Гомеостатическая функция почек

Для поддержания почками постоянства объема и состава внутренней среды и прежде всего крови существуют специальные системы рефлекторной регуляции, вклю­чающие специфические рецепторы, афферентные пути и нервные центры, где происходит

Рис. 206. Схема регуляции вод о- и эле ктролитовыдел и тельной функции почки.

переработка информации. Команды к почке поступают по эфферентным нервам или гуморальным путем. В целом перестройка работы почки, ее приспособление к непре­станно изменяющимся условиям определяется преимущественно влиянием на гломеру- лярный и канальцевый аппарат различных гормонов: АДГ, альдостерона, паратгормона и многих других (рис. 206)

Роль почек в осморегулиции и волюморегуляции. Почки являются основным органом осморегуляции. Они обеспечивают выделение избытка воды из организма в виде гипо­тонической мочи при увеличенном содержании воды (гипергидратация) или экономят воду и экскретируют мочу, гипертоническую по отношению к плазме крови при обезвожи­вании организма (дегидратация). При избыточном содержании воды в организме концентрация растворенных осмотически активных веществ в крови снижается и ее осмотическое давление падает. Это уменьшает активность центральных осморецепторов, расположенных в области супраоптического ядра гипоталамуса, а также перифериче­ских осморецепторов, имеющихся в печени, почке, селезенке и ряде других органов, что снижает выделение АДГ из нейрогипофиза в кровь и приводит к усилению выделения воды почкой.

При обезвоживании организма (или введении в сосудистое русло гипертонического раствора хлорида натрия) увеличивается концентрация осмотически активных веществ в плазме крови, возбуждаются осморецепторы, усиливается секреция АДГ, возрастает факультативная реабсорбция воды, уменьшается мочеотделение и выделяется осмоти­чески концентрированная моча. В эксперименте'на животных было показано, что секре­ция АДГ возрастает при раздражении не только осморецепторов, но и специфических натриорецепторов. Поэтому после введения в область III желудочка мозга гипертони­ческого раствора хлорида натрия наступает антидиурез, а после введения в ту же область гипертонических растворов сахара угнетения мочеотделения не наблюдается.

Осморецепторы чутко реагируют на сдвиги концентрации осмотически активных веществ в плазме крови. При увеличении осмолярности плазмы крови на 1% концентра­ция АДГ возрастает на 1 пг/мл (пикограмм равен 1 миллионной доле микрограмма). Переход же к состоянию максимального осмотического концентрирования мочи требует всего лишь 10-кратного возрастания количества АДГ в крови.

14*

Помимо информации от осморецепторов и натриорецепторов, уровень секреции АДГ зависит от активности волюморецепторов, реагирующих на изменение объема
внутрисосудистой и внеклеточной жидкости. Ведущее значение в регуляции секреции АДГ имеют те волюморецепторы, которые реагируют на изменение напряжения сосуди­стой стенки в области низкого давления. В первую очередь следует назвать рецепторы левого предсердия, импульсы от которых передаются в ЦНС по афферентным волокнам блуждающего нерва. Изолированная активация волюморецепторов, возникающая в ответ на увеличение объема внутрисосудистой жидкости, приводит к повышению экскреции солей натрия и воды. Одновременная активация волюм- и осморецепторов в основном усиливает выведение воды, уменьшая ее реабсорбцию.

Роль почек в регуляции ионного состава крови. Почки являются важнейшим эффек- торным органом в системе ионного гомеостаза. Новейшие данные свидетельствуют о существовании в организме систем регуляции баланса каждого из ионов. Для некоторых из ионов уже описаны специфические рецепторы, например натриорецепторьг. Появились первые данные о рефлекторной регуляции баланса других ионов.

Известны гормоны, регулирующие реабсорбцию и секрецию ионов в почечных канальцах. Реабсорбция натрия возрастает в конечных частях дистального отдела нефрона и собирательных трубках под влиянием гормона коры надпочечника альдосте- рона. Этот гормон выделяется в кровь при снижении концентрации натрия в плазме и уменьшении объема циркулирующей крови. Усиленное выделение натрия почкой вследствие угнетения его реабсорбции достигается при секреции в кровь так называемого натрийуретического гормона; его выработка возрастает при увеличении объема цирку­лирующей крови и повышении объема внеклеточной жидкости в организме. Хотя мысль о существовании этого гормона была высказана в конце 50-х годов, его структура и место секреции до сих пор не установлены.

Альдостерон усиливает выделение калия с мочой. Уменьшает выделение калия ин­сулин. Экскреция калия тесно связана с кислотно-щелочным состоянием. Алкалоз сопровождается усилением выделения калия с мочой, а ацидоз — его уменьшением.

При снижении концентрации кальция в крови паращитовидные железы выделяют паратгормон, который способствует нормализации уровня кальция в крови за счет увеличения его реабсорбции в почечных канальцах и повышения резсорбции кальция из костей. При гиперкальциемии под влиянием гастрина или подобного ему вещества, вырабатываемого в желудочно-кишечном тракте, стимулируется выделение в кровь клетками щитовидной железы гормона тирокальцитонина, который снижает концентра­цию кальция в крови, способствует увеличению его экскреции почкой и переходу ионов Са⁺⁺ в кости.

В почечных канальцах регулируется также уровень реабсорбции магния, хлора, сульфатов и других ионов.

Роль почек в регуляции кислотно-основного состояния. Почки играют важную роль в поддержании постоянства концентрации ионов водорода в крови. Активная реакция мочи у человека и животных может очень резко изменяться, концентрации ионов водо­рода в моче при крайних состояниях работы почек различаются почти в 1000 раз (рН в некоторых случаях снижается до 4,5 или возрастает до 8,0, что и обеспечивает участие почек в стабилизации рН плазмы крови на уровне 7,36). Механизм закисления мочи основан на секреции клетками в просвет канальцев ионов водорода (рис. 207).

В апикальной плазматической мембране и цитоплазме клеток различных отделов нефрона находится фермент карбоангидраза, катализирующий реакцию гидратации двуокиси углерода.

СО_г+ Н_гО карбоангидраза _{+ NCO}-

Фильтрующийся из плазмы крови в просвет канальцев NaHC03 взаимодействует с ионами водорода, секретированными клеткой, приводя к образованию С0₂. В про­свете канальца ионы Н⁺ связываются не только с НС0₃", но и с такими соединениями, как двузамещенный фосфат (Na₂HP0₄) и некоторыми другими, в результате чего увеличива­ется экскреция титруемых кислот с мочой. Это способствует восстановлению резерва

Нлетна

Кровь

Просвет нанальца

HCO3

I

_r HaCOo

Карбоангидраза | Карбоангидраза j

NaHCO;/ HCO3-

CO •(---------------------------------- C0₂---------- H_aO

НСОя

Карбоангидраза J l И

H₂0+C0₃ NaV-Na₂HP0₄

HOOJ+H' „____ ) Na + t H^O^COg 1 4.. t Ho

NaHCQ3<^

Na

------------ ИСОз!н⁺ --------------- ^Нч

NaH₂PQ₄

Глутаминаза 1

Глутамии Т » ----------- WNH3+A

Карбоангидраза _ (

III

HCO3

-НСО3-— со₂ ♦он—н₂о -нт _МН4д

Рис. 207. Схема основных реакций, обусловливающих участие ночки в регуляции кислотно-основного равновесия. Объяснение в тексте.

оснований в плазме крови. Наконец, секретируемые ионы Н⁺ могут связываться в просвете канальца с аммиаком, выделяющимся в клетке из глутамина и аминокислот (аммониогенез) и диффундирующим через мембрану в просвет канальца, в результате чего образуется ион аммония:

Nbb + H ⁺ -> NHt

Таким образом, общая экскреция кислот почкой складывается из трех компонентов: выделения Н₂С0₃" титруемых кислот и выделения аммония NH₄⁺

Кислотовыделительная функция почек во многом зависит от состояния кислотно- основного состояния в организме.

При питании мясом образуется больше кислот и моча становится кислой, а при потреблении растительной пищи рН мочи сдвигается в щелочную сторону. При интен­сивной физической работе из мышц в кровь поступают значительные количества молоч­ной и фосфорной кислот. В этих условиях почки увеличивают выделение кислых продук­тов. При гиповентиляции легких происходит задержка углекислого газа и снижается рН крови — развивается дыхательный ацидоз, при гипервентиляции уменьшается содержание углекислого газа в крови, растет рН крови — возникает состояние дыхатель­ного алкалоза. Если в крови нарастает содержание ацетоуксусной и р-оксимасляной кислот, как это может наблюдаться при сахарном диабете, развивается состояние метаболического ацидоза. Рвота, сопровождающаяся потерей соляной кислоты, приво­дит к метаболическому алкалозу.

Легкие наряду с почками участвуют в нормализации кислотно-основного состояния. При дыхательном ацидозе увеличивается экскреция ЕГ и реабсорбция НСОз" Метаболический ацидоз компенсируется гипервентиляцией легких.

В конечном счете почки, стабилизируя концентрацию ионов Н⁺ в плазме крови, поддерживают рН на уровне 7,36.

Экскреторная функция почек. Почки играют ведущую роль в выделении из крови нелетучих конечных продуктов обмена и чужеродных веществ, попавших во внутреннюю среду организма. В процессе метаболизма белков и нуклеиновых кислот образуются

различные продукты азотистого обмена. Основными азотсодержащими веществами мочи у человека являются мочевина, мочевая кислота, креатинин и др.

Катаболизм пуриновых оснований в организме человека останавливается на уровне образования мочевой кислоты (в клетках некоторых животных имеется полный набор ферментов, обеспечивающих распад пуриновых оснований до углекислоты и аммиака). Мочевая кислота в почке человека фильтруется в клубочках, затем реабсорбируется в канальцах, часть мочевой кислоты секретируется клетками в просвет нефрона. Обычно у человека экскретируемая фракция мочевой кислоты довольно низкая—9,8%, что указывает на реабсорбцию значительных ее количеств в канальцах. В последние десяти­летия непрерывно возрастает интерес к изучению механизмов транспорта мочевой кислоты в почечных канальцах в связи с резко возросшей частотой заболевания подаг­рой, при которой нарушен обмен мочевой кислоты.

Весь образующийся в течение суток креатинин, источником которого служит креа- тинфосфорная кислота, выделяется почками с мочой. Его суточная продукция и экскре­ция зависят не столько от потребления мяса с пищей, сколько от массы мышц тела. Креатинин, как и мочевина, свободно фильтруется в почечных клубочках, но с мочой вы­водится весь профильтровавшийся креатинин, в то время как мочевина частично реаб­сорбируется в канальцах.

Помимо перечисленных имеется еще очень много разнообразных веществ, непре­станно удаляемых почкой из крови. О том, какие вещества удаляет или разрушает почка, можно судить при изучении состава крови у людей с удаленными почками. В их крови, помимо мочевины, креатинина, мочевой кислоты, накапливаются гормоны (глюкагон, паратгормон, гастрин), ферменты (рибонуклеаза, ренин), производные индола, глюку- роновая кислота и многие другие вещества.

Необходимо помнить, что даже физиологически ценные вещества при их избытке в крови начинают экскретироваться почкой. Это относится как к неорганическим вещест­вам, о которых шла речь выше при описании осмо-, волюм- и ионорегулирующей функции почек, так и органическим веществам, таким, как глюкоза, аминокислоты. Повышенная экскреция этих веществ может в условиях патологии наблюдаться и при нормальной их концентрации в крови, когда нарушена работа клеток, реабсорбирующих то или иное профильтровавшееся вещество из канальцевой жидкости в кровь.

Инкреторная функция почек. В почке вырабатывается несколько физиологически активных веществ, позволяющих рассматривать ее как важный инкреторный орган. Гранулярные клетки юкстагломерулярного аппарата под влиянием ряда стимулов (при уменьшении артериального давления в почке, снижении содержания натрия в организме и при переходе из горизонтального в вертикальное положение) секретируют ренин. Ренин, синтезируемый в гранулярных клетках, представляет собой протеолитический фермент. В плазме крови он отщепляет от а₂-глобулина (ангиотензиноген) физиологи­чески неактивный пептид, состоящий из 10 аминокислот — ангиотензин I. Затем от анги- отензина I отщепляются две аминокислоты и он превращается в очень активное сосудо­суживающее вещество — ангиотензин II. Помимо влияния на сосуды и тем самым на величину артериального давления, ангиотензин II, в частности, усиливает секрецию альдостерона, усиливает чувство жажды, регулирует реабсорбцию натрия в канальцах.

Клетки почки извлекают из плазмы крови образующийся в .печени прогормон — ви­тамин D₃ и превращают его в физиологически очень активный гормон. Этот стероид стимулирует образование кальцийсвязывающего белка в кишечнике, способствует осво­бождению кальция из костей, регулирует его реабсорбцию в почечных канальцах.

В почке синтезируется активатор плазминогена — урокиназа. В мозговом веществе почки образуются простагландиньг, в том числе простагландин А₂, который называют также медуллином. Они участвуют в регуляции общего и почечного кровотока, вызы­вают натрийурез, уменьшают чувствительность клеток к АДГ. В почке образуется эри- трогенин, который способствует превращению в плазме крови неактивного эритропоэ- тиногена в эритропоэтин, стимулирующий эритропоэз в костном мозге. В почке выра­батывается брадикинин, являющийся сильным вазодилататором.

Метаболическая функция почек. Важной стороной работы почек является их участие в обмене белков, углеводов и липидов. Не следует смешивать понятия метаболизма самих почек (т. е. процессы обмена веществ в почке, обеспечивающие все многообразие выполняемых ею функций) и метаболическую функцию почек, связанную с их участием в обеспечении постоянства содержания в крови ряда органических веществ. В почечных клубочках фильтруются низкомолекулярные белки, пептиды. Клетки проксимального ка­нальца нефрона расщепляют их до аминокислот, которые через базальную плазматиче­скую мембрану транспортируются во внеклеточную жидкость и затем в кровь. Это спо­собствует восстановлению в организме фонда аминокислот. При заболеваниях почки эта функция может нарушаться.

В почке имеется система новообразования глюкозы — глюконеогенез. Так, при дли­тельном голодании почки могут синтезировать половину от общего количества глюкозы, поступающей в кровь. В почке синтезируется фосфатидилинозит, являющийся необ­ходимым компонентом плазматических мембран. Значение почки в липидном обмене со­стоит в том, что свободные жирные кислоты в ее ткани могут включаться в состав три- ацилглицерина и фосфолипидов и в виде, этих соединений могут поступать в кровь.