе почки человека, масса которых меньше 0,5 % массы тела, получают от 20 до 25 % крови, выбрасываемой в аорту желудочком сердца в минуту. Почечный кровоток у взрослого человека составляет более 1200 мл*мин-1 на 1,73 м2 поверхности тела. Из этого количества по сосудам коры почки протекает 91—93 % крови, в наружное мозговое вещество поступает от 6 до 8 %, во внутреннее мозговое вещество попадает менее 1 %. Кровоснабжение коры почки велико; достаточно сказать, что кровоток в ней в 100 раз интенсивнее, чем в покоящейся мышце. Особенностью гемодинамики почки являются исключительно большой кровоток и развитая система его саморегуляции, обусловливающая постоянство кровотока и объема клубочковой фильтрации в широких пределах изменения артериального давления — от 90 до 190 мм рт. ст. Объем, занимаемый кровью в почке, составляет от 20 до 25 % общей массы органа; не найдено существенных различий в относительном объеме крови в коре и мозговом веществе почки, он существенно не изменяется при разных физиологических состояниях почки, при больших колебаниях артериального давления.

Начальный этап мочеобразования представляет собой ультрафильтрацию из плазмы крови воды и низкомолекулярных водорастворимых компонентов через фильтрующую мембрану клубочка, она практически непроницаема для белков. Термин «ультрафильтрация» означает, что гломерулярный фильтр не пропускает клеточных элементов и белков; вода и низкомолекулярные вещества проходят в фильтрат. В минуту через обе почки человека протекает около 1200 мл крови (660 мл плазмы крови). В клубочках из этого количества плазмы образуется приблизительно 125 мл фильтрата, поступающего в просвет канальца (в сутки около 180 л). У здорового человека доля плазмы, фильтруемой в клубочках, так называемая фильтрационная фракция, составляет 19 % (125:660 = 0,19x100 = 19 %).

Кровь в клубочек поступает по афферентной артериоле, которая распадается на петли капилляров, общая поверхность которых в почках человека достигает 1,6 м2, суммарная поверхность пор, через которые происходит фильтрация, составляет 2—3 % общей поверхности, в то время как в капиллярах мышц она занимает 0,1 %. Через эти поры проходят 100 % инулина, 75 % миоглобина, 22 % яичного альбумина, 3 % гемоглобина и менее 1 % сывороточного альбумина. Чтобы оценить связь между проницаемостью и размером молекул, следует привести молекулярную массу этих веществ: инулин — 5500, миоглобин — 17 000, яичный альбумин — 43 500, гемоглобин — 68 000, сывороточный альбумин — 69 000.

Химический анализ ультрафильтрата, полученного из капсулы клубочка, показывает, что он не содержит белков, имеет такую же, как и плазма, концентрацию осмотически активных веществ, глюкозы, аминокислот, мочевины, креатинина. В ультрафильтрате концентрация натрия, калия несколько меньше, чем в плазме, но на такую же величину выше концентрация хлора и бикарбоната. Это обусловлено эффектом Гиббса — Доннана — наличием в плазме крови отрицательно заряженных белков — анионов, не проникающих через фильтр и удерживающих часть катионов. Однако концентрационные различия, вызванные эффектом Гиббса — Доннана, малы и практически не учитываются в расчетах, используемых в клинической физиологии почки. Двухвалентные катионы существуют в плазме крови в трех формах — связанной с белком, в виде низкомолекулярных комплексов и свободных ионов. В клубочках фильтруются низкомолекулярные комплексы и свободные ионы. Концентрация кальция в плазме крови составляет около 2,5 ммоль*л-1, из них 46 % связаны с белками, фильтруются в клубочках 47,5 % в виде ионов и 6,5 % в виде комплексов кальция с фосфатом, цитратом и др. В плазме крови в норме содержится 0,85 ммоль*л-1 магния, 32 % этого количества связаны с белком, 55 % фильтруются в клубочках в виде ионов и 13 % — в виде комплексов. Данные, представленные в табл. 2.1, позволяют оценить количество различных веществ, фильтруемых в клубочках, реабсорбируемых и экскретируемых почкой.

Уровень клубочковой фильтрации регулируется как вне-, так и внутрипочечными факторами, обеспечивающими поддержание клубочково-канальцевого баланса. Неоднократно было показано, что в широком диапазоне артериального давления обнаруживается постоянство почечного плазмотока и клубочковой фильтрации. Этот эффект саморегуляции проявляется в денервированной и даже изолированной почке. Согласно миогенной гипотезе, в основе саморегуляции лежит изменение тонуса афферентной артериолы, поскольку оно устранялось при расслаблении мышц этих сосудов папаверином. Однако эти данные ничего не говорят о том, каков механизм изменения мышечного тонуса.

Согласно гипотезе Турау, в почке имеется система обратной связи, регулирующая скорость клубочковой фильтрации в каждом нефроне в зависимости от объема притекающей крови и скорости реабсорбции хлорида натрия в данном нефроне. Эта функция выполняется ЮГА, который реагирует на степень растяжения афферентной артериолы притекающей кровью, а также на уровень реабсорбции хлорида натрия в нефроне, воспринимая концентрацию ионов в области macula densa. В конечном счете ЮГА секретирует ренин, изменяется локальная концентрация ангиотензина II, который селективно регулирует степень сокращения эфферентной артериолы, не влияя на афферентную, и меняет тем самым кровоток и фильтрацию в клубочках.

На пути ультрафильтрата из просвета капилляра в полость капсулы клубочка располагается 3 слоя — эндотелий, БМ и эпителий висцерального листка капсулы. Эндотелий, кроме области ядра, истончен и пронизан отверстиями шириной от 50 до 100 нм, через которые не проникают форменные элементы, но могут свободно проходить вода и растворенные вещества. БМ в клубочках у человека имеет толщину 3250 нм и состоит из нескольких слоев. При характеристике свойств БМ и других элементов клубочкового фильтра раньше обычно оценивали размер пор, через которые происходит ультрафильтрация. Однако оказалось, что существенно отличается проникновение через фильтр молекул полимеров, имеющих одинаковый размер, но разный заряд. Сопоставление прохождения через клубочковый фильтр молекул декстрана, имеющих подобно альбумину радиус молекулы 3,6 нм, показало, что фильтруются 11 % нейтрального декстрана, 42 % декстрана в катионной форме — диэтиламин-этилдекстрана, в то время как отрицательно заряженные молекулы декстран-сульфата и альбумина практически почти не фильтруются. Эти данные свидетельствуют о том, что стенка капилляров клубочка, содержащая большое количество сиаловых кислот, отрицательно заряжена. Это замедляет прохождение молекул с отрицательным зарядом. Тем самым в условиях патологии потеря фиксированных зарядов стенкой фильтрующего слоя гломерул может явиться одной из причин протеинурии при некоторых формах заболеваний почки. Ряд катионных макромолекул (например, протамин) может вызывать структурные изменения клубочкового фильтра, устраняемые введением полианионов, таких как гепарин.

Важнейшая роль БМ клубочка как фильтра, задерживающего проникновение белков, дополняется функцией щелевых мембран. Co стороны капсулы к БМ прикрепляются ножки подоцитов, между которыми располагаются щелевые мембраны. Они закрывают собой пространства между ножками подоцитов, имеющие в поперечном сечении размер около 40х14 нм. Внешняя поверхность щелевых мембран и отростки подоцитов покрыты слоем полисахаридов толщиной до 12 нм. Щели между ножками заполнены этим веществом и, вероятно, служат окончательным барьером на пути белковых молекул, радиус которых более 3,2 нм. Поры для этих молекул не видны в электронном микроскопе, что, по-видимому, обусловлено определенной конфигурацией макромолекул базальной и щелевой мембран, а также слоя полисахаридов.

Движущей силой, обеспечивающей фильтрацию в клубочках, является транскапиллярная разность давлений — гидростатического и онкотического. В прямом опыте на крысах удалось в отдельных клубочках измерить величину сил, обеспечивающих процесс ультрафильтрации. При системном систолическом артериальном давлении 110—130 мм рт. ст. в гломерулярных капиллярах давление составляет 45—52 мм рт. ст. К силам, противодействующим фильтрации, относится коллоидно-осмотическое (онкотическое) давление, создаваемое белками плазмы, не проникающими через фильтр (18—26 мм рт. ст.), и давление жидкости в капсуле клубочка (8— 15 мм рт. ст.). Благодаря этому эффективное фильтрационное давление, обеспечивающее процесс ультрафильтрации в клубочках, составляет в среднем 48 — 12 — 22 = 14 мм рт. ст. (пределы колебаний от 10 до 18). В результате фильтрации концентрация белков в плазме растет, онкотическое давление повышается до 35 мм рт. ст., и на эфферентном конце капилляров клубочка эффективное фильтрационное давление снижается до нуля.

Приведенные выше данные имеют существенное значение при анализе некоторых факторов, влияющих на уровень клубочковой фильтрации. Анурия из-за снижения фильтрации развивается при падении системного систолического артериального давления ниже 50 мм рт. ст. Уменьшение клубочковой фильтрации наблюдается при повышении внутрипочечного давления в результате затруднения оттока мочи и в случае возрастания венозного давления в почке.

Среднее фильтрационное давление оказалось близким по величине в начальных участках гломерулярных и экстраренальных капилляров, в то время как общий объем ультрафильтрата в почке составляет 120 мл*мин-1, во всех экстраренальных капиллярах он менее 2 мл*мин-1. Это обусловлено высоким значением коэффициента ультрафильтрации (КУФ) в гломерулярных капиллярах, вероятно, прежде всего благодаря многочисленным фенестрам в их эндотелии. В прямом эксперименте на крысах была измерена величина КУФ, которая оказалась равной 0,08 нл/(с-1*мм рт.ст.1). Такое же значение КУФ, по расчетным данным, имеется и в клубочках почки у человека.

Существенно различается фильтрационное давление по длиннику капилляров почечного клубочка и экстраренальных капилляров. Прежде всего вдоль гломерулярных капилляров сохраняется относительно постоянное гидростатическое давление, в то время как в кровеносных капиллярах других органов оно падает. Далее, особенностью капилляра клубочка является нарастание онкотического давления плазмы крови по длиннику капилляра, что обусловлено большим объемом жидкости, фильтруемой через стенку этих капилляров, в других же органах онкотическое давление плазмы крови в капиллярах существенно не меняется.

Принципиально другим стало представление об образовании первичной мочи как нерегулируемом процессе. Клубочек оказался местом действия ряда гормонов и некоторых физиологически активных веществ иной природы, которые изменяют состояние гломерулярного фильтра. Значительное снижение КУФ в клубочке наблюдается под влиянием вазопрессина, ангиотензина II, простагландинов E1, E2, ацетилхолина, брадикинина. При анализе возможного механизма уменьшения КУФ было высказано предположение, что многие из перечисленных физиологически активных веществ и лекарственных препаратов увеличивают образование или затрудняют разрушение цАМФ, который накапливается в клубочке; усиливаются секреция ренина, образование ангиотензина II, активирующего сокращение клеток мезангия. Такое же действие на них оказывает и вазопрессин, в результате чего уменьшается поверхность гломерулярных капилляров, приводя к снижению КУФ.

Таким образом, объем клубочковой фильтрации в почке определяется количеством функционирующих клубочков, скоростью гломерулярного кровотока, градиентом гидростатического давления между кровью в просвете капилляров клубочка и жидкостью в боуменовой капсуле (капсуле клубочка), величиной коэффициента гломерулярной ультрафильтрации.

Очевидно, что уменьшение объема клубочкового фильтрата может зависеть от изменения каждого из перечисленных факторов, а состав фильтруемой жидкости, прежде всего содержание в ней белка, будет определяться как состоянием каждого из элементов гломерулярного фильтра, так и степенью физиологической сохранности белковых молекул в плазме крови.