Выделение мочи
Слаженная работа организма устанавливается многими процессами и образование мочи один из них. За это отвечает парный орган — почки и органы мочеполовой системы: мочеиспускательный канал, мочевик и мочеточники. Нарушение осморегуляции из-за неправильной выработки и вывода биожидкости может привести к тяжелым заболеваниям.
Химический состав и свойства урины
Механизм образования мочи заключается в формировании первичной (возникает в почечных клетках — нефронах при ультрафильтрации плазмы в клубочках из капилляров и скапливанием в листах боуменовской капсулы) и вторичной урины. Состав первичной мочи включает в себя глюкозу, аминокислоты, некоторые группы витаминов, возвращающиеся в систему кровообращения, и воду. Присутствие этих компонентов делает этот тип урины похожей на плазму.
Второстепенная моча образуется в петле Генгле, и если провести сравнение, то, главное ее отличие от первичной — количество и качество компонентов: инсулин фильтруется, калий секретируется в канальцах, а моносахариды отсутствуют. Чтобы яснее понять как, с химической точки зрения, должна выглядеть моча у здорового человека, представлена таблица с данными. Здесь показано, какие вещества и в каком количестве входят в состав вторичной мочи.
| Название вещества | Максимально допустимое количество, г/сутки |
| Органические элементы | |
| Креатинин | 0,5 |
| Пептиды | 0,3—0,7 |
| Мочевина | 20—35 |
| Азот | 10—16 |
| Мочевая кислота | 0,27—0,6 |
| Аминокислоты | 1 |
| Минеральные компоненты | |
| Na | 3—6 |
| K | 1,5—3 |
| Ca | 0,1—0,3 |
| Mg | 0,1—0,2 |
| Cl | 3,4—9 |
| Nh5 | 0,6—1,3 |
| Гидрокарбонат | 0—3 |
| Неорганические сульфаты | 0,6—1,8 |
| Фосфаты | 2,5—4 |
Помимо описанных элементов, первичная моча состоит из более чем 150-ти элементов, но при анализе внимание обращают на такие показатели, как:
Вернуться к оглавлению
Как определить присутствие отклонений?
Исследуя урину под микроскопом, можно обнаружить некоторые отклонения в ее характеристиках.
Оценка свойств мочевой жидкости помогает врачу-нефрологу определить состояние органов, в которых образуется моча, и выявить возможные проблемы. Для этого проводятся исследования путем проверки ее под микроскопом и лабораторного анализа. Но указывать на возможные заболевания почек и мочеполовой системы в организме человека могут и те характеристики, определить которые можно самостоятельно, основываясь на таких свойствах:
- Если образование вторичной мочи проходит без нарушений, она отличается желто-золотистым цветом. Это объясняется наличием в урине окрашивающего пигмента — урохрома. Окрас конечной мочи может варьироваться в зависимости от наличия или отсутствия патологических изменений в органах мочеполовой системы. При таких заболеваниях в урину попадает некоторое количество дополнительных элементов таких как эритроциты, желчные гормоны, гемоглобин.
- В норме у человека на выходе прозрачная жидкость. Но в случае дисфункции органов, отвечающих за ее выведение, в состав мочи добавляются соли и/или гнойные выделения, которые делают ее мутноватой.
- Если все органы мочевыводящей системы функционируют без отклонений, конечная жидкость не отличается резким неприятным ароматом. Запах «квашеных яблок» появляется в случае повышенного уровня сахара в крови или образования в организме большого количества кетоновых кислот.
На свойства выводимой жидкости также влияет рацион человека.
Вернуться к оглавлению
Количество выделяемой урины в сутки
Вес человека влияет на суточный объем урины.
Объем выделяемой мочи за 24 часа у здорового человека колеблется от 1 до 2-х литров. Показатели индивидуальные и зависят от того, какой вес у человека, образ жизни, уровень гидроза и от количества воды, которая употребляется. В зависимости от времени суток отличается и схема, по которой проходит процесс образования мочи. В дневное время урина выделяется быстрее и в больших объемах, а ночью, особенно в период от 2-х до 4-х часов утра жидкость образуется менее интенсивно из-за снижения активности организма. Из-за нарушений (повышенного или пониженного мочевыделения) могут возникнуть такие заболевания:
- Анурия — критически низкое образование первичной мочи (до 200-т мл), которое может спровоцировать отравление организма.
- Полиурия — образование за сутки в почках свыше 2-х литров урины. Говорит о возможном развитии нефрита, пиелонефрита, сахарного диабета.
- Олигурия — снижение мочевыделения до 800 мл/сутки. Свидетельствует о чрезмерном накоплении натрия в организме, которое может привести к развитию гипертонической болезни.
Вернуться к оглавлению
Этапы образования мочи
Выделяют 3 фазы образования мочи: ультрафильтрацию, реабсорбцию и секрецию. В результате каждой из них осуществляется изменение состава и количества биожидкости. Место, в котором начинается формирование жидкости — нефроны, составляющие почку. В центре этих элементов находятся тельца, состоящие из мелких капилляров. Чтобы сформировалась вторичная моча, через эти пути ежедневно проходит до полутора тысяч литров крови.
Вернуться к оглавлению
Ультрафильтрация
После ультрафильтрационного этапа в урине не должны прослеживаться лейкоциты.
Само название первого этапа предполагает просачивание плазменных клеток через нефроны, вследствие чего в почки поступает около 160 л урины. Фильтрация крови происходит под сильным давлением (до 70 мм рт. ст.) в капиллярах структурных частиц парного органа и слабым — на капсулу вокруг них (до 30 мм рт. ст.). Такой резкий перепад давления провоцирует отделение жидкости с углеродом и неорганическими субстанциями (масса которых небольшая) из крови в сосуды нефронов. Встречаются случаи, когда в состав первичной урины попадают эритроциты, и она приобретает красноватый оттенок — это свидетельство воспаления почек. После того как происходит фильтрация крови, нежелательными являются такие вещества первичной мочи:
- лейкоциты;
- эритроциты;
- некоторые белки;
- тромбоциты.
Вернуться к оглавлению
Реабсорбция
Вторая фаза предполагает обратное всасывание питательных для человека веществ, что содержит первичная моча. Так получается потому что отфильтрованная жидкость, попадая в кровяное русло, частично в нем остается. В организм возвращается глюкоза, вода и аминокислоты. После реабсорбции веществ из первичной мочи, состав превращается во вторичную. На второй стадии объем мочи уменьшается из 160 л до полутора литров высококонцентрированного раствора.
Вернуться к оглавлению
Секреция урины
Этот этап продуцирования урины способствует нормальному кислотно-щелочному балансу организма.
На стадии канальцевой секреции схема реабсорбции происходит за счет обратного принципа, вследствие которого образуется моча, отличная от первоначальной и второстепенной по составу: содержит ионы водорода, калия, аммиак, а также некоторые лекарственные компоненты. Эта стадия протекает за счет поступления H+, K+ и Nh4 в первичную урину из сосудов, находящихся рядом с дистальными и собирательными каналами. Благодаря этому этапу поддерживается оптимальный кислотно-щелочный баланс не только в парном органе, но и во всем организме.
Вернуться к оглавлению
Как регулируется выделение мочи?
Нормальное прохождение мочи обеспечивается сбалансированной работой нервной и гормональной системы. В первую очередь организмом регулируется поддержание всех необходимых веществ в составе плазмы. Такой баланс достигается путем поддержания общего давления крови, которое, в свою очередь, влияет на давление в мальпигиевых клубочках. Сила движения плазмы в них зависит от сужения мелких кровеносных сосудов. Диурез также регулируется центральной нервной системой.
Вернуться к оглавлению
Вывод урины из организма
Из почечных лоханок урина поступает в мочеточники.
Выведение мочи из органов происходит после того, как первая ее часть в достаточном количестве пройдет все стадии образования и соберется в лоханке. После этого, она накапливается и проходит по специальной трубке цилиндрической формы, в состав которой входит три оболочки: слизистая, мышечная и волокнистая (наружная). Эти оболочки формируют мочеточник, обладающий свойством постоянного сокращения, через заднюю стенку которого начинается прохождение урины.
Количество мочи, накопление которой происходит в мочевике, варьируется от возраста и пола.
Ход мочи по выводящим путям осуществляется в 2 стадии. Сначала, за счет наполнения мочевого пузыря, стимулируются его стенки и передают нервные импульсы в головной мозг. Затем сигнал поступает в спину, откуда импульс открывает внутренний сфинктер, и человек чувствует позывы. Сокращающая работа сфинктера препятствует произвольному вытеканию урины из малого таза. Таким образом процесс выведения мочи контролируется.
4. Образование мочи [1976 — — Физиология человека]
Образование мочи идет в две фазы. Первая фаза — фильтрационная. На этом этапе вещества, приносимые кровью в капилляры клубочка, фильтруются в полость капсулы почечного тельца. В связи с тем, что просвет приносящего сосуда шире, чем выносящего, давление в клубочке капилляров достигает высоких величин (до 70 мм рт. ст.). Высокое давление в капиллярах клубочка обеспечивается еще и тем, что почечные артерии отходят прямо от брюшной аорты и кровь поступает в почки под большим давлением.
Итак, в капиллярах клубочка давление крови достигает 70 мм рт. ст., а давление в полости капсулы низкое (около 30 мм рт. ст.). За счет разности давления происходит фильтрация веществ, находящихся в крови, в полость капсулы почечного тельца.
В полость капсулы из плазмы крови, протекающей через капилляры клубочка, фильтруются вода и все растворенные в плазме вещества, за исключением крупномолекулярных соединений. Неорганические соли и такие органические соединения, как мочевина, мочевая кислота, глюкоза, аминокислоты, свободно проходят через стенки капилляров в полость капсулы. Белки с высоким молекулярным весом не проходят в полость капсулы и остаются в крови.
Жидкость, профильтровавшаяся в просвет капсулы, носит название первичной мочи. По составу она соответствует плазме крови без белков (табл. 20).
Таблица 20. Содержание веществ в плазме крови и моче
В сутки образуется около 150-170 л первичной мочи. Через почки в течение суток проходит 1700 л крови. Таким образом, из каждых 10 л крови, протекающей через капилляры клубочков, образуется около 1 л первичной мочи.
Во вторую фазу образования мочи происходит всасывание воды и некоторых составных частей первичной мочи обратно в кровь. Первичная моча, протекая по извитым канальцам, отдает крови воду, многие соли, глюкозу, аминокислоты и некоторые другие органические вещества. Мочевина, мочевая кислота обратно не всасываются, поэтому их концентрация в моче по ходу канальцев увеличивается.
Помимо обратного всасывания (реабсорбции) в канальцах происходит и активный процесс секреции, т. е. выделения в просвет канальцев некоторых веществ. Благодаря секреторной функции канальцев из организма удаляются вещества, которые по каким-либо причинам не могут профильтроваться из клубочка капилляров в полость капсулы почечного тельца.
В результате обратного всасывания и активной секреции у взрослого человека в мочевых канальцах образуется до 1,5 — 2,5 л вторичной (конечной) мочи в сутки; у детей количество мочи меньше.
Этапы образования мочи
Из компонентов плазмы крови почки образуют мочу и эффективно могут регулировать ее состав.
1. УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИЯ
В процессе ультрафильтрации происходит образовние первичной мочи.
Кровь, двигаясь по сосудам почки, фильтруется в полости клубочка через поры соединительнотканной капсулы — особого фильтра, который состоит из 3-х слоев. 1-й слой — эндотелий кровеносных капилляров, который имеет поры большого размера. Через эти крупные поры проходят все компоненты крови, кроме форменных элементов и высокомолекулярных белков. 2-й слой — базальная мембрана, которая построена из коллагеновых нитей (фибрилл), образующих молекулярное “сито”. Диаметр пор — 4нм. Базальная мембрана не пропускает белки с молекулярной массой выше, чем 50кДа. 3-й слой — эпителиальные клетки капсулы, мембраны которых заряжены отрицательно, что не дает возможности отрицательно заряженным альбуминам плазмы крови проникать в первичную мочу. Форма трехслойных пор сложная и не соответствует форме белковых молекул плазмы крови. Это несоответствие предотвращает проникновение нормальных белковых молекул в первичную мочу. Если же структура, форма, заряд молекулы белка изменены по сравнению с нормальной белковой молекулой, то такой аномальный белок може пройти через фильтр и попасть в мочу. Это один из механизмов очистки плазмы крови от дефектных белков и восстановления ее нормального состава.
Таким образом, ультрафильтрат (первичная моча) в норме почти не содержит белков и пептидов (всего 3-4 г/л). Зато состав низкомолекулярных небелковых компонентов, содержание различных ионов в первичная моча такие же, как и в плазме крови. Поэтому первичную мочу иногда называют “безбелковым фильтратом плазмы крови”.
Количество образующегося ультрафильтрата зависит от величины движущей силы ультрафильтрации — гидростатического давления крови в сосудах клубочка (в норме оно составляет приблизительно 70 мм.рт.ст.).
Движущей силе ультрафильтрации противодействует онкотическое давление белков плазмы крови (около 25 мм.рт.ст.) и гидростатическое давление ультрафильтрата в полости капсулы (около 15 мм.рт.ст.).
Таким образом, движущая сила ультрафильтрации составляет:
70 — (25+15) = 30 (мм рт.ст.),
и называется эффективным фильтрационным давлением.
Энергия АТФ в процессе ультрафильтрации не затрачивается.
Понятно, что понижение артериального давления и/или увеличение гидростатического давления в полости капсулы может приводить к замедлению, а при значительных изменениях и к полному прекращению образования первичной мочи (анурия).
В результате процесса ультрафильтрации образуется первичная моча. В сутки через почки человека проходит приблизительно 1500л крови, при этом образуется около 180 литров первичной мочи ( 125мл за 1 минуту).
Фильтрационную способность почек оценивают путем вычисления фильтрационного клиренса (коэффициента очищения) — для этого в кровь вводят определенные вещества, которые только фильтруются, но не реабсорбируются и не секретируются (полисахарид инулин, маннитол, креатинин).
Фильтрационный клиренс — это такой объем плазмы крови, который полностью очищается от нереабсорбируемого вещества за 1 минуту.
Фильтрационный клиренс (ФК) рассчитывают по формуле:
где [A] мочи — концентрация вещества в моче
[A] крови — концентрация вещества в крови
V — скорость образования мочи (мл/мин)
Единицы измерения клиренса — мл (плазмы крови)/мин. У здорового человека ФК составляет около 125 мл/мин или 180 литров в сутки, т.е. это количество первичной мочи, образующейся в сутки.
Первичная моча, содержащая все низкомолекулярные компоненты крови и небольшое количество низкомолекулярных белков, подвергается реабсорбции в проксимальном канальце.
2. РЕАБСОРБЦИЯ
Реабсорбция — это движение веществ из просвета канальца в кровь. Реабсорбции подвергаются почти все белки, попавшие в ультрафильтрат, и другие необходимые организму вещества. Поэтому суточные потери белково-пептидного компонента мочи не превышают 100-150 мг/сутки, хотя в первичную мочу может фильтроваться до 8-10 граммов белка в сутки. 85% ультрафильтрата реабсорбируется в проксимальном отделе канальца. Здесь реабсорбируются около 99% воды, необходимые организму питательные вещества (глюкоза, аминокислоты), многие минеральные компоненты, и частично — конечные продукты азотистого обмена (мочевина, мочевая кислота).
Имеются два механизма реабсорбции:
1) простая диффузия (по градиенту концентраций);
2) активный транспорт — происходит против градиента концентраций и требует затрат энергии (АТФ).
Ионы Na+ реабсорбируются с участием натриевого насоса — мембранного фермента Na,К-зависимой АТФазы. Этот фермент имеет 2 центра связывания: для натрия и для калия. После связывания с натрием и калием АТФаза меняет свою конформацию, в результате происходит перенос обоих ионов через мембрану эпителия почечных канальцев. При этом используется энергия гидролиза АТФ. Многие вещества, например глюкоза и аминокислоты, реабсорбируются в комплексе с ионами Na, т.е. энергия для переноса этих соединений выделяется в результате действия АТФ-азы. Аналогично протекает реабсорбция ионов Ca2+ и Mg2+ — в этом процессе участвует Ca2+,Mg2+-зависимая АТФаза. Кроме АТФаз в процессах активного транспорта участвуют особые транспортные белки-переносчики, которые называются транслоказами — они похожи по своим свойствам на ферменты:
— обладают способностью к избирательному связыванию с веществом, которое реабсорбируется (абсолютная и относительная избирательность);
— имеют предел работоспособности — уровень насыщаемости белка (подобно Vmax у ферментов). Он определяется не скоростью реабсорбции, а предельной концентрацией реабсорбируемого из первичной мочи вещества. Эта величина называется ПОЧЕЧНЫМ ПОРОГОМ РЕАБСОРБЦИИ. Кривая, отражающая процесс реабсорбции, похожа на кривую зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата:
Почечный порог реабсорбции равен наименьшей концентрации реабсорбируемого вещества, при которой достигается транспортный максимум реабсорбции (ТМ). Транспортный максимум характеризует состояние почечных канальцев. ТМ равен скорости транспорта вещества белком-переносчиком в условиях насыщения его переносимым веществом.
Для глюкозы, например, почечный порог реабсорбции (ППР) равен 10-12 ммоль/л. При нормальной концентрации глюкозы в крови транспортные системы еще не полностью насыщаются глюкозой, поэтому глюкоза в моче не появляется, т.е. она полностью реабсорбируется.
Существуют изотранслоказы, которые также, как изоферменты, отличаются друг от друга величиной константы Михаэлиса. Например, в начале проксимального отдела канальца, где еще велика концентрация глюкозы в фильтрате, находятся транслоказы с Км=6ммоль/л. В конце проксимального отдела, где большая часть глюкозы уже реабсорбирована, Км транслоказ равна 0.35ммоль/л. Благодаря этим транслоказам, имеющим различное сродство к глюкозе, практически вся глюкоза реабсорбируется из первичной мочи.
За сутки реабсорбируется:
— около 179 л воды;
— примерно 1 кг NaCl;
— около 340 г NaHCO3;
— около 170 г глюкозы и т.д.
3. СЕКРЕЦИЯ
Канальцевая избирательная секреция похожа на реабсорбцию, но происходит в противоположном направлении — из крови в просвет канальцев. В основном секреция протекает в дистальной части канальца.
Процесс секреции также, как и процесс реабсорбции, протекает с затратой АТФ (активный транспорт) и характеризуется величиной транспортного максимума. Эта величина может служить характеристикой белков-переносчиков, обеспечивающих транспорт веществ.
Часто реабсорбция и секреция протекают одновременно — например, секреция ионов K+ происходит под действием Na,K-зависимой АТФазы. Только K+ секретируется, а Na+ реабсорбируется. Также секретируются Н+, Nh5+.
Скорость секреции можно определить по выделению из организма с мочой различных красителей, которые выводятся почками только путем секреции. Для этого красители должны быть предварительно введены в кровь.
В результате во вторичной моче в течение суток остается от 1000 до 2000 мл жидкости, в которой растворены:
— от 12 до 36 г мочевины;
— около 1 г креатинина;
— примерно 1 г аммонийных солей;
— примерно 0,5-1 г других продуктов азотистого обмена (в частности, в норме в моче могут присутствовать креатин, гиппуровая кислота, индикан и пигменты)
— примерно 5-7 г минеральных солей
— продукты обезвреживания токсических соединений (в незначительных количествах)
В процессе выполнения почками экскреторной функции обеспечивается их участие в поддержании водно-солевого баланса организма и кислотно-щелочного равновесия.
Строение нефрона. Образование мочи
Эфрон — это длинный замкнутый с одной стороны канал, сформированный однослойным эпителием. Этот канал начинается почечной капсулой. По форме она напоминает бокал с двойной стенкой. Почечная капсула продолжается извилистым канальцем, переходящий в длинную петлю нефрона. Нисходящая и восходящая части петли размещены на незначительном расстоянии параллельно друг другу. Возвращаясь к коркового слоя, восходящая часть петли переходит во второй извитой каналец, впадающий в уборочную трубку. Этой трубкой моча, образовавшаяся в нефроне, доставляется к почечной чашечки.
Строение нефрона
Капсула и извилистые канальцы расположены в корковом слое почки, а петля нефрона глубоко погружена в ее мозговой слой.
К капсуле каждого нефрона подходит ответвления почечной артерии — приводная артериола. Она разветвляется на 20-25 капилляров, которые образуют в почечной капсуле комочек, а затем собираются в отводную артериол. Отводная артериола ветвится, формируя вокруг канальцев и петли нефрона капиллярную сеть. Эти капилляры сливаются в венулу. Венулы, по которым кровь движется от нефронов, собираются в почечную вену, выносит кровь из почки.
Образование мочи
Моча в почках продуцируется непрерывно. Этот процесс в два этапа: сначала образуется первичная моча, а затем — вторичная, или концентрированная, моча. Образование первичной мочи. В отличие от обычных капилляров, клубочковые капилляры пропускают жидкость только в одном направлении — наружу.
Диаметр приводной артериолы больше, чем отводной, поэтому в капиллярах клубочка создается высокое давление. Под давлением сквозь стенки капилляров и почечной капсулы в ее полости фильтруется жидкость, подобная плазмы крови. В ней отсутствуют только форменные элементы крови и большие по размеру молекулы белков, которые не проходят через поры стенок капилляров клубочка. Эту жидкость называют первичной мочой, а процесс ее образования — фильтрацией. За сутки в почках образуется 170-180 л первичной мочи.
Образование мочи
Образование вторичной мочи
С почечной капсулы первичная моча поступает в первый извилистого канальца. Здесь начинается реабсорбция — из первичной мочи до капилляров возвращаются вещества, жизненно необходимые организму. В отличие от фильтрации, реабсорбция некоторых веществ происходит со значительными затратами энергии: перемещение определенных молекул и ионов из нефрона до капилляров требует участия молекул-переносчиков (см. § 31).
С первого канальца к капиллярам возвращается часть воды, глюкоза, аминокислоты, из петли нефрона — вода, ионы натрия, хлора и т.д.. Ко второму канальца вещества из крови активно транспортируются: к нему поступают ионы калия, водорода, составляющие лекарств и т.д.. Этот процесс называют секрецией. Вторичная моча поступает в уборочную трубку нефрона. Результатом происходящих в не самом-Фроне, является образование вторичной мочи и восстановление гомеостаза крови. В норме в моче отсутствуют эритроциты, белки, аминокислоты, глюкоза. Вообще не поворачивается из первичной мочи в кровь мочевая кислота, лекарства, ионы тяжелых металлов, а частично — мочевина.
Анализ мочи
Анализ мочи, делают в клиниках, дает врачу важную информацию о работе почек, и о процессах обмена веществ, протекающих в других органах.
Роль почек в поддержании водно-солевого баланса в организме. Важным показателем гомеостаза является концентрация в крови ионов, в частности натрия и хлора. Как поддерживается она постоянной, ведь мы иногда употребляем в пищу очень соленые продукты?
Этот процесс регулируется нервной системой и гуморального. Повышение концентрации соли в крови регистрируют нейроны, большинство которых расположено в головном мозге (в гипоталамусе). В ответ на их раздражение гипоталамус производит антидиуретический гормон (вазопрессин), который действует на нефрон, усиливая реабсорбцию воды. Концентрация ионов натрия и хлора в крови уменьшается, и гомеостаз восстанавливается. Соответственно, в моче концентрация соли увеличивается, организм избавляется от ее излишков.
Если же в организме есть избыток воды, гипоталамус уменьшает выработку вазопрессина, реабсорбция ослабляется — воды с вторичной мочи в кровь возвращается меньше. Итак, большее ее количество выводится из организма.
В почках, кроме внешних регуляторов, есть механизм регуляции объема крови, поступающей к ней, а следовательно, и очищается за определенное время. Определенные клетки почки синтезируют гормон ренин, который регулирует кровяное давление в системе кровообращения почек. Если количество этого гормона не соответствует норме, возникает так называемая почечная гипертония.
Теги: Анализ мочи, вазопрессин, Как устроен нефрон, Образование вторичной мочи, Образование мочи, Строение нефрона