КАК ИССЛЕДУЮТ ПОЧЕЧНУЮ ФУНКЦИЮ
Существующие методы исследования почечной функции дают поразительно много сведений без прямого экспериментирования
Фото 10.2. Артериальная система почки собаки. Фотография препарата, полученного путем инъекции силиконово-резинового соединения в почечную артерию.
на самой почке. В опытах на интактном животном можно получить данные о количестве жидкости, образующейся в результате ультрафильтр а ции; о количестве жидкости, реабсорбируемой в почечных .канальцах; о процессе канальцевой секреции и даже
Фото 10.3. Клубочки в почке собаки при большом увеличении (после введения силиконовой резины в артерию). У клубочка в центре фото можно видеть несколько более толстый сосуд, входящий в клубочек, и более тонкий сосуд, выходящий из него. Диаметр этих сосудов составляет около 15 — 20 мкм, диаметр клубочка — около 150 мкм. (Фото предоставлено A. Clifford Barger, Гарвардский университет.)
об объеме кровотока в почке. Эти методы широко применяются и в клинике —без ненужного риска и дискомфорта--для изучения функции почек у человека. Поэтому следует уяснить себе принципы, на которых основаны такие исследования.
V Много сведений о функции почки получено и путем прямого экспериментирования на этом органе. В особенности это относится к механизму формирования концентрированной мочи. При помощи методов так называемой микропункции, при которой в разные- сегменты нефрона вводят тонкие пипетки и извлекают ничтожные количества жидкости, получена информация о работе различных отделов нефрона. Такие методы требуют ^хирургического вмешательства и неприменимы для исследований на человеке.
Фильтрация. Ультрафильтрация в мальпигиевом тельце происходит благодаря кровяному давлению, которое проталкивает жидкость через тонкие стенки капилляров. Поскольку эти стенки не пропускают белков, последние остаются в плазме, а с водой фильтруются только низкомолекулярные вещества.
Ультрафильтрация возможна только в том случае, если кровяное давление выше осмотического давления белков крови (коллоидного осмотического давления). Если у собаки постепенно'сдавливать зажимом почечную артерию и таким образом понижать кровяное давление в почке, образование мочи прекратится, когда кровяное давление в почке снизится до уровня коллоидного осмотического давления. Много лет назад это показал Старлинг (Starling, 1899). Если снова постепенно ослаблять зажим, чтобы кровяное давление в капиллярах повышалось, фильтрация возобновится, как только кровяное давление превысит коллоидное осмотическое давление, и чем больше будет разница между ними, тем быстрее пойдет фильтрация.
В почке млекопитающего мальпигиевы тельца заложены глубоко, а в почке амфибии видны на ее поверхности. Крупному американскому специалисту по физиологии почек Ричардсу (Richards, 1935) удалось осуществить введение микронипеток в мальпигиевы тельца амфибий, и он показал, что концентрации lt;С1~, глюкозы, мочевины и фосфата, а также общее осмотическое давление в фильтрате те же, что и в крови, если не считать небольших различий, обусловленных доннановским эффектом белков. Эти опыты, по существу, доказали, что первичная моча действительно представляет собой ультрафильтрат крови.
Общее количество жидкости, образующейся в результате ультрафильтрации, можно определить при помощи инъекции полисахарида инулина, не обнажая почки и не прибегая к каким- либо другим грубым вмешательствам. Молекулярный вес инулина около 5000, и поэтому он проходит через капиллярную стенку, которая задерживает только вещества с молекулярным весом, превышающим примерно 70 000. Инулин не подвергается
никаким превращениям, а также не реабсорбируется и не секре- тируется почечными канальцами; поэтому весь инулин, находимый в окончательной моче, попадает в нее только в результате фильтрации.
Этот факт можно выразить простым уравнением:
Инулин в фильтрате = Инулин в моче.
Количество инулина в фильтрате равно объему фильтрата
(^ф)gt; умноженному на концентрацию инулина в фильтрате (Сф)^точно так же количество инулина в моче равно объему мочи (Км), умноженному на концентрацию инулина в моче (Смgt;. Оба этих количества равны между собой, и поэтому получаем:
или
Три величины в правой части уравнения определить нетрудно. Ум и См находят, измеряя объем мочи за данный период времени и определяя содержание в ней инулина. Величина Сф равна концентрации инулина в плазме крови, и ее можно установить, исследовав пробу крови. В результате мы получаем все данные, необходимые для вычисления скорости клубочковой фильтрации (Уф).
Рассмотрим пример. Предположим, что измеренная скорость тока мочи составляет у человека 1,3 мл/мин и что концентрация инулина в моче равна 2%, а в плазме — 0.02%. Это дает скорость клубочковой фильтрации, равную 130 мл/мин, что является для человека нормой.
Теперь видно, что для определения скорости фильтрации у интактного животного достаточно 1) инъецировать подходяще© количество инулина[8], 2) собрать мочу за известный период времени и измерить ее объем и 3) определить концентрацию инулина в моче и в плазме. Оказывается, что у человека скорость фильтрации довольно постоянна — около 130 мл/мин, а колебания объема мочи объясняются главным образом изменением количества реабсорбируемой воды. У многих животных, особенно у низших позвоночных, скорость фильтрации может значительно варьировать, а у лягушки фильтрация иногда полностью прекращается на долгое время без всякого вреда для организма.
Скорость фильтрации у человека равна 130 мл, или 0,13 л, в минуту таким образом, за час образуются 7,8 л фильтрата, что примерно вдвое больше всего объема плазмы крови у человека, и из этого объема удаляются продукты, подлежащие экскреции.
Если бы глюкоза, аминокислоты и другие важные вещества, содержащиеся в фильтрате, терялись, то процесс ^фильтрации быстро лишил бы организм этих ценных соединений; но они сохраняются благодаря канальцевой реабсорбции.
Канальцевая реабсорбция. Одним из важных веществ, реаб- сорбируемых в проксимальном канальце, является глюкоза, и она может служить примером, иллюстрирующим общий принцип канальцевой реабсорбции. Ооратное всасывание глюкозы происходит путем активного транспорта, и в норме реабсорбируется вся перешедшая в фильтрат глюкоза.
Если содержание глюкозы в плазме выше нормального уровня, то реабсорбционный механизм должен справляться с этим повышенным ее количеством, а если оно превышает мощность транспортного механизма, то реабсорбируется не вся глюкоза и некоторая часть ее остается в моче. Так происходит у больных сахарным диабетом; концентрация глюкозы в их крови часто поднимается выше нормы и когда ее содержание в фильтрате чрезмерно возрастает, глюкоза появляется в моче.
Эта ситуация представлена на рис. 10.9. Глюкоза фильтруется непрерывно, и так как скорость фильтрации постоянна, ее количество в фильтрате растет линейно с увеличением ее концентрации в плазме. При низких уровнях глюкозы в плазме из фильтрата реабсорбируется вся глюкоза, и она совсем не появляется в моче. Такова нормальная ситуация, поскольку обычно глюкоза плазмы остается на уровне около 1 мг/мл. Если ее содержание в плазме повышено, но не более чем до пороговой величины около 2,3 мг/мл, вся глюкоза, поступающая в фильтрат, продолжает реабсорбироваться, и в моче ее нет. Но если ее количество в плазме превысит пороговый уровень, она уже не оудет реабсорбироваться полностью и часть ее будет оставаться в моче. Иными словами, в какой-то момент достигается предельная мощность реабсорбционного механизма. Соответствующий уровень часто называют почечным порозом, или канальцевым максимумом (Км), для глюкозы. Выше этого порога в моче появляется все больше и больше глюкозы (рис. 10.9). Линии для глюкозы в фильтрате и для глюкозы в моче идут параллельно; постоянство расстояния между ними говорит о постоянстве канальцевого максимума.
Таким же образом можно определить канальцевый максимум для любого другого реабсорбируемого вещества: повышают его концентрацию з плазме до тех пор, пока мощность реаосорбци- онного механизма не будет превышена и вещество не начнет появляться в моче.
Канальцевая секреция. Наряду с фильтрацией и реабсорбцией важную роль в образовании мочи играет третий процесс
канальцевая секреция. Мы уже упоминали о том, что феноловый, красный и ПАГ активно выводятся почечными канальцами. Поскольку эти вещества также и фильтруются, количество их, переходящее в мочу, равно сумме их количеств, поступающих туда в результате фильтрации и секреции.
Концентрация глюкозы в тиюз?-"''. мг/мл
Рис. 10.9. Выделение глюкозы у собаки. (Shannon, Fisher, 1938.)
При концентрациях ниже 2,3 мг на 1 мл плазмы глюкоза в моче не появляется так как вся она реабсорбируется из фильтрата в канальцах. Выше этого предела’ реабсорбционный механизм полностью насыщен, н хотя он продолжает работать с полной мощностью, глюкоза появляется в моче в количествах, которые возрастают по мере дальнейшего повышения ее концентрации в плазме. Выше точки насыщения реабсорбируемое количество остается постоянным — это максимум реабсорбции глюкозы канальцами. 1
Если ввести одно из этих веществ в кровоток, то общее его» количество, выводимое путем секреции, будет зависеть от концентрации его в плазме так, как это показано на рис. 10.10 для фенолового красного. Фильтруемое количество растет линейно с концентрацией вещества в плазме. При низких концентрациях в плазме количество его, добавляемое путем секреции, больше того, которое поступает путем фильтрации. Однако при какой-то концентрации вещества в плазме механизм секреции полностью насыщается. Теперь суммарная экскреция повышается параллельно количеству, поступающему в результате фильтрации, и разность между суммарной экскрецией и фильтрацией (расстояние между параллельными линиями) соответствует величине, добавляемой путем канальцевой секреции. Иными словами, эта величина является канальцевым максимумом для выделения фенолового красного.
Другие посторонние для организма вещества тоже выводятся путем канальцевой секреции. Часто это происходит с фенольными соединениями и продуктами их детоксикации. К хорошо известным веществам, быстро удаляемым путем канальцевой секреции, относится пенициллин; этот его недостаток компенсируют повторными инъекциями больших количеств.
Рис. 10.10. Выделение фенолового красного у лягушки-быка. (Forster, 1940.) Количество его в фильтрате возрастает пропорционально концентрации в плазме. Кроме того, феноловый красный добавляется к моче путем активного транспорта в канальцах. Количество, добавляемое секрецией в канальцах, при концентрациях выше 0,05 мг на 1 мл плазмы остается постоянным, и это говорит о том, что достигнут максимум возможной экскреции фенолового красного.
Почечный кровоток. Процесс канальцевой секреции можно очень интересным способом использовать для измерения кровотока в почке. Для этого нужно взять вещество, которое выводится путем канальцевой секреции с такой легкостью, что кровь, прошедшая через почку, полностью очищается от него. Одно из таких веществ — ларааминогиппуровая кислота (ПАГ), которая выводится так быстро, что совершенно отсутствует в крови, выходящей из почки (если только не превышен канальцевый максимум). В этом методе используется то обстоятельство, что почка млекопитающего получает кровь только из почечной артерии; вся кровь проходит сначала по клубочковым капиллярам, а затем по капиллярам, окружающим почечные канальцы. Производят инъекцию некоторого количества ПАГ, а затем определяют, сколько ее появляется в моче за данное время. Из концентрации ПАГ в плазме крови можно вычислить, какой объем плазмы должен был пройти через почку за этот период. У человека ток плазмы через почку в норме составляет около 0,7 л/мин. Если гема- токрит равен 45%, то это соответствует почечному кровотоку,
равному 1,25 л/мин. Последняя величина составляет от до ‘/s всего минутного объема сердца в покое (5—6 л/мин), что говорит об удивительно мощном кровоснабжении почек у млекопитающих.
Такой метод неприменим для определения притока артериальной крови к почкам низших позвоночных, так как система кровоснабжения почек у них иная: почки получают кровь из двух источников. Помимо крови из почечной артерии в них поступает также венозная кровь из задней части тела (по так называемой воротной системе почек). Значение воротного почечного кровообращения не ясно. Может быть, дело в том, что при его наличии •образование мочи может продолжаться даже в том случае, если прекратится клубочковая фильтрация. У лягушки, например, •фильтрация может приостановиться, а феноловый красный, поступающий в почку по воротной системе, по-прежнему будет выводиться путем канальцевой секреции.
Еще по теме КАК ИССЛЕДУЮТ ПОЧЕЧНУЮ ФУНКЦИЮ:
- ПОЧЕЧНАЯ НЕДОСТАТОЧНОСТЬ
- Структура и функция
- Способы преобразования органов и функций
- СТИМУЛЯЦИЯ ПОЛОВОЙ ФУНКЦИИ
- СТИМУЛЯЦИЯ ПОЛОВОЙ ФУНКЦИИ
- Метод корреляционных функций
- Экологические функции городских почв
- Терапия, регулирующая нервнотрофические функции.
- Функции промежуточного мозга и ретикулярной формации
- БОЛЕЗНИ И РАССТРОЙСТВА ФУНКЦИИ ЯИЧНИКОВ
- БОЛЕЗНИ И РАССТРОЙСТВА ФУНКЦИИ ЯИЧНИКОВ
- 13** Форма и функция