Нефрологи виділяють одинадцять функцій нирок в організмі, у цій статті докладно розглянуто вісім основних з них. Крім того, ви дізнаєтеся про будову нефрону нирки, фактори регуляції реабсорбції, основних процесах механізми утворення сечі, речовин, які виводяться нирками, і зможете почерпнути іншу корисну інформацію щодо функціонування цього парного органу.
Будова нирок людини
Нефрологія — розділ внутрішніх хвороб, що вивчає етіологію, патогенез і клінічний перебіг хвороб нирок, розробляє методи їх діагностики, лікування та профілактики.
Перед тим як перейти до опису функції, зупинимося на будові нирок. Це парний орган, кожен з них має в середньому довжину 9-12 см, завширшки 4-6 см, товщину 3-4 см. Вага обох нирок становить: у чоловіків — 250-340 г, у жінок — 230-310 р.
Говорячи про анатомію нирок, їх будову та функції, обов’язково треба згадати про те, що ліва нирка дещо довша за праву. Верхній кінець нирки відстоїть від хребта на 4-5 см, нижній — на 6-7 див. У жінок обидві нирки розташовані нижче, ніж у чоловіків, на половину висоти хребця.
На цих фото показано будову нирки людини:
У тканинах нирок виділяють: I) корковий шар, в якому протікають аеробні процеси з витратою кисню для вироблення АТФ, і 2) мозковий шар, в якому протікають анаеробні процеси без участі кисню для вироблення АТФ. Нирки становлять лише 0,4% ваги тіла людини, але для виконання своїх 11 основних функцій в організмі людини споживають 10% кисню, що надходить в організм.
Отже, ви отримали коротку інформацію про будову нирок людини, перейдемо до функцій органу.
Які основні функції нирок в організмі
Говорячи про те, які функції виконують нирки в організмі людини, виділяють такі:
1. Виведення: виведення з організму кінцевих продуктів метаболізму.
2. Детоксикаційну: виведення з організму токсичних і лікарських сполук, чужих для організму людини.
3. Гормональну: ця одна з основних функцій нирок у людини полягає в
- біосинтезі з вітаміну D3 гормону кальцитріолу,
- біосинтезі через систему ренін-ангіотензин II гормонів альдостерону і вазопресину.
4. Відновлення об’єму крові після крововтрати — відновлення кров’яного тиску через ренін-ангіотензинову систему (АД).
5. Стимуляція кровотворення за рахунок біосинтезу еритропоетину, який активує в кістковому мозку біосинтез еритроцитів крові.
6. Підтримання кислотно-основної рівноваги в організмі (изогидрии), величин BE, рС02 і pH крові.
7. Підтримка изоосмии (постійного осмотичного тиску крові, рівного 285 мОсм/л).
8. Підтримання водно-сольового балансу.
9. Анаболічні: в тканинах нирок йде біосинтез глюкози (глюконеогенез), біосинтез фосфоліпідів, також нирки виконують функції біосинтезу простагландинів PGA2 і PGE2, 1-я пускова реакція біосинтезу креатину.
10. Противосвертывающую: в тканинах нирок синтезується плазміноген, який потім перетворюється у плазмін, який є найважливішим компонентом протизгортальної системи. Активатором плазміногену є урокіназа, біосинтез якій протікає в нирках.
11. Катаболическую: в тканинах нирок містяться ферменти, що викликають розпад гормонів: інсуліну, глюкагону, соматотропіну, пролактатина до кінцевих продуктів.
Головна функція нирки – видільна
Почати розповідь про те, яку функцію виконують нирки, варто з основною – видільної.
Основною структурно-функціональною одиницею нирки, забезпечує видільну функцію, є нефрон. Нефрон складається з декількох послідовно з’єднаних відділів, розташованих у кірковій і мозковій речовині нирки. У кожній нирці міститься 12 млн нефронів.
Будова нефрона:
- судинний клубочок Шумлянського;
- капсула Боумена;
- проксимальні канальці (извитой і прямий);
- петля Генля;
- дистальні канальці (прямий і извитой);
- збірна трубочка.
Загальна довжина ниркових канальців — 120 км. При виконанні головної функції нирок механізм утворення сечі складається з трьох основних процесів:
- клубочкової фільтрації через капсулу Боумена з плазми крові води і низькомолекулярних компонентів, які є кінцевими продуктами метаболізму в організмі, що призводить до утворення первинної сечі (180-200 л за добу);
- канальцевої реабсорбції (зворотного всмоктування в кров води (90%) і необхідних для організму речовин з первинної сечі);
- канальцевої секреції з крові в сечу іонів, органічних речовин для підтримання гомеостазу в організмі (органічні речовини можуть бути як ендогенної, так і екзогенної природи).
Клубочкова фільтрація здійснюється під впливом фізико-хімічних і біологічних факторів. Гломерулярный фільтр (капсула Боумена) складається з трьох шарів: ендотелію капілярів, базальної мембрани епітелію і вісцерального листка капсули, або подоцитов. До біологічних факторів фільтрації відносяться активність подоцитов (микронасосы) та скорочення і розслаблення мезангиальных клітин. Физикохимический фактор (основний) — капілярний тиск (КД), що створюється за рахунок різниці діаметрів приносять і виносять капілярів судинного клубочка Шумлянського (приносять капіляри мають більший діаметр, ніж виносять). Тому гідростатичний тиск у капілярах клубочка приблизно в 2 рази вище, ніж в капілярах інших тканин нашого організму. Перешкоджає фільтрації силою є онкотичного тиск за рахунок білків крові.
Наступний етап механізму видільної функції нирок — реабсорбція в канальцях нирок (зворотне всмоктування в кров з первинної сечі) здійснюється за різними механізмами: в проксимальних ниркових канальцях має місце ізотонічна реабсорбція, з витратою енергії у вигляді молекул АТФ, без участі гормонів. У дистальних ниркових канальцях має місце гормонально регульована реабсорбція, без витрати енергії (АТФ) (дифференцированая реабсорбція). Кількісна характеристика реабсорбції води в проксимальних канальцях: з витратою АТФ працюють іонні насоси (Na+, К+-АТФаза), і з первинної сечі в кров активно переносяться: іони натрію — 80%, іони калію — 93%, іони кальцію — 69%, бікарбонат-іони — 80%, хлорид-іони — 70%, глюкоза — 100% (якщо її вміст у плазмі крові не більше 10 ммоль/л), амінокислоти — 100%, креатин — 100%, фосфат-іони — 95%, сечовина — 50%, вода — 70% — переходить в кров пасивно, так як в крові утворюється гіпертонічний розчин у проксимальному каналі. Реабсорбція як етап однією з основних функцій нирок у дистальних канальцях нирок регулюється трьома факторами:
- ЦНС;
- гормонами (альдостерон, вазопресин, кальцитріол, кальцитонін, паратгормон);
- простагландинами (PGA2 і PGE2).
Кількісна характеристика реабсорбції води в дистальних канальцях: вода — 20%; під впливом вазопресину (антидіуретичного гормону) активується біосинтез білка аквапорина, який, вбудовуючись в мембрани клітин, що контактують з сечею, сприяє переходу води з первинної сечі в плазму крові; іони натрію — 20% — під впливом альдостерону назад всмоктуються в кров; фосфат-іони і іони кальцію — 30% — реабсорбируются під впливом двох гормонів паратгормону і кальцитріолу; бікарбонат-іони — повністю (ще 20%) повертаються в плазму крові, тобто якщо в нирках немає патологічного процесу, то в сечі повністю відсутні бікарбонат-іони. На реабсорбцію в дистальних канальцях нирок впливає ЦНС: так, при емоційних стресах може бути або анурія (припинення сечоутворення), або поліурія (порушення реабсорбції води з первинної сечі).
Вплив простагландинів: під впливом PGA2 і PGE2 знижується реабсорбція іонів натрію з первинної сечі і посилюється виведення іонів натрію з сечею, що може призвести до зміни осмотичного тиску.
Третій етап утворення сечі — секреція. В кінцеву сечу секретуються:
- креатинін — міститься в крові і секретується;
- аміак (NH3) — утворюється в клітинах канальцевого епітелію і у вигляді солей амонію NH| виводиться з сечею;
- протон (Н+) — секретується з крові;
- іони (К+) — секретуються з крові.
Участь нирок у знешкодження ксенобіотиків (токсичних і лікарських речовин)
Речовини, що надходять в організм з навколишнього середовища і не включаються в обмін речовин, називають чужорідними, або ксенобіотиками. Ці речовини можуть потрапляти в організм з їжею, через шкіру або з вдихуваним повітрям. Ксенобіотики — частіше всього продукти господарської діяльності людини або предмети побутової хімії — мийні засоби, парфуми, засоби боротьби з комахами. Лікарські препарати та продукти їх метаболізму після припинення впливу в організмі повинні бути инактивированы і видалені з організму. Розчинні (гідрофільні) ксенобіотики знешкоджуються спочатку в клітинах печінки різноманітними микросомальными ферментами, перетворюючись на гідрофільні, а потім йде їх взаємодія з глюкуроновою, сірчаною кислотами або гліцином з утворенням нетоксичних парних сполук, які нирки видаляють з організму з сечею. Видалення ксенобіотиків та їх знешкоджених метаболітів протікає як у проксимальних, так і дистальних канальцях нирок, і не тільки шляхом клубочкової фільтрації, але і шляхом секреції. Для ряду ксенобіотиків швидкість і інтенсивність канальцевої секреції значно перевищує швидкість клубочкової фільтрації. Основна частина ксенобіотиків секретується епітелій дистальних канальців нирок.
У чому полягає гормональна функція нирок
Найважливішою складовою частиною мембран всіх клітин організму людини є холестерин (циклічний одноатомний спирт). У мембранах клітин холестерин перебуває у вільному стані і використовується для біосинтезу таких життєво необхідних сполук:
- гормонів-глюкортикоидов, мінералокортикоїдів, статевих;
- вітаміну D3;
- жовчних кислот.
Гормональна функція нирок здійснюється наступним чином. Вітамін D3 (холекальциферол) утворюється в шкірі людини під впливом ультрафіолетового (сонячного) випромінювання, далі в печінці під впливом ферменту 25-гідроксилази, а потім у нирках під впливом ферменту 1-гідроксилази синтезується гормон кальцитріол. Біосинтез кальцитріолу в нирках стимулюють два чинники: 1) зниження концентрації в крові іонів кальцію і 2) збільшення секреції паратгормону паращитовидными залозами. З нирок кальцитріол транспортується кров’ю в клітини слизової оболонки кишечнику, стимулюючи в цих клітинах біосинтез кальцій-зв’язуючого білка, що полегшує всмоктування в кишечнику іонів кальцію в кров та підтримання гомеостазу іонів кальцію в крові. На кісткову тканину кальцитріол діє аналогічно паратгормону, активуючи ферментну систему остеокластів, викликаючи демінералізацію кісткової тканини, збільшення концентрації іонів кальцію і фосфат-іонів у крові. Завдяки цій функції нирок людини в клітинах дистальних канальців нирок кальцитріол посилює реабсорбцію іонів кальцію і фосфат-іонів, інгібуючи біосинтез паратгормону.
При зниженні артеріального тиску в кровоносних судинах нирок або у всій кровоносній системі організму в юкстагломерулярных клітинах нирок виробляється протеолітичний фермент ренін, отщепляющий від складного білка ангіотензиногену (синтезованого клітинами печінки і містить у своєму складі 400 залишків амінокислот), з його амінного кінця, пептид, що складається з 10 амінокислот і отримав назву ангіотензин I. Далі ангіотензин I в нирках і легенях піддається впливу ферменту карбо-ксидипептидилпептидазы. Клініцисти фермент карбо-ксидипептидилпептидазу називають ангиотензинпревращающим ферментом (АПФ). Цей фермент синтезується в легенях, під його впливом з карбоксильного кінця ангіотензину I (декапептида) отщепляются 2 амінокислоти і утворюється ангіотензин II (октапептид), під впливом якого в гіпоталамусі активується біосинтез гормону вазопресину, а в кореневому шарі надниркових залоз — біосинтез гормону альдостерону. Гормональна функція нирок полягає в тому числі в біосинтезі гормону еритропоетину.
Участь нирок у відновленні об’єму крові в організмі
Ще одна функція нирок в організмі — участь у відновленні об’єму крові. Зменшення загального об’єму рідини в організмі в результаті крововтрати, при рясній блювоті, діареї, рясному потовиділенні призводить до зниження артеріального тиску і вивільнення реніну, який з ангіотензиногену (?2-глобулін по природі), постійно присутнього в крові, утворює ангіотензин I, далі перетворюється під впливом АПФ в ангіотензин II. Ангіотензин II є потужним стимулятором секреції в корі наднирників гормону альдостерону, який викликає затримку іонів натрію. Підвищення концентрації іонів натрію в крові є сигналом для осморецепторов гіпоталамуса і секреції з нервових закінчень задньої частки гіпофіза в кров гормону вазопресину. Вазопресин (антидіуретичний гормон) підсилює біосинтез білків аквапоринов, що веде до посилення реабсорбції води з первинної сечі та затримки води в організмі. Об’єм крові відновлюється. Одночасно з збільшенням секреції альдостерону і вазопресину ангіотензин II ви
доводить звуження судин кровоносної системи, підвищення артеріального тиску, підсилює відчуття спраги (полідипсія).
Надходить з питвом вода затримується в організмі. Підвищення АТ приводить до припинення виділення реніну і вимикання системи ренін-ангіотензин II.
Якщо в результаті эндоартериита, атеросклерозу або спадкоємних (генетичних) порушень має місце звуження просвіту ниркової артерії, що веде до зниження в нирці (локально) артеріального тиску і постійного вироблення реніну-ангіотензину II, то виникає ниркова гіпертонія (ниркова гіпертензія).
Участь нирок у кровотворенні
Наступна функція нирок, без якої було б неможливе нормальне функціонування організму – участь у кровотворенні.
Еритропоез — процес утворення еритроцитів з полипотентных стовбурових клітин кісткового мозку. Розмноження і перетворення початкової клітини эритроци-тарного ряду в унипотентную стимулює ростовий фактор інтерлейкін-3, синтезується Т-лімфоцитами крові. Подальшу проліферацію і диференціювання унипотентной клітини еритроцитарного ряду регулює що синтезується в нирках гормон еритропоетин. Швидкість біосинтезу еритропоетину в нирках залежить від парціального тиску кисню в навколишньому повітрі і в крові. При гіпоксії швидкість утворення еритропоетину значно підвищується і, відповідно, в крові зростає кількість еритроцитів. Хронічна ниркова недостатність призводить до зниження біосинтезу еритропоетину в нирках, що супроводжується розвитком анемії у хворого.
В крові і рідких середовищах організму людини в нормі міститься еритропоетин в невеликій кількості постійно, так як еритроцит циркулює в крові 120 днів, а потім руйнується макрофагами в печінці, селезінці, кістковому мозку, тому еритропоез йде постійно.
Роль нирок в підтриманні кислотного стану в організмі людини
Говорячи про те, які функції нирки виконують організмі, не можна забувати про роль цього органу в підтриманні кислотного стану.
Постійність концентрації іонів водню (Н+) у внутрішньому середовищі організму людини необхідно:
- для підтримки тривимірної структури біомолекул (особливо білків);
- для дії ферментів в клітинах;
- для переходу в розчинений стан неорганічних сполук;
- для стимуляції дихального центру ЦНС.
Кров людини характеризується изогидрией: pH — 7,36—7,42; лужними резервами (BE) — ±2,3 ммоль/л, парціальним тиском вуглекислого газу (Рсо ) — 36-44 мм рт. ст. Це показники кислотно-основного стану (КОС), або кислотно-лужної рівноваги (КЩР), в нормі. В результаті метаболізму за добу у кров надходить велика кількість кислих продуктів (кінцеві продукти розпаду білків, вуглеводів, ліпідів), але завдяки роботі нирок, легенів і буферних систем крові изогидрия у здорової людини зберігається.
Підтримка КОС нирками здійснюється за трьома механізмами:
- якщо в крові, а потім у первинній сечі фосфатна буферна система містить 1 частину дигідрофосфату і 4 частини гідрофосфату, то в результаті реабсорбції води в проксимальних і дистальних канальцях нирок йде заміна іонів натрію на протони (Н+) з утворенням дигідрофосфату. У остаточної сечі дигідрофосфату 50 частин, гідрофосфату — 1 частина;
- повернення бікарбонату натрію в плазму крові (тобто у здорової людини в сечі не містить бікарбонат-іони);
- утворення іона амонію (NH|) за рахунок секреції NH3 і протонів (Н+), а потім викид його з сечею у вигляді солей (в основному хлориду амонію).
Підтримка нирками сталості осмотичного тиску шляхом регуляції водно-сольового балансу в організмі людини
Осмотичний тиск відіграє важливу роль у функціонуванні живих клітин і створюється за рахунок присутності електролітів в біологічних рідинах організму. Кількісно осмотичний тиск, що у людини дорівнює 285 мОсм/л, визначають осмолярностью. У нирках розташовані нервові закінчення — осморецептори і волюморецепторы. При подразненні осморецепторов підвищенням осмотичного тиску збудження надходить у гіпоталамус, що веде до секреції вазопресину, який через задню частку гіпофіза виділяється в кров і підсилює реабсорбцію води з первинної сечі. Збільшення об’єму води в плазмі крові призводить до зниження і нормалізації осмотичного тиску. Підвищення об’єму води в нирці призводить до зниження осмотичного тиску і подразнення вол гуморі цепторов, імпульси знову надходять у гіпоталамус, але результат протилежний: гальмується біосинтез вазопресину, активується біосинтез альдостерону в корі надниркових залоз; альдостерон посилює в дистальних канальцях нирок реабсорбцію іонів натрію та хлорид-іонів з первинної сечі, що веде до нормалізації осмотичного тиску.
У регуляції водно-сольового балансу в організмі людини активно бере участь система ренін-ангіотензин-альдостерон. Зниження перфузійного тиску в ниркових клубочках може настати внаслідок стенозу ниркової артерії, що веде до виділення в юкстагломерулярных клітинах нирок ферменту реніну, утворення ангіотензину I, потім під впливом АПФ ангіотензину II, який активує біосинтез альдостерону, вазопресину і викликає спрагу (полідипсію), впливаючи на водно-сольовий обмін в організмі.
Значення анаболической функції нирок
Значення анаболической функції нирок дуже високо, адже креатин відіграє важливу роль в механізмі м’язового скорочення (серцевої, скелетної, гладкої мускулатури), так як його фосфорилированная форма — креатинфосфат — є транспортною формою переносу енергії, синтезованої в мітохондріях, через мембрану мітохондрій в м’язи. Перша стадія біосинтезу креатину протікає в нирках (це провідна стадія).
Серед вчених, що вивчають молекулярні основи процесів життєдіяльності в організмі людини, існує тверде переконання, що «нирка — це маленька печінка». Це відповідає дійсності: в кірковому шарі нирки протікають процеси, аналогічні биосинтетическим процесів у гепатоцитах печінки.
Так, клітини мозку, на відміну від клітин м’язів, жирової тканини та інших клітин, енергію отримують тільки окисленням глюкози. Щодоби організм людини використовує 160 г глюкози для отримання АТФ, з них 120 г витрачають клітини мозку. При голодуванні або недостатньому надходженні глюкози з їжею лише в клітинах печінки та в кірковому шарі нирок активується глюконеогенез до вільної глюкози, яка надходить у кров і підтримує гомеостаз (3,3-5,5 ммоль/л): 80 г глюкози на добу можуть синтезувати гепатоцити печінки і 20 м — корковий шар нирок.
Поряд з глюконеогенезом в нирках, як і в гепатоцитах печінки, відбувається біосинтез складних ліпідів — фосфоліпідів, які є структурними компонентами мембран всіх клітин організму людини.
Противосвертывающая функція нирок в організмі людини
Не менш важлива і така фізіологічна функція нирок, як противосвертывающая. Кров — рідка рухома тканина, що циркулює в закритому судинному руслі і здійснює зв’язок організму із зовнішнім середовищем, підтримання гомеостазу і об’єднання тканин і органів в єдину систему.
Гемостаз — система механізмів, дія яких спрямована, з одного боку, збереження рідкого стану крові, а з іншого боку — на зупинку кровотечі у разі пошкодження судин. Зупинка кровотечі відбувається завдяки факторів згортання (15 факторів) і утворення тромбу в місці ушкодження кровоносної судини. Утворився тромб існує 3-7 днів (час регенерації пошкодженої судини), після чого піддається розчиненню під впливом факторів протизгортальної системи крові. Процес розщеплення фібрину тромбу з утворенням розчинних пептидів називається фибринолизом і здійснюється ферментом плазмином. Плазмін утворюється з білка плазміногену, синтезованого нирками. У нирках синтезується і фермент урокіназа, яка плазміноген шляхом часткового протеолізу перетворює в активний фермент — плазмін. Розчинні пептиди видаляються кров’ю, тромб розсмоктується.
Катаболическая функція нирок
Гормони-білки, гормони-пептиди, гормони — похідні амінокислот впливають на клітини-мішені організму людини мембранно-внутрішньоклітинним механізмом, тобто вони не проникають у цитозрль клітини, а взаємодіють з рецепторами клітини на зовнішній поверхні цитоплазматичної мембрани, активуючи аденілатциклазу і сприяючи утворенню вторинного посередника — цАМФ або ц-ГМФ. Вторинні посередники в клітині-мішені запускають каскадний механізм активації ряду ферментів, змінюють метаболізм даної клітини. Після свого впливу гормони повинні бути зруйновані, так як накопичення і збільшення їх кількості в організмі призводить до ендокринних захворювань. У нирках піддаються гідролізу до пептидів, а потім до амінокислот наступні гормони: інсулін, глюкагон, соматотропін, АКТГ, вазопресин, ФСГ, ЛГ, МСГ, тиреотропин, паратгормон, кальцитонін. Утворилися амінокислоти кров приносить в гепатоцити печінки; 2/3 амінокислот використовується в біосинтезі білків, синтезованих в гепатоцитах печінки, а 1/3 амінокислот розпадається до кінцевих продуктів, даючи енергію (АТФ).
Тут ви можете ще раз подивитися фото будови нирки:
Функції нирок: фільтраційно-реабсорбционная здатність
Основною кількісною характеристикою фільтраційної функції нирок є швидкість клубочкової фільтрації (СКФ). СКФ можна оцінити за допомогою вимірювання экскретируемого з сечею речовини, яка фільтрується з крові у ниркових клубочках, але не реабсорбується, не секретується, не метаболізується в ниркових канальцях. Таким вимогам відповідають: інулін (полісахарид, що складається лише з D-фруктози), манітол (шестиатомный спирт, одержуваний відновленням маннозы), ендогенний креатинін, утворюється в організмі людини з креатинфосфату. Об’єм крові, з якої ці речовини виводяться протягом 1 хвилини, називається кліренсом (коефіцієнтом очищення) і дорівнює швидкості клубочкової фільтрації (СКФ). Оскільки для вимірювання кліренсу інулін і манітол необхідно вводити в кров, це не може використовуватися у звичайній клінічній практиці. Кліренс визначає по ендогенному креатиніну, який постійно присутня в крові в нормі і виводиться з організму, пройшовши процес клубочкової фільтрації.
Шведські нефрологи, розглядаючи фільтраційно – реабсорбционную здатність нирок, рекомендують визначати кліренс, використовуючи внутрішньовенне введення рентгеноконтрастного препарату иогексола, який нетоксичний і повністю задовольняє вимогам ідеального маркера клубочкової фільтрації. На рівень виведення його з організму не впливають стать, вік та маса тіла обстежуваного пацієнта. Всі речовини, що виводяться нирками, за величиною кліренсу діляться на три великі групи:
- якщо кліренс дорівнює нулю, то це речовина фільтрується, а потім повністю реабсорбується (глюкоза, амінокислоти);
- якщо кліренс менше 100-125 мл/хв, то це речовина фільтрується, а потім частково реабсорбується (сечовина, кліренс дорівнює 75);
- якщо кліренс більше 100-125 мл/хв, то це речовина фільтрується, але не реабсорбується, а додатково секретується епітелієм клубочкових канальців в сечу.
В сечі здорової людини в нормі відсутні білки, глюкоза, кетонові тіла, креатин, кров, білірубін, опади.
Тепер ви знаєте, які основні функції нирок в організмі людини і маєте більш ясне уявлення про будову цього органу.
