Рис. 14.11. Противоточно-множительная канальцевая система мозгового вещества почки

Цифрами обозначены величины осмотического давления интерстициальной жидкости и мочи. В собирательных трубочках цифрами в скобках обозначено осмотическое давление мочи в от­сутствие вазопрессина (разведение мочи), а цифрами без скобок — осмотическое давление мо­чи в условиях действия вазопрессина (концентрирование мочи).

Первичная моча, образовавшаяся путем фильтрации плазмы крови в клубочке, поступает в проксимальный извитой каналец с осмотическим давлением, изотоничным плазме крови. Здесь реабсорбируются вода и соли и осмотическое давление остается без изменений. В нис­ходящем колене петли Генле вода реабсорбируется в гиперосмотичный интерстиций и по мере продвижения к вершине моча становится все более гипертоничной. Восходящее колено петли Генле реабсорбирует в интерстиций ионы натрия, тем самым создавая в нем высокое осмоти­ческое давление, а в моче, теряющей натрий, осмотическое давление снижается. Гипотонич- ная моча поступает в извитые дистальные отделы и собирательные трубочки, где реабсорбиру­ются натрий и, в присутствии вазопрессина, вода. Если действует вазопрессин и реасорбиру- ется вода, осмотическое давление мочи растет, она концентрируется и ее выделяется мало. Ес­ли вазопрессина нет, вода не всасывается, а за счет реабсорбции натрия осмотическое давле­ние становится все ниже и ниже, происходит разведение мочи, ее выделяется много с низким удельным весом.

ние интернализации водного канала. На базолатеральных мембранах кле­ток собирательных трубочек постоянно встроены независимые от вазо­прессина аквапорины 3-го и 4-го типов, свободно пропускающие воду в интерстициальное пространство. По мере продвижения мочи по собира­тельным трубочкам вглубь мозгового вещества вода пассивно уходит в ги­перосмотичный интерстиций и моча становится все более концентриро­ванной.

Под влиянием вазопрессина реализуется еще один важный для концен­трирования мочи механизм: активация переносчика, усиливающая выход мочевины из собирательных трубочек, расположенных в глубине мозгового вещества, в окружающий интерстиций. Всасывание воды в верхних отде-

Рис. 14.12. Противоточная со­судистая система мозгового ве­щества почки.

Цифрами обозначены величины осмотического давления плазмы крови (в просвете капилляров) и интерстициальной жидкости. Пас­сивная диффузия воды (сплошные стрелки) происходит по градиенту осмотического давления, в резуль­тате кровь в нисходящем колене капилляра теряет воду, натрий и мочевина пассивно по градиенту концентрации диффундируют из интерстиция в кровь и она стано­вится более высоко осмотичной, а в восходящем колене капилляра из крови в интерстиций происходит диффузия натрия и мочевины, а из интерстиция в кровь — диффузия воды. В результате к концу восхо­дящего колена капилляра осмоти­ческое давление крови восстанав­ливается. Таким образом сосуди­стая противоточная система сохра­няет высокие концентрации на­трия и мочевины в интерстиции и его высокое осмотическое дав­ление.

—► Пассивная диффузия воды

лах собирательных трубо- — Пассивная диффузия натрия и мочевины чек ведет к нарастанию концентрации мочевины в

моче, а в самых нижних их отделах, расположенных в глубине мозгового вещества, вазопрессин повышает проницаемость для мочевины и она пас­сивно диффундирует в интерстиций, резко повышая его осмотическое дав­ление. Таким образом, интерстиций мозгового вещества становится наибо­лее высоко осмотичным в области вершины почечных пирамид, где и про­исходит увеличение всасывания воды из просвета канальцев в интерсти­ций и концентрирование мочи.

Мочевина интерстициальной жидкости по концентрационному гради­енту диффундирует в просвет тонкой восходящей части петли Генле и вновь поступает с током мочи в дистальные канальцы и собирательные трубочки. Так осуществляется кругооборот мочевины в канальцах, сохра­няющий высокий уровень ее концентрации в мозговом веществе. Описан­ные процессы транспорта мочевины осуществляются, в основном, в юк- стамедуллярных нефронах, имеющих наиболее длинные петли Генле, спус­кающиеся глубоко внутрь мозгового вещества почки.

В мозговом веществе почки имеется и другая — сосудистая противоточ­ная система, образованная кровеносными капиллярами. Кровеносная сеть юкстамедуллярных нефронов образует длинные параллельные прямые нисходящие и восходящие капиллярные сосуды (рис. 14.12), спускающие­ся вглубь мозгового вещества. Двигающаяся по нисходящему прямому ка­пилляру кровь постепенно отдает воду в окружающее интерстициальное пространство в силу нарастающего осмотического давления в ткани и, на­против, обогащается натрием и мочевиной, сгущается и замедляет свое движение. В восходящем капиллярном отделе сосуда по мере движения крови в ткани с постепенно снижающимся осмотическим давлением про­исходят обратные процессы — натрий и мочевина по концентрационному градиенту диффундируют обратно в ткань, а вода всасывается в кровь (см. рис. 14.12). Таким образом, сосудистая противоточная система не создает, а лишь способствует поддержанию высокого осмотического давления в глубоких слоях ткани мозгового вещества почек, обеспечивая удаление во­ды и удержание натрия и мочевины в интерстиции.

Деятельность описанных противоточных систем находится в зависимо­сти от скорости движения находящихся в них жидкостей (мочи или кро­ви). Чем быстрее будет двигаться моча по трубкам противоточной системы канальцев, тем меньшие количества натрия, мочевины и воды успеют ре­абсорбироваться в интерстиций и большие количества менее концентриро­ванной мочи будут выделяться почкой. Чем выше будет скорость кровото­ка по прямым капиллярным сосудам мозгового вещества почки, тем боль­ше натрия и мочевины унесет кровь из почечного интерстиция, так как они не успеют диффундировать из крови обратно в ткань. Этот эффект на­зывают «вымыванием» осмотически активных веществ из интерстиция, в результате его осмолярность падает, концентрирование мочи уменьшается и почкой выделяется больше мочи низкого удельного веса (разведение мо­чи). Чем медленнее происходит движение мочи или крови в мозговом ве­ществе почек, тем больше осмотически активных веществ накапливается в интерстиции и выше способность почки концентрировать мочу.

Регуляция канальцевой реабсорбции осуществляется как нервным, так и, в большей мере, гуморальным путем.

Нервные влияния реализуются преимущественно симпатическими про­водниками и медиаторами через бета-адренорецепторы мембран клеток проксимальных и дистальных канальцев. Симпатические эффекты прояв­ляются в виде активации процессов реабсорбции глюкозы, ионов натрия, воды и анионов фосфатов и осуществляются через систему вторичных по­средников (аденилатциклаза — цАМФ). Нервная регуляция кровообраще­ния в мозговом веществе почки увеличивает или уменьшает эффектив­ность сосудистой противоточной системы и концентрирование мочи. Со­судистые эффекты нервной регуляции также опосредуются через внутри­почечные системы гуморальных регуляторов — ренин-ангиотензиновую, кининовую, простагландины и др.

Основным фактором регуляции реабсорбции воды в дистальных отделах нефрона является гормон вазопрессин, называвшийся ранее антидиурети- ческим гормоном. Этот гормон образуется в супраоптическом и паравен- трикулярных ядрах гипоталамуса, по аксонам нейронов транспортируется в нейрогипофиз, откуда и поступает в кровь. Влияние вазопрессина на проницаемость эпителия канальцев обусловлено наличием рецепторов к гормону, относящихся к У₂-типу, на поверхности базолатеральной мембра­ны клеток эпителия. Образование гормон-рецепторного комплекса влечет за собой через посредство GS-белка и гуанилового нуклеотида активацию аденилатциклазы и образование цАМФ, активацию синтеза и встраивания аквапоринов 2-го типа («водных каналов») в апикальную мембрану клеток эпителия собирательных трубочек. Перестройка ультраструктур мембраны и цитоплазмы клетки ведет к образованию внутриклеточных специализи­рованных структур, переносящих большие потоки воды по осмотическому градиенту от апикальной к базолатеральной мембране, не позволяя транс­портируемой воде смешиваться с цитоплазмой и препятствуя набуханию клетки. Такой трансцеллюлярный транспорт воды через клетки эпителия реализуется вазопрессином в собирательных трубочках. Кроме того, в дис­тальных канальцах вазопрессин обусловливает активацию и выход из кле­ток гиалуронидаз, вызывающих расщепление гликозаминогликанов основ­ного межклеточного вещества, тем самым способствуя межклеточному пассивному транспорту воды по осмотическому градиенту.

Канальцевая реабсорбция воды регулируется и другими гормонами (табл. 14.1). По механизму действия все гормоны, регулирующие реабсорб­цию воды, делятся на шесть групп:

• повышающие проницаемость мембран дистальных отделов нефрона для воды (вазопрессин, пролактин, хорионический гонадотропин);

• меняющие чувствительность клеточных рецепторов к вазопрессину (паратирин, кальцитонин, кальцитриол, простагландины, альдосте- рон);

• меняющие осмотический градиент интерстиция мозгового слоя почки и, соответственно, пассивный осмотический транспорт воды (парати­рин, кальцитриол, тиреоидные гормоны, инсулин, вазопрессин);

• меняющие активный транспорт натрия и хлорида, а за счет этого и пассивный транспорт воды (альдостерон, вазопрессин, атриопептид, прогестерон, глюкагон, кальцитонин, простагландины);

• повышающие осмотическое давление канальцевой мочи за счет нере- абсорбированных осмотически активных веществ, например глюкозы (контринсулярные гормоны);

• меняющие кровоток по прямым сосудам мозгового вещества и, тем самым, накопление или «вымывание» осмотически активных веществ из интерстиция (ангиотензин-П, кинины, простагландины, парати­рин, вазопрессин, атриопептид).

Канальцевая реабсорбция электролитов, так же как и воды, регулирует­ся преимущественно гормональными, а не нервными влияниями.

Реабсорбция ионов натрия в проксимальных канальцах активируется альдостероном и угнетается паратирином, в толстой части восходящего ко­лена петли Генле реабсорбция натрия активируется вазопрессином, глюка­гоном, кальцитонином, а угнетается — простагландинами Е. В дистальном отделе канальцев главными регуляторами транспорта натрия являются аль­достерон (активация), простагландины и атриопептид (угнетение). Основ­ной активатор реабсорбции натрия — альдостерон — обеспечивает образо­вание и активацию всех структур, необходимых для транспорта натрия: ком­понентов натрий-калиевого насоса базолатеральной мембраны и ферментов его энергетического обеспечения, структур натриевых каналов апикальной мембраны и переносчиков иона. Наиболее отчетливо выражена активация реабсорбции ионов натрия под влиянием альдостерона в корковом отделе собирательных трубочек. Действие альдостерона имеет место не только в почках, но также и в желудочно-кишечном тракте, железах внешней секре­ции — везде этот гормон способствует всасыванию натрия в кровь. В почках альдостерон стимулирует также секрецию ионов калия в мочу.

Регуляция канальцевого транспорта ионов кальция, фосфата и частично магния обеспечивается, в основном, кальций-регулирующими гормонами. Влияния паратирина отличаются в разных отделах канальцевого аппарата почки. В проксимальных канальцах (прямой отдел) всасывание кальция происходит параллельно с транспортом натрия и воды. Угнетение реаб­сорбции ионов натрия в этом отделе под влиянием паратирина сопровож­дается параллельным снижением реабсорбции ионов кальция. За предела­ми проксимального канальца паратирин избирательно усиливает реабсорб­цию кальция, особенно в дистальном извитом канальце и корковой части собирательных трубочек. Реабсорбция ионов кальция активируется также

кальцитриолом, а подавляется кальцитонином. Всасывание анионов фос­фата в канальцах почки угнетается и паратирином (проксимальная реаб­сорбция), и кальцитонином (дистальная реабсорбция), а усиливается каль- цитриолом и соматотропином. Паратирин активирует реабсорбцию ионов магния в корковой части восходящего колена петли Генле и тормозит про­ксимальную реабсорбцию аниона бикарбоната.

14.2.1.3. Канальцевая секреция и ее регуляция

Канальцевой секрецией называют активный транспорт в мочу веществ, со­держащихся в крови или образуемых в самих клетках канальцевого эпите­лия, например аммиака. Секреция осуществляется, как правило, против ¹ концентрационного или электрохимического градиента с затратами энер­гии. Путем канальцевой секреции из крови выделяются как ионы К⁺, Н⁺, органические кислоты и основания эндогенного происхождения, так и по­ступившие в организм чужеродные вещества, в том числе органического происхождения. Для ряда чужеродных организму веществ органической природы (антибиотиков, красителей и рентгеноконтрастных препаратов) скорость и интенсивность выделения из крови путем канальцевой секре­ции значительно превышает их выведение путем клубочковой фильтрации.   !

Таким образом канальцевая секреция является одним из механизмов обес-    ,

печения гомеостазиса в организме.

Способностью к секреции обладают клетки эпителия проксимального и дистальных отделов канальцев. При этом клетки проксимальных каналь- | цев секретируют органические соединения с помощью специальных пере­носчиков: один из которых обеспечивает секрецию органических кислот (парааминогиппуровой кислоты, диодраста, фенолрота, пенициллина и др.), а другой — секрецию органических оснований (гуанидина, пипери­дина, тиамина, холина, серотонина, хинина, морфина и т. п.). Молекулы I переносчиков, расположенные в базолатеральной мембране эпителиальных клеток канальцев, обеспечивают поступление органических веществ из околоканальцевой жидкости и крови в цитоплазму клеток. Перемещаясь; внутри клеток к апикальной мембране, секретируемые вещества затем про­ходят через нее в просвет канальца с помощью облегченной диффузии. В базальной мембране клеток имеются переносчики — котранспортеры, ис­пользующие энергию движения натрия по градиенту концентрации.

Секреция водородных ионов происходит в проксимальных канальцах в большей мере, чем в дистальных. Однако дистальная секреция водородных ионов играет основную роль в регуляции кислотно-основного состояния внутренней среды.

Секреция ионов калия происходит в дистальных канальцах и собира­тельных трубочках. Поскольку почти весь профильтровавшийся калий ре­абсорбируется в канальцах до дистальной извитой их части, то выделяе­мый с мочой калий является результатом его секреции в дистальных изви­тых канальцах и собирательных трубочках. Регуляция выделения ионов ка­лия осуществляется альдостероном, усиливающим секрецию К⁺ и подав­ляющим его реабсорбцию. Секреция аммиака, образующегося в самих клетках эпителия, происходит в проксимальном и в дистальном отделах.

Регуляция канальцевой секреции осуществляется с помощью гормонов и симпатической нервной системы. Эффекты нервной регуляции реализу­ются за счет изменений кровотока в постгломерулярных капиллярах поч­ки, т. е. транспорта веществ кровью к секретирующим клеткам, и влияния на энергетический обмен в клетках эпителия канальцев. Гормонами, уси-

i ______________________________________________________ j ливающими проксимальную канальцевую секрецию органических веществ за счет метаболических эффектов, являются соматотропин аденогипофиза, йодсодержащие гормоны щитовидной железы и андрогены.

Процесс секреции некоторых веществ в проксимальных канальцах идет настолько интенсивно, что за одно прохождение крови через корковое ве­щество почек из нее удаляются полностью путем секреции такие вещества, как, например, парааминогиппуровая кислота или рентгеноконтрастные препараты. Следовательно, определяя клиренс этих веществ, можно рас­считать объем плазмы крови, проходящей в единицу времени через кору почек, или величину эффективного (т. е. участвующего в мочеобразовании) почечного плазмотока.

14.2.1.4.Состав и свойства конечной мочи

В сутки у человека образуется и выделяется от 0,7 до 2 л мочи. Эта величина носит название суточного диуреза и зависит от количества выпитой жидко­сти, так как здоровым человеком выделяется 65—80 % ее объема с мочой. Основное количество мочи образуется днем, тогда как ночью оно составля­ет не более половины дневного объема. Удельный вес мочи колеблется в широком диапазоне —от 1005 до 1025, обратно пропорционально объему принятой жидкости и образовавшейся мочи. Реакция суточной мочи обыч­но слегка кислая, однако pH колеблется в зависимости от характера пита­ния. При растительной пище моча приобретает щелочную реакцию, а при белковой — становится более кислой. Моча обычно прозрачна, но имеет не­большой осадок, получаемый при центрифугировании и состоящий из ма­лого количества эритроцитов, лейкоцитов и эпителиальных клеток. В осад­ке мочи, собранной за 12 ночных часов, содержится от 0 до 400 000 эритро­цитов, от 300 000 до 1,8 миллионов лейкоцитов. Здесь также могут присут­ствовать кристаллы мочевой кислоты, уратов и оксалата кальция (в кислой моче) или кристаллы мочекислого аммония, фосфорнокислого и углекисло­го кальция (в щелочной моче). Белок и глюкоза в конечной моче практиче­ски отсутствуют, содержание аминокислот не превышает 0,5 г за сутки. По­скольку в канальцах нефрона происходит обратное всасывание основной части профильтровавшейся воды, солей и других веществ, то выделяется их с мочой от 45 % (мочевина) до 0,04 % (бикарбонат) от профильтровавшего­ся количества. Однако за счет всасывания воды и процессов концентриро­вания мочи, а также секреции в канальцах, содержание в конечной моче ря­да веществ превышает их концентрацию в плазме крови: мочевины в 67 раз, калия в 7, сульфатов в 90, фосфатов в 16 раз, тем самым обеспечивается эф­фективность их экскреции из организма. В небольших количествах в мочу поступают производные продуктов гниения белков в кишечнике — индола, скатола, фенола. В моче содержится широкий спектр органических кислот, небольшие концентрации витаминов (кроме жирорастворимых), биогенные амины и их метаболиты, стероидные гормоны и их метаболиты, ферменты и пигменты, определяющие цвет мочи. С мочой в разных концентрациях, зависящих от ее количества, выделяются практически все неорганические катионы и анионы, в том числе и широкий спектр микроэлементов.

14.2.1.5.Механизмы выведения мочи и мочеиспускания

Образовавшаяся в структурах нефрона моча поступает в почечные лохан­ки. По мере их заполнения и растяжения достигается порог раздражения механорецепторов, приводящий к рефлекторному сокращению мускулату­ры лоханки и раскрытию мочеточника. За счет перистальтических сокра­щений их гладкой мускулатуры моча поступает в мочевой пузырь. Гладкие мышцы лоханки и мочеточников обладают значительной степенью автома- тии, в связи с чем их перистальтика вызывается растяжением объемом по­ступающей мочи.

Заполняющая мочевой пузырь моча по мере накопления начинает рас­тягивать его стенки, но при этом напряжение стенок пузыря не повышает­ся до определенной величины растяжения, обычно соответствующей объе­му мочи в пузыре около 400 мл. Появление напряжения стенки мочевого пузыря вызывает позывы к мочеиспусканию, так как раздражение механо­рецепторов ведет к поступлению афферентной информации в крестцовые отделы спинного мозга и формированию сложного рефлекторного акта. В этом акте участвуют не только спинальные, но и расположенные в го­ловном мозге центральные структуры, позволяющие осуществлять произ­вольную задержку мочеиспускания или его начало, а также обеспечиваю­щие сенсорно-эмоциональную реакцию. Акт мочеиспускания реализуется благодаря тому, что эфферентные имупльсы из спинального центра по па­расимпатическим нервным волокнам достигают мочевого пузыря и моче­испускательного канала, одновременно обеспечивая сокращение гладкой мышцы стенки мочевого пузыря и расслабление двух сфинктеров — шейки мочевого пузыря и мочеиспускательного канала.

14.2.2. Экскреторная функция почек

Экскреторная функция почек состоит в выделении из внутренней среды ор­ганизма с помощью процессов мочеобразования конечных и промежуточ­ных продуктов обмена (метаболитов), экзогенных веществ, а также избыт­ка воды и физиологически ценных минеральных и органических соедине­ний. Особое значение для жизнедеятельности организма имеет при этом выделение продуктов азотистого метаболизма (мочевина, мочевая кислота, креатинин и др.), Н⁺-ионов, индолов, фенолов, гуанидинов, аминов и аце­тоновых тел. Их экскреция осуществляется преимущественно почками, а накопление этих веществ в крови при нарушении экскреторной функции почек ведет к развитию токсического состояния, называемого уремией.

14.2.3. Метаболическая функция почек

Состоит в обеспечении гомеостазиса обменных процессов в организме, поддержании во внутренней среде определенного уровня и состава компо­нентов метаболизма. При этом участие почки в процессах обмена веществ в организме обеспечивается не только экскрецией субстратов и метаболи­тов, но и протекающими в ней биохимическими процессами. Почка мета­болизирует фильтрующиеся с мочой пептиды малой молекулярной массы и денатурированные белки, возвращая в кровь аминокислоты и поддержи­вая в крови уровень этих пептидов, -в том числе и гормонов. Ткань коры почки обладает способностью к новообразованию глюкозы — глюконеоге­незу, причем в расчете на единицу массы органа эта способность у почки выше, чем у печени. При длительном голодании примерно половина по­ступающей в кровь глюкозы образуется почками. Почка является основ­ным органом окислительного катаболизма инозитола, здесь синтезируются важный компонент клеточных мембран фосфатидилинозитол, глюкуроно­вая кислота, триацилглицерины и фосфолипиды, поступающие в крово­ток, а также простагландины и кинины.

14,2.4. Роль почек в регуляции артериального давления

Почки участвуют в регуляции артериального давления благодаря несколь­ким механизмам,

1. В почках образуется ренин, являющийся частью ренин-ангиотензин- альдостероновой системы (РААС), которая обеспечивает регуляцию тонуса кровеносных сосудов, поддержание баланса натрия в организме и объема циркулирующей крови, активацию адренергических механизмов регуляции насосной функции сердца и сосудистого тонуса. Уменьшение уровня дав­ления крови в приносящей артериоле клубочка, повышение симпатическо­го тонуса и концентрации натрия в моче дистального канальца активирует секрецию ренина, что с помощью ангиотензина-П и альдостерона способ­ствует нормализации сниженной величины артериального давления. Не­адекватно избыточная секреция ренина и активация РААС может быть причиной повышенного артериального давления.

2. В почке образуются вещества депрессорного действия, т. е. снижаю­щие тонус сосудов и артериальное давление. Их образование получило на­звание «антигипертензивной» функции почек, поскольку ее нарушение может приводить к артериальной гипертензии.

Антигипертензивные гуморальные факторы почек представлены не­сколькими соединениями, образующимися в основном интерстициальны­ми клетками мозгового вещества: 1) простагландинами — ПГ_А, ПГ_Е, ПГ₀, ПГ₍; 2) алкиловыми эфирами фосфатидилхолина (активирующий тромбо­циты фактор); 3) нейтральным липидом мозгового вещества; а также обра­зующимися в корковом веществе кининами. Активация синтеза почечных простагландинов происходит при артериальной гипертензии, после ише- мизации почки, под влиянием норадреналина, вазопрессина, ангиотензи­на-П, почечных кининов и стимуляции почечных симпатических нервов. Противогипертензивное действие простагландинов заключается как в вазо­дилатирующем эффекте, так и в стимуляции почечной экскреции ионов натрия и воды. Большая часть поступающих в кровь простагландинов раз­рушается в легких, поэтому в артериальные сосуды не попадает, за исклю­чением ПГ1₂, почти не деградирущего в малом круге и обладающего мощ­ным системным вазодилатирующим эффектом. Важное значение для про- тивогипертензивного действия имеет торможение синаптической передачи в адренергических синапсах под влиянием ПГЕ. Наличием обратной связи между простагландинами и ренин-ангиотензин-альдостероновой системой обусловлен стимулирующий эффект простагландинов на синтез ренина в юкстагломерулярном аппарате почек.

Алкиловые эфиры фосфатидилхолина и нейтральный липид мозгового вещества почек в отличие от большинства простагландинов оказывают, в основном, системное вазодилатирующеее действие и являются поэтому ос­новными гемодинамическими антигипертензивными факторами почек. Кининовая система почек проявляет антигипертензивное действие как за счет системного вазодилатирующего эффекта, так и, в большей мере, бла­годаря внутрипочечной вазодилатации, повышению почечного кровотока, диуретическому и натрийуретическому эффектам.

3. Почка экскретирует воду и электролиты, а их содержание в крови, вне- и внутриклеточной среде является важным для поддержания уровня артериального давления. Задержка ионов натрия и воды во внутренней среде обеспечивает прирост объема циркулирующей крови. Однако боль­шую роль играет содержание ионов натрия, калия и кальция во вне- и внутриклеточной среде, поскольку оно определяет сократимость миокарда и сосудистый тонус, а также реактивность сердца и сосудов к регулятор­ным нейрогуморальным влияниям.

4. Почки участвуют в регуляции артериального давления с помощью феномена «давление—натрийурез—диурез», суть которого заключается в том, что повышение артериального давления вызывает увеличение экскре­ции с мочой ионов натрия, возрастание объема диуреза и, в итоге, восста­новление уровня артериального давления. Четыре основных механизма ле­жат в его основе. Во-первых, повышенное артериальное давление тормозит секрецию ренина, образование в почечной циркуляции ангиотензина-П, и в результате ослабляется стимуляция ангиотензином реабсорбции ионов натрия. Во-вторых, повышенное артериальное давление увеличивает обра­зование в почках натрийуретических веществ: окиси азота и простагланди­нов Е₂, продукции последнего способствует и снижение уровня ангиотен- зина-II. В-третьих, повышенное артериальное давление способствует росту гидростатического давления в почечном интерстиции, что уменьшает реаб­сорбцию воды и натрия. В-четвертых, повышение артериального давления ускоряет кровоток по прямым сосудам мозгового вещества почки. Это приводит к вымыванию осмотического градиента натрия и мочевины, что снижает реабсорбцию воды, а следовательно, ослабляет концентрацион­ную способность почки. Таким образом происходит увеличение натрий- уреза и диуреза, следствием которых является уменьшение объема цирку­лирующей крови, снижение прессорной активности сосудов, и в результа­те нормализуется артериальное давление.

Водно-солевой обмен

Водно-солевым обменом называют совокупность процессов поступления во­ды и электролитов в организм, распределения их во внутренней среде и выделения из организма. Жизнедеятельность биологических систем, яв­ляющихся с позиций термодинамики открытыми, требует равновесия или баланса, общего поступления веществ и энергии (как экзо-, так и эндоген­ных) с общим их выведением из системы. Наличие у большинства живых систем основного циркадианного (суточного) ритма обусловливает баланс основных веществ и энергии во временном промежутке, равном 24 ч. От­сутствие в системе равенства суточного поступления и выведения веществ позволяет говорить о нарушении баланса или дисбалансе — основном при­знаке нарушения гомеостазиса. При этом обычно выделяют два полярных состояния — положительный баланс (когда поступление вещества вместе с его эндогенным образованием превышает выведение из системы) и отри­цательный баланс (выведение превышает сумму поступления и образова­ния).

14.3.1. Внешний водный баланс организма

Баланс между поступлением веществ из внешней среды и их выделением из внутренней среды носит название «внешнего баланса». У здорового чело­века поддерживается равенство объемов выделяющейся из организма и по­ступившей в него за сутки воды, что называют внешним водным балансом организма. Средние показатели внешнего водного баланса здорового чело­века в состоянии покоя показаны в табл. 14.2. Принято рассматривать так­же и внешний баланс электролитов — натрия, калия, кальция и других ве­ществ (табл. 14.3).

Вода является важнейшим неорганическим компонентом организма, обеспечивающим связь внешней и внутренней среды, транспорт веществ между клетками и органами. Являясь растворителем органических и неор­ганических веществ, вода представляет собой основную среду развертыва­ния метаболических процессов. Она входит в состав различных систем ор­ганических веществ. Каждый грамм гликогена, например, содержит 1,5 мл воды, каждый грамм белка — 3 мл воды. При ее участии формируются кле­точные мембраны, транспортные частицы крови, макромолекулярные и надмолекулярные образования.

В процессе обмена веществ и окислении водорода, отделенного от суб­страта, образуется эндогенная «вода окисления», причем ее количество за­висит от вида распадающихся субстратов и уровня обмена веществ. Так, в покое при окислении 100 г жира образуется более 100 мл воды, 100 г бел­ка — около 40 мл воды, 100 г углеводов — 55 мл воды. Повышение катабо­лизма и энергетического обмена ведет к увеличению объема образуемой эндогенной воды.

Однако эндогенной воды у человека недостаточно для обеспечения вод­ной среды метаболических процессов, особенно выведения в растворен­ном виде продуктов метаболизма. В частности, повышение потребления белков и, соответственно, конечное превращение их в мочевину, удаляе­мую из организма с мочой, ведет к абсолютной необходимости возраста­ния потерь воды в почках, что требует повышенного ее поступления в ор­ганизм. При питании преимущественно углеводной, жировой пищей и не­большом поступлении в организм NaCl потребность организма в поступле­нии воды меньше, так как и эндогенной воды образуется больше, и для экскреции веществ с мочой воды требуется меньше. У здорового взрослого человека суточная потребность в воде колеблется от 1 до 3 л.

Общее количество воды в организме составляет у человека от 44 до 70 % массы тела, или примерно 38—40 л. Содержание ее в разных тканях варьирует от 10 % в жировой ткани до 83—87 % в почках и крови.

Таблица 14.2. Средние величины параметров внешнего водного баланса организма че­ловека

Потребление и образование воды	Количест­во, мл/сут	Выделение воды	Количест­во, мл/сут
Питье и жидкая пища	1200	С мочой	1500
С твердой пищей	1000	С потом	500
Эндогенная вода «окисления»	300	С выдыхаемым воздухом С калом	400 100
Поступление	2500	Выделение	2500

 

 

Таблица 14.3. Среднесуточный баланс обмена некоторых веществ у человека

Вещества	Поступление		Выделение
	пища	метаболизм	моча	фекалии	пот и воздух
Натрий (ммоль)	155		150	2,5	2,5
Калий (ммоль)	75		70	5,0	—
Хлориды (ммоль)	155		150	2,5	2,5
Азот (г)	10		9	1	—
Кислоты (мэкв)
нелетучие	—	50	50	——	—
летучие	—	14 000	—		14 000

 

14.3.2. Внутренний водный баланс организма

Вода организма образует два водных пространства’, внутриклеточное об­щей воды) и внеклеточное (% общей воды). Небольшое количество воды входит в жидкости полостей тела: брюшной, плевральной и т. д., а также в цереброспинальную, внутриглазную, внутрисуставную жидкости. Внекле­точное водное пространство включает два сектора (рис. 14.13): 1) внутри­сосудистый водный сектор, т. е. плазму крови, объем которой составляет около 8 % общей воды организма, и 2) интерстициальный водный сектор, содержащий ^!/₄ всей воды организма (15 % массы тела) и являющийся наиболее подвижным, меняющим объем при избытке или недостатке воды в теле. Вся вода организма обновляется примерно через месяц, а внекле­точное водное пространство — за неделю.

Таким образом, в организме человека вода распределена неодинаково в разных водных средах, тканях, клетках и внеклеточном пространстве. Кон­центрации ионов различаются в водных пространствах и секторах, причем перемещения через биологические мембраны клеток одних ионов вызыва­ют движение, часто в противоположном направлении, других (Na⁺ и К⁺; К⁺ и Н⁺; и др.). Соответственно, соотношение содержания воды и веществ в разных средах внутренней среды получило название «внутреннего баланса».

Система регуляции водного баланса обеспечивает два основных гомео­статических процесса: во-первых, поддержание постоянства общего объема жидкости в организме и, во-вторых, оптимальное распределение воды ме­жду водными пространствами и секторами организма. К числу факторов поддержания водного гомеостазиса относятся осмотическое и онкотиче­ское давление жидкостей водных пространств, гидростатическое и гидро­динамическое давление крови, проницаемость гистогематических барьеров и других мембран, активный транспорт электролитов и неэлектролитов, нейроэндокринные механизмы регуляции деятельности почек и других ор­ганов выделения, а также питьевое поведение и жажда.

14.3.3. Электролитный, или солевой, баланс организма

Водный баланс организма тесно связан с обменом электролитов. Суммар­

ная концентрация минеральных

— Внутриклеточная жидкость

и других ионов создает величину осмоти­ческого давления водных пространств организма. Концентрация отдельных минеральных ионов в жидкостях внут­ренней среды определяет функциональ­ное состояние возбудимых и невозбу­димых тканей, а также состояние про­ницаемости биологических мембран,— поэтому принято говорить о водно-элек­тролитном (или солевом) обмене. По­скольку синтез минеральных ионов в

Рис. 14.13. Распределение воды по секторам водных пространств в % от общего содержа­ния воды в организме. Наибольший объем воды приходится на внутриклеточное про­странство, а наименьший — на плазму крови или внутрисосудистый сектор внеклеточно­го водного пространства.

организме не осуществляется, они должны поступать в организм с пищей и питьем. Для поддержания электролитного баланса и, соответственно, жизнедеятельности организм в сутки должен получать примерно 130 ммоль натрия и хлора, 75 ммоль калия, 26 ммоль фосфора, 20 ммоль каль­ция и других элементов.

Основным катионом внеклеточного водного пространства является на­трий, а анионом — хлор. Во внутриклеточном пространстве основной ка­тион — калий, а анионами являются фосфат и белки.

Для обеспечения физиологических процессов важна не столько общая концентрация каждого электролита в водных пространствах, сколько их активность или эффективная концентрация свободных ионов, поскольку часть ионов находится в связанном состоянии (Са²⁺ и Mg²⁺ с протеинами, Na⁺ в ячейках клеточных органелл и и т. п.). Роль электролитов в жизне­деятельности организма многообразна и неоднозначна.

Натрий поддерживает осмотическое давления внеклеточной жидкости, причем его дефицит не может быть восполнен другими катионами. Изме­нение уровня натрия в жидкостях организма неизбежно влечет за собой сдвиг осмотического давления и в результате — объема жидкостей. Умень­шение концентрации натрия во внеклеточной жидкости способствует пе­ремещению воды в клетки, а увеличение содержания натрия — способству­ет выходу воды из клеток. Количество натрия в клеточной микросреде оп­ределяет величину мембранного потенциала и, соответственно,— возбуди­мость клеток.

Основное количество калия (98 %) находится внутри клеток в виде непрочных соединений с белками, углеводами и фосфором. Часть калия содержится в клетках в ионизированном виде и обеспечивает их мем­бранный потенциал. Во внеклеточной среде небольшое количество калия находится преимущественно в ионизированном виде. Обычно выход ка­лия из клеток зависит от увеличения их биологической активности, рас­пада белка и гликогена, недостатка кислорода. Концентрация калия уве­личивается при ацидозе и снижается при алкалозе. Уровень калия в клетках и внеклеточной среде играет важнейшую роль в деятельности сердечно-сосудистой, мышечной и нервной систем, в секреторной и мо­торной функциях пищеварительного тракта, экскреторной функции почек.

Кальций участвует в физиологических процессах только в ионизирован­ном виде. Этот катион необходим для обеспечения возбудимости нервно- мышечной системы, проницаемости мембран, свертывания крови. Иони­зация кальция в крови зависит от ее pH. При ацидозе содержание ионизи­рованного кальция повышается, а при алкалозе — падает. Алкалоз и сни­жение уровня кальция во внеклеточной среде ведут к резкому снижению порога возбуждения, повышению нейромышечной возбудимости и тетани­ческим судорогам. Влияет на уровень свободного ионизированного каль­ция и концентрация белков в плазме крови. Содержание кальция в крови поддерживается в норме в диапазоне 2,3—2,6 ммоль/л. Внутриклеточный ионизированный кальций является важнейшим вторичным посредником нервно-гуморальных регуляторных влияний на клетки, обеспечивает про­цессы освобождения медиаторов в синапсах и секрецию гормонов, энерге­тику клетки. Основное депо кальция — костная ткань, в которой содер­жится 90 % катиона в связанном виде.

Магний, как и калий, является основным внутриклеточным катионом, его концентрация в клетках значительно выше, чем во внеклеточной среде. Половина всего количества магния находится в костях, 49 % в клетках мягких тканей и лишь 1 % во внеклеточном водном пространстве. Уровень магния в крови составляет 0,7—1,0 ммоль/л, при этом более 60 % катиона находится в ионизированном виде. Магний находится в составе более 300 разных ферментных комплексов, обеспечивая их активность. Он способст­вует синтезу белков, необходим для поддержания состояния клеточных мембран. Увеличивая потенциал покоя и порог возбуждения клеток, кати­он уменьшает возбудимость нервно-мышечной системы, сократительную способность миокарда и гладких мышц сосудов, оказывает депрессивное действие на психические функции.

Главным анионом внеклеточной жидкости является хлор. Его концен­трация в плазме крови в норме колеблется от 90 до 105 ммоль/л. Поступая в клетку через хлорные каналы, анион участвует в формировании потен­циала покоя возбудимых клеток, а способствуя гиперполяризации мембран — определяет формирование процессов синаптического и преси- наптического торможения. Избыток хлора ведет к ацидозу. Анион необхо­дим для образования соляной кислоты в желудке.

Фосфаты являются основными внутриклеточными анионами, концен­трация их в клетках выше, чем во внеклеточной среде, в 40 раз. Содержа­ние неорганического фосфата в крови составляет 0,94—1,44 ммоль/л, но 50 % неорганического фосфата находится в костях, где он вместе с кальци­ем образуют основное минеральное вещество костной ткани. Фосфаты — необходимый компонент клеточных мембран, играют ключевую роль в ме­таболических процессах, входя в состав многих коферментов, нуклеиновых кислот и фосфопротеинов, вторичных посредников и макроэргических со­единений.

Сульфаты в большем количестве содержатся во внутриклеточном про­странстве, входят в состав многих биологически активных веществ. В плаз­ме крови неорганических сульфатов содержится 0,3—1,5 ммоль/л. Они участвуют в обезвреживании токсичных соединений в печени.

Для гомеостаза электролитов необходимо взаимодействие нескольких процессов: поступление в организм, перераспределение и депонирование в клетках и их микроокружении, выделение из организма. Поступление их в организм зависит от состава и свойств пищевых продуктов и воды, особен­ностей их всасывания в желудочно-кишечном тракте и состояния энте­рального барьера. Однако, несмотря на широкие колебания количества и состава пищевых веществ и воды, внешний водно-солевой баланс в здоро­вом организме неуклонно поддерживается за счет изменений экскреции с помощью органов выделения. Основную роль в этом гомеостатическом ре­гулировании выполняют почки.

14.3.4. Общие принципы регуляции водно-солевого обмена

Регуляция водно-солевого обмена включает афферентное, центральное и эфферентное звенья. Афферентное звено представлено массой рецептор­ных аппаратов сосудистого русла, тканей и органов, воспринимающих сдвиги осмотического давления, объема жидкостей и их ионного состава. В результате в нервных центрах промежуточного мозга (гипоталамус, эпи­таламус), лимбической системы и коры больших полушарий создается ин­тегрированная картина состояния водно-солевого баланса в организме. Следствием центрального анализа является изменение питьевого и пище­вого поведения, перестройка работы желудочно-кишечного тракта и систе­мы выделения (прежде всего функции почек), реализуемая через эффе­рентные звенья регуляции. Последние представлены вегетативной нервной системой и, в большей мере, гормонами нейрогипофиза (вазопрессин, ок­ситоцин), миокарда (атриопептид), коры надпочечников (альдостерон), других эндокринных желез.

Важнейшим элементом регуляции водно-солевого обмена является осу­ществляемое осморегулирующими системами организма поддержание ос­мотического гомеостазиса. Его основными показателями являются осмоти­ческие давления крови, интерстициальной жидкости, внутрцклеточной среды. Осмотическое давление любой жидкости внутренней среды, являю­щейся сложным раствором, равно сумме парциальных осмотических дав­лений содержащихся в ней ингредиентов. Осмотическое давление, созда­ваемое каждым из ингредиентов, зависит от его концентрации. Осмотиче­ское давление принято выражать в миллиосмолях. Для электролитов вели­чина парциального осмотического давления определяется согласно их ва­лентности: одновалентные ионы создают число миллиосмолей, равное их концентрации в миллимолях, а для двухвалентных ионов количество мил­лиосмолей составляет половину их концентрации в миллимолях. Осмоти­ческое давление плазмы крови у здорового человека относится к числу же­стких гомеостатических констант и находится в пределах 275—305 моем/ кг, при этом электролиты создают осмотическое давление порядка 270— 300 мосм/кг, а остальная незначительная часть общего осмотического дав­ления приходится на неэлектролиты — сахар, мочевину, липиды и т. д. В условиях патологии осмотическое давление плазмы крови может выходить за пределы нормального диапазона колебаний. Границы осмотического давления, совместимого с жизнью человека, находятся в пределах 203— 375 мосм/кг.