С.В. Капустин, 2000
Особенности уродинамики верхних мочевых путей (ВМП) являются одним из основных вопросов нормальной и патологической физиологии этого органа и поэтому привлекают пристальное внимание исследователей и клиницистов. Основной функцией ВМП является транспорт мочи, образованной в почке, в мочевой пузырь. До настоящего времени еще продолжается дискуссия о механизмах уродинамики.
Концепции двигательной активности мочеточника
Морфологические исследования мускулатуры мочевых путей, наблюдения в остром опыте на животных, эксперименты с изолированным препаратом почки и мочеточника послужили основой для объяснений динамической активности этой системы перистальтическими механизмами. Хотя исследования в этом направлении проводили с конца прошлого века, окончательное формирование перистальтической теории произошло в 40–60 годы нашего столетия (F. Kill, С.А. Бакунц), а экспериментальное подтверждение и математическое обоснование она получила в работах S. Boyarsky и его школы в 70-е годы. Перистальтическая теория деятельности мочевых путей предусматривает активное, под влиянием гидростатического давления в почке, непрерывное поступление мочи в почечную чашечку, ее пассивное накопление там в фазу диастолы, а затем при активном сокращении мускулатуры чашечки выброс порции мочи в лоханку. Аналогичным образом лоханка в период своей диастолы пассивно накапливает мочу, а затем при очередном систолическом сокращении активно выбрасывает ее в мочеточник. Последний, по мнению сторонников этой теории, выполняет роль перистальтического насоса, который активно перегоняет поступившую в его просвет мочу в мочевой пузырь. Теория активных перистальтических сокращений предполагает автоматизм их координированной сократительной деятельности и наличие водителя ритма (пейсмекера) и проводящих путей. Наличие анатомического субстрата пейсмекера мочевых путей признается не всеми авторами. Перистальтическая теория деятельности мочеточника не объясняет несоответствие небольшого количества гладкомышечных элементов его стенки с масштабами работы, которую они выполняют, и многообразием режимов функционирования мочеточника.
Цистоидная теория, предложенная F. Fuchs (1931), основана на анализе данных рентгенологических исследований. Она получила наибольшее распространение в 40–60 годы с началом широкого распространения рентгенокинематографии, а затем рентгенотелевидения. По данным F. Fuchs (1927, 1931, 1936), и P. Narath (1951, 1954), в работе ВМП значительная роль принадлежит деятельности почечной лоханки, благодаря которой моча поступает в проксимальный отдел мочеточника. Согласно теории F. Fuchs, общим принципом организации динамики ВМП являются детрузорно-сфинктерные взаимодействия. При этом в структуре мочеточника следует выделять определенные секции (цистоиды), каждая из которых выполняет роль детрузора и ограничена динамическими сфинктерами. F. Fuchs считал, что в мочеточнике таких секции три или четыре, причем почечная лоханка представляет одну самостоятельную секцию, сокращение которой вызывает активную деятельность мочеточника. Цистоидная теория, таким образом, предполагает, что величина давления в лоханке в момент сокращения должна быть выше, чем в мочеточнике. Однако проводившиеся измерения давления не только не подтверждали подобных взаимоотношений, но и доказывали, что именно в лоханке давление наиболее низкое, а амплитуда колебаний его незначительна. В рамках цистоидной теории также длительное время не находил объяснения механизм отграничения цистоидов, поскольку истинные сфинктеры с циркулярной ориентацией гладкомышечных волокон на всем протяжении мочеточника, несмотря на настойчивые поиски, обнаружены не были. Определенную роль в утверждении ряда положений цистоидной теории деятельности мочеточника сыграло открытие кавернозноподобных сосудистых образований в стенке мочеточника, сделанное Ю.А. Пытелем в 1960 г., а затем подтвержденное исследованиями школы В.В. Куприянова.
Таким образом, ни перистальтическая, ни цистоидная теории уродинамики не объясняют полно и объективно механизмы транспорта мочи по ВМП, хотя обе теории внесли определенный вклад в развитие науки.
Современные представления об уродинамике верхних мочевых путей
Современные данные свидетельствуют о существовании динамической гибкой функциональной системы, которая обеспечивает порционный транспорт мочи. Эта система объединяет чашечки почки, лоханку, мочеточник и мочевой пузырь. В функцию каждого из этих отделов входит наполнение, опорожнение и облегчение транспорта мочи из вышележащих отделов.
В нормальном состоянии перистальтическая активность мочеточника обеспечивается существованием генератора электрической активности (пейсмейкера, водителя ритма), расположенного в проксимальной части собирательной системы верхних мочевых путей (ВМП). В многочашечных собирательных системах участки, генерирующие электрическую активность, расположены на границах маленьких и больших чашечек. При разрушении одного пейсмейкера, например, при частичной нефрэктомии, другие области, генерирующие импульсы, становятся источниками электрической активности. Если все первичные пейсмейкеры, расположенные вблизи чашечек, разрушаются, то другие области, расположенные более дистально в мочеточнике, могут функционировать как латентные водители ритма. Эти латентные пейсмейкеры в норме подавлены деятельностью первичных водителей ритма, но, при освобождении от их доминирующего влияния, они могут сами становиться источниками перистальтической активности.
Сокращения чашечек в нормальных условиях связаны с деятельностью пейсмейкера, функционирующего с частотой приблизительно 6 импульсов в мин. При нормальном диурезе передача электрической активности блокируется в лоханке или лоханочно-мочеточниковом сегменте и, таким образом, частота сокращений чашечек выше, чем мочеточника. По наблюдениям B.Fey и соавт. (1956), на каждые 26 опорожнений чашечек приходится 9 фаз опорожнения лоханки. При высоких уровнях диуреза происходит остановка блокирования электрической активности и частота сокращений мочеточника становится равной частоте сокращений чашечек. Электрическая активность, возникающая в проксимальном отделе мочеточника, распространяется в дистальном направлении от одной мышечной клетки к другой со скоростью от 2 до 6 см/с. Передача импульсов происходит через тесные межклеточные контакты, похожие на нексусы, которые являются «мостиками» с низким сопротивлением для межклеточной электрической проводимости в других гладких мышцах. Электрическая активность приводит к перистальтическим волнам сокращения, которые перемещают мочу из почки в мочевой пузырь.
Существование анатомического субстрата водителей ритма отрицается рядом авторов. Координация электрической активности, по мнению Ю.А. Пытеля, осуществляется мощным электролитом – мочой. Перемещение этого электролита способно порождать электрический ток и разность потенциалов, достаточные для того, чтобы запустить в определенном необходимом ритме деятельность и проксимально расположенных чашечек, и дистально лежащих отделов мочеточника.
В настоящее время считается, что в чашечки моча перемещается по системе почечных трубочек под влиянием фильтрационного (секреторного) давления, которое составляет около 50 см вод.ст. Наполнение чашечки происходит при координированной динамической активности гладкомышечных волокон, окружающих собирательные трубочки почечного сосочка и сфинктеров чашечки, что создает в ее полости недостающее отрицательное давление и приводит к активному отсасыванию мочи.
Наполнение лоханки происходит в результате активного сокращения сфинктеров чашечек, выжимающих мочу в лоханку. Опорожнение чашечек без обратного тока мочи обеспечивается координированным закрытием просвета канальцев и постоянно низким гидростатическим давлением в лоханке, возникающем при ее синхронном активном расширении. Нормальным считается внутрилоханочное давление 10–12 см вод.ст. Внутрилоханочное давление испытывает постоянное динамическое воздействие в виде пульсовых колебаний, непосредственно передающихся в просвет лоханки от близко расположенных внутрипочечных сосудов и постоянно пульсирующей почечной паренхимы. В фазу наполнения в просвете лоханки в такт с дыханием наблюдаются колебания давления: на вдохе давление становится на 2–3 см вод.ст. выше, чем на выдохе. Согласно рентгентелевизионным исследованиям В.В. Борисова и соавт. (1985) именно этот дыхательный перепад давления в просвете лоханки при ее наполнении является своеобразной дополнительной отсасывающей силой, помогающей опорожнению каждой чашечки. Фаза наполнения чашечки длится 2–3 дыхательных движения, фаза опорожнения совпадает со снижением давления в лоханке в момент выдоха. При этом перепад давления между чашечкой и лоханкой максимален, а опорожнение чашечки наиболее полно. Частота ритмической деятельности лоханки непостоянна и определяется объемом поступающей из чашечек мочи, однако в среднем фаза наполнения длится 10–15 с, а опорожнение — 2–3 с.
Опорожнение лоханки возникает при ее наполнении и достижении давления в ее просвете выше порогового. Каждое опорожнение лоханки по времени точно совпадает с непроизвольно усиленным глубоким вдохом и более значительным, чем при наполнении, возрастанием внутрилоханочного давления.
В момент опорожнения лоханки под влиянием собственной сократительной деятельности гладкомышечной стенки и изгоняющей силы «внешнего» давления происходит рефлекторное расширение проксимального отдела мочеточника, облегчающее поступление болюса мочи в его просвет. По наблюдениям А.Я. Абрамян и соавт (1967), движение мочи при сокращении наблюдается как в сторону мочеточника, так и в сторону чашечек. Авторы считают совершенно достоверным то, что часть мочи попадает обратно в чашечки, особенно в среднюю и нижнюю, которые в этот момент находятся в фазе диастолы. После опорожнения лоханки давление в ней снижается, рефлекторно закрывается лоханочно-мочеточ-никовый сегмент и после паузы вновь начинается ее наполнение.
Порция мочи (болюс), попадая в мочеточник, приобретает веретенообразную форму вследствие спиральной формы его мускулатуры и перемещается в дистальном направлении.
Волны перистальтических сокращений обычно проходят по мочеточнику от лоханки до мочевого пузыря с постоянной скоростью, но с различными интервалами, то есть различной частотой перистальтики. Так как мочеточник имеет ограниченную длину, то при низкой частоте сокращений существуют периоды, при которых волны сокращения отсутствуют и болюс может беспрепятственно проходить через мочеточник, без столкновения с предыдущей перистальтической волной. Если же частота перистальтики высокая, то где-нибудь в мочеточнике существует по меньшей мере еще одна волна сокращения, при столкновении с которой ток мочи нарушается. Характер транспорта мочи при низкой и высокой частоте перистальтики поэтому совершенно различны. Критическое соотношение частоты соответствуют времени, необходимом для прохождения одной волной сокращения мочеточника, т.е. соответствует приблизительно одному сокращению каждые 10–12 с (от 5 до 6 сокращений в мин).
Характер транспорта мочи зависит от уровня диуреза. При низком диурезе небольшие по объему болюсы мочи транспортируются мочеточником впереди перистальтической волны (рис.) Давление раскрытия мочеточника болюсом низкое, около 5 см вод.ст. Вне границ болюса мочеточник практически полностью сокращен, расположенные рядом стенки мочеточника разделены тонкой пленкой жидкости всего лишь около 0,01 мм толщины.
При повышении диуреза для того, чтобы вместить весь объем продуцируемой мочи, происходит удлинение и расширение отдельных болюсов. Давление мочи в болюсе, однако, остается низким до тех пор, пока он не становится настолько длинным, чтобы соприкасаться с предшествующей волной перистальтического сокращения. Если диурез повышается долее, давление мочи в болюсе, который находится между двумя волнами сокращения, начинает быстро расти. При определенном уровне диуреза давление мочи становится равным пиковому давлению в зоне перистальтической волны сокращения. После превышения этого уровня начинается проникновение мочи в зону перистальтической волны сокращения и ухудшение транспорта мочи. Предполагается, что пороговый уровень диуреза, при котором происходит перестройка уродинамики, обычно приблизительно равен 2 мл/мин. При большем диурезе происходит «разрушение» перистальтической волны и мочеточник становится подобен трубке, по которой моча поступает в мочевой пузырь непрерывно. У человека такая физиологическая гипотония возникает при суточном диурезе свыше 3 000 мл. По данным F. Fuchs даже в этой стадии мочеточник не остается равномерным по всей своей длине: он разделяется на несколько функциональных динамических секций – цистоидов, сохраняющих повышенный тонус мускулатуры. Наиболее часто в мочеточнике наблюдаются три, реже две секции, формируемые своеобразными сфинктерами – кавернозноподобными сосудистыми образованиями в стенке мочеточника. Тонус стенки мочеточника и внутримочеточниковое давление нарастают в дистальном направлении. В дистальном цистоиде давление достигает в 1,5–2,5 раза более высокого уровня, чем в почечной лоханке, поэтому даже в условиях физиологической гипотонии опорожнение мочеточника может наступать, несмотря на уровень давления в мочевом пузыре, равный 90 см вод.ст.
Динамическая деятельность функциональных секций мочеточника чередуются ритмично. В то время как одна из секций находится в фазе наполнения, другая, расположенная рядом, завершила или завершает фазу опорожнения. Когда, например, верхняя треть мочеточника находится в фазе наполнения, средняя опорожнена, нижняя – также в фазе наполнения, и наоборот. С функциональной точки зрения проксимальный отдел мочеточника принимает самое непосредственное участие в формировании болюса мочи, поступающей из лоханки. Средняя его треть выполняет в основном транспортную функцию, осуществляя быстрый перенос порции мочи из верхней трети мочеточника в его тазовый отдел. Последний в отличие от вышележащих отделов способен накапливать несколько поступающих порций в одну, большего объема, а затем координированно с мускулатурой мочевого пузыря транспортировать почти все свое содержимое в его просвет. Накопление большей по объему порции мочи обусловлено также способностью не только к полному, но, при необходимости, и частичному опорожнению тазового отдела мочеточника. Отмечено, что эвакуация болюса мочи происходит в два этапа – вначале пассивно, без проявления мышечной активности мочепузырного треугольника, стенок мочевого пузыря и мочеточника, и на заключительной стадии – при активном их сокращении, способствуя тем самым полному выбросу болюса мочи из мочеточника в мочевой пузырь.
Транспорт мочи происходит не только за счет активной перистальтики мочевых путей, но и за счет изгоняющей силы «внешнего» давления органов и тканей, окружающих мочевые пути. При этом на уровень интралюминального давления ВМП непосредственное влияние оказывает дыхание. При вдохе в просвете ЧЛС давление повышается на 2-3 см вод.ст., а при выдохе – на равную величину снижается. На мочевые пути также постоянно оказывает воздействие забрюшинное давление, приблизительно равное внутрибрюшному и составляющее 5–25 мм рт.ст. В оригинальных экспериментах Ю.А.Пытеля (1982) показано, что существование этих сил уже само по себе является достаточным для наполнения и опорожнения искусственного мочеточника Признавая роль перистальтики в осуществлении транспортировки мочи, Ю.А.Пытель считает, что «воздействие забрюшинного давления в различных условиях тонуса и наполнения мочеточника позволяют ему осуществлять свою деятельность в широких пределах с наименьшими затратами на активное сокращение его гладкомышечных элементов».
Таким образом, ритмичность перистальтической активности мочевых путей обеспечивается существованием водителей ритма на различных уровнях. Стимулом к сокращению мочевых путей и продвижению мочи в дистальном направлении служит их растяжение накапливающимся содержимым. Транспорт мочи от лоханки до мочевого пузыря в обычных условиях происходит при продвижении болюса волной сокращения мочеточника. Состояние уродинамики зависит от уровня диуреза. Транспорту мочи способствует «внешнее» давление органов и тканей, окружающих мочевые пути и перепады давлений, возникающие во время дыхания.
Литература.
Абрамян А.Я., Казимиров В.Г. Рентгенкинематография в урологии // Актуальные вопросы урологии / Под ред. М.Ф.Транезниковой. – М., 1967. – Вып.1. – С. 10–14.
Бакунц С.А. Вопросы физиологии мочеточников.– Ленинград: Наука, 1970. – 149 с.
Борисов В.В., Кораев К.Н., Винаров А.З. Рентгентелевизионные исследования в урологической практике // Актуальные вопросы урологии. – Тула, 1985. – С. 99–104.
Кучера Я. Хирургия гидронефроза и уретерогидронефроза. – Прага, 1963.
Лопаткин Н.А. Шабад А.Л. Урологические заболевания почек у женщин. – М. Медицина, 1985. – 233 с.
Пытель Ю.А., Борисов В.В., Симонов В.А. Физиология человека. Мочевые пути.– М.: Высшая школа, 1992. – 288 с.
Пузырно-мочеточниковый рефлюкс / Под ред. Яцыка П.К. и Звары В. – М.: Медицина, 1990. – 184 c.
Constantinou C.E., Silvert M.A., Gosling J.A. Pacemaker system in the control of ureteral peristaltic rate in the multicalyceal kidney of the pig // Invest. Urol.– 1977. – Vol. 14. – P. 440–444.
Griffiths D.J. Ureteral mechanics // Semin. Urol. – 1987. – № 3. – P. 155–159.
Morita T., Ishizuka G., Tsuchida S. Initiation and propagation of stimulus from the renal pelvic pacemaker in pig kidney // Invest. Urol. –1981. – Vol. 19. – P.157–161.
Weiss R.M. Physiology of the upper urinary tract // Semin. Urol. – 1987. – № 3. – P. 148–154.