Выделение воды (осмотическое концентрирование и разведение мочи)

23.01.2018
В зависимости от состояния водного баланса организма почки могут выделять гипотоническую, очень разведенную или осмотически концентрированную мочу. В этом процессе участвуют все отделы канальцев и сосуды мозгового вещества почки, функционирующие как противоточная поворотная множительная система. Сущность деятельности этой системы заключается в следующем. К концу проксимального канальца в норме реабсорбируется около 65 % ультрафильтрата. Оставшаяся в канальцах жидкость не отличается по осмоляльности от плазмы крови, хотя и имеет иной состав вследствие реабсорбции веществ в проксимальном канальце (рис. 2.5, а). Далее жидкость переходит из коркового слоя в мозговое вещество почки, в нисходящие тонкие петли Генле, движется до вершины почечного сосочка, где каналец подобно шпильке изгибается на 180°, и моча переходит в тонкий восходящий отдел петли, расположенный параллельно ее нисходящему отделу, но в нем жидкость течет в направлении от вершины сосочка к коре почки (рис. 2.5, б). Функциональное значение различных отделов петли Генле неодинаково. Жидкость из проксимального канальца поступает в тонкий нисходящий отдел петли Генле, стенка которого проницаема для воды, но относительно непроницаема для солей. В толстом восходящем отделе петли Генле клетки активно реабсорбируют ионы натрия, калия, хлора без воды, поскольку стенка нефрона в этом отделе не пропускает воду. В дистальный извитой каналец при водном диурезе и антидиурезе поступает гипотоническая жидкость, концентрация осмотически активных веществ в которой менее 200 мосмоль*л-1. При избытке воды в организме в крови практически нет вазопрессина (АДГ), стенка собирательных трубок остается водонепроницаемой, ее клетки всасывают соли натрия.

Почки выделяют большие объемы гипотонической мочи с низкой концентрацией солей. Мочеотделение может достигать 15 % от объема жидкости, профильтровавшейся в клубочках, т.е. возрастает до 18 мл*мин-1*1,73 м-2 поверхности тела, а осмоляльность мочи снижается до 70—50 мосмоль*кг-1 H2O.

В условиях дефицита жидкости в организме, при повышении осмоляльности крови наступает секреция АДГ, и почка осуществляет осмотическое концентрирование мочи. Мочеотделение уменьшается до 0,5 мл*мин-1*1,73 м-2 поверхности тела, осмоляльность мочи у человека может возрастать до 1200—1400 мосмоль*кг-1 H2O.

Сущность этого процесса в общих чертах может быть представлена следующим образом. После реабсорбции 65 % профильтровавшейся жидкости в проксимальном канальце в тонкий нисходящий отдел петли Генле поступает изотоничная плазме крови жидкость. Содержимое тонкого отдела петли становится более концентрированным, так как из его просвета в межклеточное вещество по осмотическому градиенту всасывается вода, а осмотически активные вещества остаются внутри канальца. Чем дальше от коры по продольной оси мозгового вещества находится жидкость в нисходящем колене петли Генле, тем выше ее осмолярная концентрация. Таким образом, в каждых соседних участках нисходящего отдела петли наблюдается лишь небольшое нарастание осмотического давления, но по длиннику мозгового слоя осмотическая концентрация в почке человека увеличивается, постепенно повышаясь от 300 до 1200—1500 мосмоль*кг-1 H2O.

На вершине петли Генле не только в несколько раз возрастает осмотическая концентрация канальцевой жидкости, но и значительно уменьшается ее объем. При дальнейшем движении жидкость проходит по непроницаемому для воды восходящему отделу петли Генле и дистальному канальцу, в которых продолжается реабсорбция ионов хлора и натрия, вода же остается в их просвете. В собирательных трубках коры почки под влиянием АДГ возрастает проницаемость стенки для воды, она начинает реабсорбироваться по осмотическому градиенту. При протекании мочи по собирательным трубкам в мозговом веществе продолжается концентрирование мочи. Поскольку все выше становится осмолярность окружающего собирательные трубки интерстиция, то из просвета всасывается вода, в конечном счете образуется и выделяется гиперосмотическая моча, в которой осмотическое давление так же велико, как в интерстициальной жидкости на вершине почечной пирамиды.

В механизме осмотического концентрирования мочи особую роль играет мочевина. В отличие от наружной зоны мозгового вещества, где повышение осмолярности обусловлено главным образом накоплением солей натрия, во внутреннем мозговом веществе наряду с солями натрия важное значение имеет мочевина. В мозговом веществе почки функционирует специальная система, обеспечивающая кругооборот мочевины и ее удержание в почке. Центральную роль в этом процессе играет неодинаковая проницаемость различных частей канальцев для мочевины и особенно способность АДГ увеличивать проницаемость для мочевины стенки тех участков собирательных трубок, которые расположены во внутреннем мозговом веществе почки. Вследствие реабсорбции воды в вышележащих отделах собирательных трубок в их просвете повышается концентрация мочевины, однако она не может выйти из канальца. Когда же моча достигает того участка собирательных трубок, где АДГ увеличивает проницаемость и для воды, и для мочевины (зона внутреннего слоя мозгового вещества), большие количества обоих веществ реабсорбируются в мозговое вещество. Мочевина увеличивает осмолярную концентрацию в интерстиции мозгового вещества, создавая условия для реабсорбции дополнительных количеств воды. Войдя в ткань мозгового вещества, мочевина диффундирует по межклеточному веществу, проникает в просвет тонкого восходящего отдела петли Генле и движется по канальцу. Общее количество входящей в просвет нефрона мочевины настолько значительно, что при антидиурезе в дистальный извитой каналец поступает больше мочевины, чем профильтровалось в клубочках. Мочевина снова реабсорбируется под влиянием АДГ в собирательных трубках, что и обеспечивает непрестанный ее кругооборот в почке и объясняет важную роль мочевины в процессе осмотического концентрирования мочи.

Эффективность осмотического концентрирования мочи зависит от многих причин. Важное значение имеет соотношение между количеством нефронов с длинной и короткой петлями Генле. Юкстамедуллярные нефроны, петли Генле которых глубоко спускаются в мозговое вещество почки, обеспечивают его высокую осмоляльность и благодаря этому наибольшее осмотическое концентрирование мочи. Очевидно, что степень поражения тех или иных групп нефронов в условиях патологии определяет и дефект процесса осмотического концентрирования мочи.

Увеличение скорости движения жидкости по прямым кровеносным сосудам способствует вымыванию осмотически активных веществ из мозгового вещества почки, а ускорение потока мочи по собирательным трубкам снижает уровень всасывания мочевины, что также ухудшает работу концентрирующего механизма. К этому же приводит питание малобелковой пищей, так как меньше образуется мочевины и не удается достичь высокого осмотического градиента в мозговом веществе почки. В этой же зоне почки образуются простагландины, некоторые из них стимулируют движение крови по прямым сосудам мозгового вещества, а также снижают действие АДГ на проницаемость для воды клеток собирательных трубок.

Оценка состояния осморегулирующей функции почки имеет важное значение для клиницистов. Осмотическое концентрирование мочи требует участия почти всех элементов почки — сосудистой системы, почечных канальцев, интерстиция. Поэтому изменение осморегулирующей функции почки может зависеть от многих причин, их выяснение будет способствовать постановке диагноза. Роль этой функции почки была известна клиницистам еще в начале нашего столетия, когда были предложены тесты на разведение и концентрирование мочи; до наших дней сохранили значение пробы Фольгарда (F.Volhard) и Зимницкого. Нарушение процесса осмотического концентрирования, выделение мочи с низкой относительной плотностью после водной депривации могут быть обусловлены изменением работы любого элемента, описанного выше. Вероятно, для клинициста целесообразно не только рассмотреть данные физиологических исследований, показывающих значение каждого из компонентов системы концентрирования мочи, но и проанализировать особенности работы почки при таких патологических состояниях, которые позволяют глубже оценить роль основных элементов концентрирования мочи и могут быть полезны при выяснении причин полиурии и нарушения концентрационной способности почки. Изменение способности почки к осмотическому разведению и концентрированию мочи может быть обусловлено экстраренальными факторами либо процессами, происходящими в почке.

Описаны случаи нарушения функции осморецепторов, когда почки при сухоядении не концентрировали мочу; это было обусловлено не нарушением функции пептидергических нейронов, как при истинном несахарном диабете, а тем, что нейрогипофиз сохранял способность секретировать АДГ только после инъекции никотина. Полиурия при нормальном состоянии осморецепторов может быть обусловлена повышенной возбудимостью центра жажды, вызывающей увеличенное потребление воды при более низкой осмоляльности плазмы крови, чем у здорового человека. В этих случаях осмоляльность крови ниже, чем в норме (269 мосмоль*кг-1 H2O), в то время как при несахарном диабете она выше, чем в норме (280— 295 мосмоль*кг-1 H2O), и составляет более 295 мосмоль*кг-1 H2O. Во всех этих случаях сохраняется нормальная реакция почки на инъекцию препаратов гормонов задней доли гипофиза или синтетического вазопрессина, что свидетельствует о сохранности осморегулирующей функции почки.

Значительное снижение клубочковой фильтрации и почечного кровотока независимо от вызвавшей их причины приводит к уменьшению концентрационной функции почки из-за недостаточной доставки осмотически активных веществ и нарушения нормального движения жидкости.

Большое значение имеет и сохранение достаточного кровоснабжения мозгового вещества почки. При серповидно-клеточной анемии нарушение концентрационной способности почки связано с тем, что патологически измененные эритроциты, входящие с током крови в прямые сосуды мозгового вещества, резко изменяют свою форму, соприкасаясь с гипертонической средой. Это уменьшает кровоток в узких сосудах мозгового слоя; ишемия только этой зоны снижает в ней накопление натрия, хлора, мочевины, в конечном счете нарушается функция концентрирования мочи. После обменного переливания крови концентрационная способность почки у этих больных временно восстанавливается до нормы. Другим примером может служить питрессинрезистентный ноктуральный нефрогенный несахарный диабет, описанный при пароксизмальной гипертензии. Он обусловлен усилением кровотока по прямым сосудам мозгового вещества; увеличение кровотока вызывает вымывание осмотически активных веществ из мозгового вещества почки в период пароксизмальной гипертензии, что сопровождается снижением осмоляльности мочи.

Процесс осмотического концентрирования мочи представляет собой совокупную работу всех составляющих почку элементов. Поэтому для эффективного концентрирования важное значение имеют количество функционирующих нефронов, тесная связь их друг с другом, способствующая деятельности противоточной системы, нормальные размеры отдельных сегментов нефронов. Снижение концентрационной способности при хронической почечной недостаточности (ХПН), в частности, зависит от резкого уменьшения количества функционирующих нефронов, увеличения расстояния между отдельными нефронами. Любые факторы, нарушающие соотношение между структурами мозгового слоя почки, приводят к снижению процесса осмотического концентрирования. Это может наблюдаться, например, при поликистозе или поражении мозгового вещества амилоидом.

Значительное снижение реабсорбции жидкости в проксимальном канальце вызывает усиление потока жидкости по петле Генле и вымывание из нее осмотически активных веществ. Это наблюдается при врожденном дефекте нефрона — укороченном проксимальном канальце, осмотическом диурезе любой этиологии (сахарный диабет, ХПН, вливание маннита и других осмотических диуретиков). Активный транспорт солей клетками толстого восходящего отдела петли Генле нарушается при гипокалиемии из-за ухудшения работы ионных насосов. Гиперкальциемия и избыток кальция в клетке снижают накопление натрия в мозговом веществе, угнетая его активный транспорт.

Увеличение проницаемости для воды стенки собирательных трубок инициируется АДГ. Из русла крови он проникает в межклеточную жидкость, достигает внешней поверхности плазматических мембран базальной и латеральной поверхности клетки. В этих мембранах находятся У2-рецепторы, АДГ взаимодействует с ними, и при участии G-белков активируется аденилатциклаза, способствующая преобразованию АТФ в цАМФ. Последний перемещается в область апикальной части клетки, и вследствие стимуляции протеинкиназы и ряда биохимических реакций осуществляется перестройка люминальной плазматической мембраны, увеличивается ее проницаемость для воды, в нее встраиваются водные каналы — аквапорины 2. Сказанное не отражает известной уже в настоящее время сложности внутриклеточных биохимических и ультраструктурных преобразований, наступающих после активации У2-рецептора, однако позволяет понять возможные причины нарушения осморегулирующей функции почки при некоторых видах фармакотерапии, нарушении ионного состава внутренней среды организма, эндокринопатиях.

Нарушение концентрационной способности почки наблюдается при гипокортицизме, гипопитуитаризме и гипотиреоидизме. Изменение ионного состава внутренней среды оказывает влияние на реакцию клеток собирательных трубок на АДГ. Взаимодействие гормона с клеткой ослабевает при гиперкальциемии, дефицит калия в организме сопровождается нарушением хода внутриклеточных процессов, активируемых АДГ и происходящих после образования цАМФ. Различные фармакологические средства, применяемые в клинике, могут вмешиваться в биохимические процессы, участвующие в осмотическом концентрировании. Среди них можно упомянуть анальгетики, некоторые диуретики, винкристин. Оказалось, что в увеличении проницаемости люминальной мембраны участвует цитоскелет, поэтому фармакологические средства, влияющие на состояние цитоскелета, сборку микрофиламентов и микротрубочек, изменяют реакцию клеток на АДГ.

Существенное значение в механизме действия этого гормона имеет его способность активировать образование ряда простагландинов в мозговом веществе почки. Их функциональное назначение состоит в снижении чувствительности клеток к АДГ, уменьшении реакции на АДГ. Казалось бы, складывается парадоксальная ситуация — один и тот же гормон увеличивает проницаемость собирательных трубок для воды и способствует секреции веществ, угнетающих собственную реакцию. Этот факт можно объяснить тем, что АДГ является основным (а возможно, и единственным) регулятором водного обмена, поэтому была необходимость создать систему снижения реакции на этот гормон. В этом и заключается двойственность его эффекта: он увеличивает реабсорбцию воды и способствует выработке вещества, снижающего чувствительность рецепторов к вазопрессину, тем самым противодействующего возрастанию осмотической проницаемости. Гормон быстро разрушается, и пока в кровь поступают все новые количества АДГ, сохраняется увеличенная реабсорбция воды, однако снижение секреции этого гормона быстро приводит к восстановлению водонепроницаемости стенки канальца. Влияние на эффект АДГ могут оказывать и лекарственные препараты, влияющие на синтез и инактивацию простагландинов.

Данные об увеличении АДГ проницаемости канальцев для мочевины позволяют понять давно известный в клинике факт, что очищение от мочевины зависит от величины диуреза — оно меньше при низком диурезе и значительно возрастает при увеличении мочеотделения, достигая 65 % от одновременно измеряемого очищения от креатинина или инулина при водном диурезе. Малый уровень мочеотделения обычно обусловлен значительной концентрацией в крови АДГ и, следовательно, большей реабсорбцией в канальцах воды и мочевины; обратные процессы наблюдаются при большой скорости диуреза, когда нет АДГ. Нельзя не учитывать и рациона, в котором должно быть достаточное количество не только солей, но и белка. При потреблении малобелковой пищи образуется недостаточное количество мочевины и вследствие этого не создается необходимого уровня ее накопления в мозговом слое почки. Все сказанное должно помочь в воссоздании «целостного образа» процесса осмотического концентрирования и лечь в основу последующего анализа причин, вызывающих нарушение одной из основных функций почки, связанных с ее участием в водно-солевом обмене и важных в клинике для характеристики функционального состояния почки.