Учебник (Дегтярёв) - нормальная физиология

При этом развивается так называемый нефролитиаз — образование камней в почках. Величина реабсорбции зависит от многих факторов — как внутрипочечных, так и внепочечных.

•К внутрипочечным факторам относятся:

•скорость движения мочи по системе почечных канальцев;

•реабсорбционная способность почечного эпителия, которая изменяется под действием различных веществ, в частности гормонов (АДГ, альдостерон);

•количество непороговых веществ в первичной моче, которые повышают ее осмотическое давление и удерживают воду.

5 0 2

•К внепочечным факторам относятся:

•состояние эндокринной системы: гормоны некоторых желез внутренней секреции существенно изменяют реабсорбционную способность канальцевого эпителия (АДГ, альдостерон);

•состояние водно-солевого баланса: изменение осмотического давления крови в сторону его увеличения при потере жидкости (обильное потоотделение, потеря жидкости при обильной рвоте, поносе) сопровождается возрастанием факультативной реабсорбции воды в дистальных канальцах нефрона и сохранением воды в организме.

Канальцевая секреция выражается прежде всего в том, что эпителиальные клетки нефрона захватывают некоторые вещества из крови и интерстициальной жидкости и переносят их в просвет канальцев, в результате чего они выделяются с мочой. Например, клетки канальцев нефрона быстро экскретируют органические кислоты, основания и некоторые ионы, участвуя в поддержании кислотно-основного состояния организма (КОС). С другой стороны, клетки эпителия канальцев обладают способностью синтезировать органические вещества, используя конечные продукты обмена.

Секреция органических кислот клетками почечного эпителия, в частности парааминогиппуровой кислоты (ПАГ), происходит с участием специальных транспортных систем. В мембране клеток проксимального отдела канальцев, обращенной к

5 0 3

интерстициальной жидкости, имеется переносчик, обладающий высоким сродством к ПАГ. При наличии в межтканевой жидкости ПАГ образуется комплекс переносчика с ПАГ, который изменяет конформацию и на внутренней поверхности мембраны распадается. Освободившаяся молекула ПАГ остается в цитоплазме, а переносчик соединяется с новой молекулой ПАГ. Оставшаяся в клетке ПАГ движется в цитоплазме к апикальной мембране и через нее с помощью специального механизма выделяется в просвет канальца.

Почечная экскреция и понятие о клиренсе. Скорость экскреции того или иного вещества (т.е. количество вещества, выделяемого в единицу времени) изменяется пропорционально его концентрации в плазме крови. В то же время скорость экскреции разных веществ существенно различается. Такие различия обусловлены тем, что экскреция разных веществ осуществляется почками разными способами. Так, например, если вещество фильтруется в клубочках и секретируется в канальцах, то скорость его экскреции будет выше, чем у вещества, которое после фильтрации реабсорбируется. Скорость экскреции может быть различной и из-за разных механизмов переноса веществ через мембраны нефрона, например при простой или облегченной диффузии.

Для характеристики экскреторной функции почки принято определять клиренс вещества, который количественно равен объему плазмы, полностью очищающейся от этого вещества почками за 1 мин. Иными словами, почечный клиренс отражает скорость очищения плазмы от того или иного вещества. В зависимости от механизма выделения веществ рассчитывают клиренс инулина либо клиренс парааминогиппуровой кислоты (ПАГ). Клиренс инулина соответствует скорости клубочковой фильтрации, так как инулин только фильтруется и выводится с мочой. Клиренс ПАГ характеризует почечный плазмоток и секреторную способность почки, так как ПАГ только секретируется канальцевым эпителием. Для характеристики деятельности почек необязательно рассчитывать клиренс всех выводимых веществ. Достаточно оценить почечный плазмоток, исходя из клиренса ПАГ, и скорость клубочковой фильтрации, соответствующую клиренсу инулина. Если оба эти параметра снижены, то, по всей вероятности, уменьшены и показатели очищения крови от продуктов обмена.

13.5. Гомеостатическая функция почек

13.5.1. Роль почек в регуляции водно-электролитного баланса

Вода в организме выполняет важные функции:

•создает среду, в которой протекают все метаболические процессы;

504

•является частью структуры клетки;

•является основным компонентом жидких сред организма (секреты желез, мочи, пота и др.).

Содержание воды в организме значительно превышает содержание всех остальных химических элементов. Организм новорожденного на 65—70 % состоит из воды. По мере взросления относительное содержание воды уменьшается: у юношей она составляет в среднем 63 %, а у девушек — 52 %. В дальнейшем содержание воды продолжает уменьшаться, достигая в среднем 52 и 46 % соответственно. Содержание воды

в разных тканях различно. Меньше всего ее в жировой ткани,

атак как у женщин жировой ткани больше, то содержание воды в женском организме меньше на 6—10 %. У взрослого человека на долю воды приходится 73,2+3 % безжировой массы тела. Эта величина постоянна и не зависит от пола.

Организм в процессе жизнедеятельности постоянно теряет воду. Так, через почки в сутки выводится около 1,5 л воды, которая разводит выделяемые организмом вещества и тем самым уменьшает их повреждающее действие на почечные структуры. С потом теряется в сутки около 0,5 л, с выдыхаемым воздухом — 0,35 л, с конечными продуктами переваривания пищи — 0,15 л воды. Таким образом, всего за сутки организм теряет около 2,5 л воды. Для сохранения водного баланса поступление воды в организм должно соответствовать ее выделению из организма. С продуктами питания и питьем человек получает около 2 л воды, а 0,5 л воды образуется в организме в результате обменных процессов (обменная вода). Приход воды также равен 2,5 л.

Водный баланс организма поддерживается благодаря процессам саморегуляции. Объем внеклеточной жидкости (ВКЖ) зависит главным образом от общего содержания в ней натрия и других осмотически активных веществ (коллоидов, ионов, глюкозы, мочевины), которые формируют осмотическое давление. Осмотическое давление слагается из двух компонентов — собственно осмотического и онкотического. Осмотическое давление связано со способностью ионов удерживать и притягивать воду через полупроницаемую мембрану. Онкотическое давление связано со способностью гидрофильных частиц крупномолекулярных веществ удерживать воду, препятствуя ее выходу из кровеносного русла. Величина осмотического давления плазмы крови, рН и ОЦК зависит от вод- но-солевого баланса организма, под которым понимают соответствие между количеством поступающих в организм воды и солей и выделением их во внешнюю среду. Осмотическое давление способствует движению и перераспределению воды в организме через полупроницаемые мембраны и представляет собой жизненно важную, жесткую константу внутренней

505

среды. Даже незначительные ее отклонения могут привести к гибельным для целого организма последствиям.

Саморегуляция величины осмотического давления осуществляется функциональной системой (ФУС), поддерживающей оптимальное для метаболизма осмотическое давление крови. Система имеет внешнее и внутреннее звенья саморегуляции. Внутреннее звено составляют эндогенные механизмы поддержания оптимального уровня воды и солей; внешнее представлено поведением, направленным преимущественно на поиск и прием воды или солей.

Афферентные сигналы об изменении константы поступают от осморецепторов сосудов, объемных рецепторов левого предсердия, барорецепторов дуги аорты, сонного синуса в гипоталамус — центральное звено ФУС.

Исполнительные механизмы внутреннего звена функциональной системы представлены почками, ЖКТ, легкими, потовыми железами. При этом почка является главным органом, нормализующим константу осмотического давления крови. Работа почек регулируется нервным и гуморальным путями. Гуморальным влияниям принадлежит ведущая роль.

Изменение работы почек. Изменение образования и выделения мочи происходит при любых изменениях константы осмотического давления крови. Важнейшими факторами, участвующими в изменении образования мочи, являются гормоны: АДГ и альдостерон. При увеличении осмотического давления (большая потеря жидкости, прием пищи, богатой осмотически активными веществами) увеличивается выделение АДГ нейросекреторными клетками супраоптических ядер гипоталамуса. Взаимодействуя с У2-рецепторами базальной цитоплазматической мембраны клеток почечного эпителия, АДГ способствует встраиванию аквапоринов-2 и факультативной реабсорбции мочи. Гормон коры надпочечников альдостерон является эффективным стимулятором реабсорбции Na+ в почечных канальцах. Организм уменьшает потерю воды

иосвобождается от избытка солей, диурез уменьшается.

жПотоотделение. Кроме почек, в ФУС поддержания оптимального уровня осмотического давления крови в качестве исполнительных механизмов участвуют потовые железы. После приема большого количества воды потоотделение значительно возрастает. Снижение потребления воды приводит к уменьшению потоотделения.

АВыделение воды через легкие осуществляется путем ее испарения при дыхании. С выдыхаемым воздухом в сутки теряется 350—400 мл воды.

АВыделение воды через пищеварительный тракт. Ежедневно с каловыми массами теряется около 100—150 мл воды.

АТранскапиллярный обмен жидкостей и ионов. При повышении осмотического давления плазмы крови возникает ряд

506

реакций, связанных с перераспределением воды в организме. Первые из них связаны с использованием резервной воды из депо. Вода начинает переходить в кровь по осмотическому градиенту из межтканевой жидкости, а также в межтканевую из внутриклеточной. При снижении осмотического давления плазмы крови направленность процессов меняется на противоположную.

Помимо включения внутренних механизмов, происходит активация внешнего механизма саморегуляции путем формирования мотивации жажды. При увеличении осмотического давления крови активируются центральные осморецепторы супраоптического ядра гипоталамуса —- центра жажды. Сухость слизистой оболочки полости рта и глотки усиливает возбуждение, поступающее в кору головного мозга, формируя субъективное чувство жажды. Мотивация жажды активирует программы поведенческих реакций, направленных на поиск и прием воды, что приводит к быстрому возвращению константы осмотического давления к нормальному уровню.

Водное насыщение происходит в две фазы.

•Фаза сенсорного насыщения связана с выходом в кровь депонированной воды при раздражении принимаемой водой рецепторов слизистой оболочки полости рта и глотки.

•Фаза истинного, или метаболического, насыщения обусловлена всасыванием принятой воды в тонкой кишке и поступления ее в кровь.

Уровень секреции АДГ зависит не только от возбуждений, идущих от осмо- и натрийрецепторов, но и от волюмрецепторов, реагирующих на изменение объема внутрисосудистой и внеклеточной жидкости. Например, при увеличении кровенаполнения левого предсердия активируются низкопороговые волюмрецепторы. Импульсы возбуждения от них поступают в ЦНС по афферентным волокнам блуждающих нервов, что приводит к угнетению секреции АДГ, уменьшению реабсорбции воды и увеличению мочеотделения.

Помимо этого, растяжение стенки предсердий стимулирует образование и выделение предсердного натрийуретического пептида. Стимуляция его образования происходит также при:

•увеличении содержания в крови Na+ и АДГ;

•стойком увеличении давления крови в аорте;

•увеличении тонуса блуждающих нервов.

Влияния натрийуретического пептида на функции организма многообразны. Его эффекты в отношении мочеобразования связаны в основном с воздействием на клетки канальцевого эпителия и сосуды почки. Это проявляется в нескольких эффектах:

5 0 7

•увеличении в конечной моче содержания Na+ (увеличение натрийуреза), что связано с тормозящим действием пептида на секрецию альдостерона, от которого зависит реабсорбция натрия в дистальных канальцах;

•увеличении объема конечной мочи вследствие увеличения скорости фильтрации в клубочках из-за расширения приносящих артериол и снижения реабсорбции воды в канальцах, так как снижается осмотическое давление

интерстициальной жидкости в связи с уменьшением реабсорбции Na+;

•уменьшении секреции ренина клетками юкстагломерулярного комплекса (ЮГА) почек;

•увеличении выделения с мочой СГ, Mg2+ и Са2+.

Существенную роль в стабилизации осмотического давления плазмы крови играют антинатрийуретические механизмы. Их активация связана с увеличением секреции ренина клетками юкстагломерулярного аппарата почки. Ренин стимулирует секрецию альдостерона клетками, клубочковой зоны коры надпочечников, который активирует реабсорбцию Na+ в дистальных отделах нефрона и собирательных трубках путем увеличения синтеза молекул белков — натриевых каналов и встраивания их в апикальную мембрану эпителиальных клеток. Это предотвращает не только избыточное выведение Na+, но и воды, что обеспечивает восстановление и сохранение объема жидкости в организме. Альдостерон уменьшает реабсорбцию Са2+ и Mg2+ в проксимальных отделах канальцев. Увеличение секреции К связано с увеличением проницаемости мембран эпителиальных клеток для этих ионов.

13.5.2. Участие почек в регуляции кислотно-основного состояния

Поддержание и регуляция КОС осуществляются благодаря буферным системам и нормальной деятельности органов дыхания, регулирующих выделение С02 , а также почек, способных по мере необходимости выводить из организма кислоты и основания. Реакция мочи устанавливается в дистальном отделе нефрона. Реакция ультрафильтрата и мочи в проксимальных канальцах слабоосновная (рН 7,4), однако рН конечной мочи в зависимости от потребностей организма может колебаться в пределах 4,4—8,0. В процессе метаболизма клетки почечного эпителия в нормальных условиях выделяют много кислых продуктов, чем и объясняется тот факт, что конечная моча у человека имеет кислую реакцию. Важную роль в обеспечении КОС играют катионы металлов и, в частности,

508

Na+. Почки сберегают катионы, обменивая их на Н+, который выделяется эпителием дистального отдела нефрона.

Замещение Na+ ионами Н+ ведет к образованию свободных кислот, кислых солей, которые выделяются с мочой при

сдвиге КОС в кислую сторону. В дистальных отделах нефро-

на действует не только Na+—Н+, но и Na+—К+-обмен. Ионы К+ и Н+ конкурируют за обмен на Na+. Количество Н+ и К+,

секретируемых и экскретируемых в обмен на Na+, зависит от

соотношения между содержанием этих ионов в клетках. При ацидозе или недостаточности К+ секреция Н+ в дистальных отделах нефрона в ответ на реабсорбцию Na+ увеличивается, а К+ снижается. Кислотность мочи возрастает. При относительном преобладании К+ наблюдается обратная картина.

Вместе с тем скорость секреции как Н+, так и К+ изменяется пропорционально интенсивности реабсорбции Na+ в дистальных канальцах. При увеличении реабсорбции Na+ возрастает и секреция почками Н+ и К+. При уменьшении скорости реабсорбции Na+ уменьшается секреция К+ и Н+ и выделение их с мочой.

Н+-ионы могут выделяться с мочой и в соединении с

азотом в виде NH4+, который образуется во всех канальце-

вых клетках. Главным источником аммиака служит глута-

мин, являющийся продуктом белкового обмена. В водном

растворе аммиак находится в равновесии с ионами аммо-

ния: NH3 + Н+ = NH4+. Скорость выведения NH4+ возрас-

выше содержание в моче аммония. В состоянии хронического ацидоза скорость образования NH4+ и его экскреции могут увеличиваться в 10 раз, однако даже в условиях очень тяжелого хронического ацидоза рН мочи не может снижаться ниже 4,5.

13.5.3.Инкреторная функция почек

Почки рассматривают как важный инкреторный орган, так как в них вырабатывается ряд физиологически активных веществ, влияющих на другие органы и ткани, а также на функциональные структуры самих почек.

Инкреторная функция почек связана с функцией гранулярных клеток юкстагломерулярного аппарата (ЮГА), секретирующих ренин. Клетки ЮГА расположены у входа в клубочек между приносящей и выносящей артериолами и частью стенки дистального канальца. В него входят гранулярные клетки приносящей артериолы, клетки плотного пятна дистального канальца и специальные клетки, которые контак-

509

тируют с обеими группами клеток. Гранулярные клетки ЮГА секретируют ренин, который является протеолитическим ферментом.

•К увеличению секреции ренина приводят:

—уменьшение давления крови в приносящей артериоле клубочка и, следовательно, уменьшение степени растяжения ее стенки;

—увеличение концентрации Na+ в моче дистального канальца;

—увеличение симпатических влияний на гранулярные клетки ЮГА, в мембране которых имеются бета-адрено- рецепторы.

•К уменьшению секреции ренина приводят:

—выделение натрийуретического атриопептида;

—увеличение степени растяжения стенки приносящей артериолы клубочка.

Поступая в кровь, ренин превращает ангиотензиноген в малоактивный пептид — ангиотензин I. Ангиотензин I под влиянием ангиотензинпревращающего фермента кининазы-2 превращается в ангиотензин II. Ангиотензин II повышает тонус системных и почечных артериальных сосудов, стимулирует активность симпатической нервной системы, повышает сократимость миокарда, ослабляет клубочковую фильтрацию, способствует формированию мотивации жажды и снижению диуреза, стимулирует образование альдостерона и реабсорбцию натрия.

В эпителиальных клетках проксимальных канальцев почки образуется наиболее важный метаболит витамина D 1,25-ди- гидроксихолекалъциферол [l,25(OH)-2D3•]. Этот гормон стимулирует образование в эпителиальных клетках кишечника кальцийсвязывающих и кальцийтранспортных белков, необходимых для всасывания Са2+. Он увеличивает также реабсорбцию этих веществ и в почках. Витамин D3 стимулирует функцию остеобластов и, следовательно, рост и минерализацию костей. Кроме того, через активизацию транспорта Са2+ в клетках разных тканей, в том числе и зубов, он может влиять на их функции.

В перитубулярных клетках почек образуется гормон эритропоэтин, который стимулирует образование эритроцитов путем ускорения деления клеток-предшественниц и синтеза гемоглобина. Кроме того, он увеличивает кровоток в эритропоэтической ткани костного мозга, что сопровождается увеличением выхода в кровь ретикулоцитов из его синусоидов.

Кроме основных биологически активных веществ ренина, кальцитриола, эритропоэтина, в почках образуются так называемые кинины, которые являются сильными вазодилататора-

510

ми, участвующими в регуляции почечного кровотока и выделения натрия.

В мозговом веществе почки синтезируются простагландины, в том числе простагландин Е2 (медуллин), под влиянием которого увеличивается почечный кровоток и выделение Na+ без изменения клубочковой фильтрации. Он также уменьшает чувствительность клеток канальцев к АДГ.

Почки играют определенную роль в процессах свертывания крови. В них синтезируются активатор плазминогена урокиназа и другие вещества, участвующие в этом процессе. Фибринолитическая активность крови, взятой в почечной вене, значительно выше, чем в почечной артерии.

13.5.4.Метаболическая функция почек

Прежде всего следует разграничить понятия «метаболизм почки» и «метаболическая функция почки». Метаболизм почки — это процессы обмена веществ в почке, которые обеспечивают выполнение ее функций. Метаболическая же функция почек связана с поддержанием в жидкостях внутренней среды постоянного уровня белков, углеводов и липидов.

Через мембрану клубочка не проходят альбумины и глобулины, мол. масса которых больше 60 кД, но свободно фильтруются низкомолекулярные белки, пептиды. Клетки проксимального канальца нефрона путем пиноцитоза захватывают и затем расщепляют их с помощью лизосомальных ферментов до аминокислот, которые через базальную плазматическую мембрану транспортируются во внеклеточную жидкость, а затем в кровь, что пополняет ее фонд аминокислот. Расщепляя низкомолекулярные и измененные белки, почки освобождают организм и от биологически активных веществ.

В почках имеется активная система образования глюкозы. При длительном голодании в почках синтезируется примерно половина общего количества глюкозы, поступающей в кровь. Для этого используются органические кислоты. Превращая их в глюкозу (химически нейтральное вещество), почки тем самым способствуют увеличению рН крови. При алкалозе синтез глюкозы из кислых субстратов снижается.

Участие почек в обмене липидов связано со способностью эпителия почек извлекать свободные жирные кислоты из межтканевой жидкости. Эти кислоты в плазме связаны с альбуминами и поэтому не фильтруются. Свободные жирные кислоты включаются в состав триацилглицеридов и фосфолипидов, которые играют важную роль в выполнении различных транспортных функций как в почках, так и в других органах.

511