Биохимия почек и мочи. Диагностические тесты для функционального определения состояния почек

 

Введение.

 

Почки – один из важных органов, основная задача которого заключается  в поддержании постоянства внутренней среды организма. Это главный секреторный орган организма, вырабатывающий из компонентов плазмы жидкость – мочу. Масса обеих почек у взрослого человека составляет около 300 г.

Почки выполняют три  основные функции:

• экскреция отходов жизнедеятельности организма,
• поддержание объема и состава внеклеточной жидкости
• синтез гормонов

В ткани почки выделяют два слоя: внешний – корковое вещество и внутренний – мозговое вещество. Основная структурно-функциональная единица почечной паренхимы – нефрон. В обеих почках человека их около 2 млн, у крысы – 62000, у собаки – 816000.

В нефроне млекопитающих (рис.1) выделяют почечное (мальпигиево) тельце, состоящее  из сосудистого клубочка и двухслойной капсулы клубочка (капсула Боумена) и системы канальцев нефрона. От капсулы клубочка отходит почечный каналец, который в корковом веществе является проксимальной частью канальца нефрона, переходящей в петлю нефрона (петля Генле). В петле выделяют нисходящую и восходящую части. Последняя переходит в дистальную часть канальца нефрона, впадающего в собирательные почечные трубочки. По нескольку собирательных трубочек впадают в сосочковые протоки, открывающиеся в почечные чашки.

В почке млекопитающих различают  два типа нефронов: корковые нефроны (85%), почечное тельце которых локализуется в корковом веществе, и юкстамедуллярные нефроны (15%), клубочки которых расположены на границе коркового и мозгового вещества, а петля с нисходящей и входящей частями – в мозговом веществе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Строение юкстамедуллярного (а) и коркового (б) нефронов. I - корковое вещество; II - мозговое вещество; А - наружная зона мозгового вещества; Б - внутренняя зона мозгового вещества; 1 - сосудистый клубочек; 2 - капсула почечного клубочка; 3 - проксимальный каналец (извитая часть); 4 - проксимальный каналец (прямая часть); 5 - нисходящее тонкое колено петли нефрона; 6 - восходящее тонкое колено петли нефрона; 7 - восходящее толстое колено петли нефрона; 8 - дистальный извитой каналец; 9 - связующий каналец; 10 - собирательная трубка; 11 - собирательная почечная трубочка.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Регуляция реабсорбции в почке (схема по А.П. Зильберу).

 

Механизм  образования мочи.

 

Почки обильно снабжаются кровью, в норме получая примерно 25% сердечного выброса. Большая часть этой крови сначала попадает в капилляры почечных клубочков, которые действуют подобно фильтратам высокого давления. От просвета нефрона кровь отделяется трехслойной структурой, состоящей из эндотелиальных клеток капилляров, базальной мембраны и эпителиальных клеток нефрона.

Эндотелиальные и эпителиальные  клетки находятся в тесном контакте с базальной мембраной. Эндотелиальные клетки фенестированы, а слой эпителиальных  клеток прерывистый, так что мембрана одной стороной контактирует с кровью, а другой – с просветом нефрона.

Клубочковый фильтрат представляет собой ультрафильтрат плазмы, т.е. практически  одинаков с плазмой по составу, за исключением почти полного отсутствия белков. Это связано с тем, что  эндотелий создает барьер для  лейкоцитов и эритроцитов крови, а базальная мембрана, будучи проницаемой для воды и низкомолекулярных веществ, непроницаема для большей части макромолекул. Степень непроницаемости зависит от размера и заряда макромолекул. Белки с молекулярной массой меньше, чем у альбуминов (68 000Д), проходят через мембрану, молекулы с отрицательным зарядом хуже, чем с положительным. Почти все белки клубочкового фильтрата реабсорбируются и катаболизируются клетками проксимальных извитых канальцев, в результате чего в норме экскреция белка с мочой не превышает 150мг/сут.

Фильтрация представляет собой пассивный процесс. Общая  скорость почечной фильтрации определяется, главным образом, разницей между давлением крови в клубочковых капиллярах и гидростатическим давлением в просвете нефрона,  состоянием базальной мембраны и числом клубочков. Скорость клубочковой (гломерулярной) фильтрации (СКФ) в норме составляет примерно 120 мл/мин, что эквивалентно 170 л/сут. Однако при этом за сутки образуется только 1-2 литра мочи (в зависимости от потребления жидкости), основная масса реабсорбируется в нефроне.

Клубочковый фильтрат проходит в проксимальные извитые канальцы, где большая его часть подвергается обратному всасыванию. В норме  вся глюкоза, аминокислоты, калий  и бикарбонаты, а также примерно 75% ионов натрия реабсорбируются изотонически посредством  энергозависимых механизмов.

В мозговом слое почек  гиперосмолялность, необходимая для  дальнейшей реабсорбции воды, создается  системой противотока ионов, которая  в общем виде представлена на рисунке 3. Ионы хлора в сопровождении ионов натрия  выталкиваются из восходящей части петли Генле в окружающую интерстициальную жидкость, после чего диффундируют в нисходящую часть петли. Поскольку восходящая часть петли непроницаема для воды, общим результатом этих процессов становится обмен ионам натрия и хлора между восходящей и нисходящей частью. При этом осмоляльность в жидкости меняется как в нефроне, так и в окружающей интерстициальной среде. Между изотонической областью на границе коры и мозгового слоя почек и чрезвычайно гипертонической средой (примерно 1200ммоль/л) в глубине мозгового слоя устанавливается градиент осмоляльности. Диффузия мочевины из собирающего протока в интерстиций и далее в петлю Генле также вносит важный вклад  в гипертоничность мозгового слоя почек.

По мере прохождения  по всей восходящей части петли Генле  жидкость в канальце становиться  все более разбавленной вследствие непрерывного удаления ионов хлора  и натрия. В дистальные извитые  канальцы поступают  более гипотоническая жидкость (примерно 150 ммоль/л), чем клубочковый фильтрат.

Примерно 90% фильтрованного натрия и 80% фильтрованной воды реабсорбируются  из клубочкового фильтрата к моменту  его поступления в начальный  участок дистального извитого канальца. В дистальном канальце происходит дальнейшая реабсорция натрия, контролируемая альдостероном. Таким образом генерируется электрохимический градиент, который обеспечивает секрецию ионов калия и водорода. Кроме того, в дистальном канальце секретируется аммиак, который забуферивает ионы водорода и экскретируется в виде ионов аммония.

В проксимальном канальце реабсорбируется большая часть  фильтрата, а в дистальном канальце осуществляется точная регуляция состава проходящей по канальцам жидкости, определяемого потребностями организма.

После этого жидкость из канальцев поступает в собирающие протоки, которые проходят сквозь гипертоническую часть мозгового слоя почек и сбрасывают мочу в почечную лоханку. Клетки, которые выстилают собирающие протоки, в норме непроницаемые для воды. Вазопрессин (антидиуретический гормон, АДГ) делает их проницаемыми, что позволяет воде пассивно реабсорбироваться по осмотическому градиенту между просветом протока и интерстициальной жидкостью. Таким образом, при отсутствии вазопрессина образуется разбавленная  моча, а в его присутствии  - более концентрированная. Под влиянием альдостерона в собирающих протоках может происходить некоторая реабсорбция ионов натрия.

Поскольку нормальная СКФ составляет примерно 120мл/мин, каждые 2 часа фильтруется  объем, эквивалентный объему всей внеклеточной жидкости. Поэтому патологические процессы, затрагивают почки, очень сильно сказываются на водном, солевом гомеостазе, а также на гомеостазе водородных ионов и на выделении продуктов жизнедеятельности  ионов и на выделении продуктов жизнедеятельности.

Почки являются еще и важным эндокринным  органом, так как продуцируют  ренин, эритропоэтин и кальцитриол. Секреция этих гормонов нарушается при  болезнях почек. Кроме того, в почках инактивируются или через почки  выделяются несколько других важных гормонов, и поэтому их концентрация в крови зависит от состояния данного органа.

 

Общие свойства мочи.

 

Количество выделяемой за сутки мочи (диурез) в норме  у взрослых людей колеблется от 1000 до 2000 мл и составляет в среднем 50–80% от объема принятой жидкости. Суточное количество мочи ниже 500 мл и выше 2000 мл у взрослых считается патологическим. Увеличение объема мочи (полиурия) наблюдается при приеме большого количества жидкости, употреблении пищевых веществ, повышающих диурез (арбуз, тыква и др.). При патологии полиурия отмечается при заболеваниях почек (хронические нефриты и пиелонефриты), сахарном диабете и других патологических состояниях. Большое количество мочи выделяется при несахарном диабете (diabetes insipidus) – 15 л в сутки и более.

Уменьшение суточного количества мочи (олигурия) наблюдается при  недостаточном приеме жидкости, лихорадочных состояниях (значительное количество воды удаляется из организма через кожу), рвоте, поносе, токсикозах, остром нефрите и т.д. В случае тяжелых поражений почечной паренхимы (при острых диффузных нефритах), мочекаменной болезни (закупорка мочеточников), отравлениях свинцом, ртутью, мышьяком, при сильных нервных потрясениях возможно почти полное прекращение выделения мочи (анурия). Длительная анурия ведет к уремии.

В норме днем выделяется больше мочи, чем ночью. При некоторых патологических состояниях (начальные формы сердечной  декомпенсации, цистопиелиты и т.д.) моча в большем количестве выделяется ночью, чем днем. Это состояние называется никтурией.

Цвет мочи в норме колеблется от соломенно-желтого до насыщенного  желтого. Окраска мочи зависит от содержания в ней пигментов: урохрома , уробилина, уроэритрина, урозеина и др.

Моча насыщенного желтого цвета  обычно концентрированная, имеет высокую  плотность и выделяется в относительно небольшом количестве. Бледная (соломенного  цвета) моча чаще имеет низкую относительную  плотность и выделяется в большом количестве.

При патологии цвет мочи может быть красным, зеленым, коричневым и т.д. в зависимости от наличия в  ней не встречающихся в норме  красящих веществ. Например, красный или розово-красный цвет мочи наблюдается при гематурии и гемоглобинурии, а также после приема антипирина, амидопирина, сантонина и других лекарственных средств. Коричневый или красно-бурый цвет встречается при высокой концентрации в моче уробилина и билирубина.

Относительная плотность мочи у  взрослого человека в течение  суток колеблется в довольно широких  пределах (от 1,002 до 1,035), что связано  с периодическим приемом пищи, воды и потерей жидкости организмом (потоотделение и др.). Чаще она равна 1,012–1,020. Плотность мочи дает определенное представление о количестве растворенных в ней веществ. В сутки с мочой выделяется от 50 до 75 г плотных веществ. Приближенный расчет содержания плотного остатка в моче (в граммах на 1 л) можно произвести, умножив две последние цифры относительной плотности на коэффициент 2,6.

При тяжелой недостаточности почек  все время выделяется моча с одинаковой относительной плотностью, равной плотности  первичной мочи, или ультрафильтрата (~ 1,010). Это состояние носит название изостенурии.

Постоянно низкое значение плотности  мочи указывает на нарушение концентрационной функции почек при хроническом  нефрите, первично или вторично сморщенной почке. При несахарном диабете также выделяется моча низкой плотности (1,001–1,004), что связано с нарушением обратной реабсорбции воды в канальцах. При олигурии (понижение суточного количества мочи), например при остром нефрите, моча имеет высокую плотность. Высокая плотность характерна для сахарного диабета при полиурии, в этом случае она обусловлена содержанием в моче большого количества глюкозы.

Реакция мочи (рН) в норме при смешанной пище кислая или слабокислая (рН 5,3–6,5) . Обычно за сутки с мочой выводится от 40 до 75 мэкв кислот. На величину рН мочи влияет характер пищи. При употреблении преимущественно мясной пищи моча имеет более кислую реакцию, при овощной диете реакция мочи щелочная.

Кислая реакция мочи у человека зависит от присутствия  в ней главным образом однозамещенных фосфатов (например, КН₂РО₄ или NaH₂PO₄). В щелочной моче преобладают двузамещенные фосфаты или бикарбонаты калия либо натрия.

Резко кислая реакция  мочи наблюдается при лихорадочных состояниях, сахарном диабете (особенно при наличии кетоновых тел  в моче), голодании и т.д. Щелочная реакция мочи отмечается при циститах и пиелитах (микроорганизмы способны разлагать мочевину с образованием аммиака уже в полости мочевого пузыря), после сильной рвоты, приеме некоторых лекарственных средств (например, бикарбоната натрия), употреблении щелочных минеральных вод и т.д.

 

 

 

 

 

 

 

Химический  состав мочи.

 

Плотные вещества мочи (около 60 г в суточном количестве) представлены как органическими, так и неорганическими веществами (табл. 18.1).

Всего в моче в настоящее  время обнаружено более 150 химических ингредиентов.

 

Органические вещества мочи.

Мочевина составляет большую часть органических веществ, входящих в состав мочи. В среднем за сутки с мочой взрослого человека выводится около 30 г мочевины (от 12 до 36 г). Общее количество азота, выделяемого с мочой за сутки, колеблется от 10 до 18 г, причем при смешанной пище на долю азота мочевины приходится 80–90%. Количество мочевины в моче обычно повышается при употреблении пищи, богатой белками, при всех заболеваниях, сопровождающихся усиленным распадом белков тканей (лихорадочные состояния, опухоли, гипертиреоз, диабет и т.д.), а также при приеме некоторых лекарственных средств (например, ряда гормонов). Содержание выделяемой с мочой мочевины уменьшается при тяжелых поражениях печени (печень является основным местом синтеза мочевины в организме), заболеваниях почек (особенно при нарушенной фильтрационной способности почек), а также при приеме инсулина и др.

Креатинин также является конечным продуктом азотистого обмена. Он образуется в мышечной ткани из фосфокреатина. Суточное выделение креатинина для каждого человека – величина довольно постоянная и отражает в основном его мышечную массу. У мужчин на каждый 1 кг массы тела за сутки выделяется с мочой от 18 до 32 мг креатинина, а у женщин – от 10 до 25 мг. Эти цифры мало зависят от белкового питания. В связи с этим определение суточной экскреции креатинина с мочой во многих случаях может быть использовано для контроля полноты сбора суточной мочи.