Биохимия почек и мочи

Моча, также как и кровь, часто является объектом биохимических исследований, проводимых у спортсменов. По данным анализа мочи тренер может получить необходимые сведения о функциональном состоянии спортсмена, о биохимических сдвигах, возникающих в организме при выполнении физических нагрузок различного характера. Поскольку при взятии крови для анализа возможно инфицирование спортсмена (например, заражение гепатитом или СПИД-ом), то в последнее время всё предпочтительнее становится исследование мочи. Поэтому тренер или преподаватель физического воспитания должны обладать информацией о механизме образования мочи, об её физико-химических свойствах и химическом составе, об изменении показателей мочи при выполнении тренировочных и соревновательных нагрузок.

13.1. Общая характеристика почек.

Масса обеих почек у взрослого человека около 300 г, что составляет менее 0,5 % от массы тела. Однако в состоянии покоя почки потребляют 25 % всей крови (через почки за одну минуту проходит более 1 л крови) и 10 % всего поступающего в организм кислорода. Эти цифры указывают на высокую интенсивность метаболизма в почках и, в том числе, тканевого дыхания и свидетельствуют об очень большом потреблении энергии этим органом (в расчете на единицу массы).

Основной функцией почек является образование мочи. Благодаря образованию и выделению мочи почки обеспечивают:

* выделение конечных продуктов азотистого обмена

* поддержание кислотно-основного баланса

* регуляцию водно-солевого обмена

* поддержание необходимого осмотического давления

жидкостей организма

* регуляцию кровяного давления

Таким образом, почки, подобно крови, участвуют в поддержании постоянства внутренней среды организма, т.е. гомеостаза.

13.2. Механизм образования мочи.

Структурно-функциональной единицей почек, ответственной за образование мочи, является нефрон. Каждая почка содержит примерно 1 млн. нефронов.

В нефроне можно выделить следующие отделы: почечное тельце (мальпигиево тельце, почечный клубочек), проксимальный извитой каналец, петля Генле и дистальныйизвитой каналец.

Мальпигиево тельце представляет собою сосудистый клубочек, окруженный капсулой Шумлянского-Боумена.

К каждому мальпигиеву тельцу подходит кровеносный сосуд (артериола). Этот сосуд разделяется на капилляры, петли которых образуют сосудистый клубочек. Далее капилляры соединяясь, формируют выносящий кровеносный сосуд (тоже артериола), по которому кровь отводится от почечного клубочка.

Капсула Шумлянского-Боумена состоит из внутреннего и внешнего листков. Внутренний листок плотно прилегает к петлям капилляров, а внешний листок капсулы окружает весь сосудистый клубочек в целом (рис.8).

Рис. 8. Схема строения нефрона

Между внутренним и внешним листками почечной капсулы имеется полость, которая затем преобразуется в просвет почечных канальцев. Непосредственно от почечного тельца отходит проксимальный извитой каналец, который далее переходит в петлю Генле и дистальный извитой каналец. Извитые канальцы и петля Генле густо оплетены капиллярной сетью, на которую распадается выходящая из сосудистого клубочка артериола. Затем из капилляров, окружающих почечные канальцы, образуются венулы, впадающие в почечную вену.

Дистальные извитые канальцы соединены с собирательными трубочками, которые, сливаясь вместе, образуют почечные протоки, открывающиеся в почечную лоханку.

Капсула Шумлянского-Боумена и почечные канальцы образованы эпителиальными клетками.

Образование мочи в нефронах протекает в три этапа.

Первый этап образования мочи - ультрафильтрация плазмы крови в почечных клубочках (образование первичной мочи). В процессе ультрафильтрации из кровеносных капилляров, образующих сосудистый клубочек, в полость капсулы почечного тельца переходит часть плазмы крови. Поскольку в стенке капилляров и во внутреннем листке капсулы имеются поры с диаметром не более 4 нм, фильтруются все компоненты плазмы кроме белков. В состоянии покоя через обе почки за 1 минуту проходит около 1200-1300 мл крови. Ультрафильтрации подвергается примерно 10% протекающей через почки крови. Следовательно, в каждую минуту в почках образуется около 125 мл ультрафильтрата или первичной мочи, а в течение суток - 180 л.

По химическому составу первичная моча представляет собою безбелковую плазму крови.

Причиной ультрафильрации является наличие в капиллярах сосудистого клубочка повышенного кровяного давления, возникающего вследствие того, что диаметр выносящей артериолы примерно на 30 % меньше, чем у приносящей.

Второй этап образования мочи - реабсорбция (обратное всасывание). Первичная моча, двигаясь по почечным канальцам (их общая длина приблизительно 120 км!), отдает бóльшую часть своих составных частей обратно в кровь, протекающую по капиллярной сети, окружающей почечные канальцы. Реабсорбция, преимущественно, происходит в проксимальных канальцах. В ходе реабсорбции обратно в кровь поступает почти вся глюкоза, 99 % воды, натрия, хлора, бикарбоната, аминокислот, 93 % калия, 45% мочевины и т.д.

Реабсорбция требует больших затрат энергии, источником которой является АТФ. Высокие энерготраты обусловлены необходимостью переноса молекул и ионов через мембраны клеток, образующих стенку почечных канальцев. Особенно много энергии расходуется на всасывание ионов натрия, на так называемый «натриевый насос». Как уже отмечалось, главным источником АТФ в почках является тканевое дыхание, на что указывает очень высокое потребление кислорода почками (см. выше).

Третий этап образования мочи - секреция. При секреции некоторые вещества крови, в частности, ионы калия, аммония, водорода, а также чужеродные вещества (например, лекарства, токсины) поступаютиз капиллярной сети нефрона в просвет почечных канальцев. В основном, секреция происходит в дистальных канальцах.

Почечная секреция, как и реабсорбция, является активным процессом, потребляющим энергию АТФ, что обусловлено транспортом секретируемых молекул и ионов через мембраны эпителия канальцев.

Реабсорбция и секреция ведут к превращению первичной мочи во вторичную или окончательную, которая выводится из организма.

13.3. Регуляция образования мочи.

Мочеобразовательная функция почек находится под контролем нервно-гормональной регуляции.

Наиболее важными гормонами, регулирующими образование мочи, являются альдостерон (гормон коры надпочечников) и вазопрессин (гормон гипоталамуса).

Альдостерон повышает скорость обратного всасывания в почечных канальцах ионов натрия. Одновременно вместе с ионами натрия ускоряется реабсорбция ионов хлора и воды. В результате такого влияния уменьшается объем мочи.

Вазопрессин (антидиуретический гормон) повышает проницаемость стенки почечных канальцев по отношению к воде, что способствует лучшему её обратному всасыванию. Действие этого гормона также приводит к уменьшению объема мочи (название этого гормона «антидиуретический» расшифровывается как «уменьшающий объем», так как термин «диурез» обозначает объем мочи).

Регуляция мочеобразования также осуществляется путем синтеза непосредственно в почках двух гормоноподобных белков - ренина и эритропоэтина.

Ренин вырабатывается в почках при снижении кровяного давления. Уменьшение давления крови отрицательно сказывается на почечной фильтрации, так как этот процесс, как уже отмечалось, протекает при наличии в капиллярах сосудистого клубочка нефрона повышенного давления крови (ультрафильтрация прекращается при снижении систолического давления крови ниже 70 мм рт. ст.). По механизму действия ренин является протеолитическим ферментом, превращающим один из белков плазмы крови в биологически активное вещество - ангиотензин. Образовавшийся ангиотензин стимулирует продукцию корой надпочечников альдостерона, что приводит к увеличению реабсорбции хлористого натрия и воды в почечных канальцах. Вследствие этого объем циркулирующей крови увеличивается, и давление крови в сосудистых клубочках возрастает.

Эритропоэтин - белок, синтезируемый почками, в первую очередь, при нарушении их снабжения кислородом (при анемии, кровопотере, шоке). Как уже неоднократно указывалось, почки нуждаются в больших количествах кислорода для обеспечения энергией реабсорбции и секреции. С током крови образовавшийся эритропоэтин поступает в красный кровяной мозг и стимулирует там процесс кроветворения (эритропоэз), что приводит к повышению кислородной емкости крови и улучшению снабжения почек кислородом.

В связи с таким стимулирующим влиянием на процесс кроветворения эритропоэтин в последнее время стали использовать в качестве допинга в тех видах спорта, где требуется проявление высокой аэробной работоспособности.