Решение задач по физиологии: терморегуляция и функции почек

Хорошо, я вижу список вопросов по физиологии. Давайте разберем каждый из них.

Вопросы:

1. Физиологические механизмы терморегуляции
2. Функции почек
3. Основные процессы в почке
4. Фильтрационное давление. Скорость клубочковой фильтрации
5. Поворотно-противоточная система
6. ЮГА

Давайте ответим на каждый вопрос по порядку.

1. Физиологические механизмы терморегуляции

Терморегуляция – это способность организма поддерживать постоянную температуру тела, несмотря на изменения температуры окружающей среды. Это очень важный процесс для нормального функционирования всех систем организма.

Основные механизмы терморегуляции делятся на две группы:

1. Механизмы теплопродукции (выработки тепла):
   • Мышечная активность: При сокращении мышц выделяется большое количество тепла. Например, дрожь – это непроизвольные сокращения мышц, которые помогают согреться.
   • Обмен веществ: Все химические реакции в организме, связанные с расщеплением питательных веществ, сопровождаются выделением тепла. Гормоны щитовидной железы и надпочечников (адреналин) усиливают обмен веществ и, соответственно, теплопродукцию.
   • Несократительный термогенез: Особенно важен у новорожденных и животных. Это выработка тепла в бурой жировой ткани без мышечных сокращений.
2. Механизмы теплоотдачи (потери тепла):
   • Излучение: Тело человека постоянно излучает тепло в окружающую среду. Это основной путь потери тепла в покое.
   • Конвекция: Передача тепла воздуху или воде, которые движутся вокруг тела. Например, ветер усиливает теплоотдачу.
   • Проведение (кондукция): Передача тепла при непосредственном контакте с более холодными предметами (например, сидение на холодной скамейке).
   • Испарение: Потеря тепла при испарении пота с поверхности кожи. Это очень эффективный механизм охлаждения, особенно при высокой температуре воздуха.
   • Дыхание: С выдыхаемым воздухом организм теряет некоторое количество тепла и влаги.

Центр терморегуляции находится в гипоталамусе головного мозга. Он получает информацию о температуре тела от терморецепторов (нервных окончаний, чувствительных к температуре) на коже и во внутренних органах. В зависимости от этой информации гипоталамус активирует механизмы теплопродукции или теплоотдачи, чтобы вернуть температуру тела к норме.

2. Функции почек

Почки – это парные органы, которые играют ключевую роль в поддержании гомеостаза (постоянства внутренней среды) организма. Их функции очень разнообразны:

1. Выделительная (экскреторная) функция: Это основная функция почек. Они удаляют из организма конечные продукты обмена веществ, которые являются токсичными, если накапливаются в больших количествах. К ним относятся:
   • Мочевина (продукт распада белков)
   • Креатинин (продукт обмена мышечной ткани)
   • Мочевая кислота (продукт обмена нуклеиновых кислот)
   • Избыток воды и минеральных солей
   • Чужеродные вещества (лекарства, токсины)
2. Регуляция водно-солевого баланса: Почки контролируют объем воды в организме и концентрацию электролитов (натрия, калия, хлора и др.). Они могут выводить избыток воды или, наоборот, задерживать ее, а также регулировать выведение солей.
3. Регуляция кислотно-щелочного равновесия (КЩР): Почки поддерживают постоянный уровень pH крови, выводя избыток кислот или щелочей.
4. Регуляция артериального давления: Почки вырабатывают гормон ренин, который участвует в ренин-ангиотензин-альдостероновой системе, регулирующей артериальное давление. Также они влияют на объем циркулирующей крови.
5. Эндокринная функция (выработка гормонов):
   • Эритропоэтин: Стимулирует образование эритроцитов (красных кровяных телец) в костном мозге.
   • Кальцитриол (активная форма витамина D): Участвует в регуляции обмена кальция и фосфора.
   • Простагландины: Влияют на кровоток в почках и другие функции.
6. Участие в обмене веществ: Почки могут участвовать в глюконеогенезе (образовании глюкозы из неуглеводных соединений) в условиях голодания.

3. Основные процессы в почке

В почках происходят три основных процесса, которые обеспечивают образование мочи и выполнение всех функций:

1. Клубочковая фильтрация:
   • Происходит в почечных клубочках (гломерулах), которые находятся в корковом слое почки.
   • Кровь под высоким давлением поступает в клубочек.
   • Через тонкую стенку капилляров клубочка и капсулу Шумлянского-Боумена фильтруется плазма крови.
   • В результате образуется первичная моча (ультрафильтрат). Она по составу похожа на плазму крови, но не содержит крупных белков и форменных элементов крови.
   • Объем первичной мочи очень большой – около 180 литров в сутки.
2. Канальцевая реабсорбция (обратное всасывание):
   • Происходит в почечных канальцах (тубулах), которые отходят от капсулы Шумлянского-Боумена.
   • Из первичной мочи обратно в кровь всасываются все необходимые организму вещества: вода, глюкоза, аминокислоты, витамины, большая часть ионов натрия, калия, хлора и др.
   • Этот процесс очень избирателен и регулируется гормонами.
   • В результате реабсорбции объем мочи значительно уменьшается, а ее состав изменяется.
3. Канальцевая секреция:
   • Происходит также в почечных канальцах.
   • Это активный транспорт некоторых веществ из крови в просвет канальца, то есть в мочу.
   • Таким образом выводятся из организма избыток ионов калия, водорода, аммиак, некоторые лекарственные препараты и токсины.
   • Секреция ионов водорода играет важную роль в поддержании кислотно-щелочного равновесия.

В результате этих трех процессов образуется вторичная (конечная) моча, которая выводится из организма.

4. Фильтрационное давление. Скорость клубочковой фильтрации

Фильтрационное давление (эффективное фильтрационное давление, ЭФД) – это движущая сила, которая обеспечивает процесс клубочковой фильтрации. Оно определяется балансом между силами, способствующими фильтрации, и силами, препятствующими ей.

Формула для расчета эффективного фильтрационного давления:

\[ ЭФД = P_{гидрост.кап} - (P_{онкот.кап} + P_{гидрост.капс}) \]

Где:

• \(P_{гидрост.кап}\) – гидростатическое давление крови в капиллярах клубочка (около 60-70 мм рт. ст.). Это основная сила, способствующая фильтрации.
• \(P_{онкот.кап}\) – онкотическое (коллоидно-осмотическое) давление белков плазмы крови в капиллярах клубочка (около 25-30 мм рт. ст.). Белки не фильтруются и "тянут" воду обратно в капилляр, препятствуя фильтрации.
• \(P_{гидрост.капс}\) – гидростатическое давление первичной мочи в капсуле Шумлянского-Боумена (около 10-15 мм рт. ст.). Эта жидкость также препятствует дальнейшей фильтрации.

В норме ЭФД составляет около 10-20 мм рт. ст. Если ЭФД падает до нуля или становится отрицательным, фильтрация прекращается.

Скорость клубочковой фильтрации (СКФ) – это объем первичной мочи, образующейся в почках за единицу времени. Это важнейший показатель функции почек.

СКФ зависит от:

• Величины эффективного фильтрационного давления.
• Площади фильтрационной поверхности клубочков.
• Проницаемости фильтрационного барьера.

В норме СКФ у взрослого человека составляет около 100-120 мл/мин (или 180 литров в сутки). Снижение СКФ является признаком нарушения функции почек.

Для оценки СКФ используют специальные методы, например, клиренс креатинина или инулина. Клиренс – это объем плазмы крови, который полностью очищается от определенного вещества за единицу времени.

\[ СКФ = \frac{U \cdot V}{P} \]

Где:

• \(U\) – концентрация вещества в моче.
• \(V\) – объем мочи, выделенной за единицу времени.
• \(P\) – концентрация вещества в плазме крови.

5. Поворотно-противоточная система

Поворотно-противоточная система (или противоточно-множительная система) – это механизм, который позволяет почкам концентрировать мочу, то есть выводить из организма избыток солей с минимальной потерей воды. Этот механизм особенно развит у животных, обитающих в засушливых условиях, но и у человека он играет ключевую роль.

Основные компоненты этой системы:

1. Петля Генле: Это U-образный участок почечного канальца, который глубоко погружается в мозговой слой почки. Она состоит из нисходящей и восходящей частей.
   • Нисходящая часть петли Генле: Хорошо проницаема для воды, но плохо проницаема для солей. По мере движения первичной мочи вниз по петле, вода выходит из канальца в интерстиций (межклеточное пространство) мозгового слоя, который становится все более концентрированным.
   • Восходящая часть петли Генле: Непроницаема для воды, но активно реабсорбирует (выкачивает) ионы натрия и хлора из мочи в интерстиций. Это делает интерстиций мозгового слоя очень гипертоническим (соленым).
2. Собирательные трубочки: Проходят через этот же гипертонический мозговой слой. Проницаемость их стенок для воды регулируется антидиуретическим гормоном (АДГ). Если АДГ присутствует, стенки трубочек становятся проницаемыми для воды, и вода выходит из мочи в соленый интерстиций, концентрируя мочу.
3. Прямые сосуды (vasa recta): Это капилляры, которые сопровождают петли Генле. Они также имеют U-образную форму и обеспечивают кровоснабжение мозгового слоя, при этом не "вымывая" созданный градиент концентрации солей. Они забирают реабсорбированную воду и соли, но делают это таким образом, что соленость интерстиция сохраняется.

Принцип работы: Восходящая часть петли Генле активно выкачивает соли, создавая градиент концентрации в мозговом слое почки (от менее соленого коркового слоя к очень соленому внутреннему мозговому слою). Нисходящая часть петли Генле и собирательные трубочки, проходя через этот градиент, теряют воду, что приводит к образованию концентрированной мочи. Чем длиннее петля Генле, тем больше градиент концентрации может быть создан и тем более концентрированную мочу может производить почка.

6. ЮГА

ЮГА – это аббревиатура, которая расшифровывается как Юкстагломерулярный Аппарат.

ЮГА – это специализированная структура в почке, расположенная в месте контакта дистального извитого канальца с приносящей артериолой того же нефрона. Он играет ключевую роль в регуляции артериального давления и объема крови.

ЮГА состоит из трех основных компонентов:

1. Плотное пятно (macula densa): Это группа специализированных клеток в стенке дистального извитого канальца. Они чувствительны к концентрации ионов натрия и хлора в моче, проходящей по канальцу. Если концентрация натрия низкая (что указывает на низкое артериальное давление или объем крови), плотное пятно посылает сигналы юкстагломерулярным клеткам.
2. Юкстагломерулярные клетки (гранулярные клетки): Это специализированные гладкомышечные клетки в стенке приносящей артериолы. Они содержат гранулы с ферментом ренином. Юкстагломерулярные клетки реагируют на:
   • Снижение артериального давления (через барорецепторы в стенке артериолы).
   • Снижение концентрации натрия в дистальном канальце (сигнал от плотного пятна).
   • Симпатическую стимуляцию.
   При этих условиях они выделяют ренин.
3. Мезангиальные клетки (экстрагломерулярные мезангиальные клетки, клетки Гурмагтига): Расположены между приносящей и выносящей артериолами и плотным пятном. Их точная функция до конца не изучена, но предполагается, что они участвуют в передаче сигналов между плотным пятном и юкстагломерулярными клетками, а также могут влиять на кровоток в клубочке.

Функции ЮГА:

Основная функция ЮГА – это участие в ренин-ангиотензин-альдостероновой системе (РААС), которая является мощным регулятором артериального давления и водно-солевого баланса:

1. При снижении артериального давления или объема крови ЮГА выделяет ренин.
2. Ренин превращает ангиотензиноген (белок, вырабатываемый печенью) в ангиотензин I.
3. Ангиотензин I превращается в ангиотензин II с помощью ангиотензинпревращающего фермента (АПФ), который находится в основном в легких.
4. Ангиотензин II – это мощный вазоконстриктор (сужает кровеносные сосуды), что приводит к повышению артериального давления. Он также стимулирует:
   • Выделение альдостерона из коры надпочечников. Альдостерон увеличивает реабсорбцию натрия и воды в почках, что увеличивает объем крови и, соответственно, артериальное давление.
   • Выделение антидиуретического гормона (АДГ) из гипофиза, который также увеличивает реабсорбцию воды в почках.
   • Чувство жажды.

Таким образом, ЮГА через РААС играет критическую роль в поддержании нормального артериального давления и объема жидкости в организме.