Фізіологія людини - Вільям Ф. Ґанонґ 2002

Утворення і виділення сечі
Функція нирок і сечовипускання
Клубочкове фільтрування

Вимірювання швидкості клубочкового фільтрування

Швидкість клубочкового фільтрування (ШКФ) у людей і тварин можна виміряти, визначаючи екскрецію та рівень у плазмі крові конкретної речовини, яка вільно фільтрується через клубочки, не секретується і не реабсорбується у канальцях. Кількість такої речовини повинна за одиницю часу надходити в сечу лише внаслідок фільтрування конкретного об’єму плазми крові, що містить цю речовину. Отже, якщо позначити цю речовину літерою X, то ШКФ буде дорівнювати концентрації X у сечі (С_х), помноженій на нирковий кровоплин за одиницю часу V і поділеній на концентрацію X у плазмі крові П_х:

Цю величину називають також кліренсом речовини X. Значення П_х, звичайно, однакове в усіх відділах артеріального кола, і якщо речовина X не метаболізується у тканинах, то рівень речовини X у плазмі артеріальної крові можна замінити її рівнем у плазмі периферійної венозної крові.

Речовини, які використовують для вимірювання ШКФ

Головні вимоги до таких речовин: вони повинні вільно фільтруватись у клубочках, не реабсорбуватись і не секретуватись у канальцях, не бути токсичними і не метаболізуватись в організмі. Інулін, полімер фруктози з молекулярною масою 5200 Да, що міститься в екстрактах деяких сортів жоржин, повністю відповідає цим критеріям, його широко застосовують для визначення ШКФ як у людини, так і в лабораторних тварин. Застосовують також різноманітні радіоізотопи, такі як ⁵¹Cr-EDTA, однак інулін є стандартною речовиною для таких досліджень. У практичній медицині спочатку довенно струминно вводять навантажувальну дозу інуліну, а потім інулін уводять крапельно для підтримання сталості його рівня в плазмі артеріальної крові. Після того, як інулін рівномірно розподілиться в рідких середовищах організму, за чітко виміряний проміжок часу збирають сечу а також беруть на дослідження кров пацієнта. Визначають концентрації інуліну в сечі і плазмі та обчислюють значення кліренсу (К_ІН).

Приклад. Для С_ІН = 35 мг/мл; V = 0,9 мг/мл; П_ІН = 0,25 мг/мл маємо

У собак, котів, кролів та багатьох інших ссавців для визначення ШКФ можна також використовувати кліренс креатиніну, однак у приматів, зокрема людини, деяка кількість креатиніну секретується в канальцях і може бути піддана реабсорбції. Крім того, методика визначення креатиніну в плазмі крові за низьких рівнів креатиніну дає значні похибки тому, що в цьому разі, крім самого креатиніну, враховують невеликі кількості інших складників плазми крові. Незважаючи на це, визначення кліренсу ендогенного креатиніну широко застосовують у клінічній практиці. Ці значення є досить близькі до значень ШКФ, одержаних з застосуванням інуліну, бо хоча значення С_ІЕ х V завищені внаслідок канальцевої секреції, значення П_ІН також завищені завдяки неспецифічним хромогенам, і похибки взаємно нівельовані. Кліренс ендогенного креатиніну легко визначати, він є важливим показником функції нирок, однак у тих випадках, коли потрібне точне визначення ШКФ, недоцільно покладатись на метод з взаємним компенсуванням похибок.

Нормальні показники ШКФ

ШКФ у нормальної людини середньої маси тіла становить близько 125 мл/хв. Це значення досить чітко корелює з площею поверхні тіла, проте у жінок воно на 10% нижче, ніж у чоловіків, незважаючи на поправку щодо площі поверхні тіла. Значення 125 мл/хв відповідає 7,5 л/год, або 180 л/добу, тоді як нормальний об’єм сечі становить близько 1 л/добу. Отже, в нормі понад 99% фільтрату реабсорбується. За швидкості клубочкового фільтрування 125 мл/хв нирки за добу відфільтровують об’єм рідини, що в чотири рази перевищує загальний об’єм рідини в організмі, у 15 разів - об’єм позаклітинної рідини і в 60 разів - об’єм плазми крові.

Регулювання ШКФ

Фільтрування через капіляри клубочків визначають ті ж фактори, що впливають на фільтрування через будь-які інші капіляри (див. Розділ 30), тобто площа капілярного ложа, проникність капілярів та різниця гідростатичного та осмотичного тисків по різні боки стінки капіляра. Для кожного нефрона справджується закон:

де К_Ф - коефіцієнт клубочкового фільтрування (добуток гідравлічної провідності стінки капіляра (тобто його проникності) на площу ефективної фільтраційної поверхні); Р_КК - середній гідростатичний тиск у клубочкових капілярах; Р_К - середній гідростатичний тиск у канальці; п_КК - осмотичний тиск плазми в клубочкових капілярах; п_К - осмотичний тиск плазми у канальцевому фільтраті.

Проникність

Проникність клубочкових капілярів приблизно в 50 разів більша, ніж проникність капілярів скелетних м’язів. Електрично незаряджені речовини з діаметром молекули до 4 нм вільно проходять через капілярні мембрани, а ступінь фільтрування електрично незаряджених молекул діаметром понад 8 нм близький до нуля (рис. 38-5). Для молекул з проміжними значеннями діаметра швидкість фільтрування обернено пропорційна до діаметра молекули. Однак сіалопротеїни в стінці капілярів клубочка мають негативний заряд, а дослідження негативно та позитивно заряджених декстранів свідчать про те, що негативний заряд сприяє відштовхуванню негативно заряджених молекул у крові; унаслідок цього фільтрування негативно заряджених молекул діаметром до 4 нм більш ніж удвічі повільніше, аніж нейтральних молекул такого ж розміру. Це, мабуть, пояснює той факт, що концентрація в клубочковому фільтраті альбуміну (ефективний діаметр молекули близько 7 нм) становить лише 0,2% його концентрації в плазмі, хоча на підставі одного лише розміру молекули можна було б сподіватись значно більшого значення (молекула альбуміну в крові має негативний заряд). Фільтрування позитивно заряджених речовин дещо швидше, ніж нейтрально заряджених. Кількість білка у сечі в нормі - до 1000 мг/л, і його джерелом переважно є не клубочковий фільтрат, а клітини канальців, що злущуються в їхній просвіт. Наявність значної кількості альбуміну в сечі називають альбумінурією. У разі нефритів різноманітної етіології в стінках клубочків виникають множинні негативні заряди, і в цьому випадку альбумінурія простежується навіть без зміни розміру пор у мембранах.

Рис. 38-5. Вплив електричного заряду на кліренс декстранів з різним розміром молекули. Негативний заряд кпубочкової мембрани сповільнює проходження негативно заряджених молекул (аніонні декстрани) та полегшує проходження позитивно заряджених (катіонні декстрани) (відтворено за дозволом з Brenner ВМ, Beeuwkes R: The renal circulations. Hosp Pract [July] 1978;13:35).

Неспроможність білків плазми до дифузії через капілярні мембрани зумовлює так званий ефект Доннана (див. Розділ 1), що полягає у розподілі полівалентних катіонів: концентрація аніонів у клубочковому фільтраті на 5% більша, ніж у плазмі крові, а концентрація полівалентних катіонів, відповідно, - на 5% менша. Однак у більшості випадків цим ефектом можна знехтувати і вважати склад фільтрату ідентичним до плазми крові.

Регулювання просвіту капілярів

Сьогодні з’ясовано, що на КФ можуть впливати мезангіальні клітини, скорочення яких спричинює зменшення КФ, що значно зумовлено зменшенням фільтраційної поверхні. За допомогою скорочення капілярних петель у ділянках їхньої біфуркації відбувається перерозподіл кровоплину між петлями. Розширюється і звужується просвіт капілярів завдяки скороченню мезангіальних клітин. Речовини, що впливають на мезангіальні клітини, наведені в табл. 38-3. Важливим фактором, що регулює скорочення мезангіальних клітин, є ангіотензин II. Ниркові клубочки містять рецептори до нього. Є також дані про те, що мезангіальні клітини синтезують ренін.

Гідростатичний і осмотичний тиск

Тиск у капілярах клубочків вищий, ніж в інших капілярах. Причина цього та, що аферентні артеріоли - це короткі, прямі гілки міжчасточкових артерій. Крім того, еферентні артеріоли мають порівняно великий опір. Гідростатичному тиску в капілярах протидіє гідростатичний тиск у капсулі Шумлянського-Боумена. На противагу йому діє також градієнт осмотичного тиску через клубочкові капіляри (п_КК - п_К). Значення п_К, як звичайно, нехтувано мале, отже, цей градієнт дорівнює онкотичному тиску білків плазми крові.

Таблиця 38-3. Фактори, що впливають на скорочення чи розслаблення мезангіальних клітин

Значення цих тисків, одержані в дослідах на щурах, показані на рис. 38-6. Середній фільтраційний тиск (СФТ) на аферентному кінці клубочкового капіляра становить 15 мм рт. ст., однак ближче до еферентного кінця знижується до нуля, тобто в цій ділянці досягається фільтраційна рівновага. Це відбувається внаслідок того, що з плазми крові вилучається рідина, і під час проходження крові через клубочкові капіляри збільшується онкотичний тиск. Зміни Δп, обчислені для моделі «ідеального» клубочкового капіляра, відображені на рис. 38-6. Очевидно, що окремі ділянки клубочкових капілярів не беруть участі в утворенні клубочкового фільтрату; тобто транспортування речовин через мембрану клубочкових капілярів залежить більше від кровоплину, ніж від дифузії (див. Розділ 30). Також очевидним є те, що зменшення швидкості підіймання кривої Δп внаслідок посилення ниркового плину плазми посилює фільтрування, не змінюючи Δп, бо в цьому разі збільшується довжина капіляра, через який відбувається фільтрування.

Щодо досягнення фільтраційної рівноваги, то між різними біологічними видами простежуються значні відмінності, крім того, сама методика вимірювання КФ має певні недоліки. Наразі невідомо, чи у людини стан фільтраційної рівноваги є практично досяжним.

Зміни ШКФ

Величезна кількість чинників, наведених у попередніх розділах, безпосередньо впливають на швидкість клубочкового фільтрування (табл. 38-4). Зміни опору судин нирки внаслідок процесів авторегулювання спрямовані на стабілізування фільтраційного тиску, однак коли центральний артеріальний тиск нижче 90 мм рт. ст., то простежується різке зменшення швидкості клубочкового фільтрування. ШКФ підтримується на сталому рівні доти, доки скорочення в еферентних артеріолах переважають над скороченнями аферентних артеріол, однак треба пам’ятати, що скорочення і тих, і інших зменшує притік крові до канальців.

Фільтраційна фракція

Співвідношення ШКФ до ниркового плину плазми (НПП), яке називають фільтраційною фракцією, в нормі становить 0,16-0,20. ШКФ піддається змінам значно менше, ніж НПП. Зі зниженням центрального артеріального тиску ШКФ знижується менше, ніж НПП внаслідок констрикції еферентних артеріол, і, отже, підвищується фільтраційна фракція.