Биохимия почек. роль почек в регуляции

ВОДНО-СОЛЕВОГО ОБМЕНА

Почки – парный орган. Основной структурной единицей почек является нефрон. За 1 минуту в почках фильтруется 1000-1300 мл крови. Благодаря хорошему кровоснабжению почки находятся в постоянном взаимодействии с другими органами и тканями и способны влиять на состояние внутренней среды всего организма. Различают следующие функции почек: экскреторную, гомеостатическую и метаболическую.

Экскреторная функция направлена на выведение из организма конечных продуктов катаболизма, например, продуктов азотистого обмена - мочевины, мочевой кислоты, креатина, а также продуктов обезвреживания токсичных веществ. Почками выводится из организма избыток веществ, всосавшихся в кишечнике или образовавшихся в процессе катаболизма: воды, органических кислот, витаминов, гормонов и т.д., а также ксенобиотиков - чужеродных веществ (лекарственных препаратов, никотина и др.).

Осуществляя гомеостатическую функцию, почки регулируют водный гомеостаз, солевой гомеостаз, кислотно-щелочное равновесие.

Метаболическая функция почек предусматривает их участие в углеводном, белковом и липидном обменах, в синтезе некоторых биологически активных веществ: ренина, активной формы витамина D₃, эритропоэтина, простагландинов, кининов. Эти вещества оказывают влияние на процессы регуляции артериального давления, свертывания крови, на фосфорно-кальциевый обмен, на созревание эритроцитов и на другие процессы.

ЭКСКРЕТОРНАЯ ФУНКЦИЯ ПОЧЕК

Из компонентов плазмы крови почки образуют мочу и эффективно могут регулировать ее состав. Процесс мочеобразования складывается из трех этапов.

1. Ультрафильтрация.В процессе ультрафильтрации происходит образование первичной мочи. Кровь, двигаясь по сосудам почки, фильтруется в полости клубочка через поры соединительнотканной капсулы – особого фильтрата, который состоит из трех слоев. Первый слой – эндотелий кровеносных капилляров, который имеет поры большого размера. Через эти крупные поры проходят все компоненты крови, кроме форменных элементов и высокомолекулярных белков. Второй слой – базальная мембрана, которая построена из коллагеновых нитей (фибрилл), образующих молекулярное «сито». Диаметр пор – 4 нм. Базальная мембрана не пропускает белки с молекулярной массой выше, чем 50 кДа. Третий слой - эпителиальные клетки капсулы, мембраны которых заряжены отрицательно, что не даёт возможности отрицательно заряженным альбуминам плазмы крови проникать в первичную мочу. Форма трехслойных 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». Количество образующегося ультрафильтрата зависит от величины движущей силы ультрафильтрации – гидростатического давления крови в сосудах клубочка (в норме оно около 70 мм рт. ст.). Движущей силе ультрафильтрации противодействует онкотическое давление белков плазмы крови (около 25 мм рт. ст.) и гидростатическое давление ультрафильтрата в полости капсулы (около 15 мм рт. ст.). Движущая сила ультрафильтрации составляет: 70 - (25+15) = 30 (мм рт. ст.) и называется эффективным фильтрационным давлением. Энергия АТФ в процессе ультрафильтрации не затрачивается.

Понижение артериального давления и/или увеличение гидростатического давления в полости капсулы может приводить к замедлению, а при значительных изменениях и к полному 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).

Фильтрационную способность почек оценивают путем вычисления фильтрационного клиренса (коэффициента очищения) – для этого в кровь вводят вещества, которые только фильтруются, но не реабсорбируются и не секретируются (маннитол, креатинин, полисахарид инулин).

Фильтрационный клиренс – объем плазмы крови, который полностью очищается от нереабсорбируемого вещества за 1 мин. Фильтрационный клиренс (ФК) рассчитывают по формуле:

, где

А_мочи – концентрация вещества в моче;

А_крови – концентрация вещества в крови;

V – скорость образования мочи в мл/мин.

У здорового человека ФК составляет около 125 мл/мин.

Первичная моча, содержащая все низкомолекулярные компоненты крови и небольшое количество низкомолекулярных белков, подвергается реабсорбции в проксимальном канальце.

2. Реабсорбция – это движение веществ из просвета канальца в кровь. Реабсорбции подвергаются почти все белки, попавшие в ультрафильтрат, и другие необходимые организму вещества. Поэтому 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), многие минеральные компоненты, и частично – конечные продукты азотистого обмена (мочевина, мочевая кислота).

Различают два механизма реабсорбции: простая диффузия и активный транспорт. Путем активного транспорта ионы Na⁺ реабсорбируются с участием натриевого насоса - мембранного фермента Na⁺, K⁺ -зависимой АТФазы. Многие вещества, например глюкоза и аминокислоты, реабсорбируются вместе с ионами Na⁺, т.е. энергия для переноса этих соединений выделяется в результате действия АТФазы. Аналогично протекает реабсорбция ионов кальция и магния – в этом процессе участвует Ca²⁺, Mg²⁺-зависимая АТФаза. Кроме АТФаз, в процессах активного транспорта участвуют особые транспортные белки-переносчики, которые называются транслоказами. 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. Так, для глюкозы, например, ППР равен 10-12 ммоль/л. При нормальной концентрации глюкозы в крови транспортные систем еще не полностью насыщаются глюкозой, поэтому глюкоза в моче не появляется, т.е. она полностью реабсорбируется.

Существуют изотранслоказы, которые так же, как и изоферменты, отличаются друг от друга величиной константы Михаэлиса (К_m). Например, в начале проксимального отдела канальца, где находятся транслоказы с
К_m = 6 ммоль/л, концентрация глюкозы в фильтрате остаётся высокой. В конце проксимального отдела, где большая часть глюкозы уже реабсорбирована, К_m транслоказ равна 0,35 ммоль/л. Благодаря этим транслоказам, имеющим различное сродство к глюкозе, практически вся глюкоза реабсорбируется из первичной мочи. За сутки реабсорбируется 179 л воды, примерно 1 кг NaC1, около 340 г NaHCO₃, около 170 г глюкозы и т.д.

3. Секреция.Канальцевая избирательная секреция похожа на реабсорбцию, но проходит в противоположном направлении – из крови в просвет канальцев. В основном секреция протекает в дистальной части канальца. Процесс секреции так же, как и процесс реабсорбции, протекает с затратой АТФ (активный транспорт) и характеризуется величиной транспортного максимума. Эта величина может служить характеристикой белков-переносчиков, обеспечивающих транспорт веществ. Часто реабсорбция и секреция протекают одновременно – например, секреция К⁺ происходит под действием
Na⁺,К⁺-зависимой АТФазы. В то время как К⁺ секретируется, Na⁺ реабсорбируется. Также секретируются H⁺ и NH₄⁺ . Скорость секреции можно определить по выделению из организма с мочой различных красителей, которые выводятся почками только путем секреции. Для этого красители должны быть предварительно введены в кровь.

В результате во вторичной моче в течение суток остаётся от 1000 до 2000 мл жидкости, в которой растворены от 12 до 6 г мочевины, около 1 г креатинина, примерно 1 г аммонийных солей, примерно 0,5-1,0 г других продуктов азотистого обмена (в норме в моче могут присутствовать креатин, гиппуровая кислота, индикан и пигменты), около 5-7 г минеральных солей, продукты обезвреживания токсических соединений (в незначительных количествах).

В процессе выполнения почками экскреторной функции обеспечивается их участие в поддержании водно-солевого баланса и кислотно-щелочного равновесия.