Основы_физиологии_человека_2001_Агаджанян_НИ

тивно захватывает белок. Войдя в клетку, белок подвергается гид­ ролизу со стороны ферментов лизосом и превращ ается в амино­ кислоты. Не все белки подвергаются гидролизу, часть их перехо­ дит в кровь в неизмененном виде. Этот процесс активный и тре­ бует энергии. За сутки с конечной мочой уходит не более 20 —75 мг белка. Появление белка в моче носит название протеинурии. Протеинурия может быть и в физиологических условиях, например, после тяжелой мышечной работы. В основном протеи­ нурия имеет место в патологии при нефритах, нефропатиях, при миеломной болезни.

Мочевина. Она играет важную роль в механизмах концентри­ рования мочи, свободно фильтруется в клубочках. В проксималь­ ном канальце часть мочевины пассивно реабсорбируется за счет градиента концентрации, который возникает вследствие концен­ трирования мочи. Остальная часть мочевины доходит до собира­ тельных трубочек. В собирательных трубочках под влиянием АДГ происходит реабсорбция воды и концентрация мочевины повы­ шается. АДГ усиливает проницаемость стенки и для мочевины, и она переходит в мозговое вещество почки, создавая здесь при­ мерно 50% осмотического давления. Из интерстиция по концент­ рационному градиенту мочевина диффундирует в петлю Генле и вновь поступает в дистальные канальцы и собирательные трубоч­ ки. Таким образом соверш ается внутрипочечный круговорот мо­ чевины. В случае водного диуреза всасывание воды в дистальном отделе нефрона прекращается, а мочевины выводится больше. Таким образом ее экскреция зависит от диуреза.

Слабые органические кислоты и основания. Реабсорбция сла­ бых кислот и оснований зависит от того, в какой форме они нахо­ дятся — в ионизированной или неионизированной. Слабые осно­ вания и кислоты в ионизированном состоянии не реабсорбируются и выводятся с мочой. Степень ионизации оснований увели­ чивается в кислой среде, поэтому они с большей скоростью экскретируются с кислой мочой, слабые кислоты, напротив, быстрее выводятся с щелочной мочой. Это имеет большое значение, так как многие лекарственные вещества являются слабыми основа­ ниями или слабыми кислотами. Поэтому при отравлении ацетил­ салициловой кислотой или фенобарбиталом (слабыми кислотами) необходимо вводить щелочные растворы (N aH C 03), для того что­ бы перевести эти кислоты в ионизированное состояние, тем са­ мым способствуя их быстрому выведению из организма. Для бы­ строй экскреции слабых оснований необходимо вводить в кровь кислые продукты для закисления мочи.

Вода и электролиты. Вода реабсорбируется во всех отделах нефрона. В проксимальных извитых канальцах реабсорбируется около 2/3 всей воды. Около 15% реабсорбируется в петле Генле и 15% — в дистальных извитых канальцах и собирательных трубоч­

326 Глава 12. Выделение. Физиология почек

ках. Вода реабсорбируется пассивно за счет транспорта осмоти­ чески активных веществ: глюкозы, аминокислот, белков, ионов натрия, калия, кальция, хлора. При снижении реабсорбции осмо­ тически активных веществ уменьшается и реабсорбция воды. На­ личие глюкозы в конечной моче ведет к увеличению диуреза (ло-

лиурии).

Основным ионом, обеспечивающим пассивное всасывание воды, является натрий. Натрий, как указывалось выше, такж е необходим для транспорта глюкозы и аминокислот. Кроме того, он играет важную роль в создании осмотически активной среды в интерстиции мозгового слоя почки, благодаря чему происхо­ дит концентрирование мочи. Реабсорбция натрия соверш ается во всех отделах нефрона. Около 65% ионов натрия реабсорбиру­ ется в проксимальных канальцах, 25% — в петле нефрона, 9% — в дистальном извитом канальце и 1 % — в собирательных трубоч­ ках.

Поступление натрия из первичной мочи через апикальную мембрану внутрь клетки канальцевого эпителия происходит пас­ сивно по электрохимическому и концентрационному градиентам. Выведение натрия из клетки через базолатеральные мембраны осуществляется активно с помощью N a+, К + — АТФазы. Так как энергия клеточного метаболизма расходуется на перенос натрия, транспорт его является первично-активным. Транспорт натрия в клетку может происходить за счет разных механизмов. Один из них — это обмен N a+ на Н + (противоточный транспорт, или анти­ порт). В этом случае ион натрия переносится внутрь клетки, а ион водорода — наружу. Другой путь переноса натрия в клетку осу­ ществляется с участием аминокислот, глюкозы. Это так называе­ мый котранспорт, или симпорт. Частично реабсорбция натрия связана с секрецией калия.

Сердечные гликозиды (строфантин К, оубаин) способны уг­ нетать фермент N a+, К + — АТФазу, обеспечивающую перенос натрия из клетки в кровь и транспорт калия из крови в клетку.

Большое значение в механизмах реабсорбции воды и ионов натрия, а такж е концентрирования мочи имеет работа так назы ­ ваемой поворотно-противоточной множительной системы. По- воротно-противоточная система представлена параллельно рас­ положенными коленами петли Генле и собирательной трубочкой, по которым жидкость движется в разных направлениях (противоточно). Эпителий нисходящего отдела петли пропускает воду, а эпителий восходящего колена непроницаем для воды, но спосо­ бен активно переносить ионы натрия в тканевую жидкость, а че­ рез нее обратно в кровь. В проксимальном отделе происходит вса­ сывание натрия и воды в эквивалентных количествах и моча здесь изотонична плазме крови. В нисходящем отделе петли неф ­ рона реабсорбируется вода и моча становится более концентри­

рованной (гипертонической). Отдача воды происходит пассивно за счет того, что в восходящем отделе одновременно осуществля­ ется активная реабсорбция ионов натрия. Поступая в тканевую жидкость, ионы натрия повышают в ней осмотическое давление, тем самым способствуя притягиванию в тканевую жидкость воды из нисходящего отдела. В то ж е время повышение концентрации мочи в петле нефрона за счет реабсорбции воды облегчает пере­ ход натрия из мочи в тканевую жидкость. Так как в восходящем отделе петли Генле реабсорбируется натрий, моча становится гипотоничной. Поступая далее в собирательные трубочки, пред­ ставляющие собой третье колено противоточной системы, моча может сильно концентрироваться, если действует АДГ, повышаю ­ щий проницаемость стенок для воды. В данном случае по мере продвижения по собирательным трубочкам в глубь мозгового ве­ щества все больше и больше воды выходит в межтканевую жид­ кость, осмотическое давление которой повышено вследствие со­ держания в ней большого количества N a+ и мочевины, и моча ста­ новится все более концентрированной.

При поступлении больших количеств воды в организм почки, наоборот, выделяют большие объемы гипотонической мочи.

К а н а л ь ц е в а я с е к р е ц и я

Канальцевая секреция — это транспорт веществ из крови в просвет канальцев (мочу). Канальцевая секреция позволяет быст­ ро экскретировать некоторые ионы, например калия, органичес­ кие кислоты (мочевая кислота) и основания (холин, гуанидин), включая ряд чужеродных организму веществ, таких как антибио­ тики (пенициллин), рентгеноконтрастные вещества (диодраст), красители (феноловый красный), парааминогиппуровую кисло­ ту — ПАГ.

Канальцевая секреция представляет собой преимущественно активный процесс, происходящий с затратами энергии для транс­ порта веществ против концентрационного или электрохимичес­ кого градиентов. В эпителии канальцев существуют разные сис­ темы транспорта (переносчики) для секреции органических кис­ лот и органических оснований. Это доказывается тем, что при уг­ нетении секреции органических кислот пробенецидом секреция оснований не нарушается.

Транспортные секретирую щ ие механизмы обладают свойст­ вом адаптации, т.е. при длительном поступлении вещества в кро­ воток количество транспортных систем за счет белкового синте­ за постепенно увеличивается. Данный ф акт необходимо учиты­ вать, например, при лечении пенициллином. Так как очищение крови от него постепенно возрастает, требуется увеличение до­ зировки для поддержания необходимой терапевтической кон ­ центрации.

иопределяют цвет мочи.

Смочой выделяются электролиты (Na + , К + , СГ, Са2+, Мд2+, сульфаты и др.).

В моче содержатся гормоны и их метаболиты, ферменты, ви­ тамины.

Регуляция объема внутрисосудистой и внеклеточной ж идкости

При увеличении притока крови в левое предсердие возбуж ­ даются волюморецепторы, расположенные здесь. Импульсы по афферентным волокнам блуждающего нерва идут в ЦНС, угнетая секрецию АДГ, что приводит к увеличению диуреза. Одновремен­ но снижается деятельность сердца и в малый круг кровообращ е­ ния поступает меньше крови. Растяжение стенки предсердия приводит к стимуляции выработки клетками предсердия натрийуретического гормона, который усиливает выделение ионов на­ трия и воды почкой. Все это приводит к нормализации объема циркулирующей крови (ОЦК).

В регуляции ОЦК принимает участие и ренин-ангиотензин- альдостероновая система. При снижении ОЦК уменьшается ар­ териальное давление, что приводит к увеличению секреции рени­ на. Ренин, в свою очередь увеличивает образование в крови ан­ гиотензина II, который стимулирует секрецию альдостерона. Альдостерон вызывает повышение реабсорбции натрия в канальцах, а за ним — воды. В результате ОЦК увеличивается.

Регуляция осмотического давления крови

Почки играют важную роль в осморегуляции. При обезвожи­ вании организма в плазме крови увеличивается концентрация ос­ мотически активных веществ, что приводит к повышению ее ос­ мотического давления. В результате возбуждения осморецепто­ ров, которые расположены в области супраоптического ядра ги­ поталамуса, а также в сердце, печени, селезенке, почках и других органах усиливается выброс АДГ из нейрогипофиза. АДГ повы­ шает реабсорбцию воды, что приводит к задержке воды в орга­ низме, выделению осмотически концентрированной мочи. С ек­ реция АДГ изменяется не только при раздражении осморецепто­ ров, но и специфических натриорецепторов.

При избыточном содержании воды в организме, напротив, уменьшается концентрация растворенных осмотически актив­ ных веществ в крови, снижается ее осмотическое давление. Ак­ тивность осморецепторов в данной ситуации уменьшается, что вызывает снижение продукции АДГ, увеличение выделения воды почкой и снижение осмолярности мочи.

330 Глава 12. Выделение. Физиология почек

Регуляция ионного состава крови

Почки, регулируя реабсорбцию и секрецию различных ионов в почечных канальцах, поддерживают их необходимую концент­ рацию в крови.

Реабсорбция натрия регулируется альдостероном и натрийуретическим гормоном, вырабатывающимся в предсердии. Альдостерон усиливает реабсорбцию натрия в дистальных отделах канальцев и собирательных трубочках. Секреция альдостерона увеличивается при снижении концентрации ионов натрия в плаз­ ме крови и при уменьшении объема циркулирующей крови. Натрийуретический гормон угнетает реабсорбцию натрия и усили­ вает его выведение. Выработка натрийуретического гормона воз­ растает при увеличении объема циркулирующей крови и объема внеклеточной жидкости в организме.

Концентрация калия в крови поддерживается за счет регуля­ ции его секреции. Альдостерон усиливает секрецию калия в дис­ тальном отделе канальцев и собирательных трубочках. Инсулин уменьшает выделение калия, увеличивая его концентрацию в крови, при алкалозе выделение калия увеличивается. При ацидо­ зе — уменьшается.

Паратгормон паращитовидных ж елез увеличивает реабсорб­ цию кальция в почечных канальцах и высвобождение кальция из костей, что приводит к повышению его концентрации в крови. Гормон щитовидной железы тиреокальцитонин увеличивает вы­ деление кальция почками и способствует переходу кальция в кос­ ти, что сниж ает концентрацию кальция в крови. В почках образу­ ется активная форма витамина D, который участвует в регуляции обмена кальция.

В регуляции уровня хлоридов в плазме крови участвует альдо­ стерон. При увеличении реабсорбции натрия возрастает и реаб­ сорбция хлора. Выделение хлора может происходить и независи­ мо от натрия.

Регуляция кислотно-основного состояния

Почки принимают участие в поддержании кислотно-основно- го равновесия крови, экскретируя кислые продукты обмена. Ак­ тивная реакция мочи у человека может колебаться в достаточно широких пределах — от 4,5 до 8,0, что способствует поддержанию pH плазмы крови на уровне 7,36.

В просвете канальцев содержится бикарбонат натрия. В клет­ ках почечных канальцев находится фермент карбоангидраза, под влиянием которой из углекислого газа и воды образуется угольная кислота. Угольная кислота диссоциирует на ион водорода и анион HCOJ. Ион Н + секретируется из клетки в просвет канальца и вы­

тесняет натрий из бикарбоната, превращая его в угольную кисло­ ту, а затем в Н20 и С 0 2. Внутри клетки НСО” взаимодействует с реабсорбированным из фильтрата N a+. С 0 2, легко диффундирую ­ щий через мембраны по градиенту концентрации, поступает в клетку и вместе с С 0 2, образующимся в результате метаболизма клетки, вступает в реакцию образования угольной кислоты.

Секретируемые ионы водорода в просвете канальца связы ва­ ются такж е с двузамещенным фосфатом (Na2H P 0 4), вытесняя из него натрий и превращ ая в однозамещенный — NaH2P 0 4.

В результате дезаминирования аминокислот в почках проис­ ходит образование аммиака и выход его в просвет канальца. Ио­ ны водорода связываются в просвете канальца с аммиаком и об­ разуют ион аммония NH4r . Таким образом происходит детокси­ кация аммиака.

Секреция иона Н + в обмен на ион N a+ приводит к восстанов­ лению резерва оснований в плазме крови и выделению избытка ионов водорода.

При интенсивной мышечной работе, питании мясом моча становится кислой, при потреблении растительной пищи — щ е­ лочной.

И нкреторная функция почек

Инкреторная функция почки заключается в синтезе и выве­ дении в кровоток физиологически активных веществ, которые действуют на другие органы и ткани или обладают преимущест­ венно местным действием, регулируя почечный кровоток и мета­ болизм почки.

Ренин образуется в гранулярных клетках юкстагломерулярного аппарата. Ренин является протеолитическим ферментом, ко­ торый приводит к расщеплению а 2-глобулина — ангиотензиногена плазмы крови и превращ ению его в ангиотензин I. Под влия­ нием ангиотензинпревращающего фермента ангиотензин I пре­ вращается в активное сосудосуживающее вещество ангиот ен­ зин II. Ангиотензин II, суживая сосуды, повышает артериальное давление, стимулирует секрецию альдостерона, увеличивает ре­ абсорбцию натрия, способствует формированию чувства жажды и питьевого поведения.

Ангиотензин II вместе с альдостероном и ренином составля­ ют одну из важнейш их регуляторных систем — ренин-ангиотен- зин-альдостероновую систему. Ренин-ангиотензин-альдостеро- новая система участвует в регуляции системного и почечного кровообращения, объема циркулирующей крови, водно-электро­ литного баланса организма.

Если давление в приносящей артериоле возрастает, то про­ дукция ренина снижается и наоборот. Продукция ренина такж е

332 Глава 12. Выделение. Физиология почек

регулируется плотным пятном. При большом количестве NaCl в дистальном отделе нефрона тормозится секреция ренина. Воз­ буждение p-адренорецепторов гранулярных клеток приводит к усилению секреции ренина, а-адренорецепторов — тормож е­ нию. Простагландины типа ПГИ-2, арахидоновая кислота стиму­ лируют продукцию ренина, ингибиторы синтеза простагландинов, например салицилаты, уменьшают продукцию ренина.

В почке образуются эритропоэтины, которые стимулируют образование эритроцитов в костном мозге.

Почки извлекают из плазмы крови прогормон витамин D3, об­ разующ ийся в печени, и превращ ают его в физиологически ак­ тивный гормон — витамин D3. Этот стероидный гормон стимули­ рует образование кальцийсвязывающего белка в клетках киш еч­ ника, регулируя реабсорбцию кальция в почечных канальцах, и способствует его освобождению из костей.

Почки принимают участие в регуляции фибринолитической активности крови, синтезируя активатор плазминогена — урокиназу.

Вмозговом веществе почки синтезируются простагландины, которые участвуют в регуляции почечного и общего кровотока, увеличивают выделение натрия с мочой, уменьшают чувствитель­ ность клеток канальцев к АДГ.

Впочке образуются кинины. Почечный кинин брадикинин яв­ ляется сильным вазодилататором, участвующим в регуляции по­ чечного кровотока и выделения натрия.

Регуляция артериального давления

Регуляция артериального давления почкой осуществляется несколькими механизмами. Во-первых, как уже указывалось вы­ ше, в почке синтезируется ренин. Через ренин-ангиотензин-аль- достероновую систему происходит регуляция сосудистого тонуса

иобъема циркулирующей крови.

Впочках синтезируются вещества и депрессорного действия: депрессорный нейтральный липид мозгового вещества, простаг­ ландины.

Почка участвует в поддержании водно-электролитного обме­ на, объема внутрисосудистой, вне- и внутриклеточной жидкости, что является важным для уровня артериального давления. Л екар­ ственные вещества, повышающие выведение натрия и воды с мо­ чой (диуретики), применяю тся в качестве гипотензивных средств.

Кроме того, почка экскретирует большинство гормонов и других физиологически активных веществ, которые являются гу­ моральными регуляторами артериального давления, поддержи­ вая их необходимый уровень в крови.

Метаболическая функция почек

Метаболическая функция почек заключается в поддержании во внутренней среде организма постоянства определенного уров­ ня и состава компонентов белкового, углеводного и липидного об­ мена.

Почки расщепляют фильтрующиеся в почечных клубочках низкомолекулярные белки, пептиды, гормоны до аминокислот и возвращ ают их в кровь.

Почка обладает способностью к глюконеогенезу. При дли­ тельном голодании половина поступающей в кровь глюкозы обра­ зуется почками.

Участие почки в обмене липидов заключается в том, что сво­ бодные жирные кислоты в ее клетках включаются в состав триацилглицеринов и фосфолипидов и в виде этих соединений посту­ пают в кровь.

Нейрогуморальная регуляция деятельности почек

Н е р в н а я р е г у л я ц и я

Нервная система регулирует гемодинамику почки, работу юкстагломерулярного аппарата, а также фильтрацию, реабсорб­ цию и секрецию . Раздражение симпатических нервов, иннерви­ рующих почку, которые являются преимущ ественно ветвями чревных нервов, приводит к сужению ее кровеносных сосудов. При сужении приносящих артериол уменьшаются фильтрацион­ ное давление и фильтрация. Сужение выносящих артериол со­ провождается повышением фильтрационного давления и ростом фильтрации. Стимуляция симпатических эфферентных волокон приводит к увеличению реабсорбции натрия, воды. Раздражение парасимпатических волокон, идущих в составе блуждающих нер­ вов, вызывает усиление реабсорбции глюкозы и секреции орга­ нических кислот.

При болевых раздражениях диурез рефлекторно уменьш ает­ ся вплоть до полного его прекращ ения (болевая анурия). М еха­ низм этого явления заключается в сужении почечных сосудов в результате возбуждения симпатической нервной системы, усиле­ нии секреции катехоламинов надпочечниками и увеличении про­ дукции антидиуретического гормона (вазопрессина).

Уменьшение и увеличение диуреза может быть вызвано ус­ ловно-рефлекторным путем, что свидетельствует о выраженном влиянии высших отделов ЦНС на работу почек. ЦНС регулиру­ ет работу почек или непосредственно через вегетативные нер ­ вы, или через нейроны гипоталамуса, изменяя секрецию гормо­ нов. В этом проявляется единство нервной и гуморальной регу­ ляции.

334 Глава 12. Выделение. Физиология почек

Гуморальная регуляция

Ведущая роль в регуляции деятельности почек принадлежит гуморальной системе. На работу почек оказывают влияние мно­ гие гормоны, главными из которых являются антидиуретический гормон (АДГ), или вазопрессин, и альдостерон.

Ант идиуретический гормон (АДГ), или вазопрессин, способ­ ствует реабсорбции воды в дистальных отделах нефрона путем увеличения проницаемости для воды стенок дистальных извитых канальцев и собирательных трубочек. М еханизм действия АДГ заключается в активации фермента аденилатциклазы, который участвует в образовании цАМФ из АТФ. цАМФ активирует цАМ Ф -зависимые протеинкиназы, которые участвуют в фосфорилировании мембранных белков, что приводит к повышению проницаемости для воды мембраны и увеличению ее поверхнос­ ти. Кроме того, АДГ активирует фермент гиалуронидазу, которая деполимеризует гиалуроновую кислоту межклеточного вещ ест­ ва, что обеспечивает пассивный межклеточный транспорт воды по осмотическому градиенту.

При избытке АДГ может наступить полное прекращ ение мочеобразования. Уменьшение секреции АДГ вызывает развитие тяжелого заболевания несахарного диабета (несахарного мочеиз­ нурения). При этом заболевании выделяется большое количество светлой мочи с незначительной относительной плотностью (до 25 л в сутки).

АДГ имеет важное значение, как уже отмечалось выше, в поддержании осмотического давления крови, волюморегуляции.

Альдостерон увеличивает реабсорбцию ионов натрия и сек­ рецию ионов калия и водорода клетками почечных канальцев. Одновременно возрастает реабсорбия воды, которая всасывается пассивно по осмотическому градиенту, создаваемому ионами Na + , что приводит к уменьшению диуреза. Гормон уменьшает ре­ абсорбцию кальция и магния в проксимальных отделах каналь­ цев.

Натрийуретический гормон (атриальный пептид) усиливает выведение ионов натрия с мочой.

Паратгормон стимулирует реабсорбцию кальция и торм о­ зит реабсорбцию фосфатов, что приводит к повыш ению кон­ центрации ионов кальция в плазме крови и усилению вы веде­ ния ф осф атов с мочой. Кроме того, этот гормон угнетает реаб­ сорбцию ионов натрия и H C O j в проксимальных канальцах и активирует реабсорбцию магния в восходящем колене петли Генле.

Кальцитонин тормозит реабсорбцию кальция и фосфата. Адреналин в малых дозах суживает просвет выносящих арте-