Спр. материал / ВЫДЕЛЕНИЕ / 09.РЕГУЛЯЦИЯ ОСМОТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ И ОБЪЕМА ВОДЫ

РЕГУЛЯЦИЯ ОСМОТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ И ОБЪЕМА ВОДЫ

Осмотическое давление регулируется весьма точно. Отклонение его параметров от нормы (7,6 атм) опасно для жизни. Оно несколько (на 5—30 мосмоль/л) больше в венозной

крови вследствие поступления низкомолеку­лярных продуктов метаболизма; в воротной и печеночной венах оно больше примерно на 350 мосмоль/л. Осмотическое давление — это диффузионное давление, обеспечивающее движение растворителя через полупроницае­мую мембрану; измеряется минимальной ве­личиной гидростатического давления, пре­пятствующего движению растворителя в рас­твор через полупроницаемую мембрану. Ос­мотическое давление и объем жидкости регу­лируются с помощью рассмотренных процес­сов регуляции мочеобразовательной функции почки, главным из которых является гормо­нальный. Здесь представим лишь способы включения реакций почки и местные регуля-торные механизмы.

А. Местные механизмы регуляции осмоляр-ности и количества воды в крови.

1. Диффузия и осмос между кровью и тка­нями организма. Нормализация осмолярнос-ти крови при дегидратации и повышении ос­мотического давления может произойти в ре­зультате диффузии осмотически активных частиц в тканевую жидкость и перехода воды в противоположном направлении — из тка­ней в кровь и лимфу согласно закону осмоса.

2. Образование соединений белков и эрит­роцитов с катионами, что ведет к уменьше­нию числа свободных частиц в плазме крови и снижению ее осмотического давления. Это происходит потому, что их концентрация и взаимодействие возрастают вследствие уменьшения объема растворителя — плазмы крови. Следовательно, сама кровь может вы­полнять роль осмотического буфера.

3. Ускорение всасывания воды из желудоч­но-кишечного тракта при увеличении осмо-лярности плазмы крови.

В случае поступления избытка воды в кровь и снижения ее осмолярности осмоти­чески активные вещества и вода между кро­вью и тканями перемещаются в обратном на­правлении, а связанные эритроцитами и бел­ками катионы освобождаются. В транскапил­лярном обмене жидкости и ионов особое значение имеют печень и селезенка. В част­ности, в печени может выходить значитель­ное количество воды в лимфатические сосу­ды, задерживаться Na⁺. Что касается селезен­ки, то при ее удалении в эксперименте содер­жание Са²⁺ и Na⁺ в сыворотке крови повы­шается, а в мышцах и коже снижается, при введении животным экстрактов из селезенки восстанавливается исходное содержание ионов. При небольших сдвигах осмотическо­го давления может оказаться достаточно местных регуляторных механизмов. Следует

заметить, что местные механизмы регуляции осмолярности и объема жидкости крови в выведении ионов и воды из организма не участвуют.

Б. Регуляция осмолярности и объема воды посредством изменения интенсивности выве­дения. Во-первых, это может осуществляться с помощью изменения скорости клубочковой фильтрации, что может наблюдаться при из­менении фильтрационного давления, кото­рое определяется в основном артериальным давлением. Однако этот механизм сущест­венной роли не играет, так как колебания ар­териального давления в пределах 80—180 мм рт.ст. практически не влияют на скорость клубочковой фильтрации; за пределами этих границ давления скорость клубочковой фильтрации может существенно изменяться. Так, при сердечной недостаточности или сильно выраженной гипотонии сосудистого происхождения избыток воды задерживается в организме вследствие снижения скорости клубочковой фильтрации и уменьшения об­разования первичной мочи. Во-вторых (и это главное), интенсивность выведения регули­руется посредством изменения объема реаб-сорбции. Регуляция осмолярности и объема жидкости при этом осуществляется с помо­щью: 1) антидиуретического гормона (АДГ, вазопрессина), 2) альдостерона, 3) атриопеп-тида и запускается в основном с помощью осмо- и волюморецепторов. Афферентные сигналы, вызывающие изменение секреции АДГ, поступают также в гипоталамус от баро-рецепторов аортальной и синокаротидной рефлексогенных зон.

1. Регуляция с помощью АДГ. О с м о р е-ц е п т о р ы расположены в гипоталамусе, в интерстиции тканей и кровеносных сосудов печени, почек, селезенки, сердца, в костном мозге, пищеварительном тракте, в синокаро­тидной рефлексогенной зоне. Об этом свиде­тельствует, в частности, результат следующе­го опыта: при введении гипертонических растворов в кровоток поджелудочной желе­зы, легких, печени, сердца наблюдаются тор­можение диуреза и увеличение натрийуреза (осмолярность в организме на 90 % обеспе­чивается натрием, поскольку он находится в основном вне клеток различных тканей орга­низма).

По-видимому, наиболее важными перифе­рическими рефлексогенными зонами явля­ются предсердия и печень. При прохождении гипотоничной крови через печень (напри­мер, после питья) клетки печени набухают, так как их цитоплазма обладает повышенной осмолярностью относительно крови в дан-

ный момент, поэтому вода поступает в клет­ки. Это физиологическое набухание ведет к возбуждению осморецепторов и поступлению импульсов в гипоталамус, что тормозит обра­зование и выделение в кровь АДГ, в резуль­тате чего больше воды выводится из организ­ма (схема 17.1). Подобным образом реагиру­ют и осморецепторные нейроны гипоталаму­са. Фактически осморецепторы являются ме-ханорецепторами, так как они реагируют на изменение объема клетки при поступлении внутрь клетки или выхода из нее жидкости при изменении осмотического давления среды. Часть осморецепторов является хемо-рецепторами, т.е. они регистрируют не общее осмотическое давление жидкости, а концент­рацию каких-то ионов. Среди таких рецепто­ров наибольшее значение имеют специализи­рованные натрийрецепторы (наибольшая их плотность в печени, предсердиях и гипотала­мусе).

Имеются также специфические рецепторы для Са²⁺, К⁺, Mg²⁺. В случае увеличения кон­центрации любого из названных ионов уве­личивается выведение именно этого иона из организма. Эти механизмы изучены недоста­точно. Осморецепторы весьма чувствитель-

ны: при увеличении осмолярности плазмы крови на 1 % (около 3 мосмоль/л) наблюда­ется увеличение концентрации АДГ в плазме крови человека (она возрастает на 1 пг/мл — пикограмм = 10~^и г). Особенно высока чув­ствительность осморецепторов гипоталамуса. При снижении осмотического давления крови осморецепторные нейроны поглощают воду, в результате чего снижается секреция АДГ и увеличивается выведение воды почка­ми. При повышении осмотического давления крови развиваются противоположные реак­ции. Увеличению выработки АДГ при гипе-росмолярности способствует также возбужде­ние тканевых рецепторов, ведущее к возрас­танию импульсации в гипоталамус по аффе­рентным волокнам блуждающего нерва и по задним корешкам спинного мозга. При сни­жении осмолярности афферентный поток от тканевых осморецепторов снижается, выра­ботка АДГ уменьшается. При этом основная афферентация поступает по волокнам блуж­дающего нерва от желудочно-кишечного тракта. Даже поступление воды в желудочно-кишечный тракт уменьшает афферентацию по блуждающим нервам, в результате чего уменьшается жажда, если она наблюдалась, еще до поступления воды в кровь при ее ги-перосмолярности (сенсорное насыщение). АДГ увеличивает также выведение Na⁺ из орга­низма и повышает всасывание воды в желу­дочно-кишечном тракте, что тоже способст­вует нормализации осмотического давления в случае возникновения гиперосмолярности. Волюморецепторы (барорецепто-ры низкого давления) расположены в пред­сердиях, в правом желудочке, в полых и дру­гих крупных венах вблизи сердца. Ведущую роль, по-видимому, играют рецепторы левого предсердия (рефлекс Гауера—Генри — увели­чение диуреза при растяжении стенки левого предсердия). Импульсы от волюморецепто-ров поступают в ЦНС по афферентным во­локнам блуждающего нерва. Объемные ре­цепторы являются механорецепторами, они возбуждаются при растяжении предсердий, кровеносных сосудов в результате увеличе­ния объема крови. Импульсация в ЦНС по блуждающим нервам возрастает, выработка АДГ тормозится; при уменьшении объема жидкости возникают противоположные реак­ции и соответствующие изменения диуреза (АДГ, как известно, уменьшает диурез). При возбуждении волюморецепторов нередко возбуждаются и осморецепторы. Например, после приема большого количества воды воз­никает рефлекс с осмо- и волюморецепторов: секреция АДГ тормозится или прекращается,

При обильном потоотделении возрастают потери солей, в первую очередь натрия — возникает опасность его недостаточного со­держания в организме, значительного сниже­ния осмотического давления, в результате чего может нарушиться обмен веществ. Од­нако этого обычно не происходит, так как одновременно увеличивается секреция аль-достерона, уменьшающего выведение Na⁺ с мочой, что предотвращает значительное сни­жение содержания натрия в жидкостях орга­низма, а значит, и их осмотического давле­ния.

Регуляция содержания Na⁺ в крови обыч­но сопряжена с регуляцией содержания К⁺: увеличение содержания К⁺ в крови сопро­вождается увеличением выработки альдосте-рона, задержкой Na⁺ и возрастанием выведе­ния К⁺ мочой.

Таким образом, выработка альдостерона увеличивается:

• при уменьшении содержания Na⁺;

• увеличении содержания К⁺ в организме;

• при уменьшении объема крови и артери­ального давления (в последнем случае — с помощью ренина).

3. Важную роль в регуляции осмотического давления и объема жидкости в организме иг­рают также натрийуретический гормон, на-трийуретический фактор, плазмакинины, паратгормон, брадикинины.

В. Регуляция объема воды и концентрации солей с помощью изменения количества их по­ступления в организм (поведенческая регуля­ция). В ходе нормальной жизнедеятельности организма осмотическое давление среды может отклоняться в обе стороны: оно повы­шается при недостаточном и понижается при избыточном потреблении воды. В промежут­ках между приемами воды ее потери через почки, легкие, кишечник и поверхность кожи несколько превышают выведение осмо­тически активных веществ, поэтому развива­ется гиперосмолярность внутренней среды, обусловленная недостатком воды в организ­ме. При этом небольшая часть принятой воды (4—6 %) «теряется» — не всасывается в кишечнике и не участвует в выведении из внутренней среды организма продуктов мета­болизма. Гиперосмолярность, во-первых, включает уже рассмотренные механизмы ре­гуляции с помощью АДГ (главный механизм) и альдостерона; во-вторых — потребление воды вследствие возникновения чувства жаж­ды в результате возбуждения питьевого цент­ра. Последний расположен в гипоталамусе и других структурах лимбической системы.

Возбуждение питьевого центра возникает:

• под влиянием активации центральных и периферических осморецепторов (особо важную роль играют осморецепторы желу­дочно-кишечного тракта и слизистой обо­лочки рта): например, при поступлении в желудок соленой пищи поведение направ­лено на потребление воды;

• вследствие ослабления при недостатке жидкости в организме возбуждения волю-морецепторов в результате уменьшения растяжения предсердий и полых вен;

• под влиянием ангиотензина II, выработка которого в печени увеличивается при уменьшении объема крови;

• возбуждение питьевого центра усиливает­ся также АДГ, натрийуретическим пепти­дом, выработка которого возрастает при увеличении концентрации Na⁺ в крови;

• жажда может быть вызвана электрическим раздражением перифорникальной области латерального гипоталамуса, который ак­тивирует ряд структур лимбической систе­мы, бледный шар, кору большого мозга.

Вынужденное ограничение поступления воды в организм или потеря воды при избы­точном потоотделении могут привести к зна­чительной дегидратации клеток и нарушению их функций. В первую очередь страдает ЦНС: нейроны наиболее чувствительны к сдвигам, которые при этом развиваются (нарушается обмен веществ между клеткой и интерстици-ем, наблюдаются ионные сдвиги). При недо­статке воды в организме выпиваемая вода очень быстро уменьшает жажду вследствие снижения потока импульсов от осморецепто­ров желудочно-кишечного тракта в питьевой

центр (сенсорное насыщение). Затем вода всасывается и попадает в общий кровоток — возникает истинное насыщение — внутрен­няя среда организма вновь становится изото-ничной.

При снижении осмолярности внутренней среды, возникающем в результате избытка воды (например, после обильного питья), уменьшается выделение АДГ, а также подав­ляется чувство жажды. После того как уже имеющийся в крови АДГ разрушится пече­нью, возникает водный диурез. Это приводит к быстрому удалению избытка воды. Норма­лизации осмотического давления способству­ют также неупотребление воды, сохраняю­щаяся реабсорбция Na⁺, потребление соле­ной пищи и недостающих солей (Na⁺, Ca²⁺, К⁺). Все эти реакции запускаются с осмо- и волюморецепторов. При приеме изотоничес­кого раствора NaCl избыточная жидкость удаляется гораздо дольше, чем при потребле­нии такого же количества неподсоленной воды, так как при этом срабатывают только волюморецепторы. Общая структура функци­ональной системы, поддерживающей количе­ство жидкости в организме и ее осмотичес­кое давление, представлена на схеме 17.2.

Регуляция объема жидкости в организме неизбежно сопровождается изменением арте­риального давления.