Нефрон: обзор структуры и механизма работы

Почки находятся ретроперитонеально симметрично по обе стороны от позвоночника на уровне позвонков Th12–L2. У зрелого мужчины вес каждой почки колеблется от 125 до 170 грамм, тогда как у женщины — от 115 до 155 грамм, что составляет менее 0,5% от общей массы тела.

Структура паренхимы почки включает корковое вещество, расположенное на поверхности, и подкорковое мозговое вещество, находящееся под ним. Соединительная ткань образует строму (интерстиций) органа.

Корковая часть находится под капсулой почки и имеет зернистую текстуру, образуемую почечными тельцами и изогнутыми канальцами нефронов.

Мозговое вещество имеет радиальную исчерченную структуру, что объясняется расположением параллельных нисходящих и восходящих частей петель нефронов, собирательных трубочек и собирательных протоков, а также прямых кровеносных сосудов (vasa recta). Мозговая часть делится на внешнюю, расположенную непосредственно под корковым слоем, и внутреннюю, которая состоит из вершин пирамид.

Интерстиций представлен клеточным матриксом с отростчатыми клетками, подобными фибробластам, а также тонкими ретикулиновыми волокнами, которые тесно связаны со стенками капилляров и почечных канальцев.

Нефрон как морфо-функциональная единица почки

Каждая почка человека включает приблизительно один миллион нефронов — базовых структурных и функциональных единиц, отвечающих за весь процесс образования мочи.

Строение нефрона:

1. Капсула Шумлянского-Боумена, в которой находится клубочек с капиллярами — почечное (мальпигиево) тельце. Диаметр этой капсулы составляет 0,2 мм.
2. Проксимальный извитой каналец, отличающийся наличием микроворсинок на эпителиальных клетках, образующих щеточную каемку.
3. Петля Генле.
4. Дистальный извитой каналец, который соприкасается с клубочком между приносящей и выносящей артериолами.
5. Связующий каналец.
6. Собирательная трубка.

С функциональной точки зрения выделяют 4 основных сегмента:

1. Гломерула;

2. Проксимальная часть – извитая и прямая;

3. Тонкая часть петли – нисходящий и тонкий участок восходящего отдела;

4. Дистальная часть – толстая часть восходящего отдела, дистальный извитой каналец и связующий участок.

Собирательные трубки, которые образуются во время эмбриогенеза, самостоятельно развиваются, но функционируют совместно с дистальным сегментом.

Собирательные трубки начинаются в коре почки и сливаются, образуя выводные протоки, которые проходят через мозговое вещество и открываются в почечной лоханке. Общая длина канальцев одного нефрона составляет 35-50 мм.

Разные участки канальцев нефрона имеют заметные отличия, что зависит от их местоположения в почке, размера клубочков (юкстамедулярные клубочки крупнее суперфициальных), глубины расположения, а также длины отдельных участков, в особенности петель. Значительную функциональную роль играет зона почки, где находится каналец, независимо от того, располагается он в корковом или мозговом веществе.

В корковом слое находятся почечные клубочки и проксимальные, дистальные секции канальцев, а также их связующие отделы. В наружной полосе мозгового вещества располагаются узкие нисходящие и широкие восходящие участки петель нефронов, а в внутреннем слое находятся тонкие отделы петель и собирательные трубки.

Такое расположение частей нефрона в почке не является случайным: оно критически важно для осмотического концентрирования мочи. В почках функционируют различные типы нефронов:

1. суперфициальные (поверхностные, короткая петля);

2. интракортикальные (внутри коркового слоя);

3. юкстамедуллярные (на границе коркового и мозгового слоев).

Одним из главных отличий этих типов нефронов является длина петли Генле. Все поверхностные нефроны имеют короткие петли, что приводит к тому, что колено петли расположено выше границы между наружной и внутренней частями мозгового вещества. У юкстамедуллярных нефронов длинные петли проникают во внутреннюю часть мозгового вещества, зачастую достигая верхушки сосочка. Интракортикальные нефроны могут иметь как короткие, так и длинные петли.

ОСОБЕННОСТИ КРОВОСНАБЖЕНИЯ ПОЧКИ

Кровоток в почках не зависит от системного артериального давления в широком диапазоне его колебаний. Это объясняется миогенной регуляцией, связанной со способностью гладкомышечных клеток приносящей артериолы сокращаться в ответ на растяжение, вызванное увеличением давления. Таким образом, объем крови, проходящей через почки, остается стабильным.

Каждую минуту через сосуды обеих почек проходит около 1200 мл крови, что составляет примерно 20-25% от объема крови, выбрасываемой сердцем в аорту. Масса почек составляет 0,43% от массы тела здорового человека, и они получают примерно четверть объема крови, поступающей от сердца. В коре почки проходит 91-93% от общего объема крови, в то время как остальная часть поступает в мозговую часть почки.

Нормальный кровоток в коре почки варьируется от 4 до 5 мл на 1 грамм ткани в минуту, что является самым высоким уровнем органного кровоснабжения. Уникальность почечного кровотока заключается в том, что даже при изменении артериального давления (от 90 до 190 мм. рт. ст) уровень кровотока в почках остается стабильным. Это объясняется высокой степенью саморегуляции в почечном кровообращении.

Короткие почечные артерии отходят от брюшного отдела аорты и представляют собой крупные сосуды с сравнительно большим диаметром. По достижении ворот почек они делятся на несколько междолевых артерий, которые проникают в мозговое вещество между пирамидами до пограничной зоны. От междольковых артерий отводятся дуговые артерии, от которых в сторону коркового вещества отходят междольковые артерии, образующие множество приносящих клубочковых артериол.

Приносящая (афферентная) артериола входит в почечный клубочек, где распадается на капилляры, формируя мальпигиев клубочек. Объединяясь, капилляры образуют выносящую (эфферентную) артериолу, по которой оттекает кровь от клубочка. Эфферентная артериола затем снова делится на капилляры, образуя густую сеть вокруг проксимальных и дистальных извитых канальцев.

Существуют две сети капилляров: одна — под высоким давлением, другая — под низким.

В капиллярах высокого давления (примерно 70 мм рт. ст.), находящихся в почечном клубочке, проходит фильтрация. Высокое давление создается по нескольким причинам: 1) почечные артерии отходят непосредственно от аорты; 2) у них короткая длина; 3) диаметр приносящей артериолы вдвое больше, чем у выносящей.

Таким образом, основная часть крови в почке дважды проходит через капилляры: сначала в клубочке, затем вокруг канальцев, образуя так называемую «чудесную сеть». Междолевые артерии образуют множество анастомозов, выполняющих компенсаторные функции. В формировании околоканальцевой капиллярной сети важную роль играет артериола Людвига, которая может отходить от междольковой артерии или приносящей клубочковой артериолы. Благодаря артериоле Людвига возможно экстрагломерулярное кровоснабжение канальцев при повреждении почечных тельцов.

Капилляры, образующие околоканальцевую сеть, постепенно переходят в венозные. Венозные сосуды формируют звездчатые венулы, расположенные под капсулой, которые далее сливаются в междолевковые вены, впадая в дуговые вены, которые объединяются, образуя почечную вену, впадающую в нижнюю полую вену.

В почках различают два круга кровообращения: большой корковый, охватывающий 85-90% крови, и малый юкстамедулярный, который составляет 10-15% крови. В норме 85-90% крови циркулирует по большому (корковому) кругу почечного кровообращения, в то время как при патологии кровь проходит по малому или укороченному пути.

Мочевая система организма

В человеческом организме постоянно происходят различные процессы, в ходе которых образуются продукты обмена. Если по каким-либо причинам организм теряет способность выводить эти отходы, они начинают накапливаться. Когда уровень токсинов становится слишком высоким, они начинают наносить вред тканям и органам. Поэтому крайне важно, чтобы мочевыводящая система функционировала надежно и слаженно, так как ее основной задачей является выведение из организма многих отходов.

Мочевыделительная система включает в себя:

• две почки, содержащие нефроны;
• две мочеточники;
• мочевой пузырь;
• мочеиспускательный канал;
• артерии и вены.

Мочеточники соединяют почки с мочевым пузырем, который служит временным хранилищем для мочи. Урина покидает тело в процессе мочеиспускания через мочеиспускательный канал.

Что такое почки

Почки — это парный орган, располагающийся в задней верхней области брюшной полости по обе стороны от позвоночника, защищаемый нижними ребрами и жировой прослойкой. Почечные артерии, вены и мочеточники входят в почки через среднюю область, известную как ворота почки.

Пока почки занимаются фильтрацией продуктов распада из крови и образованием мочи, они Выполняют множество других функций. Одной из них является регуляция объема крови, которая осуществляется за счет контроля содержания воды, выводимой и реабсорбируемой в крови.

Дополнительно почки участвуют в регулировании электролитов, контроль за выделением и обратным всасыванием ионов калия и натрия. Они также ответственны за поддержание кислотно-щелочного баланса, регулируя выделение и реабсорбцию ионов водорода. Когда из крови выделяется большее количество водородных ионов, плазма становится менее кислой (более щелочной), в то время как их задержка приводит к более кислой среде.

Почки играют ключевую роль в регуляции артериального давления. Это происходит за счет управления объемом выделяемой жидкости и степенью реабсорбции. Если в организме задерживается вода, увеличивается объем крови, что приводит к повышению артериального давления. В случае, если почки увеличивают выведение воды с мочой, происходит снижение объем плазмы и, соответственно, понижение давления.

Кроме того, почки несут ответственность за регулирование производства эритроцитов — клеток крови, отвечающих за транспортировку кислорода. При снижении количества эритроцитов уровень кислорода в крови уменьшается, что вызывает выработку гормона эритропоэтина почками. Этот гормон, попадая в кровоток, стимулирует костный мозг к увеличению выработки эритроцитов. Как только уровень красных клеток в крови достигает нормы, выработка гормона останавливается в результате механизма негативной обратной связи.

Что такое нефрон

Нефрон, представляющий собой структурно-функциональную единицу почки, насчитывает более миллиона экземпляров в каждой почке. Это означает, что нефрон осуществляет основные функции мочевыделительной системы. Он отвечает за своевременное избавление от продуктов обмена веществ, предотвращая накопление токсинов до опасных уровней.

Главные компоненты нефрона включают почечный клубочек и канальцевую систему. Клубочек состоит из переплетенных капилляров, которые образуют чашеобразную структуру, известную как капсула Боумена. В ней происходит фильтрация крови, а собранная фильтратная жидкость задерживается в пространстве капсулы, проходя через специальную фильтрующую мембрану.

Фильтрат формируется, когда вещества, размеры которых достаточны для прохождения через мембрану, выходят из крови. Затем он продолжает свое движение через канальцы, где процесс фильтрации поддерживается. При этом одни соединения удаляются, а другие добавляются к фильтрату.

Таким образом, после выхода из почечного клубочка фильтрат проходит через четыре основных отдела нефрона:

• Проксимальный изгиб канальца — в данном участке осуществляется обратное всасывание необходимых питательных веществ и атомов для функционирования организма.
• Петля Генле — в этой части нефрона, образованной обеими частями канальца, контролируется концентрация мочи.
• Дистальный изгиб канальца — здесь управляется баланс натрия, калия и кислотно-щелочного равновесия.
• Сборный канал — на этой стадии, куда сходятся несколько канальцев, регулируется объем воды и происходит обратное всасывание натрия.

Таким образом, нефрон, являющийся основной функциональной единицей почек, берет на себя главную функцию удаления обменных продуктов через процессы фильтрации и секреции. Все необходимые организму элементы возвращаются в кровоток.

Как работает нефрон

Нефроны выполняют свои задачи через процессы кровообращения. Кровь попадает в почечные клубочки через афферентные артериолы, которые являются ответвлениями почечной артерии, и покидает их через уже более тонкие эфферентные артериолы. Разница в диаметрах этих сосудов создает гидростатическое давление, которое способствует движению крови. Это давление заставляет молекулы проходить через фильтрующие мембраны в клубочках, что и представляет собой механизм фильтрации.

Капиллярная сеть окружающая петлю Генле, проксимальный и дистальный канальцы, играет важную роль в процессе. По мере продвижения фильтрата через нефрон, происходит добавление и удаление различных компонентов. Приток веществ превышает их вывод.

Обычно фильтрат состоит из воды, глюкозы, аминокислот, мочевины, креатинина и солевых растворов (например, хлорид натрия, ионы калия и бикарбоната). В нем также могут находиться токсины и лекарственные препараты. Белки и красные кровяные клетки отсутствуют, так как их размеры слишком велики для прохождения через мембраны клубочков. Наличие крупных молекул в фильтрате может указывать на нарушения в фильтрации.

Движение элементов из нефрона обратно в кровь называется реабсорбцией, тогда как перемещение из крови в нефрон — это секреция. Схематически это движение представлено в таблице ниже:

Из приведённой таблицы становится ясным, что мочевая кислота и лекарственные вещества не проходят фильтрацию. Они высвобождаются в канальцевую систему через секрецию в проксимальном изогнутом участке. Фильтрат, находящийся в петле Генле, характеризуется высокой концентрацией таких метаболитов, как мочевая кислота, мочевина и креатинин. Следовательно, когда фильтрат попадает в петлю Генле, почти все необходимые организму вещества уже вернулись обратно.

На последнем этапе формирования мочи в её состав входят вода, натрий (в виде хлорида), калий, бикарбонат, креатинин и мочевина. При этом креатинин не подвергается обратному всасыванию или секреции в канальцах. Именно поэтому он применяется для вычисления скорости клубочковой фильтрации, что является важным индикатором функции почек. Повышенные уровни креатинина могут указывать на нарушение клубочковой фильтрации в пределах нефронов.

Вода в моче

Нефрон Выполняет функции регулирования баланса воды, управляя её введением и выводом из фильтрата, что происходит в результате осмотического градиента, связанного с натрием. Вода перемещается из области с низкой концентрацией хлорида натрия в сторону области с высоким содержанием этого элемента. При этом нисходящий сегмент петли Генле очень проницаем для молекул воды, которая всасывается обратно в общий кровоток за счёт осмотического давления. В то время как восходящий сегмент петли Генле не пропускает воду, хлорид натрия проходит через его стенки в интерстициальную жидкость.

Существуют два ключевых гормона, которые контролируют скорость выведения воды из организма. Первый из них — альдостерон, действующий на собирательные каналы, отвечающие за сбор мочи от канальцев, и побуждающий организм удерживать воду, что приводит к повышению артериального давления. Этот механизм активируется при снижении кровяного давления или низком уровне натрия в крови. Таким образом, альдостерон является частью системы, отвечающей за регуляцию давления, состоящей из трёх компонентов: ренин-ангиотензин-альдостерон.

Второй гормон — антидиуретический гормон, который способствует реабсорбции увеличенного объёма воды обратно в кровь через увеличивающую проницаемость стенок собирательных каналов. В таком случае вода возвращается в кровь под воздействием осмоса. Большие объёмы антидиуретического гормона выделяются, когда организму необходимо удержать воду, что приводит к более концентрированной моче.

Повреждения почечных клубочков

Таким образом, становится очевидным, что любые нарушения в работе почечных клубочков могут вызвать серьёзные проблемы. Патофизиологические механизмы, которые приводят к повреждению основной структуры почки — почечного клубочка, объясняются тремя моделями:

• Теория целого нефрона.
• Теория гиперфильтрации.
• Теория комплексных отложений.

Согласно теории целого нефрона, каждый нефрон представляет собой миниатюрную копию почки. Поэтому повреждение одного из его элементов может привести к нарушению работы всего нефрона. Это может происходить в результате недостатков в перитубулярной капиллярной системе, изменений в составе жидкостей, проходящих через канальцы, или снижения кислородного снабжения, что негативно сказывается на метаболизма.

Последствием повреждения нефрона становятся снижение фильтрации белков и уменьшение синтеза гормонов, особенно – эритропоэтина. Это ведёт к некрозу канальцевого эпителия и недостаточности фильтрационной способности.

В некоторых случаях нефрон может восстановиться самостоятельно, но иной раз возникает ситуация с некрозом нефрона. Это может привести к гипертрофии или гиперфункции окружающих нефронов, что дальше приводит к фиброзу повреждённых участков почки, недостаточности сосудов оставшихся нефронов и прогрессирующему ухудшению функции почки.

Вторая гипотеза — теория гиперфильтрации, подразумевает, что увеличение фильтрации ведёт к повреждению почечных клубочков из-за повышения blood pressure, применяющегося к их тканям. Это может быть вызвано действием токсичных веществ, содержащихся в лекарственных препаратах.

Теория комплексных отложений предполагает, что проблема существует, когда иммунные комплексы, представляющие собой слипающиеся сгустки антител, не могут пройти через канальцы из-за своего размера. Поэтому такие комплексы накапливаются в клубочках, вызывая их склероз и рубцевание тканей.

В любом случае, независимо от природы повреждений нефронов, ситуация представляет опасность не только для здоровья, но и для жизни человека. Поэтому в случае подозрений на нарушения в функционировании почек следует незамедлительно обратиться к врачу для прохождения обследования.

Нефрон (от греческого νεφρός (нефрос) — «почка») является структурной и функциональной единицей почки животного. Он включает в себя почечное тельце, где осуществляется фильтрация, и систему канальцев, отвечающую за реабсорбцию и секрецию веществ.

Существует три типа нефронов: кортикальные нефроны (~85 %), юкстамедуллярные нефроны (~15 %) и субкапсулярные.

Капсула Боумена-Шумлянского окружает клубочек и состоит из висцерального (внутреннего) и париетального (внешнего) листков. Внешний слой представлен однослойным плоским эпителием, тогда как внутренний слой формируется подоцитами, расположенными на базальной мембране эндотелия капилляров, чьи ножки покрывают поверхность капилляров клубочка.

Ножки соседних подоцитов образуют на поверхности капилляра интердигиталии. Небольшие молекулы, такие как вода, ионы Na+, Cl-, аминокислоты, глюкоза и мочевина, свободно проходят через клубочковый фильтр, при этом также могут проходить и белки массой до 30 кДа. Однако, поскольку белки, находящиеся в растворе, обычно имеют отрицательный заряд, они сталкиваются с определёнными трудностями из-за отрицательно заряженного гликокаликса. Для клеток и более крупных белковых молекул клубочковый ультрафильтр становится непреодолимым барьером. В результате в пространство Шумлянского-Боумена и далее в проксимальный извитой каналец поступает жидкость, по своему составу отличающаяся от плазмы крови лишь отсутствием крупных белков.

Опыт других людей

Алексей, 32 года, инженер-эколог: «Когда мне понадобилось понимать, как работает нефрон, я вспомнил свои лекции по биологии в университете. Нефрон — это основная функциональная единица почки, и его структура очень интересна. Он состоит из клубочка, капсулы и канальцев. Я подробно изучал, как происходит фильтрация крови и реабсорбция веществ. Это очень важно для поддержания водно-солевого баланса в организме.»

Мария, 28 лет, врач терапевт: «Как специалист, я сталкиваюсь с заболеваниями почек довольно часто. Учитывая, что нефрон из нескольких частей, включая проксимальные и дистальные канальцы, мне было важно понять, как каждая из этих частей влияет на фильтрацию и образование мочи. Зная строение нефрона, я могу лучше планировать лечение для своих пациентов.»

Сергей, 25 лет, студент медицинского университета: «Когда мы изучали нефрон на занятии, я был поражён, насколько сложным и продуманным является его строение. Каждый нефрон имеет своенравную структуру, где происходит не только очистка крови, но и реабсорбция веществ, таких как глюкоза и соли. Это действительно удивительно, как природа создала такую систему для поддержания гомеостаза в нашем организме.»

Вопросы по теме

Как нефрон адаптируется к изменению условий внешней среды?

Нефрон, как основная функциональная единица почки, позволяет организму регулировать уровень воды и солей в зависимости от внешних условий. Например, при недостатке воды, нефроны могут увеличивать реабсорбцию воды в канальцах, что приводит к более концентрированной моче. Это достигается за счет различных гормонов, таких как антидиуретический гормон (АДГ), который повышает проницаемость собирательных трубочек для воды. Таким образом, нефрон способен быстро адаптироваться к различным условиям, обеспечивая гомеостаз.

Какова роль нефронов в процессе регуляции кислотно-щелочного баланса?

Нефроны играют ключевую роль в поддержании кислотно-щелочного balанса в организме. Они участвуют в процессах секреции и реабсорбции ионов водорода (H⁺) и бикарбоната (HCO₃⁻). При повышении кислотности крови нефроны увеличивают секрецию ионов водорода в мочу и реабсорбцию бикарбоната, что позволяет вернуть pH крови к норме. В условиях щелочной реакции крови процесс идет наоборот — происходит реабсорбция ионов водорода и секреция бикарбоната. Таким образом, нефрон обеспечивает эффективную регуляцию уровня кислотности в организме.

Можно ли считать нефрон своеобразным «фильтром» для токсинов в организме?

Да, нефрон действительно может рассматриваться как «фильтр» для токсинов. В процессе образования мочи он удаляет из крови не только избыток воды и электролитов, но и продукты метаболизма, такие как мочевина, креатинин и различные токсичные вещества. В почечных клубочках происходит фильтрация крови, а в канальцах — дальнейшая обработка и секреция потенциально вредных веществ в мочу. Таким образом, нефрон не только очищает кровь, но и защищает организм от накопления токсинов, что крайне важно для поддержания здоровья.