Регуляція водно-сольового обміну



РОЗДІЛ 14. ОБМІН ВОДИ І МІНЕРАЛЬНИХ РЕЧОВИН. СЕЧОУТВОРЮВАЛЬНА ФУНКЦІЯ НИРОК

 

Біохімічна характеристика води

Біологічна роль води. Оскільки організм людини на 65 % складається з води, то значення її важко переоцінити. Вона є універсальним розчинником: у ній розчиняються органічні та неорганічні речовини, які зберігають свої хімічні та біологічні властивості завдяки інертності води. Дипольна структура молекул води сприяє дисоціації розчинених у ній речовин. Більша частина молекул води в рідкому стані має структуру подібну до льоду, тобто в ній молекули координовані між собою у вигляді кристалогідратів, що має важливе значення для підтримання відповідної просторової структури різних біополімерів.

Вода відіграє важливу роль у підтриманні унікальної структури  та функцій клітинних органел. Наприклад, при нормальному перебігу процесів дихання й спряженого з ним фосфорилування мітохондрії зв’язують певну кількість води.

Вода – обов’язковий компонент біохімічних процесів. Обмін ліпідів, вуглеводів, білків пов’язаний з їх гідролізом, зокрема, при травленні. Реакції гідратації та дегідрування амінокислот, жирних кислот, вуглеводів та їх похідних зумовлюють важливі ланки метаболізму.

Вода має велике значення  в регуляції осмотичного тиску, адже білки та їх гідрофільність зумовлюють онкотичний тиск.

Вода є важливим фактором терморегуляції. При випаровуванні води в процесі дихання втрачається близько 25 % усього тепла, що віддає організм, тоді як зниження температури навколишнього середовища супроводжується зменшенням потовиділення та. відповідно, збереженню тепла.

Таким чином, за участі води підтримується динамічна постійність осмотичного тиску, іонного складу, гідратації і температури тіла – найважливіших гомеостатичних параметрів організму людини та тварин.

Розподіл води в організмі. Вміст води в організмі значно перевищує кількість органічних речовин: шестимісячний ембріон людини складається з 86 – 95 % води, у новонародженої дитини вода становить 70 – 75 %, а в дорослої людини – 63 – 65 % (40 – 45 л при масі тіла 70 кг). У старечому віці, коли різко послаблюється гідрофільність тканинних колоїдів (особливо білків), кількість води може значно зменшуватися. Вміст води в організмі також залежить від кількості жиру: чим більше жиру, тим менше води. Наприклад, у людей з ожирінням її кількість може зменшуватися до 38 – 40 %.

Майже 72 % усієї води організму міститься в клітинах і називається внутрішньоклітинною або інтрацелюлярною водою. ⅔ екстрацелюлярної води (майже 20 % від усієї її кількості) знаходиться в міжклітинній рідині (міжклітинна вода) і приблизно ⅓ - це позаклітинна вода (8 – 10 % від всієї води), яка перебуває у вільному стані в біологічних рідинах: плазмі, лікворі, лімфі, рідинах суглобів і в міжплевральному просторі. Вона лабільна і має властивості розчинника.

Невелика кількість води (приблизно 4 %) міцно пов’язана з тканинними колоїдами, переважно з білками і субклітинними структурами, зокрема, їх мембранами. Заряджені білкові частинки здатні притягувати дипольні молекули води, у результаті чого утворюються гідратні оболонки навколо білкових молекул, така вода називається гідратною. Вона структурно змінена і втратила властивості розчинника. Між різними формами води існує динамічний зв’язок і одна форма води може переходити в іншу. Зокрема, поповнення вмісту гідратної води відбувається за рахунок вільної та міжклітинної рідини. Наприклад, вміст води збільшується в м’язах за рахунок вільної і міжклітинної води при короткотривалій роботі (10 – 15 хв), тоді як тривала м’язова праця (30 – 60 хв) супроводжується підвищенням вмісту води в м’язах  за рахунок внутрішньоклітинної води, що пов’язано з підвищенням гідратації білків м’язів.

 

Обмін води, натрію та калію

Потреба організму дорослої людини у воді становить у середньому 2,5 – 3,0 л на добу. Однак ця кількість може змінюватися в залежності від віку, характеру роботи, температури навколишнього середовища та дієти. Дитячий організм витрачає більше води, оскільки в ньому інтенсивно перебігає обмін речовин і вища гідрофільність колоїдів. Якщо дорослій людині потрібно на добу біля 30 – 50 г води на 1 кг маси тіла, то дитині – приблизно 100 – 150 г.

Організм людини і вищих тварин дуже чутливий до зміни кількості води. Без їжі людина може прожити приблизно два місяці, а без води загине через 12 – 15 днів (втрата організмом 20 – 25 % води призводить до смерті).

Вода, що поступає з питтям і їжею, становить приблизно 85% від всієї кількості води в організмі і називається екзогенною водою. Основна її маса всмоктується в кишках, переважно в товстій кишці. Після поступлення в кров вода швидко транспортується в інші тканини, органи (печінку, м’язи, шкіру), в результаті чого її вміст в крові відносно постійний. Приблизно 10 – 15 % води утворюється в процесі обміну при окисленні основних біосубстратів – це ендогенна або метаболічна вода. При повному окисленні до кінцевих продуктів (СО2 і Н2О) 100 г вуглеводів вивільняється 55,6 мл води, 100 г білків – 41,3 мл, а такої ж кількості жирів – 107,1 мл. За добу в організмі людини може утворитися 350 – 400 мл ендогенної води.

Водний баланс і його порушення.Постійна динамічна рівновага між кількістю води, що надходить в організм і виділяється з нього, є необхідною умовою життя. Співвідношення між кількістю спожитої і виділеної води називають водним балансом. Якщо води виділяється менше, ніж надійшло в організм, то це характеризується як позитивний баланс. Він супроводжує виникнення набряків, зокрема, при значному ослабленні серцевої діяльності, голодуванні. Якщо води виділяється більше, ніж поступило в організм, виникає від’ємний баланс. Цей стан може бути наслідком порушення функції нирок, деяких захворювань гіпофізу, зокрема, при нестачі виділення антидіуретичного гормону.

Усі види порушень водного обміну можна об’єднати  в дві групи – дегідратація та гіпергідратація У кожній групі розрізняють такі три варіанти: порушення зі зниженням осмотичного тиску (гіпотонічні), без зміни тиску (ізотонічні) і з підвищенням тиску (гіпертонічні порушення) (табл. 14.1).

 

Таблиця 14.1. Характеристика порушень водного обміну

  Дегідратація Гіпергідратація
Гіпотонічна Розвивається у разі втрати солі без адекватної втрати води. Виникає при блюванні, діареї, уведенні діуретиків, при гіпоальдостеронізмі тощо. Зумовлена надлишком надходження безсольових рідин, порушенням виведення рідини внаслідок ниркової недостатності або неадекватної секреції антидіуретичного гормону (синдром Шварца-Бартера). Зокрема, це можна спостерігати у хворих, яким вводять значний об'єм розчину глюкози у разі порушеної видільної функції нирок. Вода накопичується рівномірно у всіх водних сегментах, унаслідок чого виникають гіпонатріємія та гіпоосмолярність.
Ізотонічна Розвивається в разі аномально збільшеного виведення натрію (найчастіше з секретом залоз травного каналу). Причинами є повторне блювання, проноси, формування великих транссудатів (асцит), крово- та плазмовтрати при опіках, перитонітах, панкреатитах тощо. Нирки реагують зменшенням діурезу (олігурія, анурія) збільшується залишковий азот у крові. Можуть розвинутися коматозний стан і колапс. Це збільшення позаклітинного об'єму рідини без порушення осмотичного тиску. Може бути результатом серцевої недостатності (збільшується об'єм крові без порушення осмолярносі), гіпопротеїнемії при нефротичному синдромі, коли об'єм крові залишається сталим завдяки преміщенню рідкої частини в інтерстиціальний сегмент (з'являються набряки кінцівок, може розвинутися набряк легенів).  
Гіпертонічна Пов'язана з втратою води без втрати натрію. Виникає в людей, які не мають доступу до води; залишених без догляду хворих, що не реагують на відчуття спраги; після аномально великого виділення води без наступної компенсації; у хворих з нецукровим і цукровим діабетом; при центральних розладах осморегуляції (пухлини мозку, черепно-мозкова травма). До цього може призвести також сольова інтоксикація (надлишок хлориду натрію аліментарного й ятрогенного походження). Це збільшення об'єму рідини в позаклітинному просторі з одночасним зростанням осмотичного тиску за рахунок гіпернатріємії та зневодненням клітин. Затримка натрію не супроводжується затриманням води в адекватному об'ємі, позаклітина рідина стає гіпертонічною і вода з клітин рухається в позаклітинні простори до досягнення стану осмотичної рівноваги. Причини порушення: пиття морської води, черепно-мозкова травма тощо. Якщо стан зберігається тривалий час, може настати смерть у зв'язку з ушкодженням клітни ЦНС.

 

Найбільша кількість води виділяється з сечею (1 200 – 1 500 мл на добу – близько 60 % усієї води). Значна частина води виводиться з потом (300 – 2 500 мл), але тут можливі значні коливання: взимку та в холодну погоду кількість поту зменшується, а в літній період різко збільшується. Через легені виділяється біля 300 – 500 мл води, з калом – 250 – 300 мл (8 – 10 % від усієї води).

Дуже велика кількість води надходить у травний тракт з секретами травних залоз. Наприклад, на добу в людини секретується біля 1 500 мл слини, 250 мл шлункового і 700 мл панкреатичного соків, 500 мл жовчі, 300 мл кишкового соку тощо, всього 7 – 8 л, тобто в 2,5 – 3 рази більше, ніж вживається води. Однак, за рахунок досконалих механізмів зворотного всмоктування в травному каналі, втрата води становить лише 2 %, тобто 150 – 200 мл. Стан організму різко погіршується при гострих кишкових інфекціях, які супроводжуються проносами (наприклад, при дизентерії, холері). При цьому різко послаблюється зворотне всмоктування води, у результаті чого з випорожненнями людина може втратити 8 – 12 л рідини за добу. Таким хворим вводять розчини солей (хлориду натрію) і альбумінів для попередження дегідратації, яка може викликати смерть хворого.

Розподіл води між клітинами та позаклітинним простором залежить від різниці осмотичного тиску рідини в клітині та поза нею. Осмотичний тиск, що залежить від загальної кількості іонів і молекул у розчині виражається як осмолярність – кількість ммоль в 1 л розчину або як осмоляльність – кількість ммоль в 1 кг розчинника. Осмотичний тиск внутрішньоклітинної рідини створюється переважно катіонами калію, магнію, фосфатами та білками. Найважливіші електроліти – іони калію, натрію та хлору, які через механізм осмотичного тиску регулюють водний баланс в організмі.

Натрій – основний катіон позаклітинної рідини. Його концентрація в плазмі крові становить 135 – 150 ммоль/л. Натрій входить до складу всіх тканин і рідин організму. Із загальної кількості натрію в організмі 50 % знаходиться в позаклітинній рідині, 6 % – у клітинах, 44 % – у кістках. Кістки – основне депо натрію.

В організмі натрій знаходиться переважно у вигляді солей NaСl, NаНСО3, Na2HPO4: на частку іонної форми припадає 85 %, приблизно 15 % входить до складу білків. Концентрації Nа+ у міжклітинній рідині й у плазмі крові приблизно рівні.

Будучи основним катіоном позаклітинної рідини, натрій підтримує осмотичний тиск, визначає рух води, стан збудливості нервової та м’язової тканини, регулює сталість біоелектричного потенціалу мембран клітин. У дорослої людини баланс натрію дорівнює нулю, а у дітей – позитивний, тому що збільшення маси тіла дитини на 1 кг супроводжується затримкою 3 г натрію.

Підвищення кількості натрію в плазмі крові (гіпернатріємія) спостерігають при олігурії або анурії будь-якого походження, гіперфункції кіркової речовини надниркових залоз (синдромі Кушінга, первинному альдостеронізмі), тривалому застосуванні кортикостероїдів, АКТГ, при парентеральних введеннях гіпертонічного розчину натрію, різкому обмеженні рідини.

Зниження концентрації натрію в плазмі крові (гіпонатріємія) обумовлено безсольовою дієтою, посиленим потовиділенням, тяжкими тривалими пологами, гострою і хронічною недостатністю надниркових залоз, діабетичним ацидозом, цирозом печінки, нефротичним синдромом, інтерстиціальним нефритом.

Калійє основним клітинним катіоном. У сироватці крові міститься в кількості 3,9 – 6,1 ммоль/л, в еритроцитах – 73,5 – 112 ммоль/л. У міжклітинній рідині та плазмі крові калій знаходиться в іонізованій формі, у клітині – у вигляді неміцних сполук з білками, вуглеводами, креатиніном, фосфором.

Калій підтримує осмотичний і кислотно-основний гомеостаз у клітині, бере участь у забезпеченні трансмембранного потенціалу, в синтезі білка, глікогену, АТФ, креатинфосфату, ацетилхоліну, у фосфорилуванні глюкози, активує фосфоенолпіруваткіназу. У передачі збудження по нервах та м’язах іони калію є синергістами іонів натрію й антагоністами іонів кальцію.

Концентрація К+ всередині клітини, зазвичай, у 10 – 20 разів вища, ніж зовні. Для іонів Na+ картина протилежна.

У плазматичній мембрані більшості клітин є спеціальні транспортні АТФази, які переносять катіони проти градієнта концентрації за рахунок гідролізу АТФ. Основною функцією Na+-, К+-АТФази є підтримання стабільності натрій-калієвого градієнта плазматичної мембрани клітини шляхом викачування трьох іонів Na+ з клітини і пропускання в клітину двох іонів К+. Важливим значенням Na+-, К+-АТФази є захист клітини від осмотичного набухання – виведення з клітини надлишку гідрофільного натрію та затримки гідрофобного калію. Завдяки роботі помпи по обидва боки мембрани створюється різниця потенціалів, яка зрівноважує надлишок речовин у клітині.

Підвищення кількості калію в плазмі крові (гіперкаліємія) спостерігається при гемолітичних анеміях, некрозі; порушенні виділення калію із сечею (олігурії, анурії, хронічному нефриті), зневодненні, анафілактичному шоці, парентеральному введенні розчинів, що містять іони К+, на тлі недостатності нирок; лікуванні триамтереном, птерофеном.

Зниження концентрації калію (гіпокаліємія) виникає при недостатньому вживанні калію з їжею, посиленому виділенні його із сечею, що може спостерігатися при гіперфункції кіркової речовини надниркових залоз і передньої частки гіпофіза, первинному та вторинному альдостеронізмі, посиленій секреції антидіуретичного гормону, діабетичному ацидозі, респіраторному алкалозі, парентеральному введенні великих кількостей рідини, що не містять калію, лікуванні антибіотиком гентаміцином, передозуванні АКТГ, препаратів кіркової речовини надниркових залоз, салуретиків.

Регуляція водно-сольового обміну

Вода та розчинені у ній солі мають важливе значення для організму людини, тому різка зміна в кількості води та розчинених у ній солей небезпечна для життя. В організмі людини існують механізми, які забезпечують підтримання цих параметрів практично на постійному рівні. Об’єм рідини і концентрація іонів натрію регулюється: антидіуретичним гормоном (АДГ); ренін-ангіотензин-альдостероновою системою (РААС); натрійуретичними пептидами.

Сигналом для секреції АДГ є підвищення осмотичного тиску тканинної рідини. Для цього гормона існує два типи рецепторів: V1 і V2. Рецептори V2 локалізовані тільки на епітеліальних клітинах нирок і передають сигнал гормону через аденілатциклазну систему. Внутрішньоклітинне фосфорилування білків супроводжується активацією факторів транскрипції, які беруть участь у синтезі мРНК, яка кодує будову білка аквапорину-2 (рис. 14.2).Цей білок вбудовується в мембрану клітин ниркових канальців, утворює водні канали, і забезпечує реабсорбцію води.

У результаті осмотичний тиск позаклітинної рідини зменшується і зникає стимул, що викликав виділення АДГ у кров із аксонів задньої частки гіпофіза.

Всі позаниркові рецептори належать до V1-типу. Вони діють через інозитолфосфатидну систему передачі сигналу і за рахунок збільшення концентрації внутрішньоклітинного Ca2+ забезпечують вазоконструктурну дію гормону на стінки судин.

У результаті травм, інфекцій, пухлин гіпоталамусу і гіпофізу, порушення передачі сигналу в клітини нирок синтез і секреція гормону знижується, розвивається нецукровий діабет. Ця патологія супроводжується збільшенням екскреції сечі – поліурією (у тяжких випадках до 10 л на добу) і компенсаторним виникненням відчуття спраги.

Ренін–ангіотензин–альдостеронова система (РААС). У регуляції тиску і електролітного складу крові провідна роль належить ренін-ангіотензин-альдостероновій системі (рис.14.3). Активація цієї системи відбувається при зниженні об’єму і тиску крові, які реєструються барорецепторами нирок. У відповідь на отриманий сигнал у юкстагломерулярному апараті синтезується протеолітичний фермент – ренін. Він секретується у кров, де взаємодіє із синтезованим у печінці білком – ангіотензиногеном і відщепляє від нього з N-кінця декапептид – ангіотензин I. Цей пептид підлягає додатковому гідролізу під дією іншої протеази – ангіотензинперетворювального ферменту (АПФ), який відщеплює з С-кінця ангіотензину I дипептид з утворенням октапептиду – ангіотензину II, який має потужну фізіологічну активність: він звужує судини, підвищуючи в такий спосіб артеріальний тиск, викликає відчуття спраги, стимулює синтез і секрецію альдостерону і таким чином підвищує осмотичний тиск крові.

Рецептори до ангіотензину II розташовуються на гладком’язових клітинах, клітинах кори надниркових залоз і канальцях нефронів. Передача сигналу в клітини-мішені відбувається через інозитолфосфатидну систему.

Гіпертензивна дія ангіотензину ІІ регулюється також кінінами плазми, які мають здатність підвищувати проникність капілярів і розширювати судини, що сприяє зниженню артеріального тиску. Активність ренін-ангіотензинової системи також тісно пов’язана з утворенням у нирках простагландинів, які  змінюють чутливість ниркових клітин до дії певних гормонів.

Низка інших тканин містять незалежні ренін-ангіотензинові системи, які генерують ангіотензин ІІ місцевої дії – це стінки кровоносних судин, матка, плацента та оболонки плода, очні яблука, екзокринна частина підшлункової залози, серце, жирова тканина, кора надниркових залоз.

Альдостерон – гормон кори надниркових залоз, який синтезується з холестеролу. Його органами-мішенями є клітини звивистих канальців нефронів (рис. 14.4). Альдостерон, як стероїдний гормон, діє через внутрішньоклітинні рецептори, стимулюючи синтез білків-переносників іонів Na+, які забезпечують реабсорбцію останніх із первинної сечі в клітини; білків-перенощиків К+, здійснюючи екскрецію цих іонів у сечу; Na+-, К+-АТФази, що підтримує різницю концентрацій іонів на плазматичній мембрані клітин; ферментів цитратного циклу, що забезпечує утворення АТФ, необхідного для забезпечення енергією органу.

Підвищення осмотичного тиску, викликане альдостероном, є сигналом для секреції АДГ і затримки води в організмі.

Зростання тиску й об'єму крові за механізмом негативного зворотного зв'язку виключає роботу РААС, що супроводжується зниженням секреції реніну, рівня ангіотензину ІІ і альдостерону, вазодилятацією та збільшенням екскреції води та NaCl із сечею.

Включення РААС є екстреною реакцією організму на зменшення об'єму рідини при крововтратах, діареї, блюванні, потовиділенні. При стенозі (звуженні) хоча б однієї ниркової артерії навіть за умови нормального тиску та об’єму крові відбувається раптове збільшення секреції реніну, тиск крові зростає понад норму, розвивається ниркова форма гіпертонії, яку може спричинити також і гіперпродукція альдостерону (гіперальдостеронізм), що виникає внаслідок гіпертрофії клітин клубочкової зони нирок, яка виробляє альдостерон. Реабсорбція іонів натрію і підвищення їх концентрації в плазмі крові служить сигналом для секреції АДГ і затримки води. Одночасно спостерігається гіпокаліємія, дефіцит іонів магнію і м'язова слабість.

За таких умов інгібітори синтезу простагландинів (індометацин), і β-адреноблокатори (пропранолол), можуть знижувати секрецію реніну, а інгібітори ангіотензинперетворювального ферменту, такі як каптоприл і еналаприл, попереджують перетворення ангіотензину І на ангіотензин ІІ.

Натрійуретичні пептиди.Передсерднийнатрійуретичний пептид, виділений з серця, являє собою сукупність двох пептидів – атріопептину І, що містить 28 амінокислотних залишків та атріопептину ІІ, який утворений меншою кількістю амінокислот і містить один дисульфідний зв'язок. Вони синтезуються та зберігаються в спеціальних гранулах кардіоміоцитів, їх секрецію стимулюють підвищення артеріального тиску, збільшення осмолярності плазми, збільшення частоти серцевих скорочень, підвищення концентрації катехоламінів і глюкокортикоїдів. Тканинами-мішенями служать клубочки нирок і периферійні артерії.

Атріопептини пригнічують секрецію АДГ, реніну, альдостерону, розширюють судини, і діючи на стадії утворення первинної сечі, збільшують екскрецію натрію хлориду та води.

Інший натрійуретичний пептид вперше був виділений з мозку свині, тому його назвали мозковим натрійуретичним пептидом. У мозку людини його концентрація незначна, більша його кількість знаходиться в серці (його шлуночках).

Натрійуретичний пептид С, наявний у мозку, гіпофізі, нирках і клітинах ендотелію судин у незначній концентрації знаходиться в серці. він, імовірно, відіграє роль паракринного трансмітера.

Натрійуретичні пептиди, що містяться в крові, діють на нирки, збільшуючи екскрецію натрію, імовірно, впливають шляхом дилатації аферентних артеріол і релаксації мезангіальних клітин. Обидва ці ефекти посилюють фільтрацію у клубочках, а також діють на ниркові канальці, пригнічують реабсорбцію натрію. До інших ефектів належить збільшення проникності капілярів, що призводить до виходу води з судин і зниження артеріального тиску, крім того, вони сприяють розслабленню гладком’язових елементів в артеріолах і венулах. Ці пептиди також знижують секрецію реніну і протидіють пресорним ефектам катехоламінів та ангіотензину ІІ.

Фактор інгібування Na+-, К+-АТФази –уабаїн, стероїд, який синтезується в надниркових залозах.Він стимулює виділення натрію з сечею шляхом інгібування ферменту Na+-, К+-АТФази і більшою мірою виявляє вплив на підвищення артеріального тиску, ніж на його зниження.


Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 6187; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!