Строение почек. Биохимия урины и механизм её образования.
Физкульт привет спортсмены, меня зовут Зайцев Игорь, изначально, я хотел написать материал про минеральный обмен и биохимию урины, рассказать какие её химические показатели используются в диагностике функционального состояния спортсмена, но пришёл к выводу, что кроме этой информации, хороший тренер, должен так же обладать базовыми знаниями в области строения и механизма работы почек. По этому давайте начнём с самого начала и по порядку.
Строение и функции почек.
Почки это парный орган, они располагаются чуть выше поясницы, если быть точным: то между 3-ым поясничным и 11-ым грудным позвонками(рис. 1). Правая почка в большинстве случаев располагается ниже чем левая, связано это с расположением печени. В среднем, вес обеих почек составляет 300 грамм, но не смотря на это, они потребляют 25% крови от общего кровотока и 10% от общего кислорода. Учитывая размеры органа и его запросы, можно смело сделать вывод, что почки имеют высокую интенсивность метаболизма, т.е. они постоянно и много работают, потребляя при этом большое количество энергии.
В почках, энергия(атф) синтезируется в основном за счёт окисления жирных кислот, кетоновых тел и некоторых аминокислот. Лактат, глюкоза, глицерин, которые содержатся в крови, используются почками в меньшей степени. Получается, что основным способом производства энергии в почках, является аэробное окисление субстратов(тканевое дыхание).
Давайте теперь поговорим о самом строении почки, которое изображено на рисунке 2:
Я не буду сильно углубляться в пояснение анатомических терминов и названий, т.к. будет очень сложно адекватно объяснить в тексте и «на пальцах», и пока, что не поясняю каждый сегмент почки, более подробно всё будет описано ниже, когда речь пойдёт про механизм образования мочи. Сначала мы разберём, только структурную составляющую почек, а потом поговорим про их работу.
Давайте перейдём к нефронам — это структурно-функциональная единица почек, которая участвует в образовании мочи. Как выглядит нефрон изображено на рисунке 3:
Что бы вы лучше понимали, что такое нефрон как структурная единица, можно провести параллель с мышечной единицей: что бы выполнить определённое двигательное действие необходима работа двигательных единиц. А Д.Е. — это комплекс структур — аксон,нервные окончания, мышечные клетки и т.д. Нефрон — тоже самое, и из чего он состоит вы видите на рисунке, это не клетка почки, как я думал в школе. Повторяю, все поясния будут ниже, когда поговорим про механизм образования мочи.
На рисунке 4 изображена почка немного в другом разрезе, что бы вы визуально представляли как нефроны располагаются внутри.
Основные функции почек.
— Выведение из организма воды и конечных продуктов обмена веществ, таких как мочевина, мочевая кислота, креатинин, гиппуровая кислота и т.д. В общем экскреция — это основная функция.
— Гомеостатическая функция почек. Почки поддерживают, контролируют количество воды в организме. При увеличенном потреблении воды(гипергидратации) происходит усиленное образование и выделение гипотонической мочи. Во время дегидратации, почки задерживают воду и выводят мочу.
— Почки поддерживают гомеостаз организма. Поддержание кислотно-щелочной среды, осмотического давления, кровяного давления и т.д.
— Регуляция водно-солевого баланса.
— Секреция и участие в синтезе биологически активных веществ: ферменты, гормоны.
— Участвуют в процессах промежуточного метаболизма. Глюконеогенез, расщепление пептидов.
Механизм образования урины.
Образование мочи в организме протекает в три этапа: ультрафильтрация, реабсорбция, секреция.
Ультрафильтрация. Этот процесс протекает в сосудистых клубочках, теперь стоит уточнить само строение сосудистого клубочка,т.к. на рисунке я не показал его подробное строение. Дело в том, что он представляет собой сплетение капилляров, окруженных капсулой, которая называется — капсула Шумлянского-Боумена. В тот момент, когда ток крови идёт по капиллярам в сосудистом клубочке, часть плазмы крови переходит в капсулу(см. рис.5) — таким образом образуется первичная моча, которая по своему содержанию отличается от плазмы крови только отсутствием белков. Поры, через которые фильтруется кровь имеют небольшой диаметр, поэтому через них проходят вещества только с низкой молекулярной массой(вода, глюкоза, аминокислоты и т.д.).
Сам процесс ультрафильтрации происходит благодаря тому, что в клубочках поддерживается высокое давление, а происходит это за счёт того, что диаметр приносящей артериолы больше на 30 процентов чем выносящей. В сутки через почки человека протекает около 1500-1800 литров крови, из неё образуется 150-180 литров первичной мочи.
Реабсорбция(обратное всасывание). После ультрафильтрации в клубочке, первичная моча поступает в проксимальный каналец и далее в петлю Генле, в основном именно в этих метах протекает второй этап мочеобразования — реабсорбция, те. происходит обратное всасывание из первичной мочи в кровь важных для организма веществ: вода(из 180 литров первичной мочи реабсорбируется примерно 178 литров воды), глюкоза, аминокислоты, витамины, неорганические вещества. Схематично этот процесс показан на рисунке 6. Получается, что во время второго этапа из первичной мочи в кровь, возвращаются вещества, которые не являются «ненужными» для организма.
Реабсорбция очень энергозатратный процесс, особенно много энергии требуется на всасывание ионов натрия. И как я уже говорил выше, основной способ производства энергии в почках это — тканевое дыхание.
Секреция. Заключительный этап образования мочи, который протекает в дистальных канальцах и именно там из капиллярной сети поступают в просвет почечных канальцев такие вещества как: ионы калия, аммония, водорода, чужеродные вещества, токсины, лекарства, мочевина, мочевая кислоты и т.д. Простыми словами: в ходе этого процесса организм избавляется от метаболитов жизнедеятельности.
После всех трёх этапов, вторичная(конечная моча) поступает по собирательной трубочке в лоханку и далее в мочевой пузырь, после чего выводится из организма.
Давайте теперь весь процесс мочеобразования проговорим в двух словах: кровь поступая в сосудистые клубочки, начинает отдавать в капсулу практически все вещества кроме белков, образуя первичную мочу, далее она поступает в проксимальный каналец, где протекает этап реабсорбции, в ходе которого всасываются обратно в кровь необходимые организму вещества, далее моча попадает в дистальный каналец, где в неё из крови секретируются «ненужные» метаболиты жизни деятельности организма, образуется конечная моча, после этого она поступает по собирательной трубочке в лоханку, далее в мочевой пузырь и затем выводится из организма. Таким образом организма избавляется от ненужных веществ путём образования и выведения мочи.
Биохимический состав мочи.
Как я уже говорил вначале статьи, моча может использоваться в спортивной практике для определения состояния спортсмена. По этому давайте поговорим о веществах, которые содержатся в моче и их допустимой концентрации. В целом, в моче обнаружено около 150 разных органических и неорганических соединений, но мы разберём основные.
Мочевина. Напомню в двух словах, что это за соединение, зачем нужно и откуда берётся. Когда в организме распадается белок, конечным продуктом этого процесса является аммиак, он для нашего организма сильно токсичен, по этому один из способов его утилизации это преобразование его в мочевину. Подробней этот процесс я рассказывал в этом видео. За сутки выделяется с мочой 20-35 г мочевины, её количество тесно связано с употреблением белка(70 г белка приводит к образованию примерно 30 г мочевины), чем больше человек употребляет в пищу богатые белком продукты, тем больше её образуется. Так же рост концентрации мочевины в моче может быть связано с физической работой большого объёма, в этом случае это связано с распадом собственных мышечных белков.
Мочевая кислота. Это соединение является конечным продуктом распада нуклеиновых кислот, подробнее в этом видео. За сутки выделяется около 0,5 — 1 г мочевой кислоты, стоит отметить, что она может образовывать камни в мочевом пузыре и почках, т.к. мало растворима вводе. Стабильно повышенный уровень концентрации мочевой кислоты, является фактором риска для появления патологий мочевыделительной системы.
Креатинин. Является конечным продуктом распада креатинфосфата, напомню, что это соединение является источником энергии во время алактатного способа энергообеспечение, который необходим для работы максимальной интенсивности или мощности. Выделение креатинина за сутки примерно 1-2 г, считается, что существует взаимосвязь между количеством мускулатуры и креатинином. Хотя на мой взгляд, очень много факторов могут исказить картину. Например: приём креатина, тренировки с акцентом и без акцента на максимальную мощность, и т.д.
Аминокислоты. Содержание в моче меньше 1 г, заивист от характера питания и эффективности работы печени, так же могут содержатся производные от аминокислот(гиппуровая и др.)
Аммиак, аммоний. Как я уже говорил выше, аммиак оказывает на клетки сильное токсическое воздействие и организм всеми способами пытается его устранить, основной способ это цикл мочевины, но сама мочевина образуется в печени. Другой вариант, когда аммиак выводится из организма в составе глутамина(основной его переносчик). Содержание в моче 0,5-0,9 г, ниже изображена небольшая схема как это происходит.
Глутамин с током крови проникает в клетки почечных канальцев, где гидролизируется до глутамата с высвобождением одной молекулы аммиака(путём диффузии попадает в мочу, соединяется с протоном и выводится из организма), затем глутамат под действием фермента(глутаматдегидрогеназа) превращается в 2-оксоглутарат с высвобождением молекулы аммония, который превращается в аммиак и так же выводится из организма. 2-оксоглутарат вступает в цитратный цикл(процесс с участием аминокислот).
Неорганические соединения. В моче присутствуют практически все неорганические вещества, которые есть в крови, но больше всего в ней хлористого натрия(NaCl), его содержание составляет 8-15 г, а общее количество неорганических веществ 15-25 г в сутки, но это зависит от характера питания.
Патологические вещества в урине
Есть определенный список веществ, которые в моче здорового человека не обнаруживаются, либо содержатся в незначительных количествах и обычными лабораторными методами не проявляются. В тоже время очень большой объём работы(чаще всего запредельные нагрузки) могут вызвать появление этих веществ в моче.
Белок. Это явление в медицине называется протеинурия. Помните мы говорили про первый этап образования мочи, ультрафильтрацию, когда через стенку капилляров, сквозь маленькие поры, попадают в капсулу различные вещества небольшого размера? Так вот основная причина появления белка в моче, это нарушения этой фильтрации, т.е. когда белок проникает через поры по каким-то причинам, будь то повышенное давление или дефект самих пор. При болезнях почек и сердечно сосудистой системы наблюдается протеинурия, но её может вызвать и большие физические нагрузки.
Глюкоза. Она практически отсутствует в моче, в процессе реабсорбции у здорового человека, все молекулы глюкозы реабсорбируют в кровь. Но при некоторых заболеваниях или больших физических нагрузках, с мочой выделяется повышенное количество глюкозы, в медицине это явления называется глюкозурия.
Кетоновые тела. У здорового человека концентрация кетоновых тел в урине очень маленькое, повышение наблюдается тогда, когда в организме большая часть энергии образуется из жира. Более подробно метаболизм жирных кислот я рассмотрел в этом видео.
Кровь. В моче здорового человека не должна наблюдаться кровь, когда это происходит, в медицине это называют — гематурия. Причин появления красных клеток крови большое количество и не является темой данной статьи.
Вывод
Почки сильно нагружаемый орган человека, очень часто слышал как их называют «второе сердце», ежедневно этот орган проделывает колоссальную работу и тратит много энергии, продуктом метаболизма почек является урина, по содержании веществ в которой, спортивный врач или тренер, может оценить функциональное состояние спортсмена или эффективность тренировочной программы. В будущем возможность напишу более подробный материал по интерпретации анализов, по этому подписывайтесь на канал и добавляйтесь в группу вконтакте. В следующем выпуске поговорим про водно-минеральный обмен.
Автор статьи: Игорь Зайцев
Группа вконтакте - мне будет очень приятно если вы добавитесь.
Канал на Youtube - буду от всей души благодарен за подписку.
Список используемой литературы:
Биохимия двигательной деятельности - С.С. МихайловФизиология человека - А.С. Солодков, Е.Б. СологубАнатомия человека - М.Ф. ИваницкийНаглядная биохимия - Кольман Я., Рём К. - Г.Наглядная медицинская биохимия - Дж.Г. Солвей
