Анатомия почек человека: строение и функции

Нефрологи выделяют одиннадцать функций почек в организме, в этой статье подробно рассмотрены восемь основных из них. Кроме того, вы узнаете о строении нефрона почки, факторах регуляции реабсорбции, основных процессах механизмах образования мочи, веществах, выводимых почками, и сможете почерпнуть другую полезную информацию касательно функционирования этого парного органа.

Строение почек человека

Нефрология — раздел внутренних болезней, изучающий этиологию, патогенез и клиническое течение болезней почек, разрабатывающий методы их диагностики, лечения и профилактики.

Перед тем как перейти к описанию функции, остановимся на строении почек. Это парный орган, каждый из них имеет в среднем длину 9-12 см, ширину 4—6 см, толщину 3—4 см. Вес обеих почек составляет: у мужчин — 250—340 г, у женщин — 230-310 г.

Говоря об анатомии почек, их строении и функциях, обязательно нужно упомянуть о том, что левая почка несколько длиннее правой. Верхний конец почки отстоит от позвоночника на 4-5 см, нижний — на 6—7 см. У женщин обе почки расположены ниже, чем у мужчин, на половину высоты позвонка.

На этих фото показано строение почки человека:

В тканях почек выделяют: I) корковый слой, в котором протекают аэробные процессы с затратой кислорода для выработки АТФ, и 2) мозговой слой, в котором протекают анаэробные процессы без участия кислорода для выработки АТФ. Почки составляют лишь 0,4% веса тела человека, но для выполнения своих 11 основных функций в организме человека потребляют 10% кислорода, поступающего в организм.

Итак, вы получили краткую информацию о строении почек человека, перейдем к функциям органа.

Каковы основные функции почек в организме

Говоря о том, какие функции выполняют почки в организме человека, выделяют следующие:

1. Выделительную: выведение из организма конечных продуктов метаболизма.

2. Детоксикационную: выведение из организма токсических и лекарственных соединений, чуждых организму человека.

3. Гормональную: эта одна из основных функций почек у человека заключается в

• биосинтезе из витамина D3 гормона кальцитриола,
• биосинтезе через систему ренин-ангиотензин II гормонов альдостерона и вазопрессина.

4. Восстановление объема крови после кровопотери — восстановление кровяного давления через ренин-ангиотензиновую систему (АД).

5. Стимуляция кроветворения за счет биосинтеза эритропоэтина, который активирует в костном мозге биосинтез эритроцитов крови.

6. Поддержание кислотно-основного равновесия в организме (изогидрии), величин BE, рС02 и pH крови.

7. Поддержание изоосмии (постоянного осмотического давления крови, равного 285 мОсм/л).

8. Поддержание водно-солевого баланса.

9. Анаболическую: в тканях почек идет биосинтез глюкозы (глюконеогенез), биосинтез фосфолипидов, также почки выполняют функции биосинтеза простагландинов PGA2 и PGE2, 1-я пусковая реакция биосинтеза креатина.

10. Противосвертывающую: в тканях почек синтезируется плазминоген, который затем превращается в плазмин, являющийся важнейшим компонентом противосвертывающей системы. Активатором плазминогена является урокиназа, биосинтез которой протекает в почках.

11. Катаболическую: в тканях почек содержатся ферменты, вызывающие распад гормонов: инсулина, глюкагона, соматотропина, пролактатина до конечных продуктов.

Главная функция почек – выделительная

Начать рассказ о том, какую функцию выполняют почки, стоит с основной – выделительной.

Основной структурно-функциональной единицей почки, обеспечивающей выделительную функцию, является нефрон. Нефрон состоит из нескольких последовательно соединенных отделов, располагающихся в корковом и мозговом веществе почки. В каждой почке содержится 12 млн нефронов.

Строение нефрона:

• сосудистый клубочек Шумлянского;
• капсула Боумена;
• проксимальные канальцы (извитой и прямой);
• петля Генля;
• дистальные канальцы (прямой и извитой);
• собирательная трубочка.

Общая длина почечных канальцев — 120 км. При выполнении главной функции почек механизм образования мочи складывается из трех основных процессов:

• клубочковой фильтрации через капсулу Боумена из плазмы крови воды и низкомолекулярных компонентов, являющихся конечными продуктами метаболизма в организме, что приводит к образованию первичной мочи (180-200 л за сутки);
• канальцевой реабсорбции (обратного всасывания в кровь воды (90%) и необходимых для организма веществ из первичной мочи);
• канальцевой секреции из крови в мочу ионов, органических веществ для поддержания гомеостаза в организме (органические вещества могут быть как эндогенной, так и экзогенной природы).

Клубочковая фильтрация осуществляется под влиянием физико-химических и биологических факторов. Гломерулярный фильтр (капсула Боумена) состоит из трех слоев: эндотелия капилляров, базальной мембраны и эпителия висцерального листка капсулы, или подоцитов. К биологическим факторам фильтрации относятся активность подоцитов (микронасосы) и сокращение и расслабление мезангиальных клеток. Физикохимический фактор (основной) — капиллярное давление (КД), создаваемое за счет разности диаметров приносящих и выносящих капилляров сосудистого клубочка Шумлянского (приносящие капилляры имеют больший диаметр, чем выносящие). Поэтому гидростатическое давление в капиллярах клубочка примерно в 2 раза выше, чем в капиллярах других тканей нашего организма. Препятствующей фильтрации силой является онкотическое давление за счет белков крови.

Следующий этап механизма выделительной функции почек — реабсорбция в почечных канальцах (обратное всасывание в кровь из первичной мочи) осуществляется по различным механизмам: в проксимальных почечных канальцах имеет место изотоническая реабсорбция, с затратой энергии в виде молекул АТФ, без участия гормонов. В дистальных почечных канальцах имеет место гормонально регулируемая реабсорбция, без затраты энергии (АТФ) (дифференцированая реабсорбция). Количественная характеристика реабсорбции в проксимальных канальцах: с затратой АТФ работают ионные насосы (Na+, К+-АТФаза), и из первичной мочи в кровь активно переносятся: ионы натрия — 80%, ионы калия — 93%, ионы кальция — 69%, бикарбонат-ионы — 80%, хлорид-ионы — 70%, глюкоза — 100% (если ее содержание в плазме крови не более 10 ммоль/л), аминокислоты — 100%, креатин — 100%, фосфат-ионы — 95%, мочевина — 50%, вода — 70% — переходит в кровь пассивно, так как в крови образуется гипертонический раствор в проксимальном канале. Реабсорбция как этап одной из основных функций почек в дистальных канальцах почек регулируется тремя факторами:

• ЦНС;
• гормонами (альдостерон, вазопрессин, кальцитриол, кальцитонин, паратгормон);
• простагландинами (PGA2 и PGE2).

Количественная характеристика реабсорбции в дистальных канальцах: вода — 20%; под влиянием вазопрессина (антидиуретического гормона) активируется биосинтез белка аквапорина, который, встраиваясь в мембраны клеток, контактирующих с мочой, способствует переходу воды из первичной мочи в плазму крови; ионы натрия — 20% — под влиянием альдостерона обратно всасываются в кровь; фосфат-ионы и ионы кальция — 30% — реабсорбируются под влиянием двух гормонов — паратгормона и кальцитриола; бикарбонат-ионы — полностью (еще 20%) возвращаются в плазму крови, т.е. если в почках нет патологического процесса, то в моче полностью отсутствуют бикарбонат-ионы. На реабсорбцию в дистальных канальцах почек оказывает влияние ЦНС: так, при эмоциональных стрессах может быть или анурия (прекращение мочеобразования), или полиурия (нарушение реабсорбции из первичной мочи).

Влияние простагландинов: под влиянием PGA2 и PGE2 снижается реабсорбция ионов натрия из первичной мочи и усиливается выведение ионов натрия с мочой, что может привести к изменению осмотического давления.

Третий этап образования мочи — секреция. В окончательную мочу секретируются:

• креатинин — содержится в крови и секретируется;
• аммиак (NH3) — образуется в клетках канальцевого эпителия и в виде солей аммония NH| выводится с мочой;
• протон (Н+) — секретируется из крови;
• ионы (К+) — секретируются из крови.

Участие почек в обезвреживании ксенобиотиков (токсических и лекарственных веществ)

Вещества, поступающие в организм из окружающей среды и не включаемые в обмен веществ, называют чужеродными, или ксенобиотиками. Эти вещества могут попадать в организм с пищей, через кожу или с вдыхаемым воздухом. Ксенобиотики — чаще всего продукты хозяйственной деятельности человека или предметы бытовой химии — моющие средства, парфюмерия, средства борьбы с насекомыми. Лекарственные препараты и продукты их метаболизма после прекращения воздействия в организме должны быть инактивированы и удалены из организма. Растворимые (гидрофильные) ксенобиотики обезвреживаются вначале в клетках печени разнообразными микросомальными ферментами, превращаясь в гидрофильные, а затем идет их взаимодействие с глюкуроновой, серной кислотами или глицином с образованием нетоксичных парных соединений, которые почки удаляют из организма с мочой. Удаление ксенобиотиков и их обезвреженных метаболитов протекает как в проксимальных, так и в дистальных канальцах почек, и не только путем клубочковой фильтрации, но и путем секреции. Для ряда ксенобиотиков скорость и интенсивность канальцевой секреции значительно превышает скорость клубочковой фильтрации. Основная часть ксенобиотиков секретируется эпителием дистальных канальцев почек.

В чем заключается гормональная функция почек

Важнейшей составляющей частью мембран всех клеток организма человека является холестерин (циклический одноатомный спирт). В мембранах клеток холестерин находится в свободном состоянии и используется для биосинтеза следующих жизненно необходимых соединений:

• гормонов-глюкортикоидов, минералокортикоидов, половых;
• витамина D3;
• желчных кислот.

Гормональная функция почек осуществляется следующим образом. Витамин D3 (холекальциферол) образуется в коже человека под влиянием ультрафиолетового (солнечного) облучения, далее в печени под влиянием фермента 25-гидроксилазы, а затем в почках под влиянием фермента 1-гидроксилазы синтезируется гормон кальцитриол. Биосинтез кальцитриола в почках стимулируют два фактора: 1) снижение концентрации в крови ионов кальция и 2) увеличение секреции паратгормона паращитовидными железами. Из почек кальцитриол транспортируется кровью в клетки слизистой кишечника, стимулируя в этих клетках биосинтез кальций-связывающего белка, что облегчает всасывание в кишечнике ионов кальция в кровь и поддержание гомеостаза ионов кальция в крови. На костную ткань кальцитриол действует аналогично паратгормону, активируя ферментную систему остеокластов, вызывая деминерализацию костной ткани, увеличение концентрации ионов кальция и фосфат-ионов в крови. Благодаря этой функции почек человека в клетках дистальных канальцев почек кальцитриол усиливает реабсорбцию ионов кальция и фосфат-ионов, ингибируя биосинтез паратгормона.

При снижении артериального давления в кровеносных сосудах почек или во всей кровеносной системе организма в юкстагломерулярных клетках почек вырабатывается протеолитический фермент ренин, отщепляющий от сложного белка ангиотензиногена (синтезируемого клетками печени и содержащего в своем составе 400 остатков аминокислот), с его аминного конца, пептид, состоящий из 10 аминокислот и получивший название ангиотензин I. Далее ангиотензин I в почках и легких подвергается воздействию фермента карбо-ксидипептидилпептидазы. Клиницисты фермент карбо-ксидипептидилпептидазу называют ангиотензинпревращающим ферментом (АПФ). Этот фермент синтезируется в легких, под его воздействием с карбоксильного конца ангиотензина I (декапептида) отщепляются 2 аминокислоты и образуется ангиотензин II (октапептид), под влиянием которого в гипоталамусе активируется биосинтез гормона вазопрессина, а в корневом слое надпочечников — биосинтез гормона альдостерона. Гормональная функция почек заключается в том числе в биосинтезе гормона эритропоэтина.

Участие почек в восстановлении объема крови в организме

Ещё одна функция почек в организме — участие в восстановлении объема крови. Уменьшение общего объема жидкости в организме в результате кровопотери, при обильной рвоте, диарее, обильном потоотделении приводит к снижению артериального давления и высвобождению ренина, который из ангиотензиногена (α2-глобулин по природе), постоянно присутствующего в крови, образует ангиотензин I, далее превращающийся под влиянием АПФ в ангиотензин II. Ангиотензин II является мощным стимулятором секреции в коре надпочечников гормона альдостерона, который вызывает задержку ионов натрия. Повышение концентрации ионов натрия в крови является сигналом для осморецепторов гипоталамуса и секреции из нервных окончаний задней доли гипофиза в кровь гормона вазопрессина. Вазопрессин (антидиуретический гормон) усиливает биосинтез белков аквапоринов, что ведет к усилению реабсорбции воды из первичной мочи и задержке воды в организме. Объем крови восстанавливается. Одновременно с увеличением секреции альдостерона и вазопрессина ангиотензин II вы
зывает сужение сосудов кровеносной системы, повышение АД, усиливает чувство жажды (полидипсия).

Поступающая с питьем вода задерживается в организме. Повышение АД приводит к прекращению выделения ренина и выключению системы ренин-ангиотензин II.

Если в результате эндоартериита, атеросклероза или наследственных (генных) нарушений имеет место сужение просвета почечной артерии, что ведет к снижению в почке (локально) артериального давления и постоянной выработке ренина-ангиотензина II, то возникает почечная гипертония (почечная гипертензия).

Участие почек в кроветворении

Следующая функция почек, без какой было бы невозможно нормальное функционирование организма – участие в кроветворении.

Эритропоэз — процесс образования эритроцитов из полипотентных стволовых клеток костного мозга. Размножение и превращение начальной клетки эритроци-тарного ряда в унипотентную стимулирует ростовой фактор интерлейкин-3, синтезируемый Т-лимфоцитами крови. Дальнейшую пролиферацию и дифференцировку унипотентной клетки эритроцитарного ряда регулирует синтезирующийся в почках гормон эритропоэтин. Скорость биосинтеза эритропоэтина в почках зависит от парциального давления кислорода в окружающем воздухе и в крови. При гипоксии скорость образования эритропоэтина значительно повышается и, соответственно, в крови возрастает количество эритроцитов. Хроническая почечная недостаточность приводит к снижению биосинтеза эритропоэтина в почках, что сопровождается развитием анемии у больного.

В крови и жидких средах организма человека в норме содержится эритропоэтин в небольшом количестве постоянно, так как эритроцит циркулирует в крови 120 дней, а затем разрушается макрофагами в печени, селезенке, костном мозге, поэтому эритропоэз идет также постоянно.

Роль почек в поддержании кислотного состояния в организме человека

Говоря о том, какие функции почки выполняют организме, нельзя забывать о роли этого органа в поддержании кислотного состояния.

Постоянство концентрации ионов водорода (Н+) во внутренней среде организма человека необходимо:

• для поддержания трехмерной структуры биомолекул (особенно белков);
• для действия ферментов в клетках;
• для перехода в растворенное состояние неорганических соединений;
• для стимуляции дыхательного центра в ЦНС.

Кровь человека характеризуется изогидрией: pH — 7,36—7,42; щелочными резервами (BE) — ±2,3 ммоль/л, парциальным давлением углекислого газа (Рсо ) — 36-44 мм рт. ст. Это показатели кислотно-основного состояния (КОС), или кислотно-щелочного равновесия (КЩР), в норме. В результате метаболизма за сутки в кровь поступает большое количество кислых продуктов (конечные продукты распада белков, углеводов, липидов), но благодаря работе почек, легких и буферным системам крови изогидрия у здорового человека сохраняется.

Поддержание КОС почками осуществляется по трем механизмам:

• если в крови, а затем в первичной моче фосфатная буферная система содержит 1 часть дигидрофосфата и 4 части гидрофосфата, то в результате реабсорбции в проксимальных и дистальных канальцах почек идет замена ионов натрия на протоны (Н+) с образованием дигидрофосфата. В окончательной моче дигидрофосфата 50 частей, гидрофосфата — 1 часть;
• возврат бикарбоната натрия в плазму крови (т.е. у здорового человека в моче не содержатся бикарбонат-ионы);
• образование иона аммония (NH|) за счет секреции NH3 и протонов (Н+), а затем выброс его с мочой в виде солей (в основном хлорида аммония).

Поддержание почками постоянства осмотического давления путем регуляции водно-солевого баланса в организме человека

Осмотическое давление играет важную роль в функционировании живых клеток и создается за счет присутствия электролитов в биологических жидкостях нашего организма. Количественно осмотическое давление, которое у человека равно 285 мОсм/л, определяют осмолярностью. В почках находятся нервные окончания — осморецепторы и волюморецепторы. При раздражении осморецепторов повышением осмотического давления возбуждение поступает в гипоталамус, что ведет к секреции вазопрессина, который через заднюю долю гипофиза выделяется в кровь и усиливает реабсорбцию воды из первичной мочи. Увеличение объема воды в плазме крови приводит к снижению и нормализации осмотического давления. Повышение объема воды в почке приводит к снижению осмотического давления и раздражению вол юморе цепторов, импульсы вновь поступают в гипоталамус, но результат противоположный: тормозится биосинтез вазопрессина, активируется биосинтез альдостерона в коре надпочечников; альдостерон усиливает в дистальных канальцах почек реабсорбцию ионов натрия и хлорид-ионов из первичной мочи, что ведет к нормализации осмотического давления.

В регуляции водно-солевого баланса в организме человека активно участвует система ренин-ангиотензин Н-альдостерон. Снижение перфузионного давления в почечных клубочках может наступить в результате стеноза почечной артерии, что ведет к выделению в юкстагломерулярных клетках почек фермента ренина, образованию ангиотензина I, затем под влиянием АПФ ангиотензина II, который активирует биосинтез альдостерона, вазопрессина и вызывает жажду (полидипсию), влияя на водно-солевой обмен в организме.

Значение анаболической функции почек

Значение анаболической функции почек очень высоко, ведь креатин играет важную роль в механизме мышечного сокращения (сердечной, скелетной, гладкой мускулатуры), так как его фосфорилированная форма — креатинфосфат — является транспортной формой переноса энергии, синтезированной в митохондриях, через мембрану митохондрий в мышцы. Первая стадия биосинтеза креатина протекает в почках (это ведущая стадия).

Среди ученых, изучающих молекулярные основы процессов жизнедеятельности в организме человека, существует твердое убеждение, что «почка — это маленькая печень». Это соответствует действительности: в корковом слое почки протекают процессы, аналогичные биосинтетическим процессам в гепатоцитах печени.

Так, клетки мозга, в отличие от клеток мышц, жировой ткани и других клеток, энергию получают только окислением глюкозы. Ежесуточно организм человека использует 160 г глюкозы для получения АТФ, из них 120 г расходуют клетки мозга. При голодании или недостаточном поступлении глюкозы с пищей лишь в клетках печени и в корковом слое почек активируется глюконеогенез до свободной глюкозы, которая поступает в кровь и поддерживает гомеостаз (3,3-5,5 ммоль/л): 80 г глюкозы в сутки могут синтезировать гепатоциты печени и 20 г — корковый слой почек.

Наряду с глюконеогенезом в почках, как и в гепатоцитах печени, происходит биосинтез сложных липидов — фосфолипидов, являющихся структурными компонентами мембран всех клеток организма человека.

Противосвертывающая функция почек в организме человека

Не менее важна и такая физиологическая функция почек, как противосвертывающая. Кровь — жидкая подвижная ткань, циркулирующая в закрытом сосудистом русле и осуществляющая связь организма с внешней средой, поддержание гомеостаза и объединение тканей и органов в единую систему.

Гемостаз — система механизмов, действие которых направлено, с одной стороны, на сохранение жидкого состояния крови, а с другой стороны — на остановку кровотечения в случае повреждения сосудов. Остановка кровотечения происходит благодаря факторам свертывания (15 факторов) и образованию тромба в месте повреждения кровеносного сосуда. Образовавшийся тромб существует 3-7 дней (время регенерации поврежденного сосуда), после чего подвергается растворению под влиянием факторов противосвертывающей системы крови. Процесс расщепления фибрина тромба с образованием растворимых пептидов называется фибринолизом и осуществляется ферментом плазмином. Плазмин образуется из белка плазминогена, синтезируемого почками. В почках синтезируется и фермент урокиназа, которая плазминоген путем частичного протеолиза превращает в активный фермент — плазмин. Растворимые пептиды удаляются кровью, тромб рассасывается.

Катаболическая функция почек

Гормоны-белки, гормоны-пептиды, гормоны — производные аминокислот воздействуют на клетки-мишени организма человека мембранно-внутриклеточным механизмом, т.е. они не проникают в цитозоль клетки, а взаимодействуют с рецепторами клетки на наружной поверхности цитоплазматической мембраны, активируя аденилатциклазу и способствуя образованию вторичного посредника — цАМФ или ц-ГМФ. Вторичные посредники в клетке-мишени запускают каскадный механизм активации ряда ферментов, изменяющих метаболизм данной клетки. После своего воздействия гормоны должны быть разрушены, так как накопление и увеличение их количества в организме приводит к эндокринным заболеваниям. В почках подвергаются гидролизу до пептидов, а затем до аминокислот следующие гормоны: инсулин, глюкагон, соматотропин, АКТГ, вазопрессин, ФСГ, ЛГ, МСГ, тиреотропин, паратгормон, кальцитонин. Образовавшиеся аминокислоты кровь приносит в гепатоциты печени; 2/3 аминокислот используется в биосинтезе белков, синтезируемых в гепатоцитах печени, а 1/3 аминокислот распадается до конечных продуктов, давая энергию (АТФ).

Здесь вы можете ещё раз посмотреть фото строения почки:

Функции почек: фильтрационно-реабсорбционная способность

Основной количественной характеристикой фильтрационной функции почек является скорость клубочковой фильтрации (СКФ). СКФ можно оценить посредством измерения экскретируемого с мочой вещества, которое только фильтруется из крови в почечных клубочках, но не реабсорбируется, не секретируется, не метаболизируется в почечных канальцах. Таким требованиям отвечают: инулин (полисахарид, состоящий только из D-фруктозы), маннитол (шестиатомный спирт, получаемый восстановлением маннозы), эндогенный креатинин, образующийся в организме человека из креатинфосфата. Объем крови, из которой эти вещества выводятся в течение 1 минуты, называется клиренсом (коэффициентом очищения) и равен скорости клубочковой фильтрации (СКФ). Поскольку для измерения клиренса инулин и маннитол необходимо вводить в кровь, это не может использоваться в обычной клинической практике. Клиренс определяет по эндогенному креатинину, который постоянно присутствует в крови в норме и выводится из организма, пройдя процесс клубочковой фильтрации.

Шведские нефрологи, рассматривая фильтрационно- реабсорбционную способность почек, рекомендуют определять клиренс, используя внутривенное введение рентгеноконтрастного препарата иогексола, который нетоксичен и полностью удовлетворяет требованиям идеального маркера клубочковой фильтрации. На уровень выведения его из организма не влияют пол, возраст и масса тела обследуемого пациента. Все вещества, выводимые почками, по величине клиренса делятся на три большие группы:

• если клиренс равен нулю, то это вещество фильтруется, а затем полностью реабсорбируется (глюкоза, аминокислоты);
• если клиренс меньше 100-125 мл/мин, то это вещество фильтруется, а затем частично реабсорбируется (мочевина, клиренс равен 75);
• если клиренс больше 100-125 мл/мин, то это вещество фильтруется, но не реабсорбируется, а дополнительно секретируется эпителием клубочковых канальцев в мочу.

В моче здорового человека в норме отсутствуют белки, глюкоза, кетоновые тела, креатин, кровь, билирубин, осадки.

Теперь вы знаете, каковы основные функции почек в организме человека и имеете более ясное представление о строении этого органа.