Почечные контрольные механизмы
Почки регулируют кислотно-основной баланс, экскретируя либо кислую, либо щелочную мочу. Выделение кислой мочи уменьшает количество кислоты во внеклеточной жидкости, экскреция щелочной мочи удаляет основания из внеклеточной жидкости. Почечные механизмы регуляции кислотно-основного состояния не могут скорректировать рН в течение нескольких минут, как это может сделать респираторный механизм, но они функционируют в течение нескольких дней до тех пор, пока рН не вернется к нормальному или около нормальному уровню.
В норме в почках осуществляется экскреция ионов водорода и реабсорбция ионов натрия и реабсорбции или образования бикарбоната (НСО3). Бикарбонаты свободно фильтруются в клубочках (приблизительно 4500 mEq за день) и реабсорбируются в канальцах. Потеря даже небольших количеств НСО3ˉ снижает способность организма буферировать ежедневно образующиеся метаболические кислоты. Поскольку ионы Н+ не фильтруются в количествах, способных поддерживать кислотно-основное равновесие, они секретируются из перитубулярных капилляров в ультрафильтрат в почечных канальцах.
В почечной регуляции КОС используются три основных механизма:
1) Выведение ионов водорода и обмен их на ионы натрия
В основе этого процесса лежит активируемая карбоангидразой (КА) реакция
Повышение рСО2 стимулирует диффузию газа, снижение – угнетает, Образовавшийся ион водорода секретируется в просвет канальцев, где происходит его нейтрализация буферными системами ультрафильтрата. Запас буферных систем постоянно пополняется за счет фильтрации в почечных клубочках. Чем ниже рН, тем активность карбоангидразы выше, и наоборот. Бикарбонатный ион диффундирует в интерстиций, далее в плазму. В почках существуют два механизма регуляции бикарбоната внеклеточной жидкости:
|
|
|
А) Механизм реабсорбции бикарбоната
Реабсорбция бикарбоната из первичной мочи в почечных канальцах.
Рис.6. Секреция ионов водорода и реабсорбция гидрокарбоната в клубочках почки. Углекислый газ поступает в клетку почечного эпителия канальцев за счет простой диффузии из крови или ультрафильтрата, где под воздействием карбоангидразы взаимодействует с водой с образованием угольной кислоты. Угольная кислота диссоциирует с образованием ионов водорода и гидрокарбоната. Ион водорода секретируется в просвет канальца в обмен на ион натрия. Na+ и HCO3– реабсорбируются в кровь.
В физиологических условиях в почках осуществляется экскреция ионов водорода и реабсорбция ионов натрия и воды.
Вода элиминируется с мочой, и СО2 диффундирует в клетки эпителия почечных канальцев, где соединяется с водой, в реакции, катализируемой карбоангидразой, что приводит к образованию НСО3ˉ ионов и ионов Н+. НСО3ˉ ионы затем реабсорбируются в кровь наряду с ионами Na+, а вновь образованные ионы водорода секретируется в тубулярную жидкость, чтобы начать другой цикл.
|
|
|
Самая значительная секреция ионов Н+ и реабсорбция НСО3ˉ ионов происходит в проксимальных канальцах. Процесс начинается со сцепленной Na+/H+ транспортной системы, в которой ионы Н+ секретируются в тубулярную жидкость, а ионы Na+ реабсорбируются в клетки эпителия почечных канальцев. Секретируемые ионы Н+ связываются с НСО3ˉ ионами клубочкового ультрафильтрата, что приводит к образованию СО2 и Н2О. Запас буферных систем постоянно пополняется за счет фильтрации в почечных клубочках. Активность карбоангидразы зависит от рН: чем ниже рН, тем ее активность выше, и наоборот, повышение рН сопровождается снижением активности карбоангидразы.
В первичную мочу попадает ион НСО3ˉ, для которого мембраны клеток почечных канальцев непроницаемы. В просвете канальцев сначала образуется СО2, которая диффундирует в клетки, где с участием КА образуется угольная кислота, диссоциирующая на ионы водорода и НСО3-. Функционирование этого механизма зависит от активности карбоангидразы и секреции ионов водорода. Ингибирование карбоангидразы проявляется снижением образования ионов водорода и НСО3- в клетках почечных канальцев и эритроцитов. Реабсорбция бикарбоната из клубочкового фильтрата снижается, это приводит к истощению резерва бикарбоната. Обычно только некоторое количество секретируемых ионов Н+ остается в тубулярной жидкости, поскольку секреция ионов водорода приблизительно эквивалентна числу НСО3ˉ ионов, которые фильтруются в клубочках.
|
|
|
В норме весь профильтровавшийся бикарбонат реабсорбируется, если его уровень в плазме не превышает 26 ммоль/л.
Б) Механизм образования бикарбоната.
Рис. 7. Образование бикарбоната в клетках почечных канальцев. (B – основание, не являющееся бикарбонатом).
В клетках почечных канальцев непрерывно в результате аэробных метаболических процессов образуется углекислый газ, дальнейшие процессы с участием КА завершаются образованием иона бикарбоната, диффундирующего из клеток во внеклеточную жидкость и кровь.
2) Ацидогенез
Так как чрезвычайно кислая моча может повредить структуры мочевого тракта, рН мочи поддерживается на определенном уровне в пределах от 4,5 до 8,0. Эти значения определяются количеством незабуференных ионов Н+, которые могут быть выведены почками. Когда число свободных ионов Н+, секретированных в канальцевую жидкость, угрожает крайне резкому сдвигу рН в кислую сторону, эти избыточные ионы водорода должны быть преобразованы в другую форму. Это достигается связываем ионов Н+ с внутриканальцевыми буферами перед тем, как они выводятся с мочой. В канальцах существуют две значимые буферные системы: фосфатная и аммонийная.
|
|
|
Рис.7. 
В почках происходит обмен ионов водорода на ионы натрия с участием двуосновного фосфата. Выделяющиеся в просвет канальца водородные ионы связываются анионом НРО4ˉ с образованием одноосновного натрия фосфата (NаН2РО4). Одновременно эквивалентное количество ионов натрия поступает в эпителиальную клетку канальца и связывается с ионом НСО3ˉ с образованием NаНСО3. Последний реабсорбируется и поступает в общий кровоток.
Фосфатный буфер является основным буфером мочи. В гломерулярном фильтрате 80% фосфатов присутствует в виде двухвалентного аниона (НРО4ˉ), который при взаимодействии с секретируемым ионом Н+ превращается в одновалентный фосфат Н2РО4ˉ:
Аммониогенез
При истощении фосфатного буфера (обычно при рН мочи ниже 4,5) выделение протонов и реабсорбци ионав натрия и бикарбоната осуществляется за счет аммониогенеза. Экскреция ионов Н+ и образование НСО3ˉ аммонийной буферной системой осуществляется в три этапа: (1) синтез аммонийного иона (NH4+) из аминокислоты глутамина в проксимальных канальцах, в толстой восходящей петле Генле и в дистальных канальцах;
Фермент глютаминаза, катализирующая эту реакцию, активируется при хроническом ацидозе, что сопровождается увеличением экскреции ионов водорода в виде ионов аммония
(2) реабсорбция и повторное использование NH3 в медуллярной части почек;
(3) буферирование Н+ ионов аммиаком NH3 в собирательных канальцах.
Метаболизм глутамата в проксимальных канальцах приводит к образованию двух ионов NH4+ и двух ионов НСО3ˉ. Два NH4+ иона секретируются в тубулярную жидкость противоположно транспортным механизмом в обмен на ион Na+. Два НСО3ˉ иона перемещаются из канальцев наряду с реабсорбируемым ионом Na+, входя в перитубулярную систему капилляров. Таким образом, из каждой молекулы метаболизируемого глутамата в проксимальных канальцах два иона NH4+ секретируются в канальцевый фильтрат, а два иона НСО3ˉ реабсорбируются в кровь. Появляющиеся в результате этого процесса НСО3ˉ - вновь образованные ионы НСО3ˉ. Вторичный буферный механизм включает повторное использование NH4+ клетками канальцевого эпителия в мозговом слое почек. Здесь NH4+ превращается в NH3 и секретируется в просвет канальцев. В собирательных канальцах ионы Н+, которые секретировались в просвет канальца соединяются с NH3, образуя ионы NH4+. Однако, эта часть канальцев относительно непроницаема для ионов NH4+; вследствие чего, единожды прореагировавший ион Н+ с NH3 будет выведен с мочой в составе иона NH4+ (называют «ловушкой» для иона водорода). NH3 может свободно диффундировать через клеточные мембраны, тогда как ион аммония такой способностью не обладает. В просвете почечного канальца формируется аммонийная буферная система:
Рис. 8. Схема аммониогенеза.
В процессе преобразования в NH3 ион Н+ из повторно используемого NH4+ способствует реабсорбции НСО3ˉ путем связывания с НСО3ˉ, доставленного из проксимальных канальцев. Таким образом, дополнительные новые ионы НСО3ˉ образуются и добавляются в кровь для каждого иона NH4+, который повторно используется.
Одним из наиболее важных признаков аммонийной буферной системы является тот, что она является субъектом физиологического контроля. При нормальных условиях, количество ионов Н+, элиминируемое аммонийной буферной системой, составляет около 50% экскретируемой кислоты и вновь образованных НСО3ˉ.
Таким образом, в канальцевой жидкости большая часть ионов водорода, поступающая из эпителия канальцев, связывается с ионами НСО3-, НРО4- и NH3 и выводится с мочой. Одновременно происходит поступление эквивалентного количества ионов натрия в клетки канальцев с образованием бикарбоната натрия, который реабсорбируется в канальцах и восполняет щелочной компонент бикарбонатного буфера.
Определение выведенного с мочой аммония и одноосновных фосфатов (титруемая кислотность – ТК) наряду с определением рН составляет основу для оценки функции дистальной части нефрона.
Конкуренция ионов водорода и ионов калия за элиминацию с мочой. Уровни калия в крови влияют на выведение почками ионов Н+, и наоборот. При гипокалиемии имеет место перемещение ионов К+ из клеток во внеклеточную жидкость и реципрокное движение ионов Н+ из внеклеточной жидкости в клетки. В почках эти потоки снижают рН в клетках эпителия почечных канальцев, посредством повышения секреции ионов Н+. Снижение калия также стимулирует синтез аммония почками, как средство буферирования избыточных ионов Н+. В результате повышается реабсорбция отфильтровавшихся ионов НСО3ˉ и развивается метаболический алкалоз. Подъем уровней К+ в крови оказывает противоположный эффект. Содержание К+ в плазме также изменяются под влиянием кислотно-основного состояния. При ацидозе повышена элиминация ионов Н+ и снижено выведение ионов К+, что в результате приводит к гиперкалиемии. Алкалоз оказывает противоположное действие.
Альдостерон также влияет на элиминацию ионов Н+ почками, а именно, в собирательных канальцах, опосредованно стимулируя секрецию ионов Н+, наряду повышением реабсорбции ионов Na+ и секреции ионов К+. Для гиперальдостеронизма характерны гипокалиемия и алкалоз, обусловленный повышенной секрецией ионов Н+. Противоположные изменения возникают при гипоальдостеронизме: уровня К+ повышается, снижается секреции ионов Н+ и развивается ацидоз.
Влияние NaCl - Н2СО3 обменов на рН. Уровень хлорида натрия может опосредованно влиять на кислотно-основной баланс через Clˉ/ НСО3ˉ обменную систему. Реабсорбция хлорида натрия в почках требует реабсорбции сопроводительного аниона. Основными внеклеточными анионами являются Clˉ и НСО3ˉ.
Одним из механизмов, используемым в почках для регуляции рН внеклеточных жидкостей, является возврат или выведение ионов НСО3ˉ. В реализации этого механизма необходимо перемещение реципрокных анионов. Во внеклеточной жидкости содержание хлоридов самое высокое по сравнению с другими анионами. При необходимости ионной перемены ион Clˉ может заменять НСО3ˉ. Например, уровни НСО3ˉ в плазме крови обычно повышаются, если соляная кислота секретируется в желудок после обильной еды, вызывая так называемый послеобеденный щелочной прилив. Позднее, так только ионы Clˉ ˉреабсорбируются в тонкой кишке, рН возвращается к нормальному уровню. Гипохлоремический алкалоз индуцируется снижением в плазме уровней Clˉ. Гиперхлоремический ацидоз имеет место при повышении уровней Clˉ.
2. Печень.
Регуляция КОС происходит путем окисления органических кислот, образующихся в цикле Кребса, окисления молочной кислоты, синтеза мочевины из аммиака, секреции с желчью бикарбоната. В физиологических условиях в печени 45% метаболизированной глюкозы превращается в молочную кислоту, которая частично подвергается буферному воздействию внеклеточных бикарбонатов. 80% лактата превращается с углекислый газ и воду, 20% - в глюкозу. Каждая из этих реакций обеспечивает регенерацию бикарбоната, истраченного на нейтрализацию молочной кислоты.
3. Желудочно-кишечный тракт.
Желудочно-кишечный тракт обеспечивает поддержание КОС путем регуляции количества и качества абсорбируемых ионов и воды. В кишечнике функционирует механизм предпочтительной реабсорбции ионов хлора. Этим объясняется развитие гиперхлоремического ацидоза после трансплантации мочеточников в подвздошную или толстую кишку. После приема пищи параллельно с секрецией ионов водорода и хлора в просвет желудка из внеклеточной жидкости увеличивается поступление НСО3ˉ – феномен «щелочного прилива». В норме происходит быстрая коррекция этого путем секреции бикарбоната в просвет кишечника и реабсорбции ионов хлора.
4. Кожаможет в условиях избытка нелетучих кислот и оснований выделять последние с потом. Это имеет особое значение при нарушении функции почек.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 1760; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!