Нормальная физиология (Пособие для резидентуры)

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ. ПИТАНИЕ. ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЯ 12

Катехоламины, в частности норадреналин, увеличивают теплоотдачу, а серотонин – теплопродукцию при охлаждении организма. Под влиянием микробной инвазии в мозге вырабатывается эндогенный пироген – интерлейкин-1, увеличивающий активность чувствительных к холоду нейронов гипоталамуса и уменьшающий разряды нейронов, чувствительных к теплу. В этих процессах промежуточная роль принадлежит простагландинам группы Е, адренокортикотропному и меланокортикотропному гормонам гипофиза.

Нейрогуморальная и условно-рефлекторная терморегуляция. Теплообразование регулируется симпатической нервной системой и связано с усилением процессов окислительного фосфорилирования, гликогенолиза, гликолиза в печени и липолиза в буром жире. Процессы теплоотдачи определяются изменением тонуса кожных сосудов. Дополнительно при возбуждении симпатической нервной системы на холоде повышается продукция мозгового вещества надпочечников – адреналина и норадреналина, которые повышают продукцию тепла в печени, скелетных мышцах и буром жире, активируя гликогенолиз, гликолиз и липолиз.

Соматическая нервная система регулирует процессы сократительного термогенеза скелетных мышц.

Лимбические структуры мозга (гиппокамп, амигдалоидная область и др.) определяют теплоощущение. Высшие отделы, в частности кора большого мозга, с помощью механизмов условных рефлексов обусловливают заблаговременную (опережающую) терморегуляцию. Например, у человека, собирающегося выйти на улицу зимой в холод или летом в жару, соответственно еще в помещении возрастает или, наоборот, снижается теплопродукция.

Динамика работы функциональной системы терморегуляции в различных условиях.

Терморегуляция – динамический процесс, постоянное взаимодействие процессов теплопродукции и теплоотдачи в зависимости от состояния человека и окружающей его температуры. Терморегуляция изменяется при приеме пищи разной температуры, при двигательной активности, при сдвигах окружающей температуры в ту или другую сторону /4/.

Оптимальный уровень температуры тела у человека в одежде легко поддерживается механизмами саморегуляции при температуре в пределах 18-20°С, а для обнаженного человека – 26-28°С. Такая температура окружающей среды получила название оптимальной температуры, или зоны комфорта.

Температурная чувствительность центров гипоталамуса зависит от температуры окружающей среды.

Температурные воздействия приводят к сопряженным изменениям дыхания и сердечной деятельности. При повышении температуры тела дыхание и сердцебиение учащаются. При длительных воздействиях это может привести к алкалозу, а затем – к потере сознания (тепловой удар).

Снижение температуры тела (до момента понижения ректальной температуры) приводит к сужению сосудов и увеличению частоты сердцебиений. С понижением ректальной температуры ритм сердцебиений замедляется, возникают аритмия, экстрасистолия, на ЭКГ снижается амплитуда зубца Т, постепенно падает артериальное давление.

Терморегуляция при теплохолодовых процедурах. Механизмы саморегуляции темпера-

туры тела позволяют понять оздоровительное действие теплохолодовых процедур, в частности воздействие бани.

341

НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ

Одним из условий оздоровительного действия бани является смена тепловых и холодовых воздействий. Специальные наблюдения показали, что оба эти воздействия ведут к стрессорным состояниям. Нагревание активирует механизмы теплоотдачи, охлаждение – теплопродукции. Применение неоднократно теплохолодовых воздействий за счет снижения интенсивности обмена веществ может стимулировать древние гипобиотические и даже анабиотические метаболические механизмы защиты.

За счет периодической смены высокой и низкой температур в условиях бани поочередно активируются в первом случае механизмы теплоотдачи, во втором – теплопродукции. При этом происходит своеобразная тренировка сосудов кожи и интенсивности гормональных и метаболических процессов. При адекватных режимах теплохолодовых процедур наблюдается снижение интенсивности метаболических процессов – гипо- и анабиотические процессы. Ослабляется секреция адренокортикотропного гормона гипофиза и усиливается секреция соматотропного гормона.

Гипотермия. При снижении температуры тела до 29-30°С интенсивность метаболических процессов в тканях замедляется. Факт снижения интенсивности метаболических процессов при температурных воздействиях позволил использовать этот прием в хирургии. При операциях на сердце хирурги вынуждены выключать сердце из кровообращения для работы на так называемом «сухом сердце». При снижении температуры тела до 29-30°С оказалось возможным значительно пролонгировать сроки остановки кровообращения за счет снижения интенсивности метаболических процессов и перехода их на уровень гипо- и анабиоза /4/. Для этой цели сначала пытались использовать только физическую гипотермию: субъекта обкладывали льдом или погружали в холодную ванну. Процедура физического охлаждения оказалась сложной из-за возникающего при этом холодового стресса и невозможности получить желаемое (регулируемое) снижение температуры тела. Адекватный путь состоит в предварительной блокаде фармакологическими препаратами «центра теплопродукции» заднего гипоталамуса и последующем охлаждении. Набор таких анаболических веществ («литический коктейль») достаточно широк. Блокаторами теплопродукции являются, например, хлорпромазин и α-адреноблокатор аминазин. После введения аминазина избирательно блокируются процессы холодового стресса, и при охлаждении человека или животного достигается состояние гипотермии.

Гипертермия – состояние, при котором температура тела поднимается выше 37°С. Она возникает как при продолжительном действии высокой температуры окружающей среды, особенно при влажном воздухе, а также под влиянием эндогенных факторов, усиливающих теплообразование (тироксин, жирные кислоты и др.). Повышение температуры тела до 40-41°С сопровождается тяжелым общим состоянием организма – тепловым ударом.

Изменение температуры тела возникает также при нарушении собственно процесса терморегуляции, когда внешние условия не изменены. Так, одной из причин инфекционной лихорадки является высокая чувствительность гипоталамических центров регуляции теплообмена к некоторым химическим веществам, в частности, к бактерийным токсинам. Введение его в область переднего гипоталамуса сопровождается продолжительным повышением температуры тела.

342

НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ

и ее осмотическое давление падает. Это уменьшает активность центральных осморецепторов, расположенных в супраоптическом ядре гипоталамуса, а также периферических осморецепторов, имеющихся в печени, почке, селезенке и других органах, что снижает выделение АДГ из нейрогипофиза в кровь и приводит к усилению выделения воды почкой /3/.

При обезвоживании организма увеличивается концентрация осмотически активных веществ в плазме крови, возбуждаются осморецепторы, усиливается секреция АДГ, возрастает факультативная реабсорбция воды, уменьшается мочеотделение и выделяется осмотически концентрированная моча /3/. Помимо информации от осморецепторов и натриорецепторов, уровень секреции АДГ зависит от активности волюморецепторов, реагирующих на изменение объема внутрисосудистой и внеклеточной жидкости. Основное значение в регуляции секреции АДГ имеют волюморецепторы, реагирующие на изменение напряжения сосудистой стенки в области низкого давления. В первую очередь, рецепторов левого предсердия, импульсы от которых передаются в ЦНС по афферентным волокнам блуждающего нерва. Одновременная активация волюмо- и осморецепторов в основном усиливает выведение воды, уменьшая ее реабсорбцию (рис. 13.2).

Роль почек в регуляции ионного состава крови. Почки являются важнейшим эффекторным органом в системе ионного гомеостаза. В организме существует система регуляции баланса каждого из ионов. Реабсорбция натрия возрастает в дистальных канальцах под влиянием альдостерона. Этот гормон выделяется в кровь при снижении концентрации натрия в плазме и уменьшении объема циркулирующей крови. Усиленное выделение натрия почкой вследствие угнетения его реабсорбции достигается при секреции в кровь натрийуретического гормона, образующегося в предсердиях при повышении общего уровня артериального давления. Натрийуретический пептид, оказывая тормозное действие на секрецию альдостерона, увеличивает содержание в конечной моче натрия. Кроме того, натрийуретический пептид увеличивает выделение с мочой хлоридов, магния и кальция /3/.

Выделение калия с мочой усиливает альдостерон. Уменьшает выделение калия инсулин. Экскреция калия тесно связана с кислотно-щелочным состоянием. Алкалоз сопровождается усилением выделения калия с мочой, а ацидоз – его уменьшением.

При снижении концентрации кальция в крови паращитовидные железы выделяют паратгормон, который способствует нормализации уровня кальция в крови за счет

344

ФИЗИОЛОГИЯ СИСТЕМЫ ВЫДЕЛЕНИЯ 13

увеличения его реабсорбции в почечных канальцах и повышения резорбции кальция из костей. При гиперкальциемии стимулируется секреция тиреокальцитонина щитовидной железой, который снижает концентрацию кальция в крови, способствует увеличению его экскреции почкой и переходу ионов Са2+ в кости.

В почечных канальцах регулируется также уровень реабсорбции магния, хлора, сульфатов и других ионов.

Роль почек в регуляции кислотно-щелочного баланса. Почки, стабилизируя концентрацию ионов Н+ в плазме крови, поддерживают рН на уровне 7,4. Механизм закисления мочи основан на секреции клетками в просвет канальцев ионов водорода.

Общая экскреция кислот почкой складывается из трех компонентов: выделения Н2СО3, титруемых кислот и выделения аммония NH4+.

При питании мясом образуется больше кислот и моча становится кислой, а при потреблении растительной пищи рН мочи сдвигается в щелочную сторону. При интенсивной физической работе из мышц в кровь поступают значительные количества молочной и фосфорной кислот /2/. В этих условиях почки увеличивают выделение кислых продуктов. При гиповентиляции легких происходит задержка углекислого газа и снижается рН крови – развивается дыхательный ацидоз, при гипервентиляции уменьшается содержание углекислого газа в крови, растет рН крови – возникает дыхательный алкалоз. Если в крови нарастает содержание ацетоуксусной и β-оксимасляной кислот, например при сахарном диабете, развивается метаболический алкалоз.

13.2. Участиепочекврегуляциигемодинамики

От величины гемодинамических констант крови, в частности артериального давления, зависит процесс мочеобразования. Кроме того, величина диуреза, выделение с мочой воды и солей определяют объем циркулирующей крови и величину АД. Поэтому в деятельности почек существуют регуляторные механизмы, участвующие в поддержании гемодинамических констант и обеспечивающие необходимый для мочеобразования уровень АД.

При гиперволемии (увеличении объема крови) АД повышается, в результате чего увеличивается диурез. Благодаря этому некоторое количество жидкости выводится почками, и давление снижается.

При гиповолемии уменьшается венозный приток, в результате чего падает сердечный выброс и снижается АД, что приводит к уменьшению клубочковой фильтрации и как следствие – уменьшению диуреза и компенсаторной задержке воды в организме. Одновременно включаются гормональные механизмы: выделяются АДГ и альдостерон, активируется юкстагломерулярный комплекс, запускающий ренин-ангиотензиновую систему. Эти процессы препятствуют снижению АД и способствуют увеличению объема циркулирующей крови.

Ренин-ангиотензиновая система. Юкстамедуллярные нефроны наряду с процессом мочеобразования выполняют эндокринную функцию.

В юкстагломерулярном аппарате секретируется ренин и ряд других биологически активных веществ. Юкстагломерулярный аппарат (рис. 13.3) морфологически образует подобие треугольника, две стороны которого представлены подходящими к клубочку

345

ФИЗИОЛОГИЯ СИСТЕМЫ ВЫДЕЛЕНИЯ 13

ЮГ ПИК

СТ ПН

ПЛ

А

Ренин Ангиотензиноген

ЮГ

Ангиотензин I

Конвертин

Ангиотензин II

Б

Реабсорбция

Na+ Na+

ОД

АД

В

Рис. 13.4. Роль ренин-ангиотензиновой системы в нормализации артериального и осмотического давления крови: А – секреция ренина в ЮГ клетках юкстамедуллярных нефронов почек при уменьшении артериального и осмотического давления крови (АД, ОД);

Б – образование ангиотензина II; В – нормализация АД и ОД крови с помощью ангиотензина II (ПИК – проксимальный извитой каналец; ПН – петля нефрона; ДИК – дистальный извитой каналец; СТ – собирательная трубочка; ПЛ – почечная лоханка) /4/.

Экскреторная функция почек. Почки играют ведущую роль в выделении из крови нелетучих конечных продуктов обмена и чужеродных веществ, попавших во внутреннюю среду организма. В процессе метаболизма белков и нуклеиновых кислот образуются

347

НОРМАЛЬНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ

различные продукты азотистого обмена (мочевина, мочевая кислота, креатинин и др.). Катаболизм пуриновых оснований в организме человека останавливается на уровне образования мочевой кислоты. Мочевая кислота в почке человека фильтруется в клубочках, затем реабсорбируется в канальцах, часть мочевой кислоты секретируется клетками в просвет нефрона. Обычно экскретируемая фракция мочевой кислоты довольно низкая (9,8%), что указывает на реабсорбцию значительного количества мочевой кислоты в канальцах. Интерес к изучению механизмов транспорта мочевой кислоты в почечных канальцах обусловлен резко возросшей частотой заболевания подагрой, при которой нарушен обмен мочевой кислоты /3/.

Образующийся в течение суток креатинин, источником которого служит креатинфосфорная кислота, выделяется почками. Его суточная экскреция зависит не столько от потребления мяса с пищей, сколько от массы мышц тела. Креатинин, как и мочевина, свободно фильтруется в почечных клубочках, с мочой выводится весь профильтровавшийся креатинин, в то время как мочевина частично реабсорбируется в канальцах.

Помимо перечисленных, имеется много разнообразных веществ, постоянно удаляемых почкой из крови. О том, какие вещества удаляет или разрушает почка, можно судить при изучении состава крови у людей с удаленными почками. В их крови, помимо мочевины, креатинина, мочевой кислоты, накапливаются гормоны (глюкагон, паратирин, гастрин), ферменты (рибонуклеаза), производные индола, глюкуроновая кислота и др.

Физиологически ценные вещества при их избытке в крови начинают экскретироваться почкой. Это относится, как к неорганическим веществам, так и органическим веществам – глюкозе, аминокислотам. Повышенная экскреция этих веществ в условиях патологии может наблюдаться и при нормальной их концентрации в крови, когда нарушена работа клеток, реабсорбирующих то или иное профильтровавшееся вещество из канальцевой жидкости в кровь.

Инкреторная функция почек. В почках вырабатывается несколько биологически активных веществ, позволяющих рассматривать ее как инкреторный орган. Гранулярные клетки ютстагломерулярного аппарата выделяют в кровь ренин при уменьшении АД в почке, снижении содержания натрия в организме, при переходе человека из горизонтального положения в вертикальное. Уровень выброса ренина из клеток в кровь изменяется и в зависимости от концентрации Na+ и Cl– в области плотного пятна дистального канальца, обеспечивая регуляцию электролитного и клубочково-канальцевого баланса. В почке синтезируется активатор плазминогена урокиназа. В мозговом веществе почки и клубочках образуются простагландины. Они участвуют в регуляции почечного и общего кровотока, увеличивают выделение натрия с мочой, уменьшают чувствительность клеток канальцев к АДГ. Клетки почек извлекают из плазмы крови образующийся в печени прогормон – витамин D3 и превращают его в физиологически активный гормон – активную форму витамина D3. Этот стероид стимулирует образование кальций-связывающего белка в кишечнике, способствует освобождению кальция из костей, регулирует его реабсорбцию в почечных канальцах. Почка является местом продукции эритропоэтина, стимулирующего эритропоэз в костном мозге. В почке вырабатывается брадикинин, являющийся сильным вазодилататором. Почки секретируют серотонин, являющийся сосудосуживающим гормоном /3/.

348

ФИЗИОЛОГИЯ СИСТЕМЫ ВЫДЕЛЕНИЯ 13

13.3. Метаболическаяфункцияпочек

Почки участвуют в обмене белков, липидов и углеводов. Не следует смешивать понятия метаболизма самих почек (т.е. процессы обмена веществ в их паренхиме, благодаря которому осуществляются все формы деятельности почек) и «метаболическая функция почек». Данная функция обусловлена участием почек в обеспечении постоянства концентрации в крови ряда физиологически значимых органических веществ. В почечных клубочках фильтруются измененные белки, низкомолекулярные белки, пептиды. Клетки проксимального отдела нефрона расщепляют их до аминокислот или дипептидов и транспортируют через базальную плазматическую мембрану в кровь. Это способствует восстановлению в организме фонда аминокислот, что важно при дефиците белков в рационе. При заболеваниях почек эта функция может нарушаться. Почки способны синтезировать глюкозу (глюконеогенез). При длительном голодании почки могут синтезировать до 50% от общего количества глюкозы, образующейся в организме и поступающей в кровь. Почки являются местом синтеза фосфатидилинозита – необходимого компонента плазматических мембран. Для энергозатрат почки могут использовать глюкозу или свободные жирные кислоты. При низком уровне глюкозы в крови клетки почки в большей степени расходуют жирные кислоты, при гипергликемии преимущественно расщепляется глюкоза. Значение почек в липидном обмене состоит в том, что свободные жирные кислоты могут в клетках почек включаться в состав триацилглицерина и фосфолипидов и в виде этих соединений поступать в кровь /3/.

13.4. Морфологическиеособенностипочек

Строение нефрона. В каждой почке человека содержится около 1 млн. функциональных единиц – нефронов, в которых происходит образование мочи. Каждый нефрон начинается почечным или мальпигиевым тельцем – двустенной капсулой клубочка (капсула Шумлянского-Боумена), внутри которой находится клубочек капилляров /3/. Внутренняя поверхность капсулы выстлана эпителиальными клетками, образующаяся полость между висцеральным и париетальным листками капсулы переходит в просвет проксимального извитого канальца. Особенностью клеток этого канальца является наличие щеточной каймы

– большого количества микроворсинок, обращенных в просвет канальца. Следующий отдел нефрона – тонкая нисходящая часть петли нефрона (петля Генле) /2/. Ее стенка образована низкими плоскими эпителиальными клетками. Нисходящая часть петли опускается в мозговое вещество, где каналец изгибается на 180°, и поворачивается в сторону коркового вещества почки, образуя восходящую часть петли нефрона. Она может включать тонкую и всегда имеет толстую восходящую часть, которая поднимается до уровня клубочка своего же нефрона, где начинается дистальный извитой каналец. Этот отдел канальца обязательно прикасается к клубочку между приносящей и выносящей артериолами в области плотного пятна. Конечный отдел нефрона – короткий связующий каналец впадает в собирательную трубку. Начинаясь в корковом веществе почки, собирательные трубки проходят через мозговое вещество и открываются в полость почечной лоханки (рис. 13.5).

349