Резюме: механизмы концентрирования и разбавления мочи

1. Петля Генле, работая как поворотно-противоточная система, создает высокую гипертоничность интерстиция.

2.В собирательную трубочку поступает гипотоничная жидкость.

3. Собирательная трубочка проходит через интерстиций, который по направлению к глубинным отделам становится все более гипертоничным; если собирательная трубочка не проницаема для воды, из нее будет оттекать та же гипотоничная жидкость, что в нее поступает; если она проницаема для воды, то вода будет реабсорбироваться, а оттекать будет гипертоничная моча.

4. Гормоном, повышающим проницаемость собирательной трубочки для воды, является АДГ.

Регуляция выведения воды при разных водных нагрузках

1. При максимальной водной нагрузке (например, потреблении 12 л чистой воды в сутки): кровь становится гипоосмолярной; уменьшается стимуляция осморецепторов гипоталамуса; прекращается выделение АДГ; в отсутствие АДГ вода в собирательных трубочках не реабсорбируется и выделяется большой объем (12 л/сут) резко гипотоничной (50 мосмоль/л) мочи.

Это состояние называется водным диурезом.

2. При минимальной водной нагрузке (отсутствие приема воды, сухоядение): кровь становится гиперосмолярной; стимулируются осморецепторы гипоталамуса; выделение АДГ становится максимальным; при максимальной секреции АДГ вода в собирательных трубочках реабсорбируется до достижения осмотического равновесия с интерстицием, и выделяется малый объем (0,5 л/сут) резко гипертоничной мочи (1200 мосмоль/л).

Это состояние называется антидиурезом.

10. Ренин-ангиотензиновая система (ее компоненты и последовательность активации. Cвязь ренин-ангиотензиновой системы с альдостероном.

Выше мы рассмотрели роль ренин-ангиотензиновой системы в поддержании постоянства СКФ. Однако это лишь один из механизмов действия данной системы, регулирующей выведение Nа+ и воды на всех уровнях нефрона: в клубочке; в проксимальном канальце; в дистальном отделе.

Этапы активации ренин-ангиотензиновой системы

1. Вырабатывается ренин.

2. Ренин в крови превращает ангиотензиноген в ангиотензин I.

3. Ангиотензин I под действием ангиотензинпревращающего фермента переходит в ангиотензин II.

4. Ангиотензин II обладает множественными влияниями на почки и сосуды и, кроме того, стимулирует секрецию альдостерона.

5. Альдостерон стимулирует реабсорбцию Nа+ (и одновременно секрецию К+). Вслед за Nа+ реабсорбируется вода.

Выработка ренина

Ренин вырабатывается в юкстагломерулярных клетках юкстагломерулярного комплекса. В этом разделе мы рассмотрели один механизм стимуляции выброса ренина (макулярный), на самом же деле их три.

1. Макулярный механизм (от macula densa — плотное пятно). Выработку ренина стимулирует снижение доставки Nа+ в дистальный извитой каналец.

3. Внутрипочечный барорецепторный механизм. Выработку ренина стимулирует снижение давления в приносящих артериолах, воспринимаемое юкстагломерулярными клетками. Таким образом, эти клетки не только секретируют ренин, но также играют роль почечных барорецепторов.

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, но могут запускаться также любыми иными причинами, приводящими к уменьшению почечного кровотока (например, перегибом или стенозом почечной артерии).

Эффекты ангиотензина II

Этот гормон вызывает:

1. 1. Спазм выносящих артериол клубочка, тем самым препятствуя снижению СКФ;

2. 2. Повышение реабсорбции Nа+ в проксимальном канальце;

3. 3. Выброс альдостерона, вызывающего повышение реабсорбции Nа+ (и воды) в дистальном извитом канальце и корковых отделах собирательных трубочек;

4. 4. 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:

1. 1. Задержка (увеличение реабсорбции) Nа+;

2. 2. Выведение (увеличение секреции) К+.

Задержка Nа+ под действием альдостерона сопровождается задержкой воды.

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

Главные стимуляторы секреции альдостерона: ангиотензин II (обеспечивает задержку натрия и воды); гиперкалиемия (обеспечивает выведение избытка калия).

11. Прессорный диурез. Предсердный натрийуретический гормон — место выработки, стимуляторы секреции, эффекты, механизмы действия.

Рассмотрим последовательность реагирования организма на изменения солевой нагрузки.

При повышении потребления NaCl: кровь становится гиперосмолярной; стимуляция осморецепторов гипоталамуса вызывает выброс АДГ; увеличивается реабсорбция воды;

1. кровь становится нормоосмолярной, но возрастает ее объем (развивается гиперволемия);

2. гиперволемия запускает системы, повышающие выведение натрия и воды (натрийурез и диурез), и подавляет системы, снижающие натрийурез и диурез; избыток изотоничной жидкости выводится с мочой.

При снижении потребления NaCl развиваются обратные процессы.

Итак, изменения солевой нагрузки компенсируются в два этапа.

1. Включается система АДГ, нормализующая осмолярность крови, но ценой изменений ее объема.

2. Измененный объем крови корректируется системами регуляции натрийуреза (и одновременно диуреза). Все эти системы, как уже говорилось, регулируют выведение примерно изотоничной мочи.

Предсердный натрийуретический гормон

Этот гормон вырабатывается в предсердиях (секреторными кардиомиоцитами) в ответ на их растяжение повышенным объемом крови; вызывает уменьшение реабсорбции Nа+ в корковых отделах собирательных трубочек и тем самым усиленное выделение Nа+ (натрийурез) и воды (диурез). Является антагонистом деятельности ренин-ангиотензиновой системы (тормозит секрецию ренина и снижает прессорную активность ангиотензина II). Также тормозит активность альдостерона, АДГ; усиливает клубочковую фильтрацию.

Предсердный натрийуретический пептид секретируется в ответ на: растяжение предсердий, гипернатриемию, хотя повышение натрия в крови не является прямым стимулом к высвобождению ПНГ; ангиотензин-II; эндотелин.

ПК G фосфорилирует Na+, K+-АТФазу эпителиоцитов почечных канальцев, что приводит к торможению насоса. Результат этого – ослабление реабсорбции ионов натрия, а значит и воды.

Прессорный диурез

Это система долгосрочного регулирования, отвечающая за поддержание постоянного уровня среднего артериального давления на протяжении часов, суток и дольше.

Прессорный диурез заключается в том, что при повышении среднего артериального давления почки автоматически увеличивают выведение натрия (натрийурез) и воды. Это приводит к снижению ОЦК и, как следствие, среднего артериального давления.

При длительном повышении артериального давления прессорный натрийурез существенно усиливается, поскольку высокое давление подавляет выделение ренина почкой, вследствие этого снижается выработка ангиотензина II и альдостерона. Низкий уровень ангиотензина II и альдостерона тормозят реабсорбцию натрия в канальцах, усиливая прямой эффект повышенного давления на увеличение выделения натрия и воды с мочой.

12. Почечная регуляция концентрации в крови калия, кальция и фосфата. Механизмы секреции калия. Действие на почки птг и кальцитонина.

Почечная регуляция кислотно-щелочного равновесия

1. Вещества, имеющие кислую или щелочную реакцию, поступая в кровь, реагируют с бикарбонатным буфером, изменяя соотношение его компонентов — Н2СО3 (СО2) и НСО₃^-; задача выделительных систем — поддерживать концентрации компонентов бикарбонатного буфера (СО2 и НСО₃^- или, по крайней мере, соотношение этих концентраций; концентрация СО2 регулируется легкими, а концентрация НСО₃^- — 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:

1. 1. Если избытка кислых или щелочных веществ в крови нет — отфильтрованный бикарбонат почти полностью реабсорбируется;

2. 2. Если есть избыток щелочных веществ — отфильтрованный бикарбонат не полностью реабсорбируется, то есть частично выводится с мочой (напомним, что бикарбонат — щелочное вещество);

3. 3. Если есть избыток кислых веществ — не только полностью реабсорбируется отфильтрованный бикарбонат, но в почках еще и образуется и выделяется в кровь дополнительное количество бикарбоната — так называемый новый бикарбонат.

Почечный транспорт бикарбоната подчиняется общим принципам обязательного и факультативного транспорта:

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

1. Если бы бикарбонат реабсорбировался в таком же относительном количестве, что и вода, то рН канальцевой жидкости, разумеется, не менялся бы вовсе и оставался бы равным 7,4. Однако вода в проксимальном канальце реабсорбируется на 65% (закон двух третей), а бикарбонат — на 80—90%, поэтому концентрация бикарбоната в канальцевой жидкости уменьшается, а соответственно снижается и рН — до 6,7.

2. 2. В дистальном отделе, в зависимости от кислотно-щелочного состояния организма, происходят процессы, перечисленные выше.

Проксимальный каналец - реабсорбция бикарбоната

Содержащийся в канальцевой жидкости бикарбонат сам по себе не может пройти в клетку эпителия почечного канальца через апикальную мембрану, так как в этой мембране нет переносчиков бикарбоната. В связи с этим общий принцип переноса бикарбоната через апикальную мембрану следующий: бикарбонат в канальцевой жидкости переходит в СО2, последний, будучи жирорастворимым, свободно проходит через апикальную мембрану, а в клетке снова переходит в бикарбонат. Из клетки бикарбонат с помощью переносчика выводится через базолатеральную мембрану в интерстиций. Ключевую роль в этих процессах играют два фактора:

1. 1. Для того, чтобы перейти в СО2, бикарбонат в канальцевой жидкости должен сначала соединиться с протоном (Н+), образующимся в канальцевой клетке из угольной кислоты;

2. 2. Образование и распад угольной кислоты катализируются ферментом карбоангидразой, содержащейся как внутри канальцевых клеток, так и на поверхности их апикальной мембраны (на щеточной каемке).

Последовательность происходящих при этом процессов следующая:

1. В клетке эпителия почечного канальца из СО2 и воды под действием внутриклеточной карбоангидразы образуется угольная кислота.

2. Угольная кислота диссоциирует до НСО₃^- и Н+.

3. НСО₃^- выводится совместным переносом с Nа+ через базолатеральную мембрану в интерстиций.

4. Н+ выводится через апикальную мембрану в канальцевую жидкость Nа+/Н+-обменником (вторичным активным контртранспортом).

5. В канальцевой жидкости Н+ реагирует с НСО₃^- с образованием угольной кислоты.

6. Под действием карбоангидразы щеточной каемки апикальной мембраны угольная кислота распадается до СО2 и воды.

7. СО2, будучи жирорастворимым, проходит через мембрану.

Вошедший СО2 вновь соединяется с водой, образуя угольную кислоту, и весь цикл повторяется.

Итак, в проксимальном канальце:

1. Бикарбонат проникает из канальца в клетку, а из клетки переносится в интерстиций — иными словами, происходит реабсорбция бикарбоната;

2. Н+ выходит из клетки в каналец, но затем, прореагировав с бикарбонатом, обратно входит в нее в составе воды — иными словами, в целом не происходит секреции протонов, но Н+ служит лишь своего рода челноком для переноса бикарбоната;

3. Для сохранения электронейтральности вместе с бикарбонатом реабсорбируется Nа+: он переходит из канальца в клетку с помощью Nа+/Н+-обменника, а затем выходит из клетки совместным переносом с бикарбонатом.

Дистальный извитой каналец - образование нового бикарбоната

Наблюдается явное сходство механизмов реабсорбции бикарбоната и образования нового бикарбоната. В обоих случаях в клетке под действием карбоангидразы образуется угольная кислота, которая затем распадается до Н+, выходящего в канальцевую жидкость, и НСО₃^- , выходящего в интерстиций. Главное же отличие заключается в том, что при образовании нового бикарбоната выходящий в канальцевую жидкость Н+ не соединяется с НСО₃^- и не входит с ним обратно в клетку в составе СО2 и воды. Это связано с тем, что в жидкости дистального извитого канальца (где происходит образование нового бикарбоната) НСО₃^- почти нет — он почти полностью реабсорбировался в предыдущих отделах нефрона.

Последовательность происходящих при образовании нового бикарбоната процессов следующая:

1. В клетке из СО2 (поступающего не из канальца, а из крови!) и воды под действием карбоангидразы образуется угольная кислота.

2. Угольная кислота диссоциирует до бикарбоната и Н+.

3. Бикарбонат выводится через базолатеральную мембрану в интерстиций хлор-бикарбонатным обменником (вторичным активным контртранспортом).

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

5. Вошедший из интерстиция в обмен на бикарбонат хлор выводится в каналец через хлорные каналы.

Итак, в дистальном извитом канальце:

1. Бикарбонат, выходящий в интерстиций, не реабсорбируется из канальцевой жидкости, но образуется в канальцевой клетке из поступающего из крови СО2 — иными словами, происходит образование нового бикарбоната;

2. Н+ выходит из клетки в каналец и остается в канальцевой жидкости, закисляя ее — иными словами, происходит секреция протонов;

3. Для сохранения электронейтральности происходит секреция хлора: в базолатеральной мембране он обменивается на бикарбонат, а в апикальной выходит в канальцевую жидкость вслед за протоном.

Важно, что выделяющийся в дистальный извитой каналец Н+ не пребывает в канальцевой жидкости в свободном виде, но связывается с буферами мочи — фосфатным и аммиачным. Фосфатный буфер состоит из сравнительно небольшого числа отфильтровавшихся и не реабсорбированных в проксимальном отделе канальцев фосфатов. Аммиачный буфер представлен аммиаком, образующимся в канальцевых клетках в процессе распада глутамина. Из этих двух буферов самый мощный — аммиачный. Если бы этих буферов не было, то для выведения даже того небольшого количества протонов, которое в норме вырабатывается ежесуточно в составе нелетучих кислот, потребовалось бы выделять либо чрезвычайно кислую мочу, либо огромное ее количество.

Приведем примерные расчеты. За сутки вырабатывается 40—90 ммоль (в пересчете на Н+) нелетучих кислот (в основном продукта распада серосодержащих аминокислот — серной кислоты), а значит, должно выводиться 40—90 ммоль протонов. Если округленно принять суточную выработку нелетучих кислот равной 100 ммоль, а суточное выделение мочи — 1 л, то концентрация протонов в моче в отсутствие буферов составила бы 100 ммоль/л = 0,1 моль/л; это соответствует рН = 1. Такая высокая кислотность не достигается даже в желудке на пике секреции соляной кислоты. На самом деле минимальный рН мочи составляет 4,5, что соответствует концентрации протонов около 0,00003 моль/л (10^-4,5 = 0,00003162); значит, для выведения 100 ммоль протонов в отсутствие буферов потребовалось бы более 3000 л мочи в сутки!

Почечная регуляция электролитного состава крови

Калий

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 факультативная секреция калия.

Почечный транспорт калия подчиняется общим принципам обязательного и факультативного транспорта:

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

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

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

Механизмы секреции калия

1. Через базолатеральную мембрану калий переносится в клетку Nа+, К+-АТФазой.

2. Через апикальную мембрану калий выходит в каналец по калиевым каналам.

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) 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 Nа+, К+-АТФазы.

Кальций и фосфат

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