Роль почки в регуляции кислотно-основного равновесия

рН крови является одной из наиболее жёстких констант и колеблется в очень узких пределах 7,35 – 7,45 , и это, несмотря на то, что в результате обмена веществ в кровь из тканей за сутки поступают кислые продукты в количестве, эквивалентном двум литрам концентрированной соляной кислоты. Это количество в двадцать раз превышает все основания, содержащиеся в организме, и тем не менее, реакция крови не претерпевает никаких изменений.

Постоянство рН крови поддерживается, прежде всего, буферными системами, которые нейтрализуют сильные кислоты и щёлочи, превращая их в слабые кислоты и щёлочи, и тем самым, предотвращая резкое изменение рН крови. Однако, буферные системы, расходуя на эти процессы свои составные компоненты нуждаются в их восстановлении; они имеют ограниченную ёмкость и могут лишь временно сдерживать сдвиги рН. Окончательное слово в этих процессах принадлежит физиологическим регуляторам – органам выделения – лёгким и почкам. Лёгкие выводят летучие соединения, главным образом угольную кислоту, а почки - нелетучие соединения.

Решающее значение в поддержании постоянства рН крови имеет бикарбонатная буферная система, так как от её составных частей (содержания СО₂ и бикарбонатов) главным образом зависит рН крови.

Любая кислота, поступающая в кровь в результате буферного эффекта отдаёт свой Н⁺ угольной кислоте, что приводит к увеличению парциального давления СО₂, которая возбуждает дыхательный центр, объём вентиляции лёгких возрастает и избыток СО₂ выводится из организма. Образовавшаяся кислота поступает в почечные канальцы. Реакция может быть представлена в следующем виде:

Таким образом, на нейтрализацию кислот расходуется бикарбонат натрия и происходит уменьшение щелочного резерва крови. Если бы не было механизмов, восстанавливающих использованные в буферной реакции основания, то щелочной резерв был бы быстро израсходован.

Роль почки в регуляции кислотно-основного равновесия и заключается в восстановлении щелочного резерва крови. В её основе лежит способность эпителия почечных канальцев секретировать в просвет ионы Н⁺ и обменивать их на ионы Na⁺ . При этом достигается сразу два результата:

1) моча подкисляется и из организма окончательно выводится избыток кислых ионов (рН мочи может достигать 4,5).

2) вместо секретируемого иона Н⁺ реабсорбируется Na⁺ и одновременно анион HCO₃^-

3) образуется бикарбонат натрия, который возвращается в кровь и восполняет щелочной резерв крови.

Na⁺ + HCO₃^- → NaHCO₃

Теперь давайте подробнее рассмотрим эти процессы. В клетках почечных канальцев образуется угольная кислота из воды и углекислого газа под действием фермента карбоангидразы (КА).

Рисунок 19 Реабсорбция бикарбоната в клетках

Проксимального канальца

Ион водорода активно секретируется в просвет канальца, а анион HCO₃ - реабсорбируется в кровь. Секретируемый Н⁺ быстро соединяется с фильтруемым HCO₃-, образуя угольную кислоту. Угольная кислота превращается в воду и углекислый газ с помощью карбоангидразы на апикальной стороне щёточной каёмки проксимального канальца. СО₂ диффундирует обратно в клетку проксимального канальца, где соединяется с водой и образует угольную кислоту, тем самым завершая этот цикл (рис.19).

Далее включаются несколько вариантов ионообменных реакций, суть которых состоит в обмене иона Н⁺ на ион Na⁺ (рисунок 20)

Рисунок 20 Схема процессов, принимающих участие в восстановлении щелочного резерва.

1) Соль слабой кислоты, образовавшаяся в ходе реакции (1) NaA взаимодействует Н⁺

NaA + H⁺ → HA + Na⁺

Свободная кислота (НА) выделяется с мочой, а Na⁺ реабсорбируется обратно в кровь. Этот путь используется лишь при выделении слабых органических кислот (молочной, ацетоуксусной, мочевой).

2) Кислый фосфат натрия превращается в щелочной. Поступившие в просвет канальца ионы Н⁺ вытесняют Na⁺ из щелочного фосфата и превращают его в кислый фосфат.

Na₂HPO₄ + H⁺ → NaH₂PO₄ + Na⁺

3) Эпителий почечных канальцев обладает способностью дезаминировать аминокислоты, главным образом глутаминовую, и превращать аминогруппу NH₂ в аммиак NH₃, который секретируется в канальцы, присоединяет ещё один ион Н⁺ и превращается в ион аммония NH₄^+.

Аммоний используется в качестве основания для удаления кислых радикалов, которые выделяются в виде нейтральных аммонийных солей, а Na⁺ реабсорбируется.

NH₃ + H⁺ → NH₄⁺

NaCl + NH₄⁺ → NH₄Cl + Na⁺

Таким образом, нейтрализуются сильные нелетучие кислоты.

Концентрация аммония регулируется преимущественно почками и колеблется в зависимости от состояния кислотно-щелочного равновесия организма.

Итак, как видно из схемы на рисунке 20, рН крови, поступающей в почку и оттекающей от нее 7,4 , рН первичной мочи 7,4 , а вот рН окончательной мочи может изменяться от 4,5 до 8,4 в зависимости от характера пищи и образа жизни.

При различного рода нарушениях кислотно-основного состояния (дыхательном или метаболическом ацидозах или алкалозах) почки и лёгкие помогают в той или иной мере компенсировать возникшие отклонения рН.