Основное уравнение для расчета кровотока через орган следующее:

органный кровоток - АР/7?,

(2-1)

где АР — среднее артериальное давление минус венозное давление в данном орга­не, К — общее сосудистое сопротивление в данном органе. Сопротивление опре­деляется по вязкости крови, длине и радиусу кровеносных сосудов органа, по ра­диусу артериол, которые вносят основной вклад в образование кровотока. Радиус определяется степенью сокращения гладкой мускулатуры артериол.

Наличие двух типов артериол и двух типов капилляров — клубочковые и пе­ритубулярные — делает сосудистое русло почек отличным от других органов. В норме сопротивление афферентных и эфферентных артериол примерно равно и совпадает в большинстве случаев с общим почечным сосудистым сопротивле­нием. Поскольку два капиллярных русла разделяются афферентными и эффе­рентными артериолами, гидростатическое давление во втором русле — перитубу-лярных капиллярах — гораздо ниже, чем в первом — клубочках (20 мм рт. ст. против 60 мм рт. ст. у здорового взрослого субъекта не в состоянии стресса). Как мы увидим, высокое гломерулярное давление является решающим фактором для клубочковой фильтрации (см. данную главу), в то время как низкое перитубуляр-ное капиллярное давление в равной степени является решающим фактором для канальцевой реабсорбции жидкости (глава 6).

Следует повторить, что почечный кровоток определяется в основном средним артериальным давлением и степенью сокращения гладкой мускулатуры почечных артериол. Теперь о простом, но очень важном моменте: возникающее изменение артериолярного сопротивления оказывает одинаковый эффект на почечный кро­воток независимо от того, возникает оно в афферентных или эфферентных арте-риолах.

Когда обе величины сопротивления изменяются в одном направлении, что ча­ще всего и происходит, их влияние на почечный кровоток будет аддитивным (по­скольку в данном случае есть две величины сопротивления). Когда они изменя­ются в различных направлениях — величина одного сопротивления увеличивает­ся, а другого — уменьшается, то они оказывают взаимно противоположный эффект на почечный кровоток. В следующем разделе мы увидим, что эта ситуа­ ция складывается совершенно иным образом в отношении скорости клубочковой фильтрации.

Будет также подчеркнуто, что корковое вещество в почках получает преиму­щественную долю из почечного объема кровотока (в норме более 90 %). Столь скромная величина кровотока в мозговом веществе (его приспособительная роль для концентрирования мочи будет обсуждена в главе 7) возникает в результате высокого сопротивления, обусловленного уазагесйа. Кровоток в корковом и моз-

42

говом веществе почек подчиняется независимой регуляции, и в данной главе бу­дет описано сосудистое русло только коркового вещества (см. СЬоп и соавт. и Ра1-1опе и соавт. в рекомендуемой литературе для описания кровообращения в мозго­вом веществе и его регуляции).

Как указано в главе 1, гломерулярный фильтрат преимущественно не содер­жит белка, но в то же время содержит большинство неорганических ионов и растворенных низкомолекулярных органических веществ практически в той же концентрации, что и в плазме *. (Соображение для использования терминов «пре­имущественно» и «большинство» в последнем предложении будет коротко обос­новано.)

Путь, по которому фильтруемые вещества преодолевают мембраны почечного тельца, следующий: отверстия (тюры) в слое клеток эндотелия клубочка и капил­ляра, базальная мембрана, щелевидные диафрагмы и щелевидные отверстия меж­ду пальцевидными отростками подоцитов. А какие из перечисленных структур создают главные барьеры на пути фильтрации макромолекул — это очень труд­ный вопрос для ответа², но очевидно, что они оказывают это действие в связи с величиной молекулы и её электрическим зарядом. Сперва рассмотрим значение величины молекулы.

Мембраны почечного тельца не создают никакой помехи передвижению моле­кул с молекулярной массой менее 7000 и являются почти абсолютным препятст­вием по отношению к альбумину плазмы (молекулярная масса около 70 000). (Для упрощения мы используем величины молекулярной массы для характерис­тики величины молекулы; на самом деле такой определяющей величиной являет­ся радиус молекулы.) Препятствие для альбумина плазмы в мембране почечного тельца возникает не 100 %, тем не менее гломерулярный фильтрат действительно содержит предельно малые количества альбумина, около 10 мг/л или меньше. Это только около 0,02 % от концентрации альбумина в плазме, что является ос­нованием для использования фразы «преимущественно не содержит белка» в первом параграфе данного раздела.

Для молекул с массой 7000—70 000 фильтрация прогрессивно уменьшается по мере увеличения размера молекулы. Таким образом, многие пептиды и неболь­шие по размерам белки, в норме находящиеся в плазме, в значительной степени фильтруются. Более того, если определенные небольшие по размеру белки в нор­ме отсутствуют в плазме, но при заболевании вдруг появляются в ней (например, гемоглобин, освобождающийся при разрушении эритроцитов, и миоглобин, осво­бождающийся при разрушении мышечной ткани), то может происходить их фильтрация,в существенных количествах.

Электрический заряд является вторым по значимости фактором, определяю­щим фильтруемость макромолекул. Для любой исходной величины заряда, от­рицательно заряженные макромолекулы фильтруются в меньшей степени, а положительно заряженные макромолекулы — в большей степени, чем электро­нейтральные молекулы. Дело в том, что поверхность всех компонентов фильтра­ционного барьера (клеточная эндотелиальная выстилка, базальная мембрана и

43

поверхностный слой на подоците) содержат фиксированные полианионы, кото­рые отталкивают отрицательно заряженные макромолекулы во время процесса фильтрации.

Поскольку подавляющее число белков плазмы несет почти только отрица­тельные электрические заряды, это препятствие в виде электрического заряда иг­рает очень важную ограничительную роль, увеличивая значимость барьера, кото­рый реагирует только на величину молекулы. (Например, когда электронейтраль­ный декстран с величиной молекулы, близкой к величине молекулы альбумина, назначается экспериментальным животным, то оказывается, что они (молекулы декстрана) фильтруются на 5—10 %, т. е. значительно больше, чем соответствую­щие 0,02 % молекул альбумина). При определенной форме патологии почки, ког­да почечное тельце становится «проницаемым» по отношению к белкам, это про­исходит, поскольку на мембранах исчезает отрицательный заряд.

Следует указать, что отрицательный заряд на фильтрирующих мембранах служит препятствием только по отношению к макромолекулам, но не по отноше­нию к неорганическим ионам или низкомолекулярным органическим растворен­ным веществам.

В конечном итоге следует заметить, что определенные низкомолекулярные растворенные вещества, которые в другой ситуации могут быть профильтрованы полностью, в реальности частично связаны с крупными белками плазмы; та часть молекул, которая будет связана с альбумином, не будет фильтроваться через стенку клубочка.

Концентрация такого вещества в боуменовой капсуле будет равняться не аб­солютной концентрации в плазме, но концентрации в плазме вещества, не связан­ного с белком. Например, 40 % кальция э плазме связано с белком и, таким обра­зом, концентрация кальция в гломерулярном фильтрате составляет 60 % от его концентрации в плазме. (Такие примеры являются основанием для использова­ния слов «большая часть» в первом предложении раздела.)

Скорость движения жидкости при фильтрации в любом участке капиллярно­го русла в организме определяется гидравлической проницаемостью стенки ка­пилляров, площадью их поверхности и результирующим фильтрационным дав­лением (РФД), действующим через стенку капилляров:

скорость фильтрации - гидравлическая проницаемость х площадь поверхности х

х РФД.

Поскольку трудно вычислить площадь поверхности капиллярного русла, то пара­метр, называемый фильтрационный коэффициент (К^), используется для опре­деления результата взаимодействия гидравлической проницаемости и площади поверхности³. Показатель РФД является алгебраической суммой гидростатиче­ского давления и осмотического давления, обусловленного белком — онкотичё-ское давление (или коллоидно-осмотическое) — по обе стороны стенки капилля­ра, Применяя эти расчеты к гломерулярным капиллярам, получим:

44

РФД=       (Рgс+Пвс)             (Рвс + П g с)

силы, способствую- силы, препятствую­
щие фильтрации     щие фильтрации

где Р g _сс — клубочково-капиллярное гидростатическое давление; Пвс ~~ онкотическое давление жидкости в боуменовой капсуле; Р_ВС — гидростатическое давление в боуменовой капсуле; Пgс ~ онкотическое давление в плазме клубочковых капилляров.

Поскольку белка в боуменовой капсуле практически нет, то величину Пвс можно принять равной нулю и не учитывать в наших расчетах (рис. 2-1). Учитывая ска­занное, уравнение для расчета скорости клубочковой фильтрации можно предста­вить таким образом:

СКФ=                   

       Kf

(гидравлическая про-

ницаемость х площадь

поверхности тела)

РФД

(Pgc-Pвс~ Пgс)

Величина гидростатического давления в гломерулярных капиллярах и боумено- вой капсуле у человека не поддается прямым методам измерения. В то же время некоторые результаты непрямых исследований дают возможность предположить,

45

46

что соответствующие показатели у человека, вероятно, сходны с теми, что полу­чены у собаки. Эти величины представлены в табл. 2-1 и на рис. 2-2 вместе с ве­личинами гломерулярно-капиллярногЪ онкотического давления.

Известно, что гидростатическое давление меняется очень незначительно в различных отделах клубочка; это происходит потому, что самая большая величи­на поперечной площади сечения гломерулы создает только весьма незначитель­ное сопротивление движению жидкости.

Очень важно обратить внимание, что онкотическое давление в капиллярах гломерулы меняется совсем немного по длине гломерулы; поскольку фильтрат практически лишен белка, то в ходе фильтрационного процесса осуществляется перенос воды, но не белка из плазмы, тем самым увеличивается концентрация белка и отсюда онкотическое давление в непрофильтровавшейся плазме, остав­шейся в гломерулярных капиллярах⁴. В значительной степени из-за этого суще­ственного увеличения онкотического давления чистое фильтрационное давление снижается существенно по направлению от начала к кошту гломерулярных. ка­пилляров, и средняя величина его примерно равна 17 мм рт. ст.⁵ То, что такой ве­личины давления достаточно, чтобы обеспечить фильтрацию 180 л жидкости в сутки, связано в основном с тем фактом, что гидравлическая проницаемость и, следовательно, К/ в гломерулярных капиллярах на несколько порядков выше, чем во внепочечных капиллярах.

Величина скорости клубочковой фильтрации не является постоянной и мо­жет существенно колебаться при различных физиологических состояниях и при патологии. Если все остальные факторы остаются неизменными, любая динамика величин показателей Щ, Р_со Р_вс и Пес будет также вести к изменению величины , скорости клубочковой фильтрации. В то же время «все другие факторы» также не остаются постоянно неизменными, и поэтому другие одновременно протекаю­щие события могут противодействовать влиянию специфического фактора, кото­рый учитывался в анализе. Фраза «стремится к...» в последующей дискуссии от­ражает этот факт.

В табл. 2-2 представлена суммарная информация о материале^ описанном в оставшейся части данного раздела. По сути данный материал дает повод для ана­лиза в попытке понять, как патология или вазоактивные химические мессендже-ры и лекарства изменяют скорость клубочковой фильтрации.

В этом контексте следует отметить, что главная причина уменьшения скоро­сти клубочковой фильтрации при патологии почек не изменение указанных пара­метров в пределах отдельного нефрона, а гораздо более простая — уменьшение числа функционирующих нефронов.

К f . Изменение К f может быть вызвано патологией клубочков или лекарствами, но этот показатель также контролируется в ходе обычных физиологических про­цессов целой серией химических мессенджеров. Механизм неизвестен, но одна вероятная гипотеза заключается в том, что эти мессенджеры вызывают сокраще­ние гломерулярных мезангиальных клеток, что в результате уменьшает площадь гломерулярной поверхности и К f . Это уменьшение величины Kf влечет за собой снижение СКФ ⁶.

р g с» Клубочково-капиллярное давление отражает взаимодействие почечного артериального давления, сосудистого сопротивления афферентной- артериолы (К_А) и сопротивления эфферентной артериолы (К_Е) (рис. 2-3). Первое (не пока­зано на рис. 2-3) изменение почечного артериального давления будет вызывать уменьшение клубочково-капиллярного давления в одноименном направлении (но по соображениям, описанным позднее в этой главе, данная динамика будет минимальной). Второе (рис. 2-ЗБ) при каждом данном значении почечного арте­риального давления увеличение показателя К_А (благодаря спазму афферентной артериолы) будет сопровождаться снижением клубочково-капиллярного давле-ния, просто вызывая большее падение давления между почечными артериями и гломерулярными капиллярами. Напротив, снижение К_А (в результате расшире­ния афферентной артериолы) будет весТи к росту клубочково-капиллярного дав­ления. Третье (рис. 2-ЗВ) и более сложное для зрительного восприятия — это на- блюдение, что изменение в К_Е также вызывает динамику клубочково-капилляр-

48

Почечный кровоток и клубочковая фильтрация

1ломерулярная фильтрация

49

ного давления, но эти изменения противоположны тем, что вызваны изменением К_А. Таким образом, увеличение К_Е (благодаря сокращению эфферентной артерио-лы) вызывает повышение клубочково-капиллярного давления. Так происходит, по­скольку эфферентная артериола располагается после гломерулы, так что сужение эфферентной артериолы вызывает задержку крови в гломерулярных капиллярах, увеличивая клубочково-капиллярное давление. Аналогично снижение К_Е (в ре­зультате расширения эфферентной артериолы) снижает клубочково-капиллярное давление. Также будет ясно, что когда К_А и К._Е будут изменяться одновременно и однонаправленно (т. е. оба увеличиваться или уменьшаться), то это вызывет про­ тивоположное воздействие на клубочково-капиллярное давление (рис. 2-ЗГ). Когда они изменяются в противоположных направлениях, они оказывают адди­тивное воздействие на клубочково-капиллярное давление.

Теперь давайте вспомним факторы, регулирующие почечный кровоток, и по­смотрим, насколько противоположным образом ситуация меняется для данного параметра; для ПК изменение К_А и К_Е в одном направлении вызывает аддитивное воздействие на почечный кровоток, в то время как изменение в противоположных направлениях ведет к обратному эффекту.

рво Изменение величины давления в боуменовой капсуле обычно имеет очень небольшое физиологическое значение. Главный причиной в патологии повышения гидростатического давления в боуменовой капсуле является обструкция в любом участке канальца или во внешней части мочевой системы (например, в мочеточ­нике). Непроходимость вызывает увеличение внутриканальцевого давления на всем протяжении проксимальнее зоны препятствия, на всем пути обратно к кап­суле Боумена. В результате величина скорости клубочковой фильтрации снижа­ется.

Пес* Онкотическое давление плазмы в начале гломерулярных капилляров яв­ляется, безусловно, просто онкотическим давлением в плазме артериального рус­ла. Соответственно снижение концентрации белка в плазме артериальной крови, как это бывает, например, при патологии печени, будет понижать онкотическое давление в артериальной крови и увеличивать скорость клубочковой фильтра­ции, в то время как увеличение артериального онкотического давления будет сни­жать скорость клубочковой фильтрации.

Теперь вспомним (табл. 2-1 и рис. 2-2), что клубочково-капиллярное онко­тическое давление идентично артериальному онкотическому давлению только в самом начале гломерулярных капилляров; затем этот показатель прогрессивно увеличивается по мере продвижения по гломерулярным капиллярам, в то время как безбелковая жидкость фильтруется из капиллярного русла, оставляя в по­следнем сконцентрированный белок. Это означает, что чистое фильтрационное давление и отсюда фильтрация прогрессивно уменьшаются по мере продвижения вдоль капилляров. Сортветственно все, что вызывает крутой подъем показателя клубочково-капиллярного онкотического давления будет снижать среднее резуль­тирующее фильтрационное давление и тем самым-скорость клубочковой фильт­рации.

Такая ситуация возникает, когда почечный плазмоток (ППТ) -невелик. Не­трудно убедиться, что фильтрация заданного объема жидкости из небольшого об-

50