Физиология почек

2. Внутрипочечный барорецепторный механизм. Выработку ренина стимулирует снижение давления в приносящих артериолах.

3. Симпатический механизм. Выработку ренина стимулирует повышение импульсации в симпатических нервах, иннервирующих юкстагломерулярные клетки.

Все три механизма прямо или косвенно включаются в ответ на гиповолемию, особенно со снижением артериального давления (рис. 15.11), но могут запускаться также любыми иными причинами, приводящими к уменьшению почечного кровотока (например, перегибом или стенозом почечной артерии).

Эффекты ангиотензина II

Этот гормон вызывает:

спазм выносящих артериол клубочка, тем самым препятствуя снижению СКФ (см. выше, разд. «Канальцево-клубочковая обратная связь»);

повышение реабсорбции Na+ в проксимальном канальце;

выброс альдостерона, вызывающего повышение реабсорбции Na+ (и секреции K+) в дистальном извитом канальце и корковых отделах собирательных трубочек;

спазм артериол большого круга, вызывая тем самым повышение артериального давления, и, как следствие, почечного кровотока и СКФ.

Альдостерон

Альдостерон -- стероидный гормон, минералокортикоид, вырабатывающийся в корковом веществе надпочечников.

Эффекты альдостерона:

выведение Na+;

задержка K+.

Механизмов действия альдостерона несколько, в частности увеличение синтеза Na+, K+-АТФазы за счет усиления экспрессии соответствующего гена; как все стероиды, альдостерон действует на внутриклеточные рецепторы, изменяя трансляцию ДНК.

Главные стимуляторы секреции альдостерона:

ангиотензин II;

гиперкалиемия.

Эффекты ренин-ангиотензиновой системы

Активация этой системы приводит к следующим последствиям:

развивается задержка Na+ (как уже говорилось, на уровне всех отделов нефрона);

задержка Na+ сопровождается и задержкой воды, то есть повышением объема жидкости в организме.

повышение объема жидкости и спазм артериол большого круга приводят к повышению артериального давления.

Предсердный натрийуретический гормон

Этот гормон:

вырабатывается в предсердиях в ответ на их растяжение повышенным объемом крови;

вызывает уменьшение реабсорбции Na+ в корковых отделах собирательных трубочек и, тем самым, усиленное выделение Na+ (натрийурез) и воды (диурез).

Почечная регуляция кислотно-щелочного равновесия

Требования

для поддержания постоянства pH необходимо, чтобы поступление в кровь кислых и щелочных веществ было равно их выведению из крови;

все такие вещества, поступая в кровь, реагируют с бикарбонатным буфером, изменяя соотношение его компонентов -- H2CO3 (CO2) и HCO3-;

задача выделительных систем -- поддержать концентрации компонентов бикарбонатного буфера (CO2 и HCO3-) или, по крайней мере, соотношение этих концентраций;

концентрация CO2 регулируется легкими, а концентрация HCO3- -- почками.

Таким образом, роль почек в поддержании кислотно-щелочного равновесия заключается в регуляции концентрации бикарбоната в крови.

Эта роль выполняется следующим образом. За сутки отфильтровывается огромное количество (около 4300 ммоль/сут) бикарбоната, и далее:

если избытка кислых или щелочных веществ в крови нет -- отфильтрованный бикарбонат полностью реабсорбируется;

если есть избыток щелочных веществ -- отфильтрованный бикарбонат не полностью реабсорбируется, то есть частично выводится с мочой (напомним, что бикарбонат -- щелочное вещество, и поэтому его выведение приводит к устранению алкалоза);

если есть избыток кислых веществ -- не только полностью реабсорбируется отфильтрованный бикарбонат, но в почках еще и образуется и выделяется в кровь дополнительный бикарбонат (иногда называемый новым бикарбонатом).

Механизмы

Почечный транспорт бикарбоната подчиняется общим принципам обязательного и факультативного транспорта.

В проксимальном канальце в обязательном порядке реабсорбируется основная часть (80--90%) отфильтровавшегося бикарбоната, при этом pH канальцевой жидкости меняется мало.

В дистальном отделе, в зависимости от кислотно-щелочного состояния организма:

при нормальном кислотно-щелочном состоянии -- оставшийся бикарбонат полностью реабсорбируется;

при алкалозе -- часть бикарбоната не реабсорбируется, тем самым компенсируя алкалоз;

при ацидозе -- бикарбонат не только полностью реабсорбируется, но еще и образуется и выделяется в кровь дополнительный бикарбонат, тем самым компенсируя ацидоз.

Механизмы транспорта бикарбоната в проксимальном канальце и дистальном отделе в основном сходны, но есть и отличия, обусловленные указанными особенностями обязательного и дистального транспорта.

и в проксимальном, и в дистальном канальце выход в кровь HCO3- сочетается с выходом в канальцевую жидкость H+;

в проксимальном канальце:

вышедший H+ входит обратно в клетку, поэтому канальцевая жидкость не закисляется;

бикарбонат поступает в клетку из канальцевой жидкости, и тем самым происходит реабсорбция отфильтровавшегося бикарбоната;

в дистальном канальце это вход HCO3- и H+ в клетку очень невелик, поэтому:

канальцевая жидкость закисляется, так как вышедший в каналец H+ остается в этой жидкости;

происходит образование и выделение в кровь дополнительного («нового») бикарбоната.

Механизмы, обусловливающие потоки HCO3- и H+ в проксимальном и дистальном канальце. Видно, что:

и в проксимальном, и в дистальном канальце выходящий в кровь HCO3- и выходящий в канальцевую жидкость H+ образуются в клетке из H2CO3;

транспорт в проксимальном канальце, как мы уже выяснили, отличается входом HCO3- и H+. Эти ионы входят в клетку не сами по себе, а предварительно соединившись и образовав в канальцевой жидкости H2CO3, которая далее распадается до свободно проникающего в клетку CO2 и H2O;

в дистальном канальце входа HCO3- почти нет потому, что концентрация HCO3- в канальцевой жидкости крайне мала (80--90% бикарбоната реабсорбировались в проксимальном канальце). По той же причине нет и входа H+: этот ион не может соединиться с HCO3- с последующим образованием CO2, проникающего через клеточную мембрану.

Дополнительной чертой сходства проксимальных и дистальных процессов служит то, что образование в клетке H2CO3 из CO2 и H2O (а в проксимальном канальце и обратная реакция -- распад H2CO3 в канальцевой жидкости до CO2 и H2O) катализируется ферментом карбоангидразой.

Дополнительные же отличия проксимальных и дистальных процессов следующие.

В проксимальном канальце выведение H+ через апикальную мембрану осуществляется с помощью вторичного активного контртранспорта -- Na+/H+-обменника. Однако этот обменник, как и вообще любые системы вторичного активного транспорта, не может создавать высоких концентрационных градиентов, и поэтому для значительного закисления мочи -- до pH 4,5 -- в дистальном канальце выведение H+ осуществляется первичным активным транспортом H+ -- H+-АТФазой, или протонным насосом.

В дистальном канальце концентрация H+ даже при тех количествах H+, которые вырабатываются в норме в виде нелетучих кислот (см. ниже) может достигать таких значений, что для выведения этого иона при предельном pH мочи, равном 4,5, потребовалось бы более 2000 л мочи в сутки. В связи с этим H+ в дистальном канальце связывается с буферами мочи -- фосфатным и аммиачным (см. ниже).

Приведем теперь полные схемы транспорта HCO3- и H+ в проксимальном и дистальном канальце.

Проксимальный каналец

Этапы переноса HCO3- и H+ в проксимальном канальце следующие.

1. В клетке из CO2 и воды под действием внутриклеточной карбоангидразы образуется угольная кислота.

2. Угольная кислота диссоциирует до бикарбоната и H+.

3. Бикарбонат выводится через базолатеральную мембрану в интерстиций.

4. H+ выводится через апикальную мембрану в канальцевую жидкость Na+/H+-обменником.

5. В канальцевой жидкости H+ реагирует с бикарбонатом с образованием угольной кислоты.

6. Под действием карбоангидразы щеточной каемки апикальной мембраны угольная кислота распадается до CO2 и воды.

7. CO2, будучи жирорастворимым, проходит через мембрану.

8. Этот CO2 вновь соединяется с водой, образуя угольную кислоту.

Отметим, что основным источником угольной кислоты в клетке служит CO2, поступающий из канальца.

Дистальный каналец

Этапы переноса HCO3- и H+ в дистальном канальце следующие.

1. В клетке из CO2 и воды под действием внутриклеточной карбоангидразы образуется угольная кислота.

2. Угольная кислота диссоциирует до бикарбоната и H+.

3. Бикарбонат выводится через базолатеральную мембрану в интерстиций.

4. H+ выводится через апикальную мембрану в канальцевую жидкость H+-АТФазой (протонным насосом).

5. В канальцевой жидкости H+ связывается фосфатным и аммиачным буферами.

6. Из этих двух буферов самый мощный -- аммиачный. Фосфатный буфер состоит из сравнительно небольшого числа отфильтровавшихся и не реабсорбированных в проксимальном отделе канальцев фосфатов. Аммиачный же представлен аммиаком, синтезируемым в канальцевых клетках из глутамата.

Источником угольной кислоты в клетке служит CO2, образующийся в самой клетке или поступающий из крови.

Почечная регуляция кислотно-щелочного равновесия в разных условиях

При обычной жизнедеятельности за сутки в процессе метаболизма образуется небольшое количество (40--90 ммоль/сут в пересчете на H+) нелетучих кислот. Кроме того, в клубочках отфильтровывается около 4300 ммоль/сут HCO3-. Следовательно, почки должны:

реабсорбировать отфильтровавшийся бикарбонат (4300 ммоль/сут);

для нейтрализации нелетучих кислот -- дополнительно выделять в кровь небольшое количество (40--90 ммоль/сут) вновь образованного (дополнительного) бикарбоната.

При накоплении или потере нелетучих кислых или щелочных соединений эти соединения реагируют с бикарбонатным буфером, меняя концентрацию бикарбоната. Следовательно, задача почек -- поддерживать нормальную концентрацию бикарбоната в крови, выводя его избыток или выделяя в кровь дополнительный бикарбонат.

Накопление или потеря нелетучих кислых или щелочных соединений возможны при усилении или нарушениях метаболизма, например физической нагрузке или усиленном распаде белка, либо поступлении или потере таких соединений через ЖКТ, например при потреблении щелочных вегетарианских продуктов или при рвоте.

При накоплении или потере CO2 задача почек иная -- необходимо поддерживать не концентрацию бикарбоната, а соотношение между бикарбонатом и CO2. Так, при задержке CO2 концентрация бикарбоната в крови также должна возрастать, и наоборот.

Почечная регуляция электролитного состава крови

Здесь рассматривается регуляция почечной экскреции основных электролитов, помимо Na+, HCO3- и H+. К этим электролитам относятся K+, Ca2+ и фосфат.

Калий

Общие принципы

Поскольку человеку приходится преимущественно сталкиваться с поступлением большого количества калия с пищей (а не с его чрезмерной потерей), основные механизмы почечной экскреции калия направлены на выведение его избытка (а не на задержку в организме). Это означает, что в почках особую роль играет секреция калия.

Почечный транспорт калия подчиняется общим принципам обязательного и факультативного транспорта:

в проксимальном канальце в обязательном порядке реабсорбируется 2/3 (65%) отфильтровавшегося калия;

в дистальном отделе происходит в основном дополнительная секреция калия, интенсивность которой зависит от поступления калия в этот каналец.

Существуют и механизмы реабсорбции калия, включающиеся при его потерях, однако их роль и мощность гораздо меньше.

Механизмы секреции калия

Через базолатеральную мембрану калий переносится к клетку Na+,K+-АТФазой (Na+/K+-насосом).

Через апикальную мембрану калий выходит в каналец по калиевым каналам.

Таким образом, секреция калия сопряжена с реабсорбцией натрия: так, при повышении активности Na+,K+-АТФазы выведение калия с мочой возрастает, а натрия -- снижается.

Регуляция секреции калия

Секреция калия повышается в ответ на гиперкалиемию (увеличение концентрации калия в крови). Это обусловлено в основном (но не исключительно) тем, что гиперкалиемия -- один из двух главных стимуляторов (наряду с ангиотензином II, см. выше, разд. «Ренин-ангиотензиновая система») выброса альдостерона корковым веществом надпочечников. Альдостерон путем ряда механизмов повышает секрецию калия (и одновременно -- реабсорбцию натрия) в дистальном отделе нефрона; важнейший из этих механизмов -- увеличение синтеза Na+,K+-АТФазы.

Кальций и фосфат

Кальций относится к веществам, подчиняющимся «правилу двух третей»: он на 65% реабсорбируется в проксимальном канальце. ПТГповышает факультативную реабсорбцию кальция в дистальном отделе нефрона, тем самым уменьшая его выведение с мочой.

Фосфат относится к пороговым веществам: он появляется в моче, когда его концентрация в крови становится выше пороговой. ПТГ снижает реабсорбцию фосфата, тем самым уменьшая его пороговую концентрацию и увеличивая его выведение с мочой.

Таким образом, ПТГ уменьшает выведение с мочой кальция, но увеличивает -- фосфата.

Клиренс

Клиренс, или коэффициент очищения, -- важнейший показатель функции почек. По определению, клиренс некоего вещества равен объему плазмы, полностью очищающемуся от данного вещества за единицу времени. Важно подчеркнуть, что этот объем -- условный. Например, клиренс инулина равен 180 л/сут; это означает, что почки способны были бы за сутки полностью очистить от этого вещества 180 л плазмы.

Представим себе, что для некоего вещества X концентрация в плазме равна Cп, в моче -- Cм, а суточный диурез равен Д. Тогда за сутки выводится количество вещества N, равное

N = Cмґ Д. (1)

Это же количество при концентрации Cп было бы растворено в объеме плазмы V:

N = Cпґ V .(2)

Следовательно

Cмґ Д = Cпґ V(3)

или

V = Cм/Cпґ Д.(4)

Этот объем V и есть клиренс вещества X, а уравнение (4) -- формула для его расчета.

Приведем важнейшие примеры использования клиренса в клинике.

Оценка СКФ

Если некое вещество только фильтруется, но не реабсорбируется и не секретируется, то очевидно, что объем плазмы, который очищается от этого вещества за единицу времени (то есть клиренс этого вещества) равен объему плазмы, который за это время вместе с этим веществом отфильтровывается, то есть СКФ (например, если за сутки отфильтровывается 180 л плазмы с некоторым веществом X, а затем из них 178 л реабсорбируются, но уже без данного вещества, то очевидно, что весь этот объем очищается от вещества X). Типичное такое вещество -- экзогенное соединение инулин; клиренс инулина почти точно равен СКФ (125 мл/мин, или 180 л/сут). В клинике, однако, используют другое вещество, которое тоже почти исключительно фильтруется: эндогенное соединение креатинин. Клиренс креатинина несколько менее точно отражает СКФ, но его значительно удобнее определять.

Оценка почечного кровотока

Если некое вещество фильтруется, а затем еще и полностью секретируется, то оттекающая от почек кровь будет полностью очищена от данного вещества. Значит, клиренс такого вещества равен почечному плазмотоку, по которому легко рассчитать почечный кровоток. Типичный пример -- парааминогиппуровая кислота.

Оценка почечной реабсорбции и секреции отдельных веществ

Если клиренс некоего вещества больше СКФ, то это вещество фильтруется и секретируется (точнее, секреция преобладает над реабсорбцией).

Если клиренс некоего вещества меньше СКФ, то это вещество фильтруется и реабсорбируется (точнее, реабсорбция преобладает над секрецией).

Следовательно, по отношению клиренса вещества к клиренсу креатинина можно оценить относительный объем его секреции либо реабсорбции.

Оценка элиминации различных веществ

Клиренс используют не только для оценки функции почек. Он служит важнейшим показателем скорости элиминации (удаления из крови) различных веществ -- гормонов, лекарственных средств, отравляющих веществ и пр. Если вещество удаляется разными путями, то его суммарный клиренс равен сумме клиренсов для разных путей элиминации, например почечного и печеночного клиренсов. Клиренс лекарственного вещества позволяет подбирать дозы этого вещества и интервалы между дозами; клиренс отравляющего вещества позволяет планировать меры по лечению отравления и т. п.

Размещено на Allbest.ru