Почки – строение и функции | Работа почек

1. Функции почек
2. Строение почки
3. Регулирование выработки мочи
4. Почки и pН крови

Функции почек

Основная функция почек в организме человека состоит в том, чтобы фильтровать кровь и удалять отходы.

20% крови организма постоянно находится в почках.

Основными метаболическими отходами, выделяемыми почками, являются мочевина, мочевая кислота и креатинин. Каждый из этих веществ содержит азот в качестве основного компонента.

Мочевина вырабатывается в печени в результате распада аминокислот, которые являются строительными блоками белков.

В печени проходит реакция между аммиаком и углекислым газом, в результате которой образуется мочевина и вода.

В результате биохимических реакций аминная группа (NH₂) может быть удалена с аминокислоты для того, чтобы высвободить остальную часть молекулы, которая затем может участвовать в образовании углеводов или жиров.

Аминогруппа способна объединяться с ионами водорода с образованием токсичного аммиака, однако аммиак превращается в печени в менее токсичную мочевину прежде чем выделяется в кровоток.

Мочевая кислота является конечным продуктом обмена одного из компонентов нуклеиновых кислот - пуринов.

Креатинин является продуктом распада креатинфосфата в мышцах.

Фосфокреатин, также известный как креатинфосфат (CP или PCr (Pcr)), представляет собой фосфорилированную молекулу креатина, которая служит быстро мобилизуемым резервом высокоэнергетических фосфатов в скелетных мышцах и головном мозге.

Фосфокреатин синтезируется в печени и переносится для хранения в мышечные клетки через кровоток.

Фосфокреатин может анаэробно отдавать фосфатную группу для образования АТФ из АДФ в течение первых 2-7 секунд интенсивного мышечного или нейронного напряжения.

Почки у человека являются не только органами для выведениия продуктов метаболизма. Они являются одним из главных органов организма контролирующих гомеостаз. Помимо фильтрации крови для удаления отходов, работа почек заключается также в контролировании:

• водного баланса,
• pH,
• уровня ионов натрия (Na⁺), калия (K⁺), бикарбоната (HCO₃^-) и кальция (Ca²⁺).

Почки также синтезируют гормон эритропоэтин (EPO), который стимулирует производство эритроцитов, а также почки активируют производство в коже витамина Д.

Эритропоэтин производится в ответ на гипоксию (низкий уровень кислорода в крови). EPO стимулирует клетки красного костного мозга увеличивая выход красных кровяных телец. Уровень кислорода в крови повышается по мере взросления эритроцитов и попадания в кровоток.

Кальцитриол является активной формой витамина D в организме.

Кальцитриол производится из неактивных молекул витамина D и перемещается из почек через кровоток в кишечник, где он увеличивает поглощение кальция из пищи в просвете кишечника.

Строение почки человека

Каждая почка состоит из трех отделов - внешней коры (корковое вещество), мозгового вещества и полого внутреннего пространства (почечная лоханка), где моча накапливается прежде, чем она будет двигаться вниз по мочеточникам.

Внутри коркового и мозгового вещества каждой почки около миллиона крошечных фильтров, называемых нефронами.

Каждый нефрон состоит из пяти частей:

1. капсула Шумлянского-Боумена (Bowman’s capsule),
2. проксимальный канал (proximal tubule),
3. петля Генле (loop of Henle),
4. дистальный канал (distal tubule),
5. коллекторный канал (collecting duct).

Верхняя часть нефрона находится в почечной коре, а петля Генле расположена в мозговом веществе.

Трубки нефрона окружены клетками и сеть кровеносных сосудов проходит по всей ткани почки. Любые вещества, которые выходят из нефрона, входят в окружающие клетки и в конечном итоге возвращаются в кровоток через сеть кровеносных сосудов.

Капсула Шумлянского-Боумена (Bowman’s capsule)

Кровь поступает в сферическую полость капсулы Боумена через крошечную артерию, которая разветвляется и образует сеть пористых тонкостенных капилляров, называемых клубочковыми (glomerulus).

Под воздействием кровяного давления часть плазмы крови и мелких частиц вытесняется из капилляров в окружающую капсулу.

Большие компоненты крови, такие как клетки крови и белки, остаются в капиллярах.

Жидкость в капсуле Боумена, называемая нефрическим фильтратом, выталкивается из капсулы в проксимальный каналец.

Около 20% плазмы крови, поступающей в почку, превращается в нефротический фильтрат.

Проксимальный канал (proximal tubule)

Когда фильтрат входит в проксимальный каналец, начинается обратное всасывание (реабсорбция).

Осмос, диффузия и активный транспорт веществ способствуют переводу воды, глюкозы, аминокислот и ионов из фильтрата в окружающие клетки. Оттуда вещества возвращаются в кровоток. Этому процессу способствует активный перенос глюкозы и аминокислот из фильтрата.

Когда нефрический фильтрат достигает конца проксимального канальца, жидкость является изотоничной по отношению к окружающим клеткам, глюкоза и аминокислоты к этому моменту удалены из фильтрата.

Жидкость является изотонической, когда она имеет такую же концентрацию воды и растворенных веществ, как и в окружающих его клетках.

Петля Генле (loop of Henle)

Из проксимального канальца фильтрат перемещается в петлю Генле.

Основная функция петли Генле, которая сначала спускается во внутренний мозговой слой, а затем поворачивается, чтобы подняться назад к коре, - это удаление воды из нефрического фильтрата с помощью процесса осмоса.

Клетки мозгового вещества имеют повышенную концентрацию ионов натрия (Na⁺). Концентрация этих ионов увеличивается начиная от области, наиболее близкой к коре и в напралении к внутреннему пространству почки. Этот увеличивающийся градиент способствует извлечению воды из фильтрата в петле Генле.

Благодаря этому увеличению уровня Na+ в окружающей ткани этот процесс продолжается по всей длине нисходящей петли . Высокие уровни Na⁺ в окружающей ткани мозгового вещества являются результатом активного транспорта Na⁺ из восходящей петле Генле. Количество воды, удаленной из фильтрата к тому времени, когда оно достигло дна петли Генле, приводит к увеличению концентрации всех материалов, растворенных в оставшемся фильтрате, включая Na⁺.

Таким образом, по мере того как фильтрат поднимается вверх по восходящей петле Генле Na⁺ активно переносится из фильтрата в окружающую ткань. В то же время вода, которая вышла из нисходящий петли, не может снова туда войти, потому что восходящая петля непроницаема для воды.

Ионы хлора склонны следовать за ионами натрия из-за электрического притяжения между отрицательными ионами хлора и положительными ионами натрия. Кроме того, по мере того как концентрация воды в фильтрате уменьшается, концентрация хлорных ионов в фильтрате увеличивается, что приводит к еще большей диффузии хлора из восходящего контура.

Дистальный канал (distal tubule)

Дистальный канал отвечает за процесс, называемый трубчатой секрецией (tubular secretion).

Трубчатая секреция включает активный транспорт, который выталкивает такие вещества, как ионы водорода, креатинин и лекарства, из крови в нефрический фильтрат.

Коллекторный канал (collecting duct)

Жидкость от группы нефронов перемещается из дистальных канальцев в общий коллекторный канал, который несет то, что теперь можно назвать мочой в почечную лоханку.

В этот момент 99 процентов воды, которая вошла в проксимальный каналец как нефротический фильтрат, была возвращена в организм. Кроме того, были обратно абсорбированы такие питательные вещества, как глюкоза и аминокислоты.

Регулирование выработки мочи

Проницаемость дистального канальца и коллекторного канала контролируется гормоном, называемым антидиуретическим гормоном (ADH).

ADH секретируется железой, прикрепленной к гипоталамусу и называемой гипофизом.

Антидиуретический гормон увеличивает проницаемость дистального и коллекторного каналов и позволяет удалять больше воды из фильтрата нефрита, когда организм нуждается в экономии воды.

Осморегуляция - гомеостаз воды в организме

Гипофиз контролируется гипоталамусом.

Гипоталамус выступает в роли регулятора гомеостаза. Когда организму необходимо устранить избыток воды, секреция антидиуретического гормона подавляется и больше воды выводится с мочой.

Наркотики, такие как алкоголь и кофеин, блокируют выделение антидиуретического гормона и увеличивают объем мочи.

pH крови и почки

Почки регулируют кислотно-щелочной баланс крови.

Чтобы оставаться здоровым, рН крови должен оставаться примерно равным 7.4.

Одним из способов регулирования рН крови на этом уровне является регулирование активного переноса ионов водорода (Н⁺) в фильтрат нефрита.

Чтобы поддерживать pH крови на уровне 7.4, дыхательная система работает совместно с почками. Для контроля рН эти две системы зависят от химических веществ, называемых буферами.

Регуляция рН крови

1. Легкие и почки играют важную роль в регуляции рН крови.
2. Легкие регулируют рН за счет удержания или устранения СО₂, изменяя скорость и объем их вентиляции.
3. Почки регулируют рН путем выведения кислоты, главным образом иона аммония (NH⁴⁺) и путем обратного всасывания HCO₃^- из клубочкового фильтрата и добавления его обратно в кровь.

Основным буфером в крови является углекислота (H₂CO₃) - слабая кислота, которая распадается с высвобождением H⁺ и иона бикарбоната (HCO₃^-).

Концентрация углекислоты связана с концентрацией углекислого газа (CO₂) и регулируется дыханием.

Другим примером буферизации является объединение ионов водорода в крови с аммиаком из клеток, которые выстилают нефрон.