Экскреторная функция почек
БИОХИМИЯ ПОЧЕК. ВОДНО-СОЛЕВОЙ ОБМЕН
Водно-солевой обмен
Водно-солевой обмен - обмен основных минеральных электролитов, и, прежде всего - обмен воды и NaCl.
С нарушением водно-солевого гомеостаза связаны дегидратация тканей или, наоборот, отеки, повышение или снижение кровяного давления, шок, ацидоз, алкалоз.
Вода играет важную роль в жизненных процессах не только как обязательная составная часть всех клеток и тканей тела, но и как среда, в которой протекают все химические превращения.
Функции воды:
1. Среда, в которой протекают химические процессы.
2. Электролитическая диссоциациявеществ.
3. Транспортные функции.
4. Формирование золей и гелей протоплазмы.
5. Участник химических реакций (гидролиз, гидратация, дегидратация).
6. Регуляция и выравнивание температуры тела.
7. Регуляция функциональной активности субклеточных структур: от степени набухания митохондрий зависит интенсивность окислительного фосфорилирования, от набухания рибосом – синтез белка.
8. Структурная роль. Взаимодействие белков с водой обеспечивает их конформацию с расположением гидрофильных групп на поверхности белковой глобулы, а гидрофобных - внутри. Большое значение вода имеет для структурной организации биологических мембран.
Основные параметры жидкой среды организма - осмотическое давление, рН, объем.
Поддержание постоянства внутриклеточной среды обеспечивается постоянством осмотического давления, рН и объема межклеточной жидкости и плазмы крови, а они - действием почек и системы гормонов.
Суточная потребность взрослого человека в воде составляет примерно 40 г воды на 1 кг массы тела. Потребность в воде покрывается введением различных жидкостей (питьевая вода, напитки, супы) – экзогенная вода – всего 1–1,5 л; воды пищевых продуктов - 1-1,5 л; воды, образующейся в тканях при окислении субстратов тканевого дыхания – эндогенная вода – около 400 мл. 6 % воды организма находится в крови, 25 % - в межклеточном матриксе (интерстициальная вода) - внеклеточная вода.
При отсутствии питья человек погибает, когда количество воды в организме уменьшается на 12 %.
Поступающая извне вода должна полностью компенсировать постоянные потери воды через почки (с мочой), кожу (с потом), лёгкие (с дыханием), кишечник (с калом). Основная масса конечных продуктов азотистого обмена выводится из организма через почки с мочой. У человека, таким путём выделяется в сутки около 1,2 л воды.
С мочой в растворённом виде выводятся соли - хлорид натрия, фосфаты и др. Задержка в организме солей и азотистых составных частей мочи приводит к несовместимому с жизнью изменению осмотического давления плазмы крови, межклеточной жидкости и внутриклеточного содержимого.
Всасывание воды, поступающей в организм, начинается в желудке, но основная часть её переходит в систему кровеносных капилляров и лимфатических сосудов лишь в кишечнике. Осмотическое давление крови выше осмотического давления химуса (пищевой кашицы) и всасывание воды не требует затрат энергии. Всосавшаяся вода частью задерживается в печени, частью поступает в большой круг кровообращения. Значительного разжижения крови (гидремия) после всасывания больших количеств воды (сразу 1,5 л) не наблюдается, т.к. большая масса её переходит из крови в межклеточную жидкость и в брюшную полость. Избыток всосавшейся воды удерживают кожа и печень.
Выведение воды из организма в основном регулируется механизмом мочеотделения.
Минеральный обмен
Минеральный обмен - обмен любых минеральных компонентов организма, в том числе и таких, которые не влияют на основные параметры жидкой среды.
Из макроэлементов Са и Р у высших животных образуется фосфат кальция - основа костной ткани. Для Mg, К и Na характерна ионная форма существования, уравновешенная анионами хлора, фосфата и карбоната. Fe представлено в составе гемоглобина.
Ионы металловобеспечивают поддержание определенной пространственной конфигурации биополимеров. Ионы Fe, Сu, Mn, Zn, Co и Ni принимают участие в поддержании вторичной и третичной структур ДНК и РНКи нуклеопротеинов, связывая молекулы белков и нуклеиновых кислот. В формировании активной формы гормона инсулина важная роль принадлежит Zn2+. Процесс ассоциации - диссоциации рибосом зависит от концентрации Mg2+; он же стабилизирует третичную структуру тРНК.
Ионы металлов участвуют в ферментативном катализе - организаторы активных центров. В присутствии Са2+ стабилизируются третичная и четвертичная структуры α-амилазы. Ионы металлов могут входить в состав простетической группы ферментов (цитохромы).
Участие минеральных соединений в обмене белков, углеводов и липидов, нуклеиновых кислот –активируют ферменты. Особенно велика роль Mg2+.
Минералы и их соли участвуют в сохранении осмотического давления в биологических жидкостях, играют важную роль в образовании буферных систем тканей и крови.
БИОХИМИЯ ПОЧЕК
Почка – парный орган, основная структурная единица - нефрон.
За 1 минуту в почках фильтруется 1000-1300 мл крови.
Функции:
1. Экскреторная - выведение из организма конечных продуктов катаболизма. Например, продуктов азотистого обмена: мочевины, мочевой кислоты, креатина, продуктов обезвреживания токсичных веществ.
2. Гомеостатическая - регулируют водный гомеостаз, солевой гомеостаз, кислотно-щелочное равновесие.
3. Метаболическая - участие в углеводном, белковом и липидном обменах; в синтезе биологически активных веществ: ренина, активной формы витамина D3, простагландинов и т.д.. Эти вещества влияют на регуляцию артериального давления, свёртывание крови, на фосфорно-кальциевый обмен, на созревание эритроцитов и пр..
4. Главная функция почек – образование мочи. 1 % жидкости, профильтрованной клубочками, превращается в мочу.
В канальцах реабсорбируется 99 % воды, натрия, хлора, гидрокарбоната, аминокислот, 93 % калия, 45 % мочевины и т.д. Из первичной мочи в результате реабсорбции образуется вторичная, или окончательная, моча.
При реабсорбции натрий пассивно поступает из просвета канальца внутрь клетки и с помощью «натриевого насоса» - во внеклеточную жидкость. До 80 % энергии АТФ в клетках канальцев почек расходуется на «натриевый насос».
В корковом веществе почки ярко выражен аэробный тип обмена веществ. В мозговом веществе преобладают анаэробные процессы.
Всасывание воды в проксимальном сегменте происходит пассивно в результате активного всасывания натрия. Вода в этом случае «следует» за натрием. В дистальном сегменте всасывание воды регулируется антидиуретическим гормоном. Калий в отличие от натрия может не только реабсорбироваться, но и секретироваться.
Реабсорбция и секреция различных веществ регулируются ЦНС и гормональными факторами. При сильном стрессе может возникнуть анурия. Всасывание воды возрастает под влиянием вазопрессина. Альдостерон увеличивает реабсорбцию натрия и воды в канальцах. Паратгормон стимулирует секрецию фосфата, а витамин D задерживает ее.
Почка относится к органам, наиболее богатым ферментами. ЛДГ, АсАТ, АлАт, глутаматдегидрогеназа и др.. При повреждении ткани почек, острых воспалительных процессах эти ферменты обнаруживаются в крови и моче.
Экскреторная функция почек
Из компонентов плазмы крови почки образуют мочу и регулируют её состав. Процесс мочеобразования складывается из трёх этапов.
1. Ультрафильтрация.В процессе ультрафильтрации происходит образование первичной мочи.
Кровь, двигаясь по сосудам почки, фильтруется в полости клубочка через поры соединительнотканной капсулы – особого фильтра, который состоит из трёх слоёв.
Первый слой – эндотелий кровеносных капилляров, - который имеет поры большого размера. Через крупные поры проходят все компоненты крови, кроме форменных элементов и высокомолекулярных белков.
Второй слой – базальная мембрана, построена из коллагеновых нитей (фибрилл), образующих молекулярное «сито». Диаметр пор – 4 нм. Базальная мембрана не пропускает белки с большой молекулярной массой.
Третий слой - эпителиальные клетки капсулы, мембраны которых заряжены отрицательно, что не даёт отрицательно заряженным альбуминам плазмы крови проникать в первичную мочу. Форма трёхслойных пор сложная и не соответствует форме белковых молекул плазмы крови. Это несоответствие предотвращает проникновение нормальных белковых молекул в первичную мочу. Если же структура, форма, заряд молекулы белка изменены по сравнению с нормальной белковой молекулой, то такой аномальный белок может пройти через фильтр и попасть в мочу. Это один из механизмов очистки плазмы крови от дефектных белков и восстановления её нормального состава.
Ультрафильтрат (первичная моча) в норме почти не содержит белков и пептидов. Зато состав низкомолекулярных небелковых компонентов, содержание различных ионов в первичной моче такое же, как и в плазме крови. Поэтому первичную мочу иногда называют «безбелковым фильтратом плазмы крови». Энергия АТФ в процессе ультрафильтрации не затрачивается.
Понижение артериального давления и/или увеличение гидростатического давления в полости капсулы ведет к замедлению, а при значительных изменениях - к прекращению образования первичной мочи (анурия).
В сутки через почки проходит приблизительно 1500 л крови, при этом образуется около 180 л первичной мочи (125 мл/мин).
Первичная моча, содержащая все низкомолекулярные компоненты крови и небольшое количество низкомолекулярных белков, подвергается реабсорбции в проксимальном канальце.
2. Реабсорбция – движение веществ из просвета канальца в кровь. Реабсорбции подвергаются почти все белки, попавшие в ультрафильтрат, и другие необходимые организму вещества. Суточные потери белково-пептидного компонента мочи не превышают 100-150 мг/сутки, хотя в первичную мочу может фильтроваться до 8-10 г белка в сутки.
85 % ультрафильтрата реабсорбируется в проксимальном отделе канальца. Там же реабсорбируется около 99 % воды, необходимые организму питательные вещества (глюкоза, аминокислоты), минеральные компоненты, и частично – конечные продукты азотистого обмена (мочевина, мочевая кислота).
Два механизма реабсорбции: простая диффузия и активный транспорт. Путём активного транспорта ионы Na+ реабсорбируются с участием натриевого насоса. Многие вещества, например глюкоза и аминокислоты, реабсорбируются в комплексе с ионами Na+, т.е. энергия для переноса этих соединений выделяется в результате действия АТФазы. Аналогично протекает реабсорбция ионов кальция и магния – участвует Ca2+, Mg2+-зависимая АТФаза.
Кроме АТФаз, в процессах активного транспорта участвуют транслоказы. Они обладают способностью к избирательному связыванию с веществом, которое реабсорбируется, и имеют предел работоспособности (уровень насыщаемости белка).
Предел работоспособности определяется предельной концентрацией реабсорбируемого из первичной мочи вещества. Эта величина называется почечным порогом реабсорбции (ППР).
ППР равен наименьшей концентрации реабсорбируемого вещества, при котором достигается транспортный максимум реабсорбции (ТМ).
ТМ характеризует состояние почечных канальцев и равен скорости транспорта вещества белком-переносчиком в условиях насыщения его переносимым веществом.
Для глюкозы ППР равен 10-12 ммоль/л. При её нормальной концентрации в крови транспортные системы не полностью насыщаются глюкозой, поэтому она в моче не появляется, т.е. полностью реабсорбируется.
3. Секреция.Канальцевая избирательная секреция похожа на реабсорбцию, но проходит в противоположном направлении – из крови в просвет канальцев.
Секреция протекает в дистальной части канальца с затратой АТФ.
Часто реабсорбция и секреция протекают одновременно – например, секреция К+ происходит под действием Na+, К+-зависимой АТФазы. Только К+ секретируется, а Na+ реабсорбируется.
В результате во вторичной моче в течение суток остаётся от 1000 до 2000 мл жидкости, в которой растворены: от 12 до 6 г мочевины; 1 г креатинина; 1 г аммонийных солей; 0,5-1,0 г других продуктов азотистого обмена (в норме в моче могут присутствовать креатин, гиппуровая кислота, индикан и пигменты); 5-7 г минеральных солей; продукты обезвреживания токсических соединений.