Глава 15. Почки и моча

Главной функциейпочек является выведение вредных для организма соединений, в том числе продуктов метаболизма. Почки играют важную роль в сохранении постоянства состава внеклеточной и (непрямым путём) внутриклеточной жидкости. Помимо функции выведения токсических веществ (особое значение имеет удаление азотистых «шлаков»), почки выполняют следующие задачи:

• Концентрация мочи.

• Регуляция кислотно-щелочного равновесия.

• Регуляция солевого и водного баланса.

• Образование гормонов: кальцитриола (регулирует всасывание кальция и фосфора), ренина (увеличивает образование альдостерона и регулирует его содержание в крови), эритропоэтина (увеличивает образование клеток крови).

• Почки выполняют секреторную функцию.

Особенности метаболизма почек.

Почки относятся к наиболее хорошо снабжаемым кровью органам организма человека. Они потребляют 8% всего кислорода крови, хотя их масса едва достигает 0,8% массы тела.

Корковый слой характеризуется аэробным типом метаболизма, мозговое вещество – анаэробным.

Почки обладают широким спектром ферментов, присущих всем активно функционирующим тканям. Вместе с тем, они отличаются своими «органоспецифическими» ферментами, определение содержания которых в крови при заболевании почек имеет диагностическое значение. К таким ферментам прежде всего относится глицин-амидо-трансфераза(она активна также в поджелудочной железе), осуществляющая перенос амидиновой группы с аргинина на глицин. Эта реакция является начальным этапом синтеза креатина:

Глицин-амидо-трансфераза

L-аргинин + глицинL-орнитин + гликоциамин

Из изоферментного спектрадля коркового слоя почек характерными являются ЛДГ₁и ЛДГ₂, а для мозгового вещества – ЛДГ₅ и ЛДГ₄. При острых почечных заболеваниях в крови определяются повышенная активность аэробных изоферментов лактатдегидрогеназы (ЛДГ₁и ЛДГ₂) и изофермента аланинаминопептидазы –ААП₃.

Наряду с печенью почки являются органом, способным осуществлять глюконеогенез. Этот процесс протекает в клетках проксимальных канальцев. Основным субстратом для глюконеогенеза служит глутамин, который одновременно выполняет буферную функцию по поддержанию необходимой рН. Активация ключевого фермента глюконеогенеза – фосфоенолпируваткарбоксикиназы – вызывается появлением в притекающей крови кислых эквивалентов. Следовательно, состояние ацидоза приводит, с одной стороны, к стимуляции глюконеогенеза, с другой,– к увеличению образования NH₃, т.е. нейтрализации кислых продуктов. Однако избыточная продукция аммиака – гипераммонийемия – уже будет обуславливть развитие метаболического алкалоза. Повышение концентрации аммиака в крови является важнейшим симптомом нарушения процессов синтеза мочевины в печени.

Механизм образования мочи.

В почках человека насчитывается 1,2 млн нефронов. Нефрон состоит из нескольких частей, различающихся морфологически и функционально: клубочка (гломерула), проксимального канальца, петли Генле, дистального канальца и собирательной трубочки. Ежесуточно гломерулы фильтруют 180 л приносимой плазмой крови. В клубочках происходит ультрафильтрация плазмы крови, в результате чего образуется первичная моча.

В первичную мочу поступают молекулы с молекулярной массой до 60000 Да, т.е. белка в ней практически нет. О фильтрационной способности почек судят на основании величины клиренса (очищения) того и иного соединения – количеству мл плазмы, способной полностью освободится от данного вещества при прохождении его через почку (подробнее в курсе физиологии).

Почечные канальцы осуществляют резорбцию и секрецию веществ. Эта функция для разных соединений различна и зависит от каждого отрезка канальца.

В проксимальных канальцах в результате всасывания воды и растворённых в ней ионов Na⁺, К⁺,Cl^-_, HCO₃^-. начинается концентрация первичной мочи. Всасывание воды происходит пассивно вслед за активно транспортируемым натрием. Клетки проксимальных канальцев реабсорбируют также из первичной мочи глюкозу, аминокислоты, витамины.

В дистальных канальцах происходит дополнительная реабсорбция Na⁺. Всасывание воды здесь происходит независимо от ионов натрия. В просвет канальцев секретируются ионы К⁺,NH₄⁺,H⁺(заметим, что К⁺, в отличие отNa⁺, может не только реабсорбироваться, но и секретироваться). В процессе секреции калий из межклеточной жидкости поступает через базальную плазматическую мембрану в клетку канальца за счёт работы «К⁺-Na⁺-насоса», а затем пассивно, путём диффузии, выделяется в просвет канальца нефрона через апикальную клеточную мембрану. На рис. представлено строение «К⁺-Na⁺-насоса», или К⁺-Na⁺-АТФ-азы (рис.15.1)

Рис.15.1 Функционирование К⁺-Na⁺-АТФ-азы

В медуллярном отрезке собирательных трубочек идёт окончательное концентрирование мочи. Лишь 1% жидкости, профильтрованной почками, превращается в мочу. В собирательных трубочках вода реабсорбируется через встроенные аквопорины II(водные транспортные каналы) под действием вазопрессина. Ежесуточное количество конечной (или вторичной) мочи, обладающей многократно более высокой осмотической активностью, чем первичная, составляет в среднем 1,5 л.

Реабсорбция и секреция различных соединений в почках регулируется ЦНС и гормонами.Так, при эмоциональном и болевом стрессах может развиться анурия (прекращение мочеотделения). Всасывание воды увеличивается под действием вазопрессина. Его недостаток ведёт к водному диурезу. Альдостерон увеличивает реабсорбцию натрия, а вместе с последним – и воды. Паратирин влияет на всасывание кальция и фосфатов. Этот гормон увеличивает экскрецию фосфатов, в то время как витамин Д задерживает её.

Роль почек в поддержании кислотно-основного равновесия. Постоянство рН крови поддерживается её буферными системами, лёгкими и почками. Постоянство рН внеклеточной жидкости (и косвенным путём – внутриклеточной) обеспечивают лёгкие путём удаления СО₂, почки – посредством выведения аммиака и протонов и реабсорбцией бикарбонатов.

Основными механизмами в регуляции кислотно-основного равновесия являются процесс реабсорбции натрия и секреция ионов водорода, образуемых с участием карбангидразы.

Карбангидраза (кофактор Zn) ускоряет восстановление равновесия при образовании угольной кислоты из воды и углекислоты:

Н₂О + СО₂ ⇄ Н₂СО₃ ⇄ Н⁺ + НСО₃ ^–

При кислых значениях рН повышается Р_СО2 и вместе с этим – концентрация СО₂ в плазме крови. СО₂ уже в большем количестве диффундирует из крови в клетки почечных канальцев (). В почечных канальцах под действием карбангидразы образуется углекислота (), диссоциирующая на протон и ион бикарбоната. Н⁺ -ионы с помощью АТФ-зависимого протонного насоса или путём замены на Na⁺ транспортируются () в просвет канальца. Здесь они связываются с НРО₄^2- с образованием Н₂РО₄^-. С противоположной стороны канальца (граничащей с капилляром) с помощью карбангидразной реакции () образуется бикарбонат, который совместно с катионом натрия (котранспорт Na⁺) поступает в плазму крови (Рис.15.2).

Если активность карбангидразы угнетена, почки теряют способность секретировать кислоту.

Рис. 15.2 Механизм реабсорбции и секреции ионов в клетке канальца почки

Важнейшим механизмом, способствующим сохранению натрия в организме, является образование в почках аммиака. NH₃используется вместо других катионов для нейтрализации кислых эквивалентов мочи. Источником аммиака в почках служат процессы дезаминирования глутамина и окислительного дезаминирования аминокислот, в первую очередь, глутаминовой.

Глутамин – амид глутаминовой кислоты, образующийся при присоединении к ней NH₃ ферментом глутаминсинтазой, или синтезированный в реакциях трансаминирования. В почках амидная группа глутамина отщепляется гидролитическим путём от глутамина ферментом глутаминазой I. При этом образуется свободный аммиак:

глутаминаза I

Глутамин Глутаминовая кислота + NH₃

Глутаматдегидрогеназа

α-кетоглутаровая

кислота + NH₃

Аммиак может легко диффундировать в почечные канальцы и там легко присоединять протоны с образованием иона аммония: NH₃ + Н⁺ ↔ NH₄⁺