Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

15.5A: Нирки людини

  • Page ID
    5616
  • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Нирки людини - це два бобоподібних органу, по одному з кожного боку хребта. Вони становлять близько 0,5% від загальної маси тіла, але отримують 20— 25% від загальної артеріальної крові, що перекачується серцем. Кожен містить від одного до двох мільйонів нефронів.

    альт
    Малюнок 15.5.1.1 Нирки людини

    Нефрон

    альт
    Малюнок 15.5.1.2 Нефрони

    Нефрон являє собою трубку, закриту на одному кінці і відкриту на іншому. Він складається з:

    • Капсула Боумана. Розташована на закритому кінці, стінка нефрона проштовхується в утворенні двостінної камери.
    • клубочок. Капілярна мережа всередині капсули Боумана. Кров, що виходить з клубочка, переходить в другу капілярну мережу, що оточує проксимальний канальець.
    • Проксимальний звивистий канальчик. Згорнуті і вистелені осередками, застелені мікроворсинками і набиті мітохондріями.
    • Петля Генле. Вона робить шевелюру поворот і повертається в дистальний звивистий канальці.
    • Дистальний звивистий канальчик, який також сильно згорнутий і оточений капілярами.
    • Збір повітропроводів. Це призводить до чашечки, однієї з багатьох невеликих камер, з яких сеча стікає в балії нирки, звідки вона тече через сечовід до сечового міхура і, періодично, до зовнішнього світу.

    Капсули Боумана упаковані в кору нирки, канальці і збиральні протоки опускаються в мозок.

    альт
    Малюнок 15.5.1.3 Кора мишачої нирки люб'язно надано Кейтом Р. Портером

    На зображенні вище показаний зріз кори мишачої нирки, як видно під скануючим електронним мікроскопом. Близько вершини (по центру) можна побачити капсулу Боумана з її клубочком. Прямо під ним знаходиться ще одна капсула Боумана з видаленим клубочком. Решта поля показує просвіти як проксимальних, так і дистальних канальців, оскільки вони були розрізані під різними кутами.

    утворення сечі

    Нефрон виробляє сечу, фільтруючи кров її малих молекул і іонів, а потім відновлюючи необхідну кількість корисних матеріалів. Надлишки або відпрацьовані молекули та іони залишаються витікати у вигляді сечі. За 24 години нирки відновлюють: ~ 1300 г NaCl, ~400 г NaHCO 3, ~ 180 г глюкози і майже всі 180 літрів води, що потрапили в канальці. Кров надходить в клубочок під тиском. Це змушує воду, малі молекули (але не макромолекули, як білки) та іони фільтруються через стінки капілярів у капсулу Боумана. Ця рідина називається нефричним фільтратом. Як видно з таблиці, це просто плазма крові мінус майже всі плазмові білки. По суті вона нічим не відрізняється від інтерстиціальної рідини.

    Таблиця 1: Склад плазми, нефричного фільтрату та сечі (кожна в г/100 мл рідини). Це репрезентативні цінності. Значення для солей особливо мінливі, в залежності від споживання солі і води.
    Компонент Плазма Нефричний фільтрат Сеча Концентрація % Відновлено
    Сечовина 0,03 0,03 1.8 60Х 50%
    Сечова кислота 0,004 0,004 0,05 12Х 91%
    Глюкоза 0,10 0,10 Жоден - 100%
    Амінокислоти 0,05 0,05 Жоден - 100%
    Загальні неорганічні солі 0.9 0.9 <0,9—3,6 <1—4Х 99,5%
    Білки та інші макромолекули 8.0 Жоден Жоден - -

    Малюнок 15.5.1.4 Процес утворення сечі

    • Нефричний фільтрат збирається всередині капсули Боумана, а потім впадає в проксимальний канальець.
    • Тут вся глюкоза і амінокислоти, > 90% сечової кислоти, і ~ 60% неорганічних солей реабсорбуються активним транспортом.
      • Активний транспорт Na + з проксимального канальця контролюється ангіотензином II.
      • Активний транспорт фосфату (РО 4 3-) назад в кров регулюється (пригнічується) як паратгормоном, так і фактором росту фібробластів 23 (FGF-23).
    • Оскільки ці розчинені речовини видаляються з нефричного фільтрату, за ними відбувається великий обсяг води (80— 85% з 180 літрів, що відкладаються в капсулах Боумана за 24 години).
    • Коли рідина стікає в спадний сегмент петлі Генле, вода продовжує виходити по осмосу, оскільки інтерстиціальна рідина дуже гіпертонічна. Це викликано активним транспортом Na + з трубчастої рідини, коли вона рухається вгору по висхідному сегменту петлі Генле.
    • У дистальних канальцях більше натрію рекультивується активним транспортом, а ще більше води слідує за допомогою осмосу.
    • Остаточне регулювання вмісту натрію і води в організмі відбувається в збірних протоках.

    Натрій

    Хоча 97% натрію вже видалено, саме останні 3% визначають остаточний баланс натрію, а отже, і вміст води та артеріального тиску в організмі. Реабсорбція натрію в дистальних канальцях і збиральних протоках тісно регулюється синергетичною дією гормонів вазопресину і альдостерону.

    Вода

    • Гіпертонічна інтерстиціальна рідина, що оточує збиральні протоки, забезпечує високий осмотичний тиск для видалення води.
    • Трансмембранні канали, виготовлені з білків, званих аквапорінами, вставляються в плазматичну мембрану, значно збільшуючи її проникність для води. Коли відкритий, аквапориновий канал дозволяє 3 мільярдам молекул води проходити через кожну секунду.
    • Введення аквапорин-2 каналів вимагає сигналізації вазопресином (також відомий як аргінін вазопресин [AVP] або антидіуретичний гормон [АДГ]).
      • Вазопресин зв'язується з рецепторами (званими рецепторами V2) на базолатеральной поверхні клітин збиральних проток.
      • Зв'язування гормону викликає підвищення рівня цАМФ всередині клітини.
      • Цей «другий месенджер» ініціює ланцюжок подій, кульмінацією яких є вставлення каналів аквапорин-2 в верхівкову поверхню клітини.
      • Вивільнення вазопресину (із задньої частки гіпофіза) регулюється осмотичним тиском крові.
    • Все, що зневоднює організм, наприклад, сильно потіє,
      • підвищує осмотичний тиск крові
      • включає вазопресинV2 рецепториаквапорин-2 шлях.
      Результат:
      • Від початкового 180 літрів/день нефричного фільтрату може залишитися лише 0,5 літра/день сечі.
      • Концентрація солей в сечі може бути в чотири рази більше, ніж у крові. (Але недостатньо високий, щоб люди могли отримувати користь від питної морської води, яка все ще солоніша.)
    • Якщо кров повинна стати занадто розрідженою (як це сталося б після вживання великої кількості води),
      • Пригнічується секреція вазопресину.
      • Канали аквапорин-2 забираються назад в клітину шляхом ендоцитозу.
      • Результат: утворюється великий обсяг водянистої сечі (з концентрацією солі всього лише одна четверта від концентрації крові).

    нецукровий діабет

    Цей розлад характеризується виведенням великої кількості водянистої сечі (цілих 30 літрів - близько 8 галонів щодня) і невгамовною спрагою.

    Вона може мати кілька причин:

    • Недостатня секреція вазопресину.
    • Успадкування двох мутантних генів для рецептора вазопресину (V2) [у жінок; оскільки ген X-зв'язаний, лише один робить це для чоловіків].
    • Успадкування одного (для домінантних мутацій) або двох (для рецесивних версій) мутантних генів для аквапорин-2.

    Синдром Ліддла

    Найбільш очевидним ефектом цього рідкісного спадкового розладу є надзвичайно високий кров'яний тиск (гіпертонія). Він викликається одним мутантним алелем (тому синдром успадковується як домінантна ознака), що кодує активований альдостероном натрієвий канал в збиральних протоках. Дефектний канал завжди «включений», тому занадто багато Na + реабсорбується і занадто мало виводиться. Отриманий підвищений осмотичний тиск крові виробляє гіпертонічну хворобу.

    канальцевої секреції

    Хоча утворення сечі відбувається в першу чергу за описаним вище механізмом фільтрації-реабсорбції, також задіяний допоміжний механізм, званий канальцевої секрецією. Клітини канальців видаляють певні молекули та іони з крові і відкладають їх у рідину всередині канальців.

    Приклад: Надлишкові іони водню (H +) поєднуються з аміаком (NH 3) з утворенням іонів амонію (NH 4 +) і транспортуються до клітин збиральних проток. Тут NH 4 + дисоціює назад на аміак і Н +. Обидва потім виділяються в рідину всередині збиральних проток (протони активним транспортом).

    Тубулярна секреція Н + важлива для підтримки контролю рН крові. Коли рН крові починає падати, виділяється більше іонів водню. Якщо кров повинна стати занадто лужною, секреція Н + знижується. При підтримці рН крові в межах норми 7,3-7,4 нирка може виробляти сечу з рН до 4,5 або до 8,5. Надлишки іонів калію (К +) також утилізуються канальцевої секрецією.

    Нирки та гомеостаз

    Хоча ми думаємо про нирку як про орган виділення, це більше, ніж це. Він видаляє відходи, але також видаляє нормальні компоненти крові, які присутні в більшій, ніж зазвичай, концентрації. При надлишку води, іонів натрію, іонів кальцію, іонів калію і так далі надлишок швидко виходить з сечею. З іншого боку, нирки активізують рекультивацію цих самих речовин, коли вони присутні в крові в менших, ніж зазвичай, кількостях. Таким чином нирка безперервно регулює хімічний склад крові у вузьких межах. Нирка є одним з основних гомеостатичних пристроїв організму.

    Гормони нирок

    Нирка людини також є ендокринною залозою, що виділяє два гормони:

    • Еритропоетин (ЕПО)
    • Кальцитріол (1,25 [ОН] 2 Вітамін D 3), активна форма вітаміну D

    а також фермент ренін.

    Штучна нирка

    Штучна нирка використовує принцип діалізу для очищення крові пацієнтів, у яких власні нирки вийшли з ладу.

    альт
    Малюнок 15.5.1.5 Штучна нирка

    Ліва частина малюнка («Діалізна одиниця») показує механізм, який використовується сьогодні в штучних нирках. Дрібні молекули, такі як сечовина, видаляються з крові, оскільки вони вільно дифузіруются між кров'ю та рідиною для ванни, тоді як великі молекули (наприклад, білки плазми) та клітини залишаються обмеженими кров'ю. Рідина для ванни вже повинна мати необхідні солі, додані до неї, щоб запобігти небезпечній втраті цих іонів з крові. Зверніть увагу, що кров і рідина для ванни протікають у протилежних напрямках через діалізну мембрану. Цей «протиточний» обмін підтримує градієнт дифузії по всій довжині системи. До крові додається антикоагулянт, щоб він не згортався під час проходження через машину. Антикоагулянт нейтралізується в міру повернення крові хворому.

    Штучні нирки довели велику користь, допомагаючи пацієнтам з гострими порушеннями роботи нирок пережити кризу, поки власні нирки не відновлять роботу. Вони також дозволили людям, які страждають хронічною нирковою недостатністю, залишатися живими, хоча і за величезну витрату часу (часто три сеанси по 6 і більше годин на тиждень), грошей та психологічного благополуччя. Крім того, хоча діаліз добре справляється з видаленням відходів, він не може виконувати інші функції нирок:

    • забезпечення точного гомеостатичного контролю за концентрацією таких життєво важливих інгредієнтів, як глюкоза і Na +
    • секретуючи його гормони

    Штучна нирка майбутнього?

    Намагаючись вирішити ці проблеми, дослідницька група Мічиганського університету експериментує з додаванням «Біореакторного блоку» (вище) до діалізного блоку. Біореактор складається з безлічі порожнистих, пористих трубок, на внутрішній стінці яких прикріплений моношар проксимальних клітин канальців (отриманих від свиней). Рідина для діалізної ванни проходить через просвіт трубок, де молекули та іони можуть бути підхоплені верхівковою поверхнею клітин. Розряд есенціальних молекул і іонів (а також гормонів) на базолатеральній поверхні клітин поміщає ці матеріали назад в кров (так само, як це зазвичай роблять клітини проксимальних канальців в нефроні). Поки все тестування проводилося з використанням собак, але результати здаються багатообіцяючими.

    Трансплантація нирок

    альт
    Малюнок 15.5.1.6 Трансплантація нирки

    Ідеальною альтернативою тривалому діалізу є пересадка нової нирки. Операція технічно досить проста. Хворі нирки реципієнта зазвичай залишають на місці, але ниркові артерії та вени зав'язані за винятком гілок, що постачають наднирники. Основними проблемами є дефіцит донорів, відповідним чином підібраних для молекул гістосумісності, щоб уникнути проблеми відторгнення трансплантата імунною системою реципієнта - що якщо донор та реципієнт не є однаковими близнюками - «бачить» нирку як «чужу».

    Автори та атрибуція