Глава 10. Почка и её роль в осморегуляции.

Основным эффектором осморегулирующих рефлексов, обеспечивающим всю полноту их действия, является почка.

Нередко в литературе встречаются высказывания об участии в осморегуляции других органов, способных выводить воду и соли, например, потовых желёз или желёз пищеварительной системы. Однако такое утверждение вряд ли может считаться правильным. Конечно, различные железы способны выводить воду и соли, влияя, таким образом, на водно-солевой обмен, однако делают они это не с целью осморегуляции, а выполняя собственные задачи, и потому, будучи подчинены своим регуляторным механизмам, нередко мешают поддержанию осмолярности внутренней среды.

В системе осморегуляции имеются специальные ограничивающие механизмы, мешающие пищеварительным и потовым железам экскретировать воду и соли тогда, когда в организме возникает их дефицит. Так бывает, например, при недостатке воды, когда резко снижается секреция пищеварительных желёз, или при перегревании, когда осморегулирующая система делает попытку ограничить потери воды и солей с потом. Однако нельзя назвать снижение желудочной секреции при этих обстоятельствах осморегуляцией, а железы желудка соответственно эффекторами осморегулирующей системы. Для этой сложной операции они мало приспособлены и являются скорее потребителями воды и солей, чем регуляторами их содержания в организме.

Только почка, сформировавшаяся в эволюции, как специальный эффекторный орган системы осмо - и ионной регуляции способна осуществлять все функции, необходимые для поддержания водно-электролитного равновесия.

В данной главе коснёмся лишь тех почечных процессов, которые принимают непосредственнее участие в осморегуляции.

В главе 2 уже упоминалось, что осмолярность внутренней среды зависит от содержания в ней натрия и воды и поддержание стабильности этого показателя сводится к регулированию соотношения между этими веществами. Рассматривая работу эффектора, мы соответственно должны обратить внимание на судьбу натрия и воды в почке.

Количественное исследование почечной функции в осморегулирующей реакции показало, что изменение гидруреза и натриуреза происходит за счёт изменения реабсорбции воды и натрия при почти стабильной фильтрации.

Справедливость такого заключения может быть проиллюстрирована на примере осморегулирующих рефлексов с печени, селезёнки и т.д.

В табл.3 показано, как изменяется фильтрация, экскреция и Экскретируемая фракция натрия при осморегулирующих рефлексах с вышеперечисленных органов. Фильтрация определялась по креатинину, концентрация натрия – фотометрическим методом. В табл.3 показано, что при осмотическом раздражении печени раствором хлорида натрия(523 ммоль/л), несмотря на снижение диуреза в среднем на 41,5 %, фильтрация практически не изменялась. Фоновое её значение равнялось 69,6 мл/мин·м², а во время реакции она снижалась до 64,0 мл/мин·м² т. е. на 5,6 мл/мин·м², что не могло оказать существенного влияния на диурез.

Специальный расчёт, предложенный Л.И.Курдубан(1971), показал, что доля участия фильтрации в торможении диуреза при таких условиях составляет всего лишь 12,8%, в то время как остальные 87,2% обеспечиваются реабсорбционным процессом.

Таблица 3. Изменение диуреза, фильтрации, экскреции и экскретируемой фракции натрия при осморегулирующих рефлексах с печени и селезёнки

Орган	Изменение диуреза, % от фона	Фильтрация, мл/мин∙м2		Экскреция натрия,% от фона	Экскретируемая фракция натрия, %
		фон	реакция
Печень	-41,5±4,3	69,6	64,0	+23±10	+41±15
Селезёнка	-44,4±3,2	59,3	52,0	+34±10	+50±20

Увеличение экскреции натрия при осморегулирующем рефлексе не зависело от его фильтрационного заряда (загрузки нефрона натрием, определяемой как произведение F·P_Na). Следовательно, ведущими здесь были канальцевые процессы. Определение экскретируемой фракции натрия свидетельствовало, что натриурез развивался в связи с уменьшением реабсорбции катиона канальцевым аппаратом почек.

Данные табл. 3 показывают, что аналогичные явления наблюдаются при осморегулирующем рефлексе с печени и селезёнки. В этих случаях изменение натриуреза и гидруреза осуществляется при неизменной фильтрации за счёт изменения реабсорбции.

В каком же отделе нефрона происходят реабсорбционные процессы, приводящие к столь характерному изменению почечной функции? Это не трудно решить относительно реабсорбции воды. Поскольку снижение диуреза зависит от увеличения секреции вазопрессина и сопровождается концентрированием мочи с увеличением реабсорбции осмотически свободной воды в Т^с_H2O, то вероятнее всего этот процесс развивается в собирательных трубочках. Сложнее обстоит дело с натрием. Его реабсорбция могла измениться в любом отделе нефрона. Окончательно решить этот вопрос можно было только с помощью микропункционного исследования.

Однако условия острого опыта, без которых применение микропункционных исследований невозможно, мало подходили для решения поставленной задачи, и потому искать ответ приходилось в эксперименте, менее совершенном, чем микропункционный, но позволяющем получить достаточно информативные результаты в обстановке хронического опыта.

Нам известна лишь одна такая работа Л.В. Блиновой и Г.Г.Фофановой(1974), данные которой мы и попытаемся рассмотреть.

Опыты ставились на собаках с низкой перерезкой спинного мозга (Th 5-6). Оба мочеточника катетеризировались, и в воротную вену вводился зонд, позволяющий производить осмотическое раздражение рецепторного аппарата печени. Для локализации сегмента нефрона, в котором происходил процесс реабсорбции натрия, применялась методика свободного мочетока[Aukland,Kgekshus,1966], заключавшаяся в следующем. Внутривенно максимально быстро вводился раствор маннита(20%-50 мл), вызывающий обильный осмотический диурез. Резко возросшая загрузка нефрона выталкивала его содержимое, которое собиралось небольшими порциями(0,5 мл). Вначале экскретировалась моча дистальных отделов нефронов, а затем – проксимальных. Признаком появления проксимальной мочи являлось обнаружение маннита или инулина, если он применялся вместе с маннитом для индикации.

Сам метод, конечно, не лишён недостатков, однако с определённой долей погрешности он позволяет определить, в каком примерно отделе нефрона происходили интересующие нас события.

Эксперименты этой серии проводились по следующему плану. Собака ставилась в станок, и путём умеренной гидратации устанавливался ровный фоновый диурез. Далее через зонд в воротную вену вводилось 5,0 мл раствора хлорида натрия (523 ммоль/л), и как только начинала развиваться осморегулирующая реакция, о чём судили по снижению диуреза, внутривенно вводился раствор маннита.

Анализ позволил установить, что концентрирование мочи и насыщение её натрием происходило в дистальном отделе нефрона, поскольку именно в первых порциях мочи наблюдалось увеличение содержания натрия. Моча последующих порций, выделяющаяся из проксимального отдела нефрона, содержала натрий в той же концентрации, что и плазма крови.

Таким образом, с определённой долей вероятности мы действительно можем утверждать, что изменение реабсорбции натрия происходит в дистальном отделе нефрона, и скорее всего в собирательных трубочках.

Каков же механизм тех процессов, которые приводят к торможению диуреза и увеличению экскреции натрия? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо проанализировать те изменения в работе канальцевого аппарата почек, которые приводят к колебаниям в экскреции натрия и воды.

Мы умышленно опускаем рассмотрение процесса фильтрации, поскольку он практически не изменяется при осморегуляции, и перейдём сразу к краткому описанию механизмов реабсорбции натрия и воды в канальцевом аппарате почек.

В извитой и прямой частях проксимальных канальцев осуществляется активная и пассивная реабсорбция натрия. Вода пассивно движется за катионом в таких количествах, что осмолярность канальцевой жидкости остаётся неизменной.

Реабсорбция жидкости здесь достигает максимальных размеров. Микропункционные исследования показывают, что концентрация инулина или креатинина к концу канальцев возрастает примерно в 5 раз[Jamison,1976], а это означает, что реабсорбируется 80-85% профильтровавшейся жидкости.

Активный транспорт натрия начинается с пассивного проникновения катиона через апикальную мембрану внутрь клетки по электрохимическому градиенту. Концентрация натрия в канальцевой жидкости 145, в клетке -40-60мМ, и внутренняя поверхность мембраны электроотрицательная. Однако это всё же не простая диффузия, поскольку отсутствует линейная зависимость между концентрацией катиона и скоростью его проникновения в клетку. Предполагается, что здесь имеет место облегчённая диффузия с участием специальных переносчиков, вмонтированных в апикальную мембрану [Bojessen,Leyssac,1965;Windhager,Giebisch,1965;Burg,Abramow,1966;Fredrik,1978].

В начальной части проксимального канальца транспортируется преимущественно натрий бикарбоната, при этом клетки секретируют ионы водорода в просвет канальца, как бы обменивая их на натрий. В сущности, настоящего обмена здесь нет, поскольку отсутствует прямая зависимость между секрецией водорода и реабсорбцией натрия, однако оба процесса связаны друг с другом и от интенсивности секреции водорода зависит реабсорбция бикарбоната[Rector e.a.,1965;Gibisch,Malnik,1970;Burg,1976;Gelbart e.a.,1978;Frömter,1979].

Вместе с натрием реабсорбируется анион –HCO₃. вначале, присоединив водород в просвете канальца, он превращается в H₂CO₃,а потом, диссоциировав на CO₂иH₂O, поступает в клетку. Здесь под влиянием карбоангидразы вновь образуется угольная кислота, которая, с одной стороны, является источником ионов водорода, а с другой, после соединения в крови с натрием, - восстановителем щелочного резерва.

Вместе с бикарбонатом в начальном отделе проксимального канальца реабсорбируется вода. В связи с этим в канальцевой жидкости значительно возрастает концентрация хлоридов.

На процесс реабсорбции натрия и воды в извитом сегменте канальца влияет содержание в фильтрате глюкозы и аминокислот. Полагают, что они образуют с натрием комплекс, которой в связи с активным транспортом аминокислот и сахаров облегчает проникновение натрия в клетку[Kinne,1978].

В следующем отделе извитого сегмента продолжается активная реабсорбция натрия. Поскольку здесь концентрация хлоридов в просвете канальца выше, чем в крови перитубулярных капилляров, они могут реабсорбироваться пассивно. Предполагается, что через апикальную мембрану хлориды проходят с помощью специальных переносчиков путём облегчённой диффузии [Maude,1970;Boulpaep,Seely,1971].

Поступающий в клетку натрий вместе с тем, который в ней содержится, создаёт внутриклеточный натриевый пул. Для сохранения стабильности внутренней среды клетка должна непрерывно освобождаться от избытка катиона. Этот процесс осуществляется с помощью активных транспортных механизмов, локализованных на базальной и боковых её мембранах. Интенсивность их работы, вероятно, зависит от степени накопления натрия во внутренней среде клетки. Чем значительнее этот сдвиг, тем активнее работают транспортные системы и тем больше натрия эвакуируется из клетки, а в конечном итоге и из просвета канальца в кровь перитубулярных капилляров. Характер существующей здесь обратной связи вероятнее всего биохимический. Накопление натрия в клетке активирует АТФазный натриевый насос или другие насосы, транспортирующие катион. Не исключено, что именно этот процесс, наряду с другими, лежит в основе клубочково-канальцевого натриевого баланса[Curran e.a.,1963;Leaf,1965;Crabbe,DeWeer,1969].

Относительно самих активных транспортных механизмов в настоящее время общепринята так называемая двухнасосная гипотеза, предложенная К.Улльрихом[Ullrich,1963]. Согласно этой гипотезе, имеются два активно действующих биохимических механизма, из которых один представлен электрогенным оубаинчувствительным Na/K-АТФазным насосом, другой – не электрогенным насосом, ингибитором для которого является этакриновая кислота.

Наиболее изучен Na/K насос. Он представлен вмонтированной в мембрану Na/K-АТФазой – ферментом, расщепляющим АТФ и активируемым натрием, находящимся внутри клетки, и калием, расположенным снаружи. Его активность регулируется внутриклеточным натриевым пулом и содержанием калия в жидкости, омывающей наружную поверхность мембраны. Энергия для работы Na/K-АТФазного насоса черпается из распада АТФ.

Второй насос, транспортирующий сразу Na⁺и Cl^-и не создающий поэтому разности потенциалов на мембране, ингибируется этакриновой кислотой. Он не связан с АТФазой, хотя недостаток кислорода блокирует его работу также, как и АТФазного насоса.

По мнению Ульриха[Ullrich,1963], 7натрий-хлорный насос ответственен за объём клетки. Согласно же концепции Д.А.Монд[Maude,1970], натрий-хлорный насос обеспечивает неттовую реабсорбцию натрия, а Na/K-АТФазный электрогенный насос поддерживает постоянство ионного содержимого и объёма клетки.

Оба насоса независимо от их назначения забирают натрий из клеточного пула, эвакуируют его в боковые межклеточные пространства и базальный лабиринт. Здесь создаётся гиперосмия, по сравнению с канальцевой жидкостью равная, например, у амфибий 5, а у крыс 23 мосмоль[Whittembury e.a.,1959;Ullrich e.a.,1964;]. Под влиянием осмотического градиента вода устремляется через хорошо проницаемые для неё замыкательные пластинки в межклеточные пространства и базальный лабиринт. Вместе с потоком воды сюда проникают все те вещества, которые могут пройти через замыкательные пластинки, и в первую очередь натрий, хлориды и т.п. этот механизм обеспечивает сразу два важнейших процесса – реабсорбцию натрия и реабсорбцию воды.

Жидкость из базального лабиринта и межклеточных щелей далее эвакуируется через базальную мембрану в кровь перитубулярных капилляров. Этот процесс осуществляется под влиянием гидравлического и онкотического давления.

В прямом сегменте проксимальных канальцев, как и в извитой части, продолжается активная реабсорбция натрия и пассивная – хлоридов. Активный транспорт натрия здесь уже не зависит от транспорта органических веществ. Вместе с натрием пассивно продолжает эвакуироваться вода, в результате чего объём канальцевой жидкости значительно уменьшается.

В многочисленных исследованиях показано, что этот отдел у различных животных обладает разными свойствами. Например, у кроликов он непроницаем для солей и мочевины и легко проницаем для воды. Из всех частей нефрона тонкий нисходящий сегмент обладает наибольшей водной проницаемостью. У крыс, наряду с высокой проницаемостью для воды, тонкий сегмент проницаем для солей и мочевины [Kokko,1970,1972;Morgan,1974].

По мере движения жидкости в тонком нисходящем отделе петли наблюдается её концентрирование, достигающее максимума в районе изгиба. Полагают, что у кролика это концентрирование происходит за счёт осмотической экстракции воды при сохранении в канальце хлористого натрия и мочевины (коэффициент отражения для этих веществ близок к единице: для NaCl-0,98, для мочевины -0,96)[Kokko,1970,1972].

У крыс и других грызунов концентрирование примерно на 60-67% осуществляется за счёт экстракции воды и на 33-40% -за счёт поступления солей и мочевины из интерстиция в просвет петли. Концентрированная жидкость, если это юкстамедуллярный нефрон, переходит из тонкой нисходящей части петли в тонкую восходящую, если это корковый нефрон – в толстый восходящий сегмент.

Проницаемость стенок тонкого восходящего сегмента существенно отличается от нисходящего. У кролика она в 14 раз больше для натрия и в 4 раза больше для мочевины. Этот отдел нефрона наиболее проницаем для натрия по сравнению со всеми остальными отделами.

Высокая проницаемость создаёт условия для пассивной диффузии натрия и хлоридов из просвета петли в интерстиций по концентрационному градиенту. В тоже время мочевина задерживается в канальце или, во всяком случае, уходит из него с меньшей скоростью, чем натрий. Происходит это в связи с меньшей проницаемостью стенок, а главное – высокой концентрацией мочевины в интерстиции сосочка.

Не исключено также, что наряду с пассивным транспортом натрия в этом сегменте существует активная реабсорбция. В этом случае скорость эвакуации соли будет ещё бóльшая.

Стенки тонкого восходящего отдела петли Генле полностью непроницаемы для воды. В результате жидкость, пройдя через этот сегмент, делается гипоосмотической, по сравнению с окружающим интерстицием.

По данным Imai,Kokko[1974], экспериментльно высяснявшим, способен ли этот отдел нефрона производить с помощью пассивных процессов гипотоничную жидкость, транстубулярный осмотический градиент достигал 234 мосмоль и зависел от длительности перфузии. Следовательно, в тонком восходящем отделе петли Генле с помощью пассивного транспорта возможно опреснение проходящей через него жидкости и создание в сосочке и внутреннем мозговом веществе высокого уровня гиперосмии.

Из тонких восходящих отделов юкстамедуллярных нефронов и тонких нисходящих отделов корковых нефронов жидкость поступает в толстые восходящие сегменты петель Генле, расположенные в наружном мозговом веществе и коре.

Стенки этих отделов малопроницаемы для воды и мочевины, но хорошо проницаемы для хлорида натрия. Натрий здесь реабсорбируется пассивно, благодаря электрохимическому градиенту, создаваемому активной реабсорбцией хлора. В связи с этим внутренняя поверхность стенки канальца делается электроположительной по отношению к наружной.

Скорость транспорта натрия и хлоридов зависит от их концентрации в канальцевой жидкости. Если в связи с недостаточной реабсорбцией натрия в проксимальном канальце возрастает загрузка толстого сегмента петли, то скорость транспорта катиона в нём значительно увеличивается. Здесь возникает реципрокные отношения, создающие канальцево-канальцевый баланс, обеспечивающий доставку в дистальные канальцы жидкости со стабильным содержанием натрия [DeWardener,1978].

Благодаря транспортной функции толстых сегментов петель Генле только в корковых нефронах, у крыс, например, реабсорбируется 25-40% от профильтровавшегося натрия. В результате жидкость, поступающая в дистальные канальцы, содержит его в количестве 30-60 мэкв/л.

Дистальные извитые канальцы начинаются от плотного пятна и заканчиваются при впадении в собирательные трубки. Их стенки построены из неоднородных клеток. Чем ближе к собирательным трубкам, тем больше появляется клеток, типичных для этого отдела нефрона.

Клетки дистального канальца не чувствительны к АДГ, типичные же для собирательных трубок клетки нормально реагируют на этот гормон. У разных животных количество клеток дистального канальца, чувствительных к антидиуретическому гормону, различно, и в зависимости от этого их стенка более или менее проницаема для воды в присутствии вазопрессина. Например, у собак и обезьян даже при значительном снижении диуреза осмолярность жидкости дистального канальца остаётся ниже, чем плазмы. Это значит, что вода не выходит из его просвета, и концентрирования канальцевой жидкости в этом сегменте не происходит.

У крыс, по мере приближения к выходу из канальца, осмолярность увеличивается. Видимо, у собак и обезьян вазопрессин-чувствительных клеток в стенке канальца мало или совсем нет. У крыс же, особенно в конечной части канальца, чувствительных к вазопрессину клеток много.

В дистальном канальце активная реабсорбция натрия происходит против электрохимического градиента. Её объём составляет примерно10% профильтровавшегося количества. В связи с этим внутренняя поверхность стенки, которая в начале канальца имеет положительный заряд, к концу его делается отрицательной, достигая в среднем значения -45 мВ. Благодаря столь высокой разности потенциалов, через стенку пассивно транспортируются хлориды. Этот транспорт в определённой степени снижает потенциал.

Если хлориды заменить на нереабсорбируемые сульфаты, то к концу канальца разность потенциалов в связи с продолжающейся реабсорбцией натрия может увеличиваться до 60-80 мВ. Здесь, как и в толстом сегменте петли Генле, скорость транспорта зависит от загрузки солью, но в связи с малым объёмом транспорта влияние этих изменений на конечную экскрецию натрия невелико.

Большинство исследователей приходит к выводу, что, хотя на реабсорбцию натрия в дистальном канальце оказывают влияние альдостерон и вазопрессин, существенного регуляторного значения для окончательной экскреции катионов эти влияния не имеют[Giebisch e.a.,1964;Sonnenberg,1972;Stein e.a.,1974].

Известно, например, что экскреция натрия изменяется при солевой нагрузке, лишении соли, инфузии изотонических и гипертонических солевых растворов. Однако во всех этих случаях реабсорбция натрия в дистальном канальце не претерпевает существенных изменений.

Наибольшее значение для выполнения почкой роли регулятора внутренней среды имеет конечная часть нефрона – собирательная трубка. Именно здесь осуществляются те процессы, которые позволяют обеспечивать осмо - и ионную регуляцию [Sonnenberg,1973,1974; Stein e.a.,1973;Scholer e.a.,1979].

В корковых отделах собирательных трубок, локализованных в коре и наружной медулле, продолжается реабсорбция натрия и воды. В отсутствии АДГ стенка этого отдела почти непроницаема для воды. Активная же реабсорбция натрия и пассивная хлоридов вызывает опреснение мочи, начатое ещё в толстой восходящей части петли Генле и дистальном канальце.

Реабсорбция натрия создаёт в просвете канальца высокий отрицательный потенциал, достигающий в опытах in vitro -35 мВ. Он был бы ещё выше, если бы не секреция ионов калия и водорода, которые, поступая в просвет, снижают заряд[Grautham e.a.,1970;Stoner e.a.,1974].

Скорость активного транспорта натрия невелика и составляет всего 25% того, что транспортируется в проксимальных канальцах. Однако сравнительно малый обратный ток позволяет создать высокий градиент катиона между интерстицием и просветом.

Корковый отдел собирательных трубок малопроницаем для мочевины, поэтому в присутствии АДГ, когда вода начинает покидать этот сегмент, наблюдается значительное её концентрирование.

Второй отдел собирательных трубок носит название папиллярного, он начинается от кортикального сегмента и, проходя через папиллу, заканчивается у выхода из сосочка. КА и у коркового сегмента, стенки его в отсутствие АДГ непроницаемы для воды, но активно реабсорбируют натрий, создавая разность потенциалов от -4 до -30 мВ.

Хлориды, по крайней мере, частично, реабсорбируются пассивно, но есть данные и об их активной реабсорбции. Объём реабсорбированного в этом сегменте натрия невелик и составляет у крыс всего 3% профильтровавшегося количества. Однако этот процесс оказывает решающее влияние на конечную экскрецию катиона и тесно связан с гомеостатической регуляцией[Schwartz,Burg,1978;Jamison e.a.,1979]

Микропункционные исследования, проведённые в последние годы, позволяют считать дистальный отдел, по крайней мере, у крыс, основным местом, где происходит регуляция экскреции натрия и хлоридов[Sonnenberg,1974].

Этот чрезвычайно важный вывод можно проиллюстрировать несколькими примерами. Показано, что папиллярная часть собирательных трубок интенсивно реабсорбирует натрий из поступающей в неё жидкости. У крыс, содержащихся на гипонатриевой диете, содержание натрия в жидкости у входа в папиллярный отдел было 44 мэкв/л, а после прохождения через него – всего лишь 11 мэкв/л. Таким образом,75% натрия реабсорбировано в папиллярном отделе собирательных трубок [Diezi e.a.,1973].

Далее обнаружилось, что у нормальных крыс этот отдел в среднем реабсорбирует 51% натрия от того количества, которое в него вступает. У крыс на бессолевой диете реабсорбция увеличивается до 81%, а после нагрузки хлоридом натрия падает до 28%. Во многих исследованиях обнаружено, что после солевой нагрузки папиллярный сегмент реабсорбирует малую часть вступающего в него натрия, благодаря чему экскреция соли значительно возрастает. При ограничении соли в диете наблюдается обратное явление –практически полная реабсорбция натрия.

В отличие от кортикальных папиллярные сегменты собирательных трубок проницаемы для мочевины. В присутствии АДГ проницаемость для мочевины в кортикальном отделе не изменяется, в папиллярном же значительно увеличивается. Проницаемость для воды в тех же условиях возрастает на протяжении всей трубки: в кортикальном отделе – в 10 раз, в папиллярном – в ещё большей степени.

Увеличение проницаемости для воды и способность этого отдела нефрона под влиянием АДГ обрабатывать воду и натрий как осмотически независимые друг от друга вещества лежат в основе устройства концентрационного механизма.

Этот механизм имеет первостепенное значение для выполнения почкой роли эффектора осморегулирующей системы, и здесь будет удобно рассмотреть его функцию.

Концентрационный механизм обеспечивает экскрецию мочи более концентрированной, чем кровь. Чем успешнее это выполняется, тем лучше почка сохраняет воду во внутренней среде, эффективно поддерживая осмолярность и обеспечивая борьбу с дегидратацией. Например, человек может концентрировать мочу в 4 раза по сравнению с кровью, т.е. до 1200мосмолей на 1 кг воды. У пустынных животных концентрационная способность столь высока, что в условиях водного дефицита они практически не выводят мочу.

Концентрационный механизм локализован во внутренней и сосочковой областях мозгового вещества, хотя в присутствии АДГ концентрирование происходит уже в корковом отделе, а у некоторых животных даже в дистальных канальцах.

Механизм состоит как бы из двух частей. Одна из них, локализованная в интерстиции, создаёт осмотическую силу, транспортирующую воду из собирательной трубки. Другая, представленная стенкой собирательной трубки, подобно вентильному устройству регулирует интенсивность поступления воды из просвета в интерстиций.

Рассмотрим вначале устройство первого блока. Его главной частью является петля Генле и прямые сосуды. Анатомически петля Генле была описана ещё в 1860 г., однако её назначение разгадано только в 1942 г.[Kuhn,Ryffel,1942].

Обратив внимание на форму петли, которая обеспечивает противоточное движение жидкости, В.Кюн предположил, что, подобно теплообменным противоточным умножительным системам, петля является осмотическим умножителем, создающим высокую осмотическую концентрацию по своей длине.

Экспериментальная проверка в общих чертах подтвердила идею В.Кюна, показав, что благодаря различной проницаемости нисходящего и восходящего колена петли и активного транспортного устройства её толстой восходящей части небольшой поперечный осмотический градиент, всего 200 мосмолей на 1 кг воды, умножается в районе колена у дегидратированного человека, например, до 1200 мосмолей, а у пустынных животных – до 4000мосмолей.

Было установлено, что изменяется осмолярность не только жидкости в просвете петли, но также окружающего интерстиция и крови прямых сосудов. Учитывая ранее приведённые данные о свойствах стенок петли, легко представить себе, каким образом это происходит.

Жидкость из прямых отделов проксимальных канальцев вступает в тонкий нисходящий отдел петли Генле, имея осмотическую концентрацию, равную крови. Уже в наружном мозговом веществе она подвергается воздействию гипертонического интерстиция. Гиперосмия последнего создаётся толстой восходящей частью петли Генле, активно транспортирующей хлор и пассивно – натрий.

Опускаясь вниз, жидкость тонкого нисходящего сегмента петли начинает терять воду и концентрироваться. Как уже отмечалось, у некоторых животных этот процесс дополняется поступлением в просвет натрия и мочевины.

Наибольшее концентрирование достигается во внутреннем мозговом веществе и сосочке. Гиперосмия сосочка создаётся за счёт насыщения его хлоридом натрия, который пассивно за счёт концентрированного градиента поступает из тонкого восходящего сегмента петли, и мочевиной, транспортируемой папиллярными сегментами собирательных трубок.

Итак, восходящие сегменты петель Генле и папиллярные отделы собирательных трубок создают гиперосмию интерстиция, а содержимое нисходящих сегментов, теряя воду, стремится эту гиперосмию ликвидировать. Препятствуют этому прямые сосуды. Их восходящие отделы более проницаемы для воды, чем для хлорида натрия. В результате сорбция воды происходит более интенсивно, чем соли и мочевины.

Собирательные трубки, второй отдел концентрационного механизма, окружены на всём протяжении гиперосмотической средой, степень гипертоничности которой нарастает по направлению к выходу и достигает максимума в районе сосочка.

Проходя по восходящей части петли Генле и дистальному канальцу, моча освобождается от хлорида натрия, сохраняя высокую концентрацию мочевины. В связи с этим её осмолярность остаётся равной или делается несколько меньше осмолярности крови. Содержание натрия прогрессивно снижается, и моча опресняется.

В собирательных трубках при отсутствии АДГ продолжается освобождение мочи от натрия, а в папиллярном отделе начинается интенсивная реабсорбция мочевины. В отсутствие АДГ почка соответственно будет выводить гипотоничную мочу, почти свободную от хлорида натрия, и освобождать внутреннюю среду от избытков воды.

В присутствии АДГ положение резко меняется. Стенки собирательных трубок на всём протяжении делаются проницаемы для воды, и осмотическая сила интерстиция получает возможность реализоваться. Вода уходит в интерстиций, моча концентрируется и диурез снижается.

Под влиянием АДГ в папиллярном отделе собирательных трубок значительно увеличивается реабсорбция мочевины, благодаря чему интерстиций сосочка насыщается осмотически активным веществом.

Степень концентрирования мочи зависит от многих причин. Важное значение имеет работа отдела, создающего гиперосмию интерстиция, которая зависит от скорости мочетока в петле Генле, кровотока в прямых сосудах, интенсивности реабсорбции натрия в восходящем сегменте петли и рециркуляции мочевины. Однако определяющей в этом процессе является проницаемость стенок собирательных трубок для воды, контролируемая вазопрессином. Именно поэтому самым важным в понимании работы всего концентрационного механизма является представление о механизме изменения проницаемости. В выяснении этого вопроса особенно велика заслуга А.Г.Гинецинского и его сотрудницы Л.Н.Ивановой.

В нашу задачу не входит подробное рассмотрение всех тонкостей этой проблемы, и потому мы остановимся главным образом на деталях, непосредственно относящихся к осморегуляции.

Как уже говорилось, вазопрессин – основной гормон, определяющий перестройку почечной функции при включении осморегулирующего рефлекса. Под влиянием этого гормона изменяется не только диуретическая, но и натриуретическая функция почек.

В действии вазопрессина на собирательные трубки и, частично, дистальные канальцы почек принято различать три этапа:

1. Связывание с рецептором

2. Возникающие при этом внутриклеточные процессы.

3. Изменение проницаемости стенок собирательных трубок для воды [Гинецинский,1963;Иванова,1972,1974,1978].

Вазопрессин, представляющий собой нонапептид, связывается с рецепторами, расположенными на базально-латеральных поверхностях собирательных трубок. Дисульфидный мостик, имеющийся в его молекуле, обеспечивает специфичность связи. Эта связь с рецепторами обратимая. Если концентрация гормона понизится от 1·10^-8до 5·10^-10моль, почти весь гормон выйдет из соединения с рецепторами. Полное насыщение рецепторов при концентрации гормона1·10^-8моль происходит за 10 мин. максимальная активность совпадает по времени с полным насыщением. Отсюда делается вывод, что активность пропорциональна количеству соединённых с гормоном рецепторов и не зависит от вращения молекул гормона вокруг них[Haus,Levine,1974].

Соединение молекул вазопрессина с рецепторами активирует аденилатциклазу –фермент, превращающий АТФ в циклическую 3,5 АМФ. В многочисленных опытах показано, что циклическая АМФ оказывает на кожу лягушки, мочевой пузырь и стенку собирательной трубки такое же действие, как и сам вазопрессин, т.е. увеличивает её проницаемость для воды.

Циклическая АМФ инактивируется фосфодиэстеразой. Аденилатциклаза всегда производит достаточное количество циклической АМФ, поэтому её содержание в клетке зависит главным образом от инактивирующего действия фосфодиэстеразы.

Каким путём образовавшаяся в клетке циклическая АМФ приводит к изменению проницаемости апикальной мембраны, пока ещё не известно, однако не вызывает сомнения, что между двумя процессами существует закономерная связь.

Согласно концепции пор[Koefoed-Johnsen,Ussing,1952] в мембране открываются поры диаметром от 1,5 до 4 нм, через которые вода устремляется в клетку и оттуда в межклеточные пространства. Гипотеза пор была создана г. Юсингом на основании факта различного действия вазопрессина на диффузионный и осмотический ток воды. В опытах на коже лягушки было показано, что осмотический ток воды возрастает более чем в 2 раза, а диффузия всего лишь на 10%. Аналогичное явление наблюдалось в слизистой пищеварительного тракта лягушки, где диффузионный ток увеличивался в 25 раз меньше, чем осмотический, и мочевом пузыре, где отношение составляло 100:1[Durbin e.a.,1956; Hays,Leaf,1962].

Согласно закону Пуазейля, скорость осмотического тока пропорциональна r⁴поры, а диффузия –r²,т.е. площади поры, то исходя из этого закона, осмотический ток должен увеличиться значительно больше, чем диффузный.

Недостатком гипотезы пор является то, что она не учитывает влияния на диффузию примембранных жидкостных слоёв, которые значительно ослабляют диффузию, не влияя на осмотический ток воды. Эти слои, располагаясь на апикальной, боковых и базальной мембранах клеток. Могут создавать большее препятствие для диффузии воды, чем сама мембрана. На мочевом пузыре, например, показано, что вазопрессин ускоряет диффузию через полую мембрану в20 раз, если же на ней имеется примембранный слой, то всего в 1,7 раза[Hays e.a.,1962].

Возможно, что незначительное ускорение диффузии под влиянием вазопрессина зависит от тормозящего действия примембранных слоёв, анне от изменения площади пор в соответствии с законом Пуазеля.

Независимо от признания гипотезы пор или непризнания её следует считать установленным, что под влиянием вазопрессина происходит изменение апикальной мембраны клеток[Harmanci e.a.,1978]. Показано, что меняется её связь с примембранным слоем жидкости. Для отрыва этого слоя от мембраны с помощью микропипетки требуется определённое отрицательное давление, под влиянием вазопрессина это давление снижается почти на 25%, показывая, что связь с мембраной примембранного слоя уменьшается.

Для движения реабсорбируемой воды через стенку собирательной трубки имеет значение не только эпителиальный слой, но и базальная мембрана, на которой он располагается. Имеют значение также соединительнотканные структуры, входящие в состав стенки трубки. На этот процесс большое влияние оказывает своевременная эвакуация прямыми сосудами воды, поступившей в интерстиций, так как в ином случае будет утрачена гиперосмия интерстиция.

Поскольку вазопрессин вызывает резкое увеличение проницаемости стенок собирательной трубки для воды, он должен оказывать действие не только на апикальные мембраны клеток, но и на все другие структуры стенки, от которых зависят её гидродинамические свойства.

Гормон должен оказывать также влияние на проницаемость стенок прямых сосудов, скорость кровотока в них и физико-химические состояние крови.

Таким образом, вырисовывается довольно сложная картина действия вазопрессина, отнюдь не ограничивающаяся его влиянием только на апикальные мембраны. Сейчас, когда показано, что замыкающие пластинки хорошо проницаемы для воды и мелкомолекулярных веществ и что, следовательно, возможно движение этих соединений по межклеточным пространствам, существеннее знать механизмы, обеспечивающие транспорт воды через соединительнотканные элементы стенки собирательной трубки, чем через апикальную мембрану.

Как раз именно эту часть проблемы хорошо освещает теория А.Г.Гинецинского и Л.Н.Ивановой. В классическом варианте теория А.Г.Гинецинского, в отличие от теории пор, предполагает, что вода движется по межклеточным пространствам, а не через клетки[Ginetzinsky,1958; Гинецинский,1963].

Под влиянием вазопрессина выделяется фермент гиалуронидаза, оказывающий деполимеризующее действие на кислые мукополисахариды, соединяющие клетки эпителиального слоя. Межклеточные пространства делаются проницаемы для воды, и она, подчиняясь осмотическому градиенту, покидает просвет трубки. Одновременно наблюдается уплотнение эпителия трубок, которое, как полагал А.Г.Гинецинский, связано с апокриновой секрецией гиалуронидазы.

Дальнейшая разработка этой теории Л.Н.Ивановой привела к её некоторой модификации. В серии гистохимических и физиологических исследований установлено, что под влиянием АДГ изменяется полимерность кислых мукополисахаридов мозгового вещества, локализованных главным образом в базальной мембране, прослойках соединительной ткани и межклеточных промежутках.

Изменение самих эпителиальных клеток Л.Н.Иванова объясняет не секрецией, а действием концентрированной мочи на их цитоплазму. В мозговом веществе обнаружено большое количество сосудов, открывающихся под влиянием АДГ. Предполагается, что это не прямые сосуды, а диффузная капиллярная сеть, которую образуют их ответвления. Эти сосуды дренируют интерстиций и, способствуя эвакуации реабсорбированной воды, поддерживают гиперосмию.

Таким образом, А.Г.Гинецинским и в последующем Л.Н.Ивановой накоплено много фактов, показывающих, что АДГ действует не только на апикальную мембрану, но и на соединительнотканные элементы собирательных трубок, на само мозговое вещество и его сосудистый аппарат.

Совокупность этих двух гипотез позволяет более полно представить себе работу концентрационного механизма и, как будет показано ниже, даёт возможность понять не только механизм антидиуреза, но и натриуреза.

Каким же образом приведённый здесь материал может быть использован для понимания механизма почечной реакции, возникающей при осморегуляции?

Способность концентрационного механизма реабсорбировать осмотически свободную воду и обеспечивать экскрецию мочи в несколько раз концентрированнее, чем кровь, позволяет поддерживать осмолярность внутренней среды. Ограничение проницаемости стенки собирательной трубки для воды при продолжающейся реабсорбции натрия даёт возможность освобождать организм от излишков воды, сохраняя в то же время натрий.

Управляет этим процессом вазопрессин, и именно поэтому он выступает в осморегулирующем рефлексе как главное действующее лицо. Однако если учесть, что работа концентрационного механизма зависит не только от проницаемости стенок собирательных трубок, но и от кровообращения в мозговом веществе почек, содержания в нём мочевины, загрузки нефрона, скорости мочетока, реабсорбции ионов (в частности, натрия), то становится вероятным регулярное воздействие на этот механизм не только с помощью вазопрессина, но и другими путями.

Возможно, эти пути используются в осморегулирующем рефлексе, однако о них пока ничего не известно. Можно лишь предполагать, что для такого механизма не безразличны нервные влияния, посредством которых оказывается воздействие на мозговое и корковое кровообращение.

Показано, например, что норадреналин, действуя наﾤ - адренорецепторы, повышает в клетках канальцев содержание циклической АМФ[Lehr e.a.,1967]. Адренэргические вещества, действующие на α-адренорецепоры, снижают образование ЦАМФ, выступая при этом кА к своего рода антагонист вы вазопрессина[Handler e.a.,1968]. Однако денервированная почка ведёт себя в осморегулирующем рефлексе так же, как интактная. Это обстоятельство служит для многих исследователей основанием, чтобы считать гормональный канал главным, а нервный – несущественным. Впрочем, этот вопрос столь сложен, что считать его окончательно решённым нельзя.

В осморегулирующем рефлексе кроме вазопрессина возможно также участие гуморальных факторов, влияющих на различные звенья концентрационного механизма. Например, простагландинЕ₁, являясь антагонистом вазопрессина, может существенно вмешиваться в его регулирующее действие[Lipson,Sarp,1971;Lozada e.a.,1972]. В то же время в отсутствие вазопрессина простагландин Е₁, стимулируя образование циклической АМФ, увеличивает проницаемость стенок собирательных трубок для воды[Beck e.a.,1971;Marumo,Edelman,1971].

Таким образом, даже механизм изменения гидруреза при осморегуляции, который, казалось, хорошо изучен, таит в себе ещё много неизвестного. Механизм натриуреза, закономерно включающийся при осморегуляции, ещё более сложен.

Регуляция натриуреза, как известно, наиболее сложный вопрос в проблеме водно-солевого обмена. Многочисленные теории можно объединить в две группы. К одной из них относятся те, которые главным регулирующим фактором считают альдостерон и расходятся лишь в вопросе о путях, стимулирующих его выделение, к другой группе относятся теории, в которых регулирующим фактором считается натриуретический гормон и вещества различной химической природы.

К первой группе относятся теория центральной регуляции секреции альдостерона и широко распространённая в настоящее время ренин-ангиотензинная теория[Farell,1958;Larag,Sealy,1973], ко второй – теория натриуретического гормона, выделяемого гипоталамусом или другими органами (почки, лёгкие) и воздействующего на канальцевый аппарат почек.

Перечисленные теории стремятся объяснить изменение натриуреза при регуляции объёма жидкостей тела и совершенно не касаются осморегуляции, поэтому изменение натриуреза в осморегулирующем рефлексе пока ещё во многом остаётся неясным.

Одним из главных факторов, который можно положить в основу рассуждений об устройстве этого механизма, является зависимость натриуреза от нейрогипофизарных гормонов – окситоцина и вазопрессина. Внутривенное введение этих гормонов вызывает обильный натриурез, тотальная гипофизэктомия и удаление нейрогипофиза приводит к полному исчезновению натриуретической реакции.

Действие нейропептидов проявляется только в присутствии альдостерона, и, как сейчас стало известно, титр этого гормона отчётливо уменьшается во время реакции.

Многие исследователи, изучавшие механизм вазопрессорного натриуреза, полагают, что гормон оказывает тормозящее влияние на клеточные механизмы транспорта натрия. Местом приложения его действия, скорее всего, является стенка собирательной трубки, точнее её папиллярный отдел, оказывающий определяющее влияние на конечную экскрецию натрия.

Однако экспериментальных данных, непосредственно показывающих, что вазопрессин угнетает транспортирующие натрий насосы клеток, нет и, следовательно, нет доказательств влияния гормона на активный транспорт натрия. Неясна также роль в этих процессах окситоцина и альдостерона. Неизвестно, почему в отсутствии окситоцина вазопрессорная реакция резко ослабевает, а при адреналэктомии исчезает совсем.

В тоже время трудно понять, почему во время осморегулирующей реакции наблюдается снижение титра альдостерона, если исчезновение этого гормона при адреналэктомии делает невозможным увеличение экскреции натрия.

Очевидно, что объяснить осморегулирующее изменение натриуреза традиционными концепциями затруднительно, и это заставляет предложить другое толкование наблюдаемым явлениям.

Не отрицая возможность действия вазопрессина на активный транспорт натрия, мы предполагаем, что в медуллярном отделе собирательных трубок может происходить пассивное движение катиона по межклеточным пространствам в просвет канальца. Для краткости такая гипотеза может быть обозначена как гипотеза «обратного тока».

Такое движение натрия осуществляется под действием вазопрессина при участии других ранее перечисленных гормонов.

В интерстиции, особенно папиллярного отдела, концентрация натрия несравненно более высокая, чем в собирательных трубках. Этот колоссальный концентрационный градиент не может проявиться из-за весьма низкой обратной проницаемости стенок собирательных трубок для пассивного движения катионов. Об этом свидетельствует низкая трансканальцевая их электропроводность. Однако под действием вазопрессина морфофизиологическая обстановка в этом районе резко меняется. Мембраны и соединительнотканные образования делаются высокопроницаемыми для воды и, возможно, для натрия. Значительно уплощается сам эпителий, и сокращается расстояние от базальной мембраны до просвета собирательной трубки. Расширяются и укорачиваются межклеточные пространства. Все эти изменения должны существенно повысить проницаемость стенок, и не только для движения воды из просвета в интерстиций, что доказано, и для ионов из интерстиция в просвет, что можно предположить. Среди других ионов натрий будет иметь преимущество, поскольку его концентрация в интерстиции сосочка и медулле чрезвычайно велика. В настоящее время уже имеются факты, подтверждающие эту гипотезу.

Накоплению натрия в интерстиции, например, способствует замедление кровотока и мочетока, усиление под влиянием альдостерона активности клеточных механизмов, транспортирующих натрий. Все эти факторы действительно влияют на натриуретический компонент осморегулирующего рефлекса.

Можно думать, что потенцирующее действие окситоцина связано с его действием на прямые сосуды мозгового вещества, в результате чего замедляется кровоток и уменьшается вымывание натрия.

Альдостерон, стимулируя активный транспорт натрия, насыщает катионом интерстиций. Его исчезновение при адреналэктомии ведёт к обеднению интерстиция натрием, снижению концентрационного градиента и исчезновению натриуретической реакции на введение вазопрессина (питуитрина) и в осморегулирующем рефлексе. В то же время кратковременное уменьшение титра гормона в рефлексе, существенно не влияя на содержание натрия в интерстиции, снижает натрий задерживающую функцию почек и способствует проявлению вазопрессорного натриуреза.

Низкое содержание натрия в организме, о чём косвенно можно судить по уменьшению его экскреции с мочой, также делает затруднительным получение натриуретической реакции при осморегуляции.

Организм в этом случае экономит натрий и не использует его для целей осморегуляции, включая для этого ряд противодействующих механизмов. Например, увеличивается титр альдостерона и не изменяется при рефлексе, снижается содержание натрия в мозговом веществе и уменьшается натриевый градиент. Гиперосмия интерстиция теперь обеспечивается главным образом за счёт мочевины, и это делает маловероятным проявление натриуреза при рефлексе.

Особенно убедительные факты, подтверждающие гипотезу «обратного тока», получены при изучении становления натриуретической реакции в онтогенезе [Курдубан,1966,1971;Динниц и др.,1977].

Вазопрессин не оказывает влияния на стенку собирательной трубки щенков младшего возраста, до 3-5 дней, соответственно введение гормона не вызывает ни антидиуреза, ни натриуреза. У более старших животных, до 1 месяца, начинает проявляться антидиуретическая реакция, натриурез же не меняется. И только у щенков старше 1 месяца осморегулирующий рефлекс и введение вазопрессина начинают вызывать полноценную почечную реакцию снижения диуреза и увеличения натриуреза. Оказывается, типичная реакция стенки собирательной трубки на вазопрессин возникает с 5-7-го дня после рождения, и с этого времени начинает проявляться торможение диуреза, поскольку осмотический градиент между просветом трубки и интерстицием уже существует. Что же касается натриевого градиента, то он выражен слабо, особенно в интерстиции сосочка. Здесь натрия мало, и поэтому натриурез не проявляется. Таким образом, опыты на щенках подтверждают два основных положения гипотезы «обратного тока». Во-первых, необходимость для проявления натриуреза существования натриевого концентрационного градиента; во-вторых, соответствующего морфофункционального изменения стенок собирательных трубок.

Экспериментально проверить, по крайней мере, одно из этих положений можно и другим путём. Существует способ вызвать в стенках собирательных трубок такие же изменения, какие в них вызывает вазопрессин. Для этого через зонд, укреплённый в мочеточнике, ретроградно в почку вводится раствор маннита, имеющий осмотическую концентрацию, равную примерно той, которая определяется в концентрированной моче, выделяющейся при ведении вазопрессина [Мелиди, 1972]. Спустя некоторое время раствор выпускают, и тогда в нём обнаруживается большое количество натрия.

Гистохимический анализ показывает, что при этом в стенках собирательных трубок происходит уплощение эпителия, деполимеризация мукополисахаридов базальной мембраны и соединительной ткани интерстиция. Видимо, все эти изменения, весьма сходные с вазопрессорными, увеличивают проницаемость стенок и создают условия для обратного тока натрия.

Данные, приведённые здесь в пользу гипотезы «обратного тока», недостаточны, и потому сама гипотеза в большой степени пока ещё умозрительна, однако дальнейшая разработка проблемы кажется нам перспективной.