Какво осигуряват бъбреците? Метаболитни промени в бъбреците, какви са? Механизмът на образуване на урина.

Бъбреците са истинска биохимична лаборатория, в която протичат много различни процеси. В резултат на химични реакции, протичащи в бъбреците, те осигуряват освобождаването на тялото от отпадъчни продукти, а също така участват в образуването на необходимите вещества.

Биохимични процеси в бъбреците

Тези процеси могат да бъдат разделени на три групи:

1. Процеси на образуване на урина,

2. Освобождаване на определени вещества,

3. Регулиране на производството на вещества, необходими за поддържане на водно-солевия и киселинно-алкалния баланс.

Във връзка с тези процеси бъбреците изпълняват следните функции:

• Екскреторна функция (отстраняване на вещества от тялото),
• Хомеостатична функция (поддържане на телесния баланс),
• Метаболитна функция (участие в метаболитни процеси и синтез на вещества).

Всички тези функции са тясно свързани помежду си и повреда в една от тях може да доведе до нарушаване на останалите.

Екскреторна функция на бъбреците

Тази функция е свързана с образуването на урина и отстраняването й от тялото. Когато кръвта преминава през бъбреците, урината се образува от плазмени компоненти. В същото време бъбреците могат да регулират неговия състав в зависимост от конкретното състояние на организма и неговите нужди.

Бъбреците се отделят от тялото чрез урината:

• Продукти на азотния метаболизъм: пикочна киселина, урея, креатинин,
• Излишните вещества, като вода, органични киселини, хормони,
• Чужди вещества, например наркотици, никотин.

Основните биохимични процеси, които осигуряват бъбреците да изпълняват екскреторната си функция, са процесите на ултрафилтрация. Кръвта навлиза в кухината на бъбречните гломерули през бъбречните съдове, където преминава през 3 слоя филтри. В резултат на това се образува първична урина. Количеството му е доста голямо и все пак съдържа необходимите за организма вещества. След това той влиза за допълнителна обработка в проксималните тубули, където се подлага на реабсорбция.

Реабсорбцията е движението на вещества от тубула в кръвта, тоест връщането им обратно от първичната урина. Средно бъбреците на човек произвеждат до 180 литра първична урина на ден и само 1-1,5 литра вторична урина се отделят. Именно това количество отделена урина съдържа всичко, което трябва да бъде изведено от тялото. Реабсорбират се вещества като протеини, аминокиселини, витамини, глюкоза, някои микроелементи и електролити. На първо място, водата се реабсорбира, а с нея се връщат и разтворените вещества. Благодарение на сложната система за филтриране в здраво тяло, протеините и глюкозата не навлизат в урината, т.е. откриването им в лабораторни изследвания показва проблеми и необходимостта от определяне на причината и лечението.

Хомеостатична бъбречна функция

Благодарение на тази функция бъбреците поддържат водно-солевия и киселинно-алкалния баланс в организма.

Основата за регулиране на водно-солевия баланс е количеството на входящата течност и соли, количеството отделена урина (т.е. течност с разтворени в нея соли). При излишък на натрий и калий осмотичното налягане се повишава, поради което осмотичните рецептори се дразнят и човек изпитва жажда. Обемът на отделената течност намалява и концентрацията на урината се увеличава. При излишък на течност обемът на кръвта се увеличава, концентрацията на сол намалява и осмотичното налягане пада. Това е сигнал за по-активна работа на бъбреците за отстраняване на излишната вода и възстановяване на баланса.
Процесът на поддържане на нормалния киселинно-алкален баланс (pH) се осъществява от буферните системи на кръвта и бъбреците. Промяната на този баланс в една или друга посока води до промени в бъбречната функция. Процесът на регулиране на този индикатор се състои от две части.

Първо, това е промяна в състава на урината. Така че, с увеличаване на киселинния компонент на кръвта, киселинността на урината също се увеличава. Увеличаването на съдържанието на алкални вещества води до образуване на алкална урина.

Второ, когато киселинно-алкалният баланс се промени, бъбреците отделят вещества, които неутрализират излишните вещества, които водят до дисбаланс. Например с повишаване на киселинността се повишава секрецията на Н+, ензимите глутаминаза и глутамат дехидрогеназа и пируваткарбоксилаза.

Бъбреците регулират фосфорно-калциевия метаболизъм, така че ако функциите им са нарушени, опорно-двигателният апарат може да пострада. Този метаболизъм се регулира чрез образуването на активната форма на витамин D3, който първо се образува в кожата, след това се хидроксилира в черния дроб и накрая в бъбреците.

Бъбреците произвеждат гликопротеинов хормон, наречен еритропоетин. Действа върху стволовите клетки на костния мозък и стимулира образуването на червени кръвни клетки от тях. Скоростта на този процес зависи от количеството кислород, постъпващ в бъбреците. Колкото по-малко е, толкова по-активно се образува еритропоетин, за да осигури на тялото кислород благодарение на по-големия брой червени кръвни клетки.

Друг важен компонент на метаболитната функция на бъбреците е системата ренин-ангиотензин-алдостерон. Ензимът ренин регулира съдовия тонус и превръща ангиотензиногена чрез многоетапни реакции в ангиотензин II. Ангиотензин II има вазоконстрикторен ефект и стимулира производството на алдостерон от надбъбречната кора. Алдостеронът от своя страна увеличава реабсорбцията на натрий и вода, което увеличава кръвния обем и кръвното налягане.

По този начин кръвното налягане зависи от количеството ангиотензин II и алдостерон. Но този процес работи като в кръг. Производството на ренин зависи от кръвоснабдяването на бъбреците. Колкото по-ниско е налягането, толкова по-малко кръв се влива в бъбреците и толкова повече се произвежда ренин и следователно ангиотензин II и алдостерон. В този случай налягането се увеличава. При повишено налягане се образува по-малко ренин и съответно налягането намалява.

Тъй като бъбреците участват в много процеси в нашето тяло, проблемите, които възникват в тяхната работа, неминуемо се отразяват на състоянието и функционирането на различни системи, органи и тъкани.

Бъбреците участват в метаболизма на протеини, липиди и въглехидрати. Тази функция се дължи на участието на бъбреците в осигуряването на постоянна концентрация на редица физиологично значими органични вещества в кръвта. Протеините и пептидите с ниско молекулно тегло се филтрират в бъбречните гломерули. В проксималния нефрон те се разграждат до аминокиселини или дипептиди и се транспортират през базалната плазмена мембрана в кръвта. При бъбречно заболяване тази функция може да бъде нарушена. Бъбреците са способни да синтезират глюкоза (глюконеогенеза). При продължително гладуване бъбреците могат да синтезират до 50% от общото количество глюкоза, произведена в тялото и постъпваща в кръвта. Бъбреците могат да използват глюкоза или свободни мастни киселини за разход на енергия. Когато нивото на глюкозата в кръвта е ниско, бъбречните клетки консумират мастни киселини в по-голяма степен; при хипергликемия глюкозата се разгражда предимно. Значението на бъбреците в липидния метаболизъм е, че свободните мастни киселини могат да бъдат включени в състава на триацилглицерола и фосфолипидите в бъбречните клетки и да навлязат в кръвта под формата на тези съединения.

Регулиране на бъбречната дейност

От историческа гледна точка представляват интерес експерименти, проведени с дразнене или пресичане на еферентните нерви, инервиращи бъбреците. Под тези влияния диурезата се променя леко. Малко се промени, ако бъбреците бяха трансплантирани на шията и бъбречната артерия беше зашита към каротидната артерия. Въпреки това, дори при тези условия е възможно да се развият условни рефлекси към болезнено дразнене или водно натоварване, а диурезата също се променя при безусловни рефлексни влияния. Тези експерименти дадоха основание да се предположи, че рефлекторните въздействия върху бъбреците се извършват не толкова чрез еферентните нерви на бъбреците (те имат сравнително малък ефект върху диурезата), а че възниква рефлексно освобождаване на хормони (ADH, алдостерон) и те имат пряк ефект върху процеса на диуреза в бъбреците. Следователно има всички основания да се разграничат следните видове в механизмите за регулиране на образуването на урина: условен рефлекс, безусловен рефлекс и хуморален.

Бъбрекът служи като изпълнителен орган във верига от различни рефлекси, които осигуряват постоянството на състава и обема на течностите във вътрешната среда. Централната нервна система получава информация за състоянието на вътрешната среда, сигналите се интегрират и се осигурява регулирането на бъбречната дейност. Анурията, която възниква при болезнено дразнене, може да се възпроизведе чрез условен рефлекс. Механизмът на болковата анурия се основава на дразнене на хипоталамичните центрове, които стимулират секрецията на вазопресин от неврохипофизата. Заедно с това се увеличава активността на симпатиковата част на нервната система и секрецията на катехоламини от надбъбречните жлези, което води до рязко намаляване на уринирането поради както намаляване на гломерулната филтрация, така и увеличаване на тубулната реабсорбция на вода.

Не само намаляването, но и увеличаването на диурезата може да бъде причинено от условен рефлекс. Многократното въвеждане на вода в тялото на кучето в комбинация с действието на условен стимул води до образуването на условен рефлекс, придружен от увеличаване на уринирането. Механизмът на условнорефлекторната полиурия в този случай се основава на факта, че импулсите се изпращат от кората на главния мозък към хипоталамуса и секрецията на ADH намалява. Импулсите, пристигащи през адренергичните влакна, стимулират транспорта на натрий, а чрез холинергичните влакна активират реабсорбцията на глюкоза и секрецията на органични киселини. Механизмът на промени в образуването на урина с участието на адренергичните нерви се дължи на активирането на аденилатциклазата и образуването на сАМР в тубулните клетки. Чувствителната към катехоламин аденилатциклаза присъства в базолатералните мембрани на клетките на дисталните извити тубули и началните участъци на събирателните канали. Аферентните нерви на бъбреците играят важна роля като информационна връзка в системата за йонна регулация и осигуряват изпълнението на рено-бъбречните рефлекси. Що се отнася до хуморално-хормоналната регулация на образуването на урина, това беше описано подробно по-горе.

Изготвен от Kasymkanov N.U.

Астана 2015 г

Основната функция на бъбреците е да отстраняват водата и водоразтворимите вещества (крайни продукти на метаболизма) от тялото (1). Функцията за регулиране на йонния и киселинно-алкалния баланс на вътрешната среда на тялото (хомеостатична функция) е тясно свързана с екскреторната функция. 2). И двете функции се контролират от хормони. В допълнение, бъбреците изпълняват ендокринна функция, като участват пряко в синтеза на много хормони (3). И накрая, бъбреците участват в междинния метаболизъм (4), особено глюконеогенезата и разграждането на пептиди и аминокиселини (фиг. 1).

Много голям обем кръв преминава през бъбреците: 1500 литра на ден. От този обем се филтрират 180 литра първична урина. Тогава обемът на първичната урина намалява значително поради реабсорбцията на вода, което води до дневна диуреза от 0,5-2,0 литра.

Екскреторна функция на бъбреците. Процесът на образуване на урина

Процесът на образуване на урина в нефроните се състои от три етапа.

Ултрафилтрация (гломерулна или гломерулна филтрация). В гломерулите на бъбречните телца първичната урина се образува от кръвна плазма в процеса на ултрафилтрация, изосмотична с кръвната плазма. Порите, през които се филтрира плазмата, имат ефективен среден диаметър от 2,9 nm. С този размер на порите всички компоненти на кръвната плазма с молекулно тегло (М) до 5 kDa преминават свободно през мембраната. Вещества с М< 65 кДа частично проходят через поры, и только крупные молекулы (М >65 kDa) се задържат от порите и не навлизат в първичната урина. Тъй като повечето протеини на кръвната плазма имат доста високо молекулно тегло (M> 54 kDa) и са отрицателно заредени, те се задържат от гломерулната базална мембрана и съдържанието на протеин в ултрафилтрата е незначително.

Реабсорбция. Първичната урина се концентрира (приблизително 100 пъти първоначалния си обем) чрез обратно филтриране на водата. В същото време, според механизма на активен транспорт, почти всички вещества с ниско молекулно тегло се реабсорбират в тубулите, особено глюкоза, аминокиселини, както и повечето електролити - неорганични и органични йони (Фигура 2).

Реабсорбцията на аминокиселини се извършва с помощта на специфични за групата транспортни системи (носители).

Калциеви и фосфатни йони. Калциевите йони (Ca 2+) и фосфатните йони се реабсорбират почти напълно в бъбречните тубули и процесът протича с изразходване на енергия (под формата на АТФ). Добивът на Ca 2+ е повече от 99%, на фосфатните йони - 80-90%. Степента на реабсорбция на тези електролити се регулира от паратироиден хормон (паратирин), калцитонин и калцитриол.

Пептидният хормон паратирин (PTH), секретиран от паращитовидната жлеза, стимулира реабсорбцията на калциевите йони и едновременно с това инхибира реабсорбцията на фосфатните йони. В комбинация с действието на други костни и чревни хормони, това води до повишаване на нивото на калциевите йони в кръвта и намаляване на нивото на фосфатните йони.

Калцитонинът, пептиден хормон от С клетките на щитовидната жлеза, инхибира реабсорбцията на калциеви и фосфатни йони. Това води до намаляване на нивото на двата йона в кръвта. Съответно, по отношение на регулирането на нивата на калциевите йони, калцитонинът е антагонист на паратирина.

Стероидният хормон калцитриол, произвеждан в бъбреците, стимулира абсорбцията на калциеви и фосфатни йони в червата, подпомага минерализацията на костите и участва в регулирането на реабсорбцията на калциеви и фосфатни йони в бъбречните тубули.

Натриеви йони. Реабсорбцията на Na+ йони от първичната урина е много важна функция на бъбреците. Това е високоефективен процес: абсорбира се около 97% Na+. Стероидният хормон алдостерон стимулира, а предсърдният натриуретичен пептид (ANP), синтезиран в атриума, напротив, инхибира този процес. И двата хормона регулират работата на Na + /K + -ATPase, локализирана от тази страна на плазмената мембрана на тубулните клетки (дистални и събирателни канали на нефрона), която се измива от кръвната плазма. Тази натриева помпа изпомпва Na+ йони от първичната урина в кръвта в замяна на K+ йони.

вода. Водната реабсорбция е пасивен процес, при който водата се абсорбира в осмотично еквивалентен обем заедно с Na + йони. В дисталния нефрон водата може да се абсорбира само в присъствието на пептидния хормон вазопресин (антидиуретичен хормон, ADH), секретиран от хипоталамуса. ANP инхибира реабсорбцията на вода. т.е., подобрява отстраняването на вода от тялото.

Поради пасивния транспорт се абсорбират хлоридни йони (2/3) и урея. Степента на реабсорбция определя абсолютното количество вещества, останали в урината и екскретирани от тялото.

Реабсорбцията на глюкоза от първичната урина е енергийно зависим процес, свързан с хидролизата на АТФ. В същото време се придружава от съпътстващ транспорт на Na + йони (по градиент, тъй като концентрацията на Na + в първичната урина е по-висока, отколкото в клетките). Аминокиселините и кетонните тела също се абсорбират по подобен механизъм.

Процесите на реабсорбция и секреция на електролити и неелектролити са локализирани в различни части на бъбречните тубули.

секреция. Повечето вещества, които трябва да се отделят от тялото, навлизат в урината чрез активен транспорт в бъбречните тубули. Тези вещества включват Н+ и К+ йони, пикочна киселина и креатинин и лекарства като пеницилин.

Органични съставки на урината:

Основната част от органичната фракция на урината се състои от азотсъдържащи вещества, крайни продукти на азотния метаболизъм. Урея, произведена в черния дроб. е носител на азот, съдържащ се в аминокиселините и пиримидиновите основи. Количеството урея е пряко свързано с протеиновия метаболизъм: 70 g протеин води до образуването на ~30 g урея. Пикочната киселина служи като краен продукт от метаболизма на пурина. Креатининът, който се образува поради спонтанната циклизация на креатина, е крайният продукт на метаболизма в мускулната тъкан. Тъй като дневната екскреция на креатинин е индивидуална характеристика (тя е право пропорционална на мускулната маса), креатининът може да се използва като ендогенна субстанция за определяне на скоростта на гломерулна филтрация. Съдържанието на аминокиселини в урината зависи от естеството на диетата и ефективността на черния дроб. Производни на аминокиселини (например хипурова киселина) също присъстват в урината. Съдържанието в урината на производни на аминокиселини, които са част от специални протеини, например хидроксипролин, присъстващ в колагена, или 3-метилхистидин, който е част от актин и миозин, може да служи като индикатор за интензивността на разпадането. от тези протеини.

Съставните компоненти на урината са конюгати, образувани в черния дроб със сярна и глюкуронова киселина, глицин и други полярни вещества.

В урината могат да присъстват продукти от метаболитна трансформация на много хормони (катехоламини, стероиди, серотонин). Въз основа на съдържанието на крайните продукти може да се съди за биосинтезата на тези хормони в организма. Протеиновият хормон хориогонадотропин (CG, M 36 kDa), образуван по време на бременност, навлиза в кръвта и се открива в урината чрез имунологични методи. Наличието на хормона служи като индикатор за бременност.

Урохромите, производни на жлъчните пигменти, образувани по време на разграждането на хемоглобина, придават жълт цвят на урината. Урината потъмнява по време на съхранение поради окисляване на урохромите.

Неорганични съставки на урината (Фигура 3)

Урината съдържа Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+ и NH 4 + катиони, Cl - аниони, SO 4 2- и HPO 4 2- и други йони в следи. Съдържанието на калций и магнезий в изпражненията е значително по-високо, отколкото в урината. Количеството на неорганичните вещества до голяма степен зависи от естеството на диетата. При ацидоза екскрецията на амоняк може значително да се увеличи. Екскрецията на много йони се регулира от хормони.

Промените в концентрацията на физиологичните компоненти и появата на патологични компоненти на урината се използват за диагностициране на заболявания. Например при диабет в урината присъстват глюкоза и кетонни тела (Приложение).

4. Хормонална регулация на образуването на урина

Обемът на урината и съдържанието на йони в нея се регулират благодарение на комбинираното действие на хормоните и структурните особености на бъбрека. Обемът на дневната урина се влияе от хормони:

АЛДОСТЕРОН и ВАЗОПРЕСИН (техният механизъм на действие беше обсъден по-рано).

ПАРАТХОРМОН - паратироиден хормон с протеиново-пептидна природа (мембранен механизъм на действие, чрез сАМР) също влияе върху отстраняването на соли от тялото. В бъбреците той подобрява тубулната реабсорбция на Ca +2 и Mg +2, увеличава екскрецията на K +, фосфат, HCO 3 - и намалява екскрецията на H + и NH 4 +. Това се дължи главно на намаляване на тубулната реабсорбция на фосфат. В същото време концентрацията на калций в кръвната плазма се повишава. Хипосекрецията на паратироидния хормон води до противоположни явления - повишаване на съдържанието на фосфат в кръвната плазма и намаляване на съдържанието на Ca + 2 в плазмата.

ЕСТРАДИОЛ е женски полов хормон. Стимулира синтеза на 1,25-диоксивитамин D3, подобрява реабсорбцията на калций и фосфор в бъбречните тубули.

Хомеостатична бъбречна функция

1) водно-солева хомеостаза

Бъбреците участват в поддържането на постоянно количество вода, като влияят върху йонния състав на вътре- и извънклетъчните течности. Около 75% от натриевите, хлорните и водните йони се реабсорбират от гломерулния филтрат в проксималния тубул поради споменатия АТФазен механизъм. В този случай активно се реабсорбират само натриеви йони, анионите се движат поради електрохимичния градиент, а водата се реабсорбира пасивно и изоосмотично.

2) участие на бъбреците в регулирането на киселинно-алкалния баланс

Концентрацията на Н + йони в плазмата и в междуклетъчното пространство е около 40 nM. Това съответства на стойност на pH 7,40. pH на вътрешната среда на тялото трябва да се поддържа постоянно, тъй като значителните промени в концентрацията на писти не са съвместими с живота.

Постоянността на стойността на pH се поддържа от плазмени буферни системи, които могат да компенсират краткотрайни нарушения в киселинно-алкалния баланс. Дългосрочното pH равновесие се поддържа чрез производството и отстраняването на протони. Ако има нарушения в буферните системи и ако киселинно-алкалният баланс не се поддържа, например в резултат на бъбречно заболяване или нарушения в честотата на дишане поради хипо- или хипервентилация, стойността на рН на плазмата надхвърля допустимите граници. Намаляването на стойността на pH от 7,40 с повече от 0,03 единици се нарича ацидоза, а повишаването се нарича алкалоза.

Произход на протоните. Има два източника на протони - свободните киселини в храната и съдържащите сяра аминокиселини в протеините, получени от храната.Киселини, като лимонена, аскорбинова и фосфорна, освобождават протони в чревния тракт (при алкално рН). Аминокиселините метионин и цистеин, образувани при разграждането на протеините, имат най-голям принос за осигуряване на баланса на протоните. В черния дроб серните атоми на тези аминокиселини се окисляват до сярна киселина, която се разпада на сулфатни йони и протони.

По време на анаеробна гликолиза в мускулите и червените кръвни клетки глюкозата се превръща в млечна киселина, дисоциацията на която води до образуването на лактат и протони. Образуването на кетонни тела - ацетооцетна и 3-хидроксимаслена киселина - в черния дроб също води до освобождаване на протони; излишъкът от кетонни тела води до претоварване на плазмената буферна система и понижаване на pH (метаболитна ацидоза; млечна киселина → лактатна ацидоза, кетонни тела → кетоацидоза). При нормални условия тези киселини обикновено се метаболизират до CO 2 и H 2 O и не влияят на протонния баланс.

Тъй като ацидозата представлява особена опасност за тялото, бъбреците имат специални механизми за борба с нея:

а) секреция на H +

Този механизъм включва процеса на образуване на CO 2 в метаболитни реакции, протичащи в клетките на дисталните тубули; след това образуването на Н 2 СО 3 под действието на карбоанхидраза; неговата по-нататъшна дисоциация на Н + и НСО 3 - и обмен на Н + йони за Na + йони. След това натриевите и бикарбонатните йони дифундират в кръвта, което я кара да стане алкална. Този механизъм е тестван експериментално - въвеждането на инхибитори на карбоанхидразата води до повишена загуба на натрий във вторичната урина и подкисляването на урината спира.

б) амониогенеза

Активността на амониогенезните ензими в бъбреците е особено висока при условия на ацидоза.

Ензимите на амониогенезата включват глутаминаза и глутамат дехидрогеназа:

в) глюконеогенеза

Среща се в черния дроб и бъбреците. Ключовият ензим на процеса е бъбречната пируват карбоксилаза. Ензимът е най-активен в кисела среда - по това се различава от същия чернодробен ензим. Следователно, по време на ацидоза в бъбреците, карбоксилазата се активира и киселинно реагиращите вещества (лактат, пируват) започват по-интензивно да се превръщат в глюкоза, която няма киселинни свойства.

Този механизъм е важен при ацидоза, свързана с гладуване (от липса на въглехидрати или от обща липса на хранене). Натрупването на кетонни тела, които имат киселинни свойства, стимулира глюконеогенезата. А това помага за подобряване на киселинно-алкалното състояние и в същото време снабдява тялото с глюкоза. По време на пълно гладуване до 50% от кръвната глюкоза се образува в бъбреците.

При алкалоза се инхибира глюконеогенезата (в резултат на промени в рН, PVK карбоксилазата се инхибира), секрецията на протони се инхибира, но в същото време се засилва гликолизата и се увеличава образуването на пируват и лактат.

Метаболитна бъбречна функция

1) Образуване на активната форма на витамин D 3.В бъбреците, в резултат на реакцията на микрозомално окисление, настъпва крайният етап на узряване на активната форма на витамин D 3 - 1,25-диоксихолекалциферол. Предшественикът на този витамин, витамин D 3, се синтезира в кожата под въздействието на ултравиолетовите лъчи от холестерола и след това се хидроксилира: първо в черния дроб (на позиция 25), а след това в бъбреците (на позиция 1). По този начин, участвайки в образуването на активната форма на витамин D3, бъбреците влияят на фосфорно-калциевия метаболизъм в организма. Следователно, при бъбречни заболявания, когато процесите на хидроксилиране на витамин D3 са нарушени, може да се развие ОСТЕОДИСТРОФИЯ.

2) Регулиране на еритропоезата.Бъбреците произвеждат гликопротеин, наречен бъбречен еритропоетичен фактор (REF или ЕРИТРОПОЕТИН). Това е хормон, който е в състояние да повлияе на стволовите клетки на червения костен мозък, които са таргетните клетки за PEF. PEF насочва развитието на тези клетки по пътя на сритропоезата, т.е. стимулира образуването на червени кръвни клетки. Скоростта на освобождаване на PEF зависи от снабдяването на бъбреците с кислород. Ако количеството на входящия кислород намалее, производството на PEF се увеличава - това води до увеличаване на броя на червените кръвни клетки в кръвта и подобряване на доставката на кислород. Поради това при бъбречни заболявания понякога се наблюдава бъбречна анемия.

3) Биосинтеза на протеини.В бъбреците активно протичат процесите на биосинтеза на протеини, необходими за други тъкани. Някои компоненти са синтезирани тук:

Системи за коагулация на кръвта;

Системи на комплемента;

Системи за фибринолиза.

В бъбреците RENIN се синтезира в клетките на юкстагломеруларния апарат (JA).

Ренин-ангиотензин-алдостероновата система работи в тясна връзка с друга система за регулиране на съдовия тонус: КАЛИКРЕИН-КИНИНОВАТА СИСТЕМА, чието действие води до понижаване на кръвното налягане.

Протеинът кининоген се синтезира в бъбреците. След като влезе в кръвта, кининогенът под действието на серинови протеинази - каликреини се превръща във вазоактивни пептиди - кинини: брадикинин и калидин. Брадикининът и калидинът имат съдоразширяващ ефект – понижават кръвното налягане. Инактивирането на кинините става с участието на карбоксикатепсин - този ензим едновременно засяга и двете системи за регулиране на съдовия тонус, което води до повишаване на кръвното налягане. Инхибиторите на карбоксикатепсин се използват за медицински цели при лечението на някои форми на артериална хипертония (например лекарството клофелин).

Участието на бъбреците в регулирането на кръвното налягане също е свързано с производството на простагландини, които имат хипотензивен ефект и се образуват в бъбреците от арахидонова киселина в резултат на реакции на липидна пероксидация (LPO).

4) Катаболизъм на протеини.Бъбреците участват в катаболизма на някои протеини с ниско молекулно тегло (5-6 kDa) и пептиди, които се филтрират в първичната урина. Сред тях са хормони и някои други биологично активни вещества. В тубулните клетки, под действието на лизозомни протеолитични ензими, тези протеини и пептиди се хидролизират до аминокиселини, които навлизат в кръвта и се използват повторно от клетки на други тъкани.

1. Образуване на активната форма на витамин D 3.В бъбреците, в резултат на микрозомално окисление, настъпва последният етап на узряване на активната форма на витамин D 3 - 1,25-дихидроксихолекалциферол, който се синтезира в кожата под въздействието на ултравиолетовите лъчи от холестерола и след това се хидроксилира: първо в черния дроб (на позиция 25) и след това в бъбреците (на позиция 1). По този начин, участвайки в образуването на активната форма на витамин D3, бъбреците влияят на фосфорно-калциевия метаболизъм в организма. Следователно, при бъбречни заболявания, когато процесите на хидроксилиране на витамин D3 са нарушени, може да се развие остеодистрофия.

2. Регулиране на еритропоезата.Бъбреците произвеждат гликопротеин, наречен бъбречен еритропоетичен фактор (PEF или еритропоетин). Това е хормон, който е в състояние да повлияе на стволовите клетки на червения костен мозък, които са прицелни клетки за PEF. PEF насочва развитието на тези клетки по пътя на еритропоезата, т.е. стимулира образуването на червени кръвни клетки. Скоростта на освобождаване на PEF зависи от снабдяването на бъбреците с кислород. Ако количеството на входящия кислород намалее, производството на PEF се увеличава - това води до увеличаване на броя на червените кръвни клетки в кръвта и подобряване на доставката на кислород. Поради това при бъбречни заболявания понякога се наблюдава бъбречна анемия.

3. Биосинтеза на протеини.В бъбреците активно протичат процесите на биосинтеза на протеини, необходими за други тъкани. Тук също се синтезират компоненти на системата за кръвосъсирване, системата на комплемента и системата за фибринолиза.

Бъбреците синтезират ензима ренин и протеина кининоген, които участват в регулацията на съдовия тонус и кръвното налягане.

4. Белтъчен катаболизъм.Бъбреците участват в катаболизма на някои протеини с ниско молекулно тегло (5-6 kDa) и пептиди, които се филтрират в първичната урина. Сред тях са хормони и някои други биологично активни вещества. В тубулните клетки, под действието на лизозомни протеолитични ензими, тези протеини и пептиди се хидролизират до аминокиселини, които след това навлизат в кръвта и се използват повторно от клетки на други тъкани.

Големите разходи на АТФ от бъбреците са свързани с процесите на активен транспорт по време на реабсорбция, секреция, както и с биосинтеза на протеини. Основният път за производство на АТФ е окислителното фосфорилиране. Следователно, бъбречната тъкан се нуждае от значителни количества кислород. Масата на бъбреците е 0,5% от общото телесно тегло, а консумацията на кислород от бъбреците е 10% от общия прием на кислород.

7.4. РЕГУЛИРАНЕ НА ВОДНО-СОЛЕВИЯ МЕТАБОЛИЗЪМ
И ПИКОЧНИ

Обемът на урината и съдържанието на йони в нея се регулират благодарение на комбинираното действие на хормоните и структурните особености на бъбрека.

Ренин-ангиотензин-алдостеронова система. В бъбреците, в клетките на юкстагломеруларния апарат (JGA), се синтезира ренин, протеолитичен ензим, който участва в регулацията на съдовия тонус, превръщайки ангиотензиногена в декапептид ангиотензин I чрез частична протеолиза. От ангиотензин I под действието на ензима карбоксикатепсин се образува октапептидът ангиотензин II (също чрез частична протеолиза). Той има вазоконстрикторен ефект и също така стимулира производството на хормона на надбъбречната кора - алдостерон.

Алдостероне стероиден хормон на надбъбречната кора от групата на минералкортикоидите, който подобрява реабсорбцията на натрий от дисталната част на бъбречните тубули поради активен транспорт. Той започва да се секретира активно, когато концентрацията на натрий в кръвната плазма намалее значително. В случай на много ниски концентрации на натрий в кръвната плазма, под въздействието на алдостерон може да настъпи почти пълно отстраняване на натрий от урината. Алдостеронът подобрява реабсорбцията на натрий и вода в бъбречните тубули - това води до увеличаване на обема на кръвта, циркулираща в съдовете. В резултат на това кръвното налягане (АН) се повишава (фиг. 19).

Ориз. 19. Ренин-ангиотензин-алдостеронова система

Когато молекулата на ангиотензин-II изпълни своята функция, тя претърпява пълна протеолиза под действието на група специални протези - ангиотензинази.

Производството на ренин зависи от кръвоснабдяването на бъбреците. Следователно, когато кръвното налягане се понижава, производството на ренин се увеличава, а когато кръвното налягане се повишава, то намалява. При бъбречна патология понякога се наблюдава повишено производство на ренин и може да се развие персистираща хипертония (повишено кръвно налягане).

Хиперсекрецията на алдостерон води до задържане на натрий и вода - след това се развиват отоци и хипертония, включително сърдечна недостатъчност. Дефицитът на алдостерон води до значителна загуба на натрий, хлорид и вода и намаляване на обема на кръвната плазма. В бъбреците процесите на секреция на H + и NH 4 + се нарушават едновременно, което може да доведе до ацидоза.

Системата ренин-ангиотензин-алдостерон работи в тясна връзка с друга система, регулираща съдовия тонус каликреин-кининова система, чието действие води до понижаване на артериалното налягане (фиг. 20).

Ориз. 20. Каликреин-кининова система

Протеинът кининоген се синтезира в бъбреците. Веднъж в кръвта, кининогенът под действието на серинови протеинази - каликреини се превръща във вазоактинови пептиди - кинини: брадикинин и калидин. Брадикининът и калидинът имат съдоразширяващ ефект – понижават кръвното налягане.

Инактивирането на кинините става с участието на карбоксикатепсин - този ензим едновременно засяга и двете системи за регулиране на съдовия тонус, което води до повишаване на кръвното налягане (фиг. 21). Инхибиторите на карбоксикатепсин се използват за медицински цели при лечение на някои форми на артериална хипертония. Участието на бъбреците в регулацията на кръвното налягане е свързано и с производството на простагландини, които имат хипотензивен ефект.

Ориз. 21. Връзка ренин-ангиотензин-алдостерон
и каликреин-кинин системи

Вазопресин– пептиден хормон, синтезиран в хипоталамуса и секретиран от неврохипофизата, има мембранен механизъм на действие. Този механизъм в прицелните клетки се реализира чрез аденилатциклазната система. Вазопресинът причинява свиване на периферните кръвоносни съдове (артериоли), което води до повишаване на кръвното налягане. В бъбреците вазопресинът повишава скоростта на реабсорбция на вода от началната част на дисталните извити тубули и събирателните канали. В резултат на това се увеличават относителните концентрации на Na, C1, P и общия N. Секрецията на вазопресин се увеличава, когато плазменото осмотично налягане се повишава, например при повишен прием на сол или дехидратация. Смята се, че действието на вазопресина е свързано с фосфорилиране на протеини в апикалната мембрана на бъбрека, което води до повишаване на неговата пропускливост. Ако хипофизната жлеза е увредена, ако секрецията на вазопресин е нарушена, се наблюдава безвкусен диабет - рязко увеличаване на обема на урината (до 4-5 l) с ниско специфично тегло.

Натриуретичен фактор(NUF) е пептид, който се образува в клетките на атриума в хипоталамуса. Това е хормоноподобно вещество. Неговите мишени са клетките на дисталните бъбречни тубули. NUF действа чрез гуанилат циклазната система, т.е. негов вътреклетъчен медиатор е cGMP. Резултатът от влиянието на NUF върху тубулните клетки е намаляване на реабсорбцията на Na +, т.е. Развива се натриурия.

Паратироиден хормон– паратироиден хормон с протеиново-пептидна природа. Има мембранен механизъм на действие чрез сАМР. Повлиява отстраняването на солите от тялото. В бъбреците паратиреоидният хормон подобрява тубулната реабсорбция на Ca 2+ и Mg 2+, увеличава екскрецията на K +, фосфат, HCO 3 - и намалява екскрецията на H + и NH 4 +. Това се дължи главно на намаляване на тубулната реабсорбция на фосфат. В същото време концентрацията на калций в плазмата се увеличава. Хипосекрецията на паратироидния хормон води до противоположни явления - повишаване на съдържанието на фосфати в кръвната плазма и намаляване на съдържанието на Ca 2+ в плазмата.

Естрадиол– женски полов хормон. Стимулира синтеза
1,25-диоксикалциферол, подобрява реабсорбцията на калций и фосфор в бъбречните тубули.

Надбъбречният хормон влияе върху задържането на определено количество вода в тялото. кортизон. В този случай има забавяне на освобождаването на Na йони от тялото и в резултат на това задържане на вода. Хормон тироксинводи до спад на телесното тегло поради повишено отделяне на вода, главно през кожата.

Тези механизми са под контрола на централната нервна система. Диенцефалонът и сивият туберкул на мозъка участват в регулирането на водния метаболизъм. Възбуждането на мозъчната кора води до промени във функционирането на бъбреците в резултат на директното предаване на съответните импулси по нервните пътища или чрез възбуждане на някои ендокринни жлези, по-специално хипофизната жлеза.

Нарушенията във водния баланс при различни патологични състояния могат да доведат както до задържане на вода в организма, така и до частична дехидратация на тъканите. Ако задържането на вода в тъканите е хронично, обикновено се развиват различни форми на оток (възпалителни, солени, гладни).

Патологичната дехидратация на тъканите обикновено е следствие от отделянето на повишено количество вода през бъбреците (до 15-20 литра урина на ден). Такова повишено уриниране, придружено от силна жажда, се наблюдава при безвкусен диабет (безвкусен диабет). При пациенти, страдащи от безвкусен диабет поради липса на хормона вазопресин, бъбреците губят способността си да концентрират първичната урина; урината става много разредена и има ниско специфично тегло. Ограничаването на пиенето по време на това заболяване обаче може да доведе до дехидратация на тъканите, несъвместима с живота.

Контролни въпроси

1. Опишете отделителната функция на бъбреците.

2. Каква е хомеостатичната функция на бъбреците?

3. Каква метаболитна функция изпълняват бъбреците?

4. Какви хормони участват в регулацията на осмотичното налягане и обема на извънклетъчната течност?

5. Опишете механизма на действие на системата ренин-ангиотензин.

6. Каква е връзката между системите ренин-алдостерон-ангиотензин и каликреин-кинин?

7. Какви нарушения на хормоналната регулация могат да причинят хипертония?

8. Посочете причините за задържане на вода в организма.

9. Какво причинява безвкусен диабет?

Бъбреците са сред най-добре снабдените органи в човешкото тяло. Те консумират 8% от целия кислород в кръвта, въпреки че масата им едва достига 0,8% от телесното тегло.

Кората се характеризира с аеробен тип метаболизъм, медулата е анаеробна.

Бъбреците имат широк спектър от ензими, присъщи на всички активно функциониращи тъкани. В същото време те се отличават със своите „органоспецифични“ ензими, чието съдържание в кръвта при бъбречно заболяване има диагностична стойност. Тези ензими включват предимно глицин амидо-трансфераза (тя също е активна в панкреаса), която прехвърля амидиновата група от аргинин към глицин. Тази реакция е началната стъпка в синтеза на креатин:

Глицин амидо трансфераза

L-аргинин + глицин L-орнитин + гликоциамин

от изоензимен спектър за кората на бъбреците са характерни LDH 1 и LDH 2, а за медулата LDH 5 и LDH 4. При остри бъбречни заболявания в кръвта се открива повишена активност на аеробните изоензими лактат дехидрогеназа (LDH 1 и LDH 2) и изоензима аланин аминопептидаза – AAP 3.

Заедно с черния дроб, бъбреците са орган, способен на глюконеогенеза. Този процес протича в клетките на проксималните тубули. Основен глутаминът служи като субстрат за глюконеогенезата, който едновременно изпълнява и буферна функция за поддържане на необходимото pH. Активиране на ключовия ензим на глюконеогенезата – фосфоенолпируват карбоксикиназа – причинени от появата на киселинни еквиваленти в приточната кръв . Следователно държавата ацидозаводи, от една страна, до стимулиране на глюконеогенезата, от друга, до увеличаване на образуването на NH 3, т.е. неутрализиране на киселинни храни. въпреки това излишенпроизводството на амоняк - хиперамониемия - вече ще определи развитието на метаболитните алкалоза.Увеличаването на концентрацията на амоняк в кръвта е най-важният симптом на нарушение на процесите на синтез на урея в черния дроб.

Механизъм на образуване на урина.

В човешкия бъбрек има 1,2 милиона нефрона. Нефронът се състои от няколко части, които се различават морфологично и функционално: гломерул (гломерул), проксимален тубул, бримка на Хенле, дистален тубул и събирателен канал. Всеки ден гломерулите филтрират 180 литра доставена кръвна плазма. В гломерулите се извършва ултрафилтрация на кръвната плазма, което води до образуването на първична урина.

В първичната урина постъпват молекули с молекулно тегло до 60 000 Da, т.е. В него практически няма протеини. Капацитетът на филтриране на бъбреците се оценява въз основа на клирънса (пречистването) на дадено съединение - броят ml плазма, която може да бъде напълно освободена от дадено вещество, когато преминава през бъбрека (повече подробности в курса по физиология ).

Бъбречните тубули извършват резорбцията и секрецията на вещества. Тази функция е различна за различните връзки и зависи от всеки сегмент на тубула.

В проксималните тубули в резултат на абсорбцията на вода и Na +, K +, Cl -, HCO 3 - йони, разтворени в нея. започва концентрация на първична урина. Абсорбцията на вода става пасивно след активно транспортирания натрий. Клетките на проксималните тубули също реабсорбират глюкоза, аминокиселини и витамини от първичната урина.

Допълнителна реабсорбция на Na + възниква в дисталните тубули. Тук абсорбцията на вода става независимо от натриевите йони. K +, NH 4 +, H + йони се секретират в лумена на тубулите (имайте предвид, че K +, за разлика от Na +, може не само да се реабсорбира, но и да се секретира). В процеса на секреция калият от междуклетъчната течност навлиза в тубулната клетка през базалната плазмена мембрана поради работата на „K + -Na + -помпата“ и след това пасивно, чрез дифузия, се освобождава в лумена на нефронов тубул през апикалната клетъчна мембрана. На фиг. представена е структурата на “K + -Na+-помпата”, или K + -Na + -ATPase (фиг. 1)

Фиг. 1 Функциониране на K + -Na + -ATPase

Крайната концентрация на урината се осъществява в медуларния сегмент на събирателните канали. Само 1% от течността, филтрирана от бъбреците, се превръща в урина. В събирателните канали водата се реабсорбира чрез вградени аквапорини II (водни транспортни канали) под въздействието на вазопресин. Дневното количество крайна (или вторична) урина, която има многократно по-висока осмотична активност от първичната урина, е средно 1,5 литра.

Реабсорбцията и секрецията на различни съединения в бъбреците се регулират от централната нервна система и хормони. Така при емоционален и болков стрес може да се развие анурия (спиране на уринирането). Водната абсорбция се увеличава от действието на вазопресина. Недостигът му води до водна диуреза. Алдостеронът повишава реабсорбцията на натрий, а заедно с него и вода. Паратиринът влияе върху усвояването на калций и фосфати. Този хормон увеличава отделянето на фосфат, докато витамин D го забавя.

Ролята на бъбреците в поддържането на киселинно-алкалния баланс. Постоянността на рН на кръвта се поддържа от нейните буферни системи, белите дробове и бъбреците. Постоянността на рН на извънклетъчната течност (и индиректно - вътреклетъчната) се осигурява от белите дробове чрез отстраняване на CO 2, бъбреците чрез отстраняване на амоняк и протони и реабсорбция на бикарбонати.

Основните механизми в регулацията на киселинно-алкалния баланс са процесът на реабсорбция на натрий и секрецията на водородни йони, образувани с участието карбанхидраза.

Карбанхидразата (Zn кофактор) ускорява възстановяването на равновесието при образуването на въглена киселина от вода и въглероден диоксид:

н 2 O + CO 2 ⇄ н 2 CO 3 ⇄ н + + ДДС 3 –

При киселинни стойности pH се повишава Р CO2 и същевременно концентрацията на CO2 в кръвната плазма. CO 2 вече дифундира в по-големи количества от кръвта в клетките на бъбречните тубули (). В бъбречните тубули под действието на въглеродна киселина се образува въглероден диоксид (), който се разпада на протон и бикарбонатен йон. H + -йони се транспортират () в лумена на тубула с помощта на ATP-зависима протонна помпа или чрез заместването им с Na +. Тук те се свързват с HPO 4 2-, за да образуват H 2 PO 4 - . От противоположната страна на тубула (граничеща с капиляра) с помощта на въгленокиселата реакция () се образува бикарбонат, който заедно с натриевия катион (Na + котранспорт) навлиза в кръвната плазма (фиг. 2). ).

Ако активността на карбанхидразата се инхибира, бъбреците губят способността си да секретират киселина.

Ориз. 2. Механизмът на реабсорбция и секреция на йони в клетката на бъбречните тубули

Най-важният механизъм, допринасящ за задържането на натрий в организма, е образуването на амоняк в бъбреците. NH3 се използва вместо други катиони за неутрализиране на киселинните еквиваленти на урината. Източникът на амоняк в бъбреците са процесите на дезаминиране на глутамин и окислително дезаминиране на аминокиселини, предимно глутамин.

Глутаминът е амидът на глутаминовата киселина, образуван, когато NH3 се добави към него от ензима глутамин синтаза или се синтезира в реакции на трансаминиране. В бъбреците амидната група на глутамин се отцепва хидролитично от глутамин от ензима глутаминаза I. Това произвежда свободен амоняк:

глутаминаза аз

Глутамин Глутаминова киселина + NH3

Глутамат дехидрогеназа

α-кетоглутарова

киселина + NH3

Амонякът може лесно да дифундира в бъбречните тубули и там е лесно да се прикрепят протони, за да се образува амониев йон: NH 3 + H + ↔NH 4 +