Биохимия почек и мочи

В моче животных содержится свыше 200 различных компонентов, относящихся к органическим, так и к минеральным веществам. Количество суточной мочи у разных видов животных колеблется в широких пределах и часто зависит от характера кормления, количество выпитой жидкости, физической нагрузки на организм. Количество мочи в сутки составляет у коров 6-20 л, у овец – 1-2 л, у лошадей - 3-10 л, у свиней – 2-6 л, у собак 0,5-2 л, у кошек – 0,2-0,3 л.

Плотность мочи колеблется в пределах 1,02-1,06. У травоядных животных моча имеет слегка щелочную реакцию, а у плотоядных – кислую. Влияние характера корма на состояние кислотно-щелочного равновесия организма рассмотрено в главе «Биохимия крови». При смешанном рационе реакция мочи изменяется в зависимости от преобладания растительных кормов или кормов животного происхождения. Моча образуется из компонентов плазмы крови, однако отличия их по составу весьма значительны. В частности, моча не содержит в норме таких компонентов плазмы крови, как белки, полипептиды, глюкоза.

Экскреторная функция почек находится под контролем центральной нервной системы, гормонов гипофиза и надпочечников. Поэтому болевые ощущения и стрессовую ситуацию могут рефлекторно вызвать анурию (прекращение образования мочи), тогда как болезни ЦНС, гипофиза и надпочечников могут привести к полиурии (повышение выделения мочи).

Органические компоненты мочи представлены в основном азотосодержащими веществами – продуктами обмена белков. Основным азотосодержащим веществом мочи млекопитающих является мочевина. На ее долю приходится более 80% от общего азота мочи. При скармливании рационов, богатых белками, количество выделяемой мочевины значительно увеличивается. Лишь у птиц основным продуктом обмена белков является мочевая кислота. В моче жвачных животных содержится в небольших количествах и мочевая кислота, образующаяся при распаде пуриновых соединений. У птиц распад пуриновых оснований на этом компоненте и заканчивается, но все другие виды животных способны далее расщеплять мочевую кислоту и выделять продукт ее окисления – аллантоин. У рыб выделение продуктов распада пуриновых оснований происходит в форме аллантоиновой кислоты.

В моче животных содержится креатин и креатинин, который является ангидридом креатина:

NН_{2 Н}

N CO

НN – С Н₂О НN – С + H₂O

N – CH₂

N – С – СООН

Н₂ CH₃

СН₃

креатин креатинин

 

Креатин играет основную роль в метаболизме макроэргических фосфатов. Креатин (N-метилгуанидиноацетат) является производным глицина, аргинина и S-аденозилметионина.

Креатинин образуется путем отщепления воды из креатина или путем отщепления фосфорной кислоты от фосфорилированной формы креатина – креатинфосфата. Количество креатинина в моче зависит от функциональной активности мышечной ткани, где креатининфосфат обеспечивает энергией мышечное сокращение. В норме количество выделяемого с мочой креатинина значительно больше, чем креатина, и лишь при распаде мышечной ткани выделение самого креатина увеличивается. Это отмечают при мышечной дистрофии, вызванной недостаточностью витамина Е.

Моча содержит и небольшое количество стеркобилина. Стеркобилин образуется в толстом кишечнике, откуда попадает в систему кровообращения и далее в мочу. С мочой выделяются и различные аминокислоты, количество которых увеличивается при нарушении функций печени в связи с уменьшением способности этого органа к их дезаминированию.

Моча содержит также парные соединения, образующиеся в печени при обезвреживании некоторых токсических для организма веществ. К их числу относятся гиппуровая кислота, индикан. Гиппуровая кислота представляет собой соединение бензойной кислоты с гликоколом.

С₆Н₅СООН + Н₂N – CH₂ – COOH C₆H₅ – CO – NH – CH₂ - COOH

бензойная кислота гликокол гиппуровая кислота

Гиппуровая кислота в значительных количествах находится в моче травоядных животных. Так, в моче лошади в сутки выделяется около 160 г этой кислоты. У птиц бензойная кислота соединяется не с гликоколом, а с аминокислотой орнитином, образуя орнитуровую кислоту.

Из безазотистых компонентов в моче постоянно присутствуют ряд органических кислот, таких как щавелевая, молочная, лимонная, масляная, ацетоуксусная, β-гидроксимасляная. Моча содержит небольшое количество индоксилсерной кислоты (индикан). Она образуется из индола, освобождающегося из триптофана в толстом кишечнике животного под влиянием гнилостной микрофлоры. В норме ее количество в моче невелико, а увеличение наблюдается при нарушении моторики кишечника. Количество индикана в моче свидетельствует о скорости гниения белков в кишечнике и о функциональном состоянии печени.

На долю минеральных соединений мочи приходится около 40% ее плотного остатка. Анионы мочи представлены хлором, остатками фосфорной и серной кислот. Количество хлоридов мочи зависит от их потребления и подвержено в связи с этим значительным колебаниям. Снижение количества хлоридов в моче наблюдается при рвотах, в следствие потери соляной кислоты желудочного содержимого. Фосфор мочи содержится в форме солей ортофосфорной кислоты, в основном NaH₂PO₄ и Na₂HPO4. Сера выделяется в форме сульфатного иона, а также в эфирной форме, например, в форме соединения фенола с серной кислотой. Катионы главным образом представлены натрием, калием, кальцием, магнием и аммонийным ионом. Выделение с мочой натрия и калия превышают выделения кальция и магния, так как щелочноземельные элементы в значительной степени выделяются из организма желудочно-кишечным трактом. Из неорганических соединений в моче в наибольшем количестве содержится хлористый натрий.

Количество аммонийного иона в моче (⁺NH₄) в значительной степени зависит от состояния кислотно-основного равновесия. Выше уже было изложено значение этого иона для связывания анионов кислот. Значительное увеличение концентрации аммонийных ионов (аммиака мочи) наблюдается при ацидозах.

Признаком патологии может быть обнаружение компонентов, которых в номере в моче животных нет, или же увеличенное содержание обычно содержащихся веществ.

В моче здоровых животных белок в норме отсутствует. То небольшое количество полипептидов, которое может выделяться, не обнаруживается обычно используемыми в лабораторной практике качественными реакциями. Наиболее простым способом обнаружения являются реакции, основные на осаждении белка концентрированными кислотами (сульфосалициловая, азотная кислота). Обнаружение белка, главным образом альбуминов, в моче всегда указывает на поражение почек или мочевыводящих путей. Это может быть белок плазмы крови, попадающих в первичную, а затем и во вторичную мочу из плазмы крови при повышении проницаемости мембран клубочков почек. Кроме того, белок в моче встречается и при поражении канальцевого аппарата. Часто наличие белка в моче (протеинурия) сопровождается и выделением форменных элементов крови, в первую очередь эритроцитов.

Ничтожное количество глюкозы, выделяемое с мочой здоровым организмом (10-20 мг на 100 мл), не обнаруживается используемыми в клинической практике методами. Выделение глюкозы с мочой (глюкозурия) может быть алиментарного (кормового) характера, однако это встречается редко. Разовая нагрузка глюкозой приводит к значительному повышению содержания глюкозы в моче. В связи с этим первую мочу фильтруется больше, чем в норме, количество глюкозы и канальцы не успевают обеспечить обратное всасывание сахара в кровь. В результате не всосавшаяся обратно глюкоза попадает во вторичную мочу. Более частой причиной гликозурии является сахарный диабет, вызванный недостаточной концентрацией инсулина в крови.

В отсутствие инсулина глюкоза плохо проходит через клеточные мембраны, концентрация ее в крови резко возрастает и далее наблюдается та же картина, что и при алиментарной глюкозурии. Наличие глюкозы в моче встречается и при заболевании почек, когда фильтруется из крови нормальное количество глюкозы, но пораженные патологическим процессом почечные канальцы теряют способность к обратному всасыванию глюкозы из первичной мочи в кровь. Отличить почечную глюкозурию от глюкозурии при сахарном диабете можно путем определения концентрации глюкозы в крови. При диабете концентрация глюкозы в крови повышена, а при почечных заболеваниях она остается нормальной.

Одним из легко определяемых при патологических состояниях компонентов мочи являются кетоновые тела (ацетон, ацетоноуксусная и β-гидроксимасляная кислоты). Кетоновые тела – нормальный компонент крови, и, следовательно, в числе других компонентов плазмы крови они содержатся в первичной моче в незначительном количестве, которое не обнаруживается качественными реакциями, используемыми при лабораторном исследовании мочи. Повышенное количество кетоновых тел в моче (кетонурия) наблюдается при кетозах животных и при сахарном диабете. Богатые жиром и белком концентраты дают при своем распаде в организме большое количество молекул ацетил-КоА, не успевающего распадаться в цикле Кребса. Тем самым создаются благоприятные условия для синтеза из ацетилкоэнзима А кетоновых тел. Повышенное количество кетоноых тел в моче имеет место и в условиях недостаточного кормления животного, когда организм получает энергию за счет распада собственных жиров организма. При диабете вследствие нарушения проникновения глюкозы из крови в клетки, последние испытывают энергетический голод и вынуждены получать энергию за счет почти исключительно распада жиров, а это, в свою очередь, приводит к накоплению в организме молекул ацетилкоэнзима А и превращению его в кетоновые тела.

К «патологическим компонентам» мочи относятся также желчные пигменты и уробилин. Через почечные мембраны может проходить только прямой билирубин, а он образуется в печени. Патология паренхимы печени сопровождается распадом части печеночных клеток, повышением проницаемости клеточных мембран этого органа. В результате содержащихся в клетках прямой билирубин поступает у кровь и с кровью в почки, где путем фильтрации попадает в первичную, а затем и во вторичную мочу. Уробилин является продуктов превращения билирубина, его восстановления. Превращение билирубина в уробилиноген происходит в тонком кишечнике. Большая часть уробилиногена выделяется с калом, 10-20% его реабсорбируется из кишечника по воротной вене в печень, где и разрушается. Около 80% реабсорбированного уробилиногена повторно выделяется печенью в кишечник. Однако патология печени не позволяет в полной мере осуществить этот процесс, и содержащийся в клетках уробилиноген вследствие повышения проницаемости мембран клеток печени поступает в кровь и далее в мочу.

Концентрация уробилиногена в моче, таким образом, зависит от многих факторов, в частности, от количества билирубина, поступающего с желчью в кишечник, от способности кишечной флоры превращать билирубин в уробилиноген, от количества всасывающегося в кишечнике уробилиногена, от способности печени поглощать его из крови после всасывания в кишечнике, от состояния функции почек.

Следует отметить, что моча содержит и в норме небольшое количество продуктов превращения желчных пигментов в кишечнике, и в частности, стеркобилиногена, сходного, в определенной степени, по своей химической структуре с уробилиногеном. Однако при заболевании печени количество этих продуктов в моче значительно увеличивается. При закупорке желчных протоков в моче обнаруживается лишь прямой билирубин, а уробилин отсутствует, так как желчь не поступает в кишечник. При гепатите моча содержит повышенной количество билирубина и уробилиногена. Повышенное содержание уробилиногена в моче отмечено при снижении моторики кишечника и при сдвиге рН мочи в щелочную сторону.

При длительном застое кормовых масс в толстом кишечнике, что сопровождается усилением гнилостных процессов и распадом циклических аминокислот, в кровь поступает значительное количество индола и скатола, а также фенола и крезола. Эти токсичные для организма вещества с кровью поступают в печень, где обезвреживаются, соединяясь с серной или глюкуроновой кислотой и превращаясь в соответствующие парные кислоты – индоксилсерную или индоксилглюкуроновую кислоты и т.д. Калиевая соль индоксилсерной кислоты (индикан) определяется в моче с помощью специфической качественной реакции. Выраженная реакция на нидикан указывает на усиление в организме гнилостных процессов.

К патологическим образованиям следует отнести и мочевые камни, выпадающие в почках в следствие нарушения сбалансированного кормления, понижения растворимости солей, связанной с изменением концентрации водородных ионов в моче, малой двигательной активностью. Обычно камни имеют сложный состав, однако их принято делить на образованные солями фосфорной кислоты, щавелевой или мочевой кислоты. В значительной степени они представлены кальциевыми солями. У птиц, у которых мочевая кислота является основным продуктов азотистого обмена, избыток белка в рационе приводит к образованию очень большого количества мочевой кислоты, которая будучи плохо растворимым соединением, может полностью закупорить мочевые пути. Отметим, что моча у птиц выделяется в клоаку, где смешивается с каловыми массами.

Лабораторная работа