Почки — парные бобовидные органы, расположенные у задней стенки брюшной полости на уровне 1-го и 2-го поясничных позвонков. Масса каждой почки приблизительно 150 г. Снаружи каждая почка покрыта оболочками из соединительной и жировой ткани. Каждая почка состоит из двух слоев: более темного наружного — коркового — и более светлого внутреннего — мозгового. Корковое вещество заходит в мозговое, разделяя его на почечные пирамиды. В корковом слое располагаются капсулы нефронов, а в мозговом — почечные канальцы.
Вогнутый край почки обращен к позвоночнику. В этом месте в почку входят и выходят из нее кровеносные сосуды, а также нервы, иннервирующие почку. В этом же месте в почке находится полость, называемая почечной лоханкой. От почечной лоханки каждой почки отходит мочеточник, соединяющий почку с мочевым пузырем. Мочевой пузырь — гладкомышечный мешок, служащий для сбора мочи. С внешней средой мочевой пузырь соединяет мочеиспускательный канал, перекрытый специальными сфинктерами. При наполнении мочевого пузыря его стенки сильно растягиваются, и информация об этом поступает в центральную нервную систему. Произвольно, то есть по своему осознанному желанию, человек может расслаблять сфинктеры мочевого пузыря, стенки которого при этом сокращаются и моча удаляется из организма.
Каждая почка состоит приблизительно из 1 миллиона нефронов. Нефрон является функциональной единицей почки и может обеспечивать процесс фильтрации, однако концентрирование мочи происходит только при совместной работе многих нефронов. Отдельный нефрон состоит из капсулы Шумлянского — Боумена и почечного канальца. Капсулы нефронов расположены в корковом слое почки и представляют собой микроскопическую чашечку из двух слоев эпителиальных клеток, между которыми имеется щелевидное пространство, дающее начало почечному канальцу. Внутри капсулы расположен клубочек кровеносных капилляров, образующийся в результате многократного ветвления приносящей почечной артерии, несущей кровь в почки. Почечная артерия отходит от аорты, давление в ней очень велико, и за 4-5 минут через почки проходит вся кровь организма человека. Пройдя через капиллярные клубочки капсул Шумлянского — Боумена, кровь собирается в отводящие сосуды, диаметр которых приблизительно в два раза меньше, чем у приносящих сосудов. Выходя из капсулы, сосуд вновь разветвляется, оплетая каналец того же нефрона. Из этих капилляров кровь попадает в венозные сосуды, собирающиеся в почечную вену, по которой кровь уходит из почки. Каналец, отходящий от капсулы, называется извитым канальцем 1-го порядка. Он проходит по мозговому слою, образуя так называемую петлю Генле, затем возвращается в корковый слой, образуя здесь извитой каналец 2-го порядка. Этот каналец впадает в собирательную трубочку. Собирательные трубочки многих нефронов сливаются вместе, образуя выводные протоки, открывающиеся в почечную лоханку на верхушках почечных пирамид.
Так как диаметр приносящих почечных артерий значительно больше, чем у выносящих, то давление крови в клубочках капилляров в капсулах нефронов относительно высоко и достигает 70-75 мм рт. ст. За счет этого давления происходит фильтрация плазмы крови, в результате чего в Полость капсулы Шумлянского — Боумена неизбирательно выходят низкомолекулярные вещества с молекулярной массой меньше 68 000. Образовавшийся при этом раствор называется первичной мочой. По составу первичная моча весьма близка к лишенной белков плазме крови. Белки же из-за большого размера их молекул у здорового человека не могут попасть в просвет капсулы. Первичная моча содержит мочевину, сахара, витамины, минеральные соли, аминокислоты, пептиды. Таким образом, большая часть компонентов первичной мочи необходима в организме и не должна удаляться из него. За сутки у взрослого человека во всех нефронах образуется около 200 л первичной мочи. Из просвета капсул первичная моча движется по извитому канальцу, стенки которого способны к обратному всасыванию — реабсорбции — большинства веществ, содержащихся в первичной моче. В процессе реабсорбции из первичной мочи обратно в кровь, проходящую по капиллярам, оплетающим извитые канальцы, поступают вода, соли натрия и калия, глюкоза, витамины, аминокислоты и т. п. Процессы обратного всасывания сложны и многообразны: одни вещества возвращаются в кровь без затрат энергии — за счет осмоса и диффузии, реабсорбция других требует больших энергетических затрат. Помимо обратного всасывания в кровь в канальцах происходит и так называемая секреция — удаление из крови в мочу ряда веществ: калия, некоторых лекарственных средств и т. п. В результате концентрирования из первичной мочи в канальцах образуется вторичная моча, которая содержит 98% воды, 1,8% мочевины, 0,2% мочевой кислоты и некоторых минеральных солей. За сутки у здорового человека образуется 1,7-2,0 л вторичной мочи. По собирательным трубкам вторичная моча попадает в почечные лоханки и далее по мочеточникам в мочевой пузырь. Процессы образования мочи требуют больших энергетических затрат — около 10% всей энергии организма.
У высших позвоночных животных, в том числе и человека, мочевыделительная система состоит из двух почек с их выводными протоками — мочеточниками, через которые моча постоянно поступает в мочевой пузырь. В мочевом пузыре моча накапливается и затем периодически удаляется через мочеиспускательный канал.
Почка состоит из двух слоев: 1) наружного коркового и 2) внутреннего радиально исчерченного мозгового вещества. Корковое вещество почки образовано капсулами Боумена (У. Боумен, 1842) и извитыми мочевыми канальцами; мозговое вещество в главной своей массе образовано прямыми канальцами.
Большая часть капсул Боумена (примерно 2/3) расположена в корковом веществе, меньшая (около 1/3) — на границе между корковым и мозговым веществом в зоне, которая называется юкстамедуллярной.
Капсула Боумена имеет вид небольшого пузырька, состоящего из двух стенок в месте вдавления, в котором находится клубочек мальпигиевых капилляров из 25-50 капиллярных петель. Наружная стенка капсулы образована одним слоем плоских эпителиальных клеток. Капиллярные петли свободно висят на строме из соединительных клеток и поддерживаются на ней гиалиновыми пластинками. Стенки капилляров имеют наименьшую толщину 40 нм и покрыты особыми клетками — подоцитами, образующими выступы и пространства — лакуны, сходные со строением губки, толщина стенок которой 0,01-0,02 нм. Через поры капиллярной стенки в эту ткань, напоминающую губку, проходят все составные части плазмы, кроме белков, поступающие затем в полость боуменовской капсулы. Капсула у животных переходит в короткую шейку, отсутствующую у человека, и в извитой каналец первого порядка, состоящий из кубического эпителия, имеющего щетковидную кайму. Каналец первого порядка переходит в нисходящую тонкую часть петли Генле из плоских эпителиальных клеток, и зачем в восходящую толстую часть петли из кубических и цилиндрических клеток, не имеющих щетковидной каймы, в извитой канадец второго порядка и через короткий вставочный отдел в собирательную трубку. Щетковидная кайма эпителия канальцев, состоящая из мельчайших цилиндрических выростов, как и в эпителии кишечника, значительно увеличивает их поверхность. Собирательные трубки у верхушки сосочка открываются в полость малых чашечек 12-15 сосочковыми ходами. Описанное морфологическое устройство до начала собирательных трубок обозначается как нефрон. Нефрон — единый функциональный элемент почки — впервые описал А. М. Шумлянский (1782).
Общая длина канальцев нефрона от боуменовской капсулы до начала собирательных трубок 35-50 мм, а общая длина всех канальцев почек 70-100 км. Нефроны коркового слоя почки имеют более короткую петлю Генле, а юкстамедуллярные — более длинную, заходящую в мозговой слой. В нефроне человека и млекопитающих различаются следующие отделы: 1) мальпигиев сосудистый клубочек и окружающая его капсула Боумена, 2) проксимальный сегмент, включающий проксимальный извитой и следующий за ним проксимальный прямой канальцы, 3) тонкий сегмент, содержащий тонкое нисходящее и тонкое восходящее колена петли Генле, 4) дистальный сегмент, слагающийся из толстого восходящего колена петли Генле, дистального извитого и связующего канальцев. Собирательные трубки к нефрону не относятся.
Общая поверхность всех канальцев 6 м2. Щетковидная кайма эпителия почечных канальцев состоит из таких же мельчайших цилиндрических выростов, как и на эпителии кишечника, что чрезвычайно увеличивает его поверхность до 40-50 м2.
Большое значение для мочеобразования имеют также особенности кровоснабжения почки.
В почке почечная артерия делиться на несколько междолевых артерий. На границе между корковым и мозговым веществом почки от междолевых артерий отходят ветви, идущие параллельно наружной поверхности почки, — дугообразные артерии. От дугообразных артерий отходят междольчатые артерии, которые дают во все стороны веточки – приносящие сосуды, распадающиеся на сеть капилляров, — сосудистый мальпигиев клубочек, охватываемый капсулой Боумена.
В мальпигиев клубочек коркового слоя артериальная кровь поступает по приносящей артериоле, имеющей более широкий просвет, чем выносящая артериола. Эта разница в просветах артериол создает более высокое кровяное давление в капиллярах мальпингиева клубочка, чем в других капиллярах тела. По выносящей артериоле мальпигиева клубочка артериальная кровь поступает во вторую сеть капилляров, охватывающую извитые канальцы, петлю Генле и собирательные трубки. Из капилляров второй сети, снабжающей артериальной кровью почечную ткань, кровь переходит в венулы и венозные сосуды.
В отличие от корковых клубочков мальпигиевы клубочки юкстамедуллярной зоны крупнее, их приносящие артериолы имеют такой же просвет, как и выносящие, которые не распадаются на околоканальцевую капиллярную сеть, а опускаются в мозговой слой в виде параллельных мелких прямых артерий, идущих из клубочков к сосочку, а затем возвращающихся в кору почек. Эти прямые артерии не переходят в капилляры, а непосредственно связаны с мелкими венами, вливающимися в дуговые вены.
80% крови, поступающей в почки, проходит через корковые клубочки, а 20% — через юкстамедуллярные. На единицу массы корковое вещество получает в 20-40 раз больше крови, чем мозговое.
В юкстамедуллярной зоне в 12-15 клубочках из 100 место вхождения приносящей артериолы и выхождения выносящей контактирует с невромиоэпителиальным комплексом клеток, который называется юкстагломерулярным аппаратом, тесно прилегающим к извитому канальцу второго порядка.
В почечной артерии кровяное давление только немного ниже аортального, по благодаря разности в просветах приносящего и выносящего сосудов давление в капиллярах клубочка составляет около 50% величины давления в брюшной аорте (60-70 мм рт. ст.).
Больший просвет приносящего сосуда мальпигиева клубочка по сравнению с выносящим обеспечивает большое давление крови в капиллярах клубочка.
Почки обильно снабжаются кровью. Их кровоснабжение в 20 раз превышает кровоснабжение других органов. Количество крови, доставляемое почечными сосудами, около 750 см3 в каждую почку человека в течение 1 мин, что в несколько раз превышает ее массу. Почки человека в покос получают 1/4-1/5 всей крови, выбрасываемой левым желудочком.
Через кровеносные сосуды почек у человека проходит около 1700 дм3 крови за сутки, из которой в клубочках фильтруется 170 дм3. Так как в организме человека содержится около 5 дм3 крови, то можно считать, что за сутки вся кровь проходит через почки 200-300 раз.
Высокий процент потребления О2 также свидетельствует об интенсивности происходящих в почках физиологических процессов. Масса обеих почек составляет около 0,5% массы тела, но в них используется 9% O2, утилизируемого организмом. Корковое вещество потребляет больше кислорода, чем мозговое.
В обеих почках человека до 1 млн. мальпигиевых клубочков. Общая внутренняя поверхность эпителия канальцев обеих почек доходит у человека до 50 м2. У крупного рогатого скота в обеих почках свыше 8 млн. нефронов, действующая поверхность которых достигает 40 м2. В почках сосредоточено большое количество рецепторов, при раздражении которых импульсы по афферентным волокнам поступают в спинной мозг, эти нервные волокна проходят в нервах вегетативной нервной системы большей, частью в составе симпатических чревных нервов. Эфферентные волокна подходят к почкам в ветвях симпатических и парасимпатических (осуждающих) нервов. Эфферентные симпатические волокна подходят к почкам из нейронов боковых рогов трех нижних грудных и двух верхних поясничных сегментов спинного мозга. Количество парасимпатических волокон блуждающих нервов и тазового сплетения незначительно. Иннервация нефронов тесно связана с иннервацией артериол, капилляров и венул. Особенно велико количество нервных волокон, оплетающих клетки юкстагломерулярных аппаратов. В почке есть нервные узлы парасимпатической системы.
Регуляция деятельности почек
В клетках почек образуются также и физиологически активные вещества, действующие как на работу самих почек, так и на деятельность других систем организма. Одно из таких веществ — ренин, под действием которого образуется гормон ангиотензин II. Этот гормон, в свою очередь, сужает сосуды, резко повышая давление крови, особенно во внутренних органах и коже, усиливает реабсорбцию натрия из первичной мочи в кровь. Кроме ренин-ангиотензиновой системы работой почек управляют весьма сложные нервные и гуморальные механизмы. Симпатические влияния приводят к сужению сосудов почек, и фильтрация уменьшается; парасимпатические влияния, напротив, усиливают кровоток в почках.
В клетках гипоталамуса образуется гормон вазопрессин, или антидиуретический гормон (АДГ). Он накапливается в задней доле гипофиза и оттуда поступает в кровь, попадая с ней в почки. Действие АДГ особенно проявляется при нехватке воды в организме: этот гормон усиливает обратное всасывание воды в извитых канальцах, уменьшая объем вторичной мочи и, следовательно, потери воды. Мощный эффект на работу почек оказывает гормон коры надпочечников — альдостерон, увеличивающий реабсорбцию натрия и удаление калия из организма.
В моче здоровых людей отсутствуют белки и форменные элементы крови. Наличие их в моче свидетельствует о заболевании почек и нарушении целостности эпителия нефронов.