Лекция 2 Биохимия выделительной системы

Лекция №2

Биохимия выделительной системы Водно – электролитный баланс организма

Вода с растворимыми в ней веществами представляет собой функциональное единство как в биологическом, так и в физико – химическом отношении.

Вода является основной реакционной средой. Это основной пластический элемент организма.

Количество воды зависит от общего количества катионов (К+, Na+ ) При помощи катионов регулируется количество анионов воды. Система

регуляции воды:

1.Гормоны – система ренин – ангиотензин – альдостерон, кальцитонин, паратгормон, вазопрессин, кальцитриол и другие стероидные гормоны, влияющие на физико – химический состав соединительной ткани.

2.Почки, лёгкие, кожа.

Почти 2/3 массы тела человека приходится на воду. Суточное потребление воды составляет около 2 л, к этому добавляется 0,3 – 0,4 л метаболической воды, образующейся при тканевом дыхании. При отсутствии питья человек погибает через несколько суток в результате дегидратации тканей, когда количество воды в организме уменьшается примерно на 12%.

Примерно 6% всей воды организма находится в крови, 25% - в межклеточном матриксе (интерстициальная вода). Воду этих двух бассейнов называют внеклеточной водой. Около 70% воды организма

– внутриклеточная вода. Между тремя основными бассейнами существует интенсивный обмен жидкостью. Например, перемещение жидкости (путём диффузии) через стенки капилляров в теле человека составляет около 1500 л в 1 минуту.

Общее количество воды зависит от возраста и пола:

умужчин – 60% от массы тела

уженщин – 50% от массы тела

Внутриклеточная вода составляет:

умужчин – 40% от массы тела

уженщин – 30% от массы тела

Внеклеточная вода составляет:

Нарушения водно – электролитного обмена

Электролиты и вода могут свободно проникать через стенки капилляров, поэтому внеклеточный объём можно рассматривать как осмотически однородную массу с внутрисосудистой жидкостью. Клеточные мембраны проницаемы для электролитов относительно, поэтому при экстрацеллюлярной гипер- и гипотензии, обусловленной изменением концентрации Na+ изменения происходят за счёт перемещения воды.

Различают следующие типы нарушения водно – электролитного

обмена:

1.Гипергидратация встречается трёх разновидностей:

А) гипотоническая гипергидратация – накапливается вода, без эквивалентного количества соли. Это наблюдается при введении больным большого количества безсолевых растворов, или употреблении дистиллированной воды. В результате идёт водное отравление. Вода распределяется по всему организму. Страдает нервная система, развиваются судороги, вымывается К+ и другие ионы.

Б) изотоническая гипергидратация – накопление в организме человека воды, и адекватного количества солей. Это наблюдается при перегрузке физиологическим раствором NaCl. При этом резко увеличивается объём внеклеточного пространства. В результате развиваются отёки на конечностях.

В) гипертоническая гипергидратация – накопление большого количества катионов (особенно Na+) во внеклеточной жидкости. При этом вода покидает клетку, клетка сморщивается, нарушается её функция. Это приводит к поражению нервной системы. Такое состояние наблюдается при употреблении морской воды, вынужденно.

2.Дегидратация – потеря воды, встречается трёх видов:

А)гипотоническая дегидратация – потеря организмом значительного количества солей, без потери воды. Наблюдается при недостаточности

коры надпочечников. При этом внутриклеточное осмотическое давление больше, а количество катионов (особенно Na+) во внеклеточной жидкости падает, и вода устремляется внутрь клеток. В результате клетки набухают, нарушается их функция, и клетка погибает.

Б)нормостеническая дегидратация – при этом теряется и вода, и

адекватное количество солей. Это часто наблюдается при поражениях желудочно – кишечного тракта, инфекционных процессах, сопровождающихся диареей. При этом резко уменьшается количество внеклеточной жидкости. Снижается объём циркулирующей крови, нарушается деятельность сердечно – сосудистой системы, почек, развивается анурия.

В) гипертоническая гипергидратация – теряется вода, но почти не теряются соли. Происходит при ограничении доступа к пресной воде, таким образом, наступает обезвоживание.

Гормональная регуляция водно – солевого обмена

Гормоны регулирующие водно – солевой обмен

1.Предсердный натрий уретический фактор или ПНФ (снижает артериальное давление)

2.Альдостерон (повышает артериальное давление)

3.Вазопрессин (повышает артериальное давление)

Альдостерон (АД)

Природа: стероидная Место синтеза: надпочечник (кора), корковое вещество (холестерин - альдостерон.

Механизм действия: внутриклеточный (цитозольный) Биологический эффект: повышает артериальное давление, повышает всасывание Na+ в почках и желудочно – кишечном тракте.

Ткани мишени: сосуды, почки, желудочно – кишечный тракт. Регуляция секреции: ренин, ангиотензин, альдостерон.

Ангиотензиноген (синтез в печени)

Е ренин (синтез в почках) (декапептид)

Ангиотензин I (10 АК)

Е карбоксипептидаза (синтез в легких) (АПФ)

Ангиотензин II (8 АК)

Кора надпочечника

Альдостерон

Антидиуретический гормон (вазопрессин)

Природа: белково – пептидная (9 аминокислот)

Место синтеза: гипоталамус, где происходит синтез препрогормона, Затем из него образуется прогормон, который в составе нейросекреторных гранул переносится в нейрогипофиз. Во время транспорта гранул происходит процессинг прогормона, в результате чего он расщепляется на зрелый гормон (8 аминокислот), и транспортный белок – нейрофизин.

Схема синтеза: Препрогормон – прогормон – гормон.

Механизм действия: мембранно – внутриклеточный через Ц- ГМФ. Действуя через рецепторы V1, которые находятся на ГМК сосудов, и V2, находящиеся на собирательных трубочках, и дистальных канальцах.

Биологический эффект: повышает артериальное давление: а) за счёт уменьшения просвета сосуда через V1

б) повышает реабсорбцию воды в почках, за счёт стимуляции синтеза канальных белков - аквапоринов. Через эти белки, которые встраиваются в мембраны собирательных канальцев (апикальная часть клетки), вода проникает в клетку почечных канальцев.

Регуляция секреции: повышается Na+, и повышается осмотическое давление внеклеточной жидкости. При недостатке воды осморецепторы гипоталамуса чувствительны к осмолярности, то есть при повышении осмотического давления возникают нервные импульсы, которые передаются на гипофиз.

Патологический аспект: снижение приводит к несахарному диабету.

Гормоны регулирующие фосфорно – кальциевый обмен

1.Кальцитонин (снижает кальций в крови)

2.Паратгормон (повышает кальций в крови)

3.Кальцитриол (повышает кальций, регулируя в крови)

Кальцитонин Природа: белково – пептидная

Место синтеза: К – клетки щитовидной железы или С – клетки паращитовидной железы Механизм действия: мембранно – внутриклеточный (вторичный посредник Ц- ГМФ)

Схема синтеза: прогормон – гормон (32 аминокислоты). Биологический эффект: понижает кальций в крови за счёт: почки, кости, кишечник.

Ткани мишени: почки, кости, кишечник

прогормон

гормон (32 АК)

[Ca] в крови за счет

кости

Регуляция: [Ca2+] в крови

Патологический аспект: недостаток: приводит к незначительному повышению кальция, клинического проявления нет;

гиперфункция: (опухоль) – гипокальциемия крови.

Паратгормон Природа: белково – пептидная Место синтеза: паращитовидная железа

Механизм действия: мембранно – внутриклеточный (вторичный посредник Ц- ГМФ)

Схема синтеза: препрогормон (115 аминокислот) – прогормон – гормон (84 аминокислоты).

Биологический эффект: повышает кальций в крови, и фосфатов. Ткани мишени: почки, кости, кишечник

препрогормон 115 АК

костей в кровь

дистальных

извилистых

Регуляция: [Ca2+] и фосфатов в крови.

Патологический аспект: Гиперфункция (опухоль паращитовидных желез)[Ca] и фосфатов в крови в результате: мышечная гипотония, камни в почках.

Кальцийтриол

Природа: стероидная Место синтеза: 1 – ая реакция в коже

А) В коже человека при УФ – облучении! Из холестерина с затратой энергии фотона образуется предшественник 7 – дегидрохолестерол. Затем при УФ – облучении при затрате энергии фотона образуется витамин D3. (25 – ОН Оз) – холекальциферол (это неферментативный процесс) поступает в кровь, где связывается со специфическим белком – переносчиком, и с током крови поступает в печень.

Б) В печени происходит гидроксилирование витамина D3 (холекаль-

циферол) Е – 25 гидроксилазой в 25 – гидроксихолекальциферол.

Это соединение вновь поступает в кровь, где связывается со специфическим белком – переносчиком, и с током крови поступает в почки.

В) В почках происходит 2 варианта использования 25 – гидрокси-

холекальциферола:

I вариант: при большой концентрации ионов кальция в крови почки превращают 25 – гидроксихолекальциферол в:

-24,25 (ОН)2

-1,24,25 (ОН)2 Дз Эти соединения не обладают биологической активностью.

Таким образом, поступление кальция в кровь прекращается.

II вариант: при низкой концентрации ионов кальция в крови почки превращают 25 – гидроксихолекальциферол в активную форму:

-25 (ОН)2 Дз - кальцийтриол за счет ε- 1-гидроксилаза.

Это соединение плохо растворимо в воде, поэтому оно связывается с белком - переносчиком и в комплексе с ним направляется к кишечнику. Там кальцийтриол, усиливает всасывание кальция в кровь.

Регуляция секреции:

метаболическая – концентрацией кальция в крови по механизму обратной связи;

гормональная – эстрогены, прогестерон, андрогены увеличивают концентрацию Е – 1 L – гидроксилазы, усиливая образование кальцийтриола.

Ткани мишени: клетки кишечника, кости (остеобласты). Влияние на обмен: усиливает всасыване Ca2+, PO3через слизистую кишки.

Физиологический ответ: Повышает уровень Ca2+ в крови Повышает уровень PO3- в крови Повышает уровень Ca2+ в кости Повышает уровень PO3- в кости

Патологический аспект:

У детей это рахит – заболевание детского возраста, которое характеризуется низким уровнем Ca2+ и в PO3- (фосфата) в плазме крови, нарушением минерализации костей, ведущим к деформациям скелета. Чаще всего рахит вызывается недостатком витамина D3.

Различают 2 типа наследственного витамин D – зависимого рахита: I тип обусловлен генетически детерменированным превращением

25 – гидроксихолекальциферола в кальцийтриол.

IIтип - генетический дефект, обусловленный отсутствием рецепторов к кальцийтриолу.

У взрослых недостаток витамина D3 вызывает остеомаляцию. При этом наблюдается снижение всасывания Са2+ и в PO3- (фосфатов) из кишечника.

Чаще причиной снижения синтеза кальциферола является значительное повреждение паренхимы почек.