Процесът на уринообразуването започва в гломерулите. При преминаване на плазмата на кръвта през гломерула от нея чрез гломерулна филтрация интензивно се образува първична урина. По-нататък филтратът преминава през бъбречните тубули и събирателните каналчета. Съставът на филтрата се променя в резултат на тубулен транспорт на вода и разтворени вещества. Посредством тубулна реабсорбция голяма част от първичния филтрат (вода и повечето необходими за организма вещества) се връщат в кръвта на перитубулните капиляри. Посредством тубулна секреция във филтрата постъпват вещества от кръвта на перитубулните капиляри (органични киселини, водородни катиони, амоняк).
Филтрацията е пасивен процес – преминаване на разтвор през полупропусклива мембрана под действие на разлика в хидростатичното налягане от двете страни на мембраната. Свободно се филтрират нискомолекулни вещества с диаметър до 4 nm (ММ 5500). При нарастване на диаметъра на разтворените в плазмата вещества, тяхното преминаване през порите се затруднява. Албуминът на плазмата (ММ 69 000) се филтрира под 1%. Преминаването през мембраната на субстанции с диаметър над 8 nm (ММ 80 000) се изключва почти напълно. Глобулините на плазмата, които са по-големи белтъци не могат да се филтрират през мембраната на гломерулите и образуваният филтрат не съдържа колоидни макромолекули (ММ над 70 000). Формените елементи също не могат да се филтрират. Значение за филтрацията има и зарядът на частиците – тези, които са с отрицателен заряд се отблъскват от ендотела на капилярите и минават трудно.
Гломерулната филтрация у здрав мъж със средни размери е около 125 ml/min или 180 l/24h, а обемът на отделената урина нормално е 1,5 l/24h. Това означава, че повече от 99% от гломерулния филтрат се реабсорбира.
Първичната урина (филтратът) рязко се отличава от крайната урина. Филтратът претърпява значителни промени в количествения и качествения си състав преди да се превърне в окончателна урина, поради процесът на пренасяне на различни вещества през стените на бъбречните каналчета. Сложният процес на образуване на окончателната урина се осъществява посредством тубулна реабсорбция, тубулна секреция и тубулна екскреция.
Тубулната реабсорбция е транспорт от лумена на тубула до перитубулните капиляри, а тубулната секреция е транспорт от перитубулните капиляри до лумена на тубула. Реабсорбцията се осъществява чрез преминаване на веществата или през епителните тубулни клетки (трансцелуларен транспорт), или между епителните тубулни клетки (парацелуларен транспорт).
Тубулната реабсорбция и тубулната секреция могат да се осъществят чрез активни или пасивни транспортни процеси. Активна реабсорбция и активна секреция се осъществяват главно в проксималните тубули. В по-дисталните отдели на нефрона се извършва финна регулация на съдържанието на електролити, вода и водородни йони, която е необходима за поддържането на хомеостазата.
Когато в тубулите се извърши реабсорбция на вещества от филтрата към перитубулните капиляри, тяхната екскреция (отделянето им с урината) се намалява. Когато се извърши секреция (добавяне) на нови порции вещества от перитубулните капиляри към тубулите, тяхната екскреция се увеличава.
Тубулен транспорт в проксималните тубули
Филтратът (първичната урина) попада в проксималния тубул, където нормално се реабсорбират около 60 – 70% от филтрата. Тук се реабсорбират около 60 – 70% от Na+, 55% от Cl- и 90% от HCO3-. Напълно се реабсорбират глюкозата и аминокиселините. Реабсорбцията в проксималния тубул е изоосмотична – реабсорбират се и соли, и вода, така че осмолалитетът на тубулната течност в края на проксималния тубул остава равен на осмолалитета на плазмата, колкото е и в гломерулния филтрат. Две трети от филтрираните Na+ се придвижват трансцелуларно в проксималните тубулни клетки. Транспортът на Na+ от лумена на проксималния тубул към тубулните клетки се извършва чрез преносител по хода на електрохимичния градиент за Na+. Преносителят транспортира друго вещество заедно с Na+ срещу градиента – глюкоза, аминокисилини, фосфат, лактат, цитрат. Касае се за котранспорт (симпорт). Na+ се пренасят през базолатералната мембрана на проксималните тубулни клетки към интерстициума посредством активен транспортен механизъм – Na+/K+-АТФаза, която поддържа градиента за пасивното навлизане на Na+ в клетката.
Реабсорбцията на Na+ предизвиква пасивно парацелуларно придвижване на Cl- и HCO3- по силата на създадения електрохимичен градиент.
Като резултат от реабсорбцията на Na+ и на другите йони се създава осмотичен градиент между тубулната течност, тубулните епителни клетки и капилярите на перитубулната капилярна мрежа. По този осмотичен градиент се извършва придвижване на вода в същата посока – водните молекули следват движението на солите. Апикалните мембрани на проксималните тубулни клетки съдържат водни канали, които подпомагат осмозата на водата. От епителните клетки на тубулите водата навлиза в латералните интерстициални пространства между съседните клетки. По този начин реабсорбцията на Na+ обуславя реабсорбцията на другите йони и на водата.
В проксималния тубул се реабсорбира и цялото количество филтрирана глюкоза. Независимо, че глюкозата безпрепятствено се филтрира през гломерулния филтър, в норма тя не се съдържа в урината, защото напълно се реабсорбира в тубулите. Интензивността на глюкозния транспорт не може да превиши едно пределно значение наречено транспортен максимум на глюкозата, дори съдържанието на глюкозата във филтрата да се увеличава. След като надмине транспортния максимум, капацитетът на транспортния процес за глюкозата се оказва недостатъчен, за да може да се реабсорбира цялото филтрирано количество глюкоза и тогава глюкозата се появява в урината. Отделянето на глюкоза с урината се нарича глюкозурия. Това става само тогава, когато съдържанието на глюкоза във венозната плазмата стане високо (над 10 mmol/l). Глюкозурията е един от типичните симптоми на захарния диабет. Ако концентрацията на глюкозата в плазмата продължава да расте, количеството й в урината също расте.
Както вече казахме, глюкозата и Na+ се свързват с общ преносител в луминалната мембрана. Глюкозата влиза в клетката чрез вторично активен транспорт заедно с Na+ и се освобождава от клетката към интерстициума и капилярите чрез улеснена дифузия. Глюкозата се реабсорбира напълно още в началните отдели на проксималното извито каналче.
В проксималния тубул се реабсорбират и филтрираните аминокиселини – също чрез вторично-активен транспорт заедно с Na+.
Тук се секретират активно H+ в размяна с Na+ и се реабсорбират пасивно Cl-, Сa2+, К+, Mg2+и част от Na+ (парацелуларно) и HCO3-.
Нискомолекулните белтъци и някои пептидни хормони се реабсорбират чрез ендоцитоза в проксималните тубули.
Органични киселини и основи – екзогенни (някои фармакологични средства) и ендогенни (жлъчни киселини, мастни киселини, урати, оксалати, ацетилхолин, хистамин) се секретират активно в проксималните тубули.
Тубулен транспорт в бримката на Хенле
В бримката на Хенле навлиза малка част (около 35%) от гломерулния филтрат.
Низходящото рамо на бримката на Хенле е пропускливо за вода, но възходящото рамо не е пропускливо за вода. В низходящото рамо на бримката се реабсорбират още 15% от филтрираната вода, а останалите 20% от филтрираната вода навлиза в дисталните каналчета.
Следователно течността в низходящото рамо на бримката става хипертонична (1200mOsm/l) при преминаване на водата в хипертоничния интерстициум.
В дебелия сегмент на възходящото рамо на бримката на Хенле се реабсорбират активно Na+ и Cl- (~ 20-25% от реабсорбцията) – това увеличава осмолалитета на бъбречната медула до 1200 mOsm/l. Повишаването на осмолалитета на медулата има важно значение за концентрирането на урината. Течността във възходящото рамо се разрежда поради движение на Na+ и Cl- навън от лумена и накрая става хипотонична (100mOsm/l) спрямо плазмата.
В тази част на бримката на Хенле се реабсорбират още Na+, К+, Сa2+ и Mg+ пасивно парацелуларно по електрохомичния градиент, създаден от изведените в интерстициума Cl-.
Тубулен транспорт в дисталния тубул и събирателното каналче.
Тук се реабсорбират още 4 – 8 % от филтрираните Na+, Cl-, Ca2+ и Mg+йони. Дисталният тубул обаче е непроницаем за вода, както дебелото възходящо рамо на бримката на Хенле, затова парацелуларният транспорт е ограничен. В интерстициума се извеждат реабсорбирани йони, които не се последват от водата – затова от двете страни на клетките се създават осмотични градиенти. В свързващия сегмент на дисталния тубул и в събирателното каналче реабсорбцията на Na+ продължава – Na+ навлизат в тубулните клетки през специални натриеви каналчета, чиято пропускливаст се регулира от хормона на надбъбречната кора алдостерон. Алдостеронът увеличава реабсорбцията на Na+ и тази регулирана реабсорбция на Na представлява около 2 % от филтрираното количество Na+ . Реабсорбираният Na+ се разменя със секретиращите се К+ и Н+. Чрез секрецията на Н+ бъбрекът освобождава организма от излишните киселини. В тази част на нефрона се реабсорбират още HCO3-, които представляват алкалният резерв на организма – компонент на една от основните буферни системи на кръвта.
Na+ е главният екстрацелуларен катион, който определя осмолалитета на плазмата и на екстрацелуларната течност (ЕЦТ), затова неговата регулирана реабсорбция определя бъбрека като главен регулатор на обема и състава на ЕЦТ.
В крайната урина се екскретира 0,5 – 1% от филтрираното количество на Na+. Ако екс-крецията на Na+ се намали под тази стойност (например, ако се увеличи реабсорбцията на Na+), ще настъпи натриева задръжка, която ще доведе и до задръжка на вода – обемът на ЕЦТ ще се увеличи и ще се създадат условия за появата на отоци. Това се наблюдава при някои сърдечни и бъбречни заболявания.
Свързващите сегменти на дисталните тубули и събирателните каналчета имат главни и интеркалирани клетки. Главните клетки участвуват в регулацията на Na+ и K+ хомеостаза, а интеркалираните клетки участват в поддържането на алкално-киселинното равновесие.
В дисталните тубули епителът е непропусклив и затова те са непропускливи за вода както и възходящото рамо на бримката на Хенле. Тъй като в тях продължава отстраняването на разтворени вещества, това разрежда тубулната течност. Само около 5% от филтрираната вода се реабсорбира в дисталните тубули.
В свързващият сегмент на дисталните тубули и в кортикалната част на събирателните каналчета главните клетки са повече – в тях се извършва реабсорбция на Na+ и вода поотделно. Повече от 10% от филтрираната вода се реабсорбират в кортикалната част на събирателните каналчета под контрола на АДХ – водата се движи от хипотоничната течност в кортикалните събирателни каналчета към интерстициума на кората, при което тубулната течност става изотонична. Изотоничната течност навлиза в медуларните събирателни каналчета, където интеркаларните клетки са повече от главните. Парацелуларният транспорт на вещества и вода и силно ограничен, тъй като епителът е непроницаем. Тук се реабсорбират допълнително 4.7% от филтрата в хипертоничния интерстициум на медулата.
Получава се антидиуреза с резултат олигурия. Повече от 99,5% от филтрираната вода е реабсорбирана и само 0,3-0,5% се отделя с урината, която е концентрирана. При хора осмолалитетът на урината може да превиши този на плазмата 4-5 пъти и да достигне 1200 mosm/l.
При липса на АДХ епителните клетки на свързващия сегмент и на събирателните каналчета са относително непроницаеми за вода. Вода не се реабсорбира и течността в каналчетата остава хипотонична. Осмолалитетът на урината е нисък (100 mosm/l). Така 13% от филтрираната вода се екскретира и отделянето на урината достига до 15ml/min (водна диуреза).
Очистваща функция на бъбреците.
Бъбрекът има очистваща функция по отношение на крайните продукти на белтъчната обмяна – урея, пикочна киселина и креатинин. Концентрацията на тези вещества в крайната урина е много пъти по-висока, отколкото в гломерулния филтрат, защото 99% от водата в първичната урина се реабсорбира и защото те са подложени само на частична реабсорбция в тубулите и голяма част от филтрираното количество се екскретира. Очистването на дадено вещество става по-голямо, когато веществото, освен че се филтрира и допълнително се секретира в тубулите. При недостатъчност на бъбречната функция настъпва задръжка на урея, пикочна киселина и креатинин в кръвта, тъй като е намалено тяхното очистване. Състоянието се нарича уремия.
Обем и състав на крайната урина.
Нормалната 24 часова диуреза е около 1.5 литра. Човешките бъбреци могат да концентрират урината до 1200 mOsm/l (антидиуреза), при което осмолалтетът и става 4 пъти по-висок от плазмения осмолалитет. Метаболитните продукти и соли, които човек отделя за 24 часа са 600mOsm. Те трябва да бъдат екскретирани, за да се запази водно-солевото равновесие. Минималната (задължителна) диуреза, която осигурява екскрецията на тези крайни продукти на метаболизма е 500 ml (600 : 1200 = 0.5 l). Осмолалитетът при разреждане на урината е около 100 mOsm/l при максимален обем на урината 18 l/24 часа.
Урината е бледо жълтеникава, стерилна течност, с леко кисела реакция. Съдържа урея, пикочна киселина, креатинин, уробилин, сулфати, фосфати, бикарбонати, урохром, неорганични соли (Na+, K+, Ca2+, Cl-) и др. Съдържанието на соли в урината зависи твърде много от количеството на приетите с храната соли. При нормален хранителен и питеен режим осмолалитетът на урината, който отразява средната концентрация на всички соли е 600 mosm/l (два пъти по-висок от плазмения осмолалитет). При приемане на голямо количество вода, количеството на крайната урина се увеличава и тогава осмолалитетът и може да се намали до 100 mosm/l. При ограничено пиене на вода осмолалитетът може да се увеличи до 1 200 mosm/l. Чрез урината за 24 часа се екскретират около 30 грама урея. Във висока концентрация в урината са пикочната киселина и креатининът, който е краен продукт от разграждането на креатинфосфата в мускулите. Голяма част от лекарствата или приети отрови се екскретират също с урината. При увреждане на нефрона в урината се установява белтък (до 2-3%).
