Što daju bubrezi? Metaboličke promjene u bubrezima koji je mehanizam stvaranja urina.

Bubrezi su pravi biokemijski laboratorij u kojem se odvija mnoštvo različitih procesa. Kao rezultat kemijskih reakcija koje se odvijaju u bubrezima, oni osiguravaju oslobađanje tijela od otpadnih tvari, a također sudjeluju u stvaranju tvari koje su nam potrebne.

Biokemijski procesi u bubrezima

Ovi se procesi mogu podijeliti u tri skupine:

1. Procesi stvaranja urina,

2. Izolacija određenih tvari,

3. Regulacija proizvodnje tvari potrebnih za održavanje vodeno-solne i kiselinsko-bazne ravnoteže.

U vezi s tim procesima, bubrezi obavljaju sljedeće funkcije:

• Funkcija izlučivanja (uklanjanje tvari iz tijela),
• Homeostatska funkcija (održavanje ravnoteže tijela),
• Metabolička funkcija (sudjelovanje u metaboličkim procesima i sintezi tvari).

Sve su te funkcije usko povezane, a kvar u jednoj od njih može dovesti do kršenja ostalih.

ekskretorna funkcija bubrega

Ova je funkcija povezana s stvaranjem urina i njegovim izlučivanjem iz tijela. Dok krv prolazi kroz bubrege, urin se formira od komponenti plazme. Istodobno, bubrezi mogu regulirati njegov sastav ovisno o specifičnom stanju tijela i njegovim potrebama.

Urinom bubrezi izlučuju iz tijela:

• Produkti metabolizma dušika: mokraćna kiselina, urea, kreatinin,
• Višak tvari kao što su voda, organske kiseline, hormoni,
• Strane tvari, npr. lijekovi, nikotin.

Glavni biokemijski procesi koji osiguravaju da bubrezi obavljaju svoju funkciju izlučivanja su procesi ultrafiltracije. Krv kroz bubrežne žile ulazi u šupljinu bubrežnih glomerula, gdje prolazi kroz 3 sloja filtera. Kao rezultat toga nastaje primarni urin. Njegova količina je prilično velika, a još uvijek sadrži tvari potrebne za tijelo. Zatim ulazi na dodatnu obradu u proksimalne tubule, gdje se podvrgava reapsorpciji.

Reapsorpcija je kretanje tvari iz tubula u krv, odnosno njihov povratak iz primarne mokraće. U prosjeku, bubrezi osobe dnevno proizvedu do 180 litara primarne mokraće, a izluči se samo 1-1,5 litara sekundarne mokraće. Upravo u toj količini izlučene mokraće nalazi se sve što je potrebno izbaciti iz organizma. Supstance kao što su proteini, aminokiseline, vitamini, glukoza, neki elementi u tragovima i elektroliti se reapsorbiraju. Prije svega, voda se reapsorbira, a s njom se vraćaju i otopljene tvari. Zahvaljujući složenom sustavu filtracije u zdravom tijelu, bjelančevine i glukoza ne ulaze u urin, odnosno njihovo otkrivanje u laboratorijskim testovima ukazuje na probleme i potrebu za otkrivanjem uzroka i liječenja.

homeostatska funkcija bubrega

Zahvaljujući ovoj funkciji, bubrezi održavaju vodeno-solnu i kiselo-baznu ravnotežu u tijelu.

Osnova za regulaciju ravnoteže vode i soli je količina ulazne tekućine i soli, količina izlučenog urina (to jest, tekućina s otopljenim solima). S viškom natrija i kalija, osmotski tlak raste, zbog toga su osmotski receptori nadraženi, a osoba razvija žeđ. Volumen izlučene tekućine se smanjuje, a koncentracija urina raste. S viškom tekućine, volumen krvi se povećava, a koncentracija soli smanjuje, osmotski tlak pada. To je signal bubrezima da pojačano rade kako bi uklonili višak vode i uspostavili ravnotežu.
Proces održavanja normalne acidobazne ravnoteže (pH) provode puferski sustavi krvi i bubrega. Promjena ove ravnoteže u jednom ili drugom smjeru dovodi do promjene u radu bubrega. Proces podešavanja ovog pokazatelja sastoji se od dva dijela.

Prvo, to je promjena u sastavu urina. Dakle, s povećanjem kisele komponente krvi, povećava se i kiselost urina. Povećanje sadržaja alkalnih tvari dovodi do stvaranja alkalnog urina.

Drugo, kada se acidobazna ravnoteža promijeni, bubrezi luče tvari koje neutraliziraju višak tvari koje dovode do neravnoteže. Na primjer, s povećanjem kiselosti, povećava se izlučivanje enzima H +, glutaminaze i glutamat dehidrogenaze, piruvat karboksilaze.

Bubrezi reguliraju metabolizam fosfora i kalcija, stoga, ako su njihove funkcije povrijeđene, mišićno-koštani sustav može patiti. Ta se izmjena regulira stvaranjem aktivnog oblika vitamina D3, koji se najprije stvara u koži, zatim hidroksilira u jetri, zatim, konačno, u bubrezima.

Bubrezi proizvode glikoproteinski hormon koji se zove eritropoetin. Djeluje na matične stanice koštane srži i potiče stvaranje crvenih krvnih stanica iz njih. Brzina ovog procesa ovisi o količini kisika koja ulazi u bubrege. Što je manji, to se aktivnije stvara eritropoetin kako bi se tijelo opskrbilo kisikom zbog većeg broja crvenih krvnih stanica.

Druga važna komponenta metaboličke funkcije bubrega je sustav renin-angiotenzin-aldosteron. Enzim renin regulira vaskularni tonus i pretvara angiotenzinogen u angiotenzin II kroz reakcije u više koraka. Angiotenzin II ima vazokonstrikcijski učinak i stimulira proizvodnju aldosterona u korteksu nadbubrežne žlijezde. Aldosteron pak povećava reapsorpciju natrija i vode, što povećava volumen krvi i krvni tlak.

Dakle, krvni tlak ovisi o količini angiotenzina II i aldosterona. Ali ovaj proces funkcionira kao krug. Proizvodnja renina ovisi o opskrbi bubrega krvlju. Što je niži tlak, manje krvi ulazi u bubrege i stvara se više renina, a time i angiotenzina II i aldosterona. U ovom slučaju, pritisak raste. S povećanim tlakom stvara se manje renina, odnosno tlak se smanjuje.

Budući da su bubrezi uključeni u mnoge procese u našem tijelu, problemi koji se javljaju u njihovom radu neizbježno utječu na stanje i rad različitih sustava, organa i tkiva.

Bubrezi sudjeluju u metabolizmu bjelančevina, lipida i ugljikohidrata. Ova funkcija je posljedica sudjelovanja bubrega u osiguravanju postojanosti koncentracije u krvi niza fiziološki značajnih organskih tvari. U bubrežnim glomerulima filtriraju se niskomolekularni proteini i peptidi. U proksimalnom nefronu oni se cijepaju na aminokiseline ili dipeptide i prenose kroz bazalnu plazma membranu u krv. Kod bolesti bubrega ova funkcija može biti oštećena. Bubrezi su sposobni sintetizirati glukozu (glukoneogeneza). Duljim gladovanjem bubrezi mogu sintetizirati do 50% ukupne količine glukoze koja se stvara u tijelu i ulazi u krvotok. Za potrošnju energije bubrezi mogu koristiti glukozu ili slobodne masne kiseline. Kod niske razine glukoze u krvi bubrežne stanice u većoj mjeri troše masne kiseline, kod hiperglikemije glukoza se pretežno razgrađuje. Značenje bubrega u metabolizmu lipida je u tome što se slobodne masne kiseline mogu uključiti u sastav triacilglicerola i fosfolipida u stanicama bubrega i u obliku tih spojeva dospjeti u krv.

Regulacija aktivnosti bubrega

Povijesno gledano, od interesa su pokusi provedeni s iritacijom ili rezanjem eferentnih živaca koji inerviraju bubrege. Pod tim utjecajima diureza se neznatno promijenila. Malo se promijenilo ako su bubrezi presađeni na vrat, a arterija bubrega zašivena na karotidnu arteriju. Međutim, čak iu tim uvjetima bilo je moguće razviti uvjetne reflekse na stimulaciju boli ili na opterećenje vodom, a diureza se također promijenila pod utjecajem bezuvjetnih refleksa. Ovi pokusi dali su razloga za pretpostavku da se refleksni učinci na bubrege provode ne toliko kroz eferentne živce bubrega (imaju relativno mali učinak na diurezu), već postoji refleksno oslobađanje hormona (ADH, aldosteron) i imaju izravan učinak na proces diureze u bubrezima. Stoga postoji svaki razlog da se u mehanizmima regulacije mokrenja razlikuju sljedeće vrste: uvjetovani refleks, bezuvjetni refleks i humoralni.

Bubreg služi kao izvršni organ u lancu različitih refleksa koji osiguravaju postojanost sastava i volumena tekućina unutarnjeg okoliša. Središnji živčani sustav prima informacije o stanju unutarnjeg okruženja, javlja se integracija signala i osigurava se regulacija aktivnosti bubrega. Anurija, koja se javlja s iritacijom boli, može se reproducirati uvjetovanim refleksom. Mehanizam nastanka bolne anurije temelji se na iritaciji hipotalamičkih centara koji stimuliraju izlučivanje vazopresina neurohipofizom. Uz to se povećava aktivnost simpatičkog dijela živčanog sustava i lučenje kateholamina u nadbubrežnim žlijezdama, što uzrokuje oštro smanjenje mokrenja zbog smanjenja glomerularne filtracije i povećanja reapsorpcije vode u tubularima.

Ne samo smanjenje, već i povećanje diureze može biti uzrokovano uvjetovanim refleksom. Ponovljeno unošenje vode u tijelo psa u kombinaciji s djelovanjem uvjetovanog podražaja dovodi do stvaranja uvjetnog refleksa, praćenog pojačanim mokrenjem. Mehanizam uvjetovane refleksne poliurije u ovom slučaju temelji se na činjenici da se impulsi šalju iz cerebralnog korteksa u hipotalamus i smanjuje sekrecija ADH. Impulsi koji dolaze adrenergičkim vlaknima stimuliraju transport natrija, a kolinergičkim vlaknima aktiviraju reapsorpciju glukoze i izlučivanje organskih kiselina. Mehanizam promjene mokrenja uz sudjelovanje adrenergičkih živaca posljedica je aktivacije adenilat ciklaze i stvaranja cAMP u stanicama tubula. Adenilat ciklaza osjetljiva na katekolamin prisutna je u bazolateralnim membranama stanica distalnog zavojitog tubula i početnih dijelova sabirnih kanalića. Aferentni živci bubrega igraju važnu ulogu kao informacijska veza u sustavu ionske regulacije i osiguravaju provedbu reno-renalnih refleksa. Što se tiče humoralno-hormonske regulacije mokrenja, to je gore detaljno opisano.

Pripremio Kasymkanov N.U.

Astana 2015

Glavna funkcija bubrega je uklanjanje vode i tvari topivih u vodi (krajnji produkti metabolizma) iz tijela (1). Funkcija regulacije ionske i acidobazne ravnoteže unutarnjeg okoliša tijela (homeostatska funkcija) usko je povezana s funkcijom izlučivanja. 2). Obje funkcije kontroliraju hormoni. Osim toga, bubrezi obavljaju endokrinu funkciju, izravno sudjeluju u sintezi mnogih hormona (3). Konačno, bubrezi su uključeni u intermedijarni metabolizam (4), posebno u glukoneogenezi i razgradnji peptida i aminokiselina (Slika 1).

Vrlo velika količina krvi prolazi kroz bubrege: 1500 litara dnevno. Iz ovog volumena filtrira se 180 litara primarnog urina. Tada je volumen primarnog urina značajno smanjen zbog reapsorpcije vode, kao rezultat toga, dnevna količina urina iznosi 0,5-2,0 litre.

ekskretorna funkcija bubrega. Proces mokrenja

Proces stvaranja urina u nefronima sastoji se od tri faze.

Ultrafiltracija (glomerularna ili glomerularna filtracija). U glomerulima bubrežnih tjelešaca iz krvne plazme u procesu ultrafiltracije nastaje primarni urin koji je izoosmotski s krvnom plazmom. Pore ​​kroz koje se plazma filtrira imaju efektivni prosječni promjer od 2,9 nm. S ovom veličinom pora sve komponente krvne plazme molekulske mase (M) do 5 kDa slobodno prolaze kroz membranu. Supstance s M< 65 кДа частично проходят через поры, и только крупные молекулы (М >65 kDa) zadržavaju pore i ne ulaze u primarni urin. Budući da većina proteina krvne plazme ima prilično visoku molekularnu težinu (M > 54 kDa) i negativno su nabijeni, zadržava ih bazalna membrana glomerula, a sadržaj proteina u ultrafiltratu je beznačajan.

Reapsorpcija. Primarni urin se koncentrira (oko 100 puta više od izvornog volumena) obrnutom filtracijom vode. Pritom se prema mehanizmu aktivnog transporta u tubulima reapsorbiraju gotovo sve niskomolekularne tvari, posebice glukoza, aminokiseline, kao i većina elektrolita – anorganski i organski ioni (Slika 2).

Reapsorpcija aminokiselina provodi se uz pomoć transportnih sustava (nosača) specifičnih za skupinu.

kalcijeve i fosfatne ione. Ioni kalcija (Ca 2+) i ioni fosfata gotovo se potpuno reapsorbiraju u bubrežnim tubulima, a proces se odvija uz utrošak energije (u obliku ATP-a). Izlaz za Ca 2+ je više od 99%, za fosfatne ione - 80-90%. Stupanj reapsorpcije ovih elektrolita reguliraju paratiroidni hormon (paratirin), kalcitonin i kalcitriol.

Peptidni hormon paratirin (PTH), koji luči paratireoidna žlijezda, potiče reapsorpciju iona kalcija i istovremeno inhibira reapsorpciju iona fosfata. U kombinaciji s djelovanjem drugih koštanih i crijevnih hormona, to dovodi do povećanja razine kalcijevih iona u krvi i smanjenja razine fosfatnih iona.

Kalcitonin, peptidni hormon iz C-stanica štitnjače, inhibira reapsorpciju kalcijevih i fosfatnih iona. To dovodi do smanjenja razine oba iona u krvi. Prema tome, u odnosu na regulaciju razine kalcijevih iona, kalcitonin je antagonist paratirina.

Steroidni hormon kalcitriol, koji se stvara u bubrezima, potiče apsorpciju kalcijevih i fosfatnih iona u crijevima, pospješuje mineralizaciju kostiju i sudjeluje u regulaciji reapsorpcije kalcijevih i fosfatnih iona u bubrežnim tubulima.

natrijevi ioni. Reapsorpcija Na+ iona iz primarnog urina vrlo je važna funkcija bubrega. Ovo je vrlo učinkovit proces: apsorbira se oko 97% Na +. Steroidni hormon aldosteron stimulira, dok atrijski natriuretski peptid [ANP (ANP)], sintetiziran u atriju, naprotiv, inhibira ovaj proces. Oba hormona reguliraju rad Na + /K + -ATP-aze, lokalizirane s one strane plazma membrane tubularnih stanica (distalni i sabirni kanalići nefrona), koju ispire krvna plazma. Ova natrijeva pumpa pumpa Na+ ione iz primarnog urina u krv u zamjenu za K+ ione.

Voda. Reapsorpcija vode je pasivan proces u kojem se voda apsorbira u osmotski ekvivalentnom volumenu zajedno s ionima Na +. U distalnom dijelu nefrona voda se može apsorbirati samo u prisustvu peptidnog hormona vazopresina (antidiuretski hormon, ADH) koji luči hipotalamus. ANP inhibira reapsorpciju vode. tj. pospješuje izlučivanje vode iz organizma.

Uslijed pasivnog transporta apsorbiraju se kloridni ioni (2/3) i urea. Stupanj reapsorpcije određuje apsolutnu količinu tvari koja ostaje u mokraći i izlučuje se iz tijela.

Reapsorpcija glukoze iz primarnog urina proces je ovisan o energiji povezan s hidrolizom ATP-a. Istodobno je popraćen istodobnim transportom iona Na + (duž gradijenta, jer je koncentracija Na + u primarnom urinu veća nego u stanicama). Aminokiseline i ketonska tijela također se apsorbiraju sličnim mehanizmom.

Procesi reapsorpcije i izlučivanja elektrolita i neelektrolita lokalizirani su u različitim dijelovima bubrežnih tubula.

lučenje. Većina tvari koje treba izlučiti iz tijela ulazi u mokraću aktivnim transportom u bubrežnim tubulima. Te tvari uključuju ione H + i K +, mokraćnu kiselinu i kreatinin, lijekove poput penicilina.

Organski sastojci urina:

Glavni dio organske frakcije urina su tvari koje sadrže dušik, krajnji produkti metabolizma dušika. Urea proizvedena u jetri. je nositelj dušika sadržanog u aminokiselinama i pirimidinskim bazama. Količina uree izravno je povezana s metabolizmom proteina: 70 g proteina dovodi do stvaranja ~30 g uree. Mokraćna kiselina je krajnji proizvod metabolizma purina. Kreatinin, koji nastaje spontanom ciklizacijom kreatina, krajnji je produkt metabolizma u mišićnom tkivu. Budući da je dnevno otpuštanje kreatinina individualna karakteristika (upravno je proporcionalno mišićnoj masi), kreatinin se može koristiti kao endogena tvar za određivanje brzine glomerularne filtracije. Sadržaj aminokiselina u mokraći ovisi o prirodi prehrane i učinkovitosti jetre. Derivati ​​aminokiselina (npr. hipurinska kiselina) također su prisutni u urinu. Sadržaj u urinu derivata aminokiselina koji su dio posebnih proteina, kao što je hidroksiprolin, prisutan u kolagenu, ili 3-metilhistidin, koji je dio aktina i miozina, može poslužiti kao pokazatelj intenziteta cijepanja ovih proteina. .

Sastavni sastojci urina su konjugati nastali u jetri sa sumpornom i glukuronskom kiselinom, glicinom i drugim polarnim tvarima.

Produkti metaboličke transformacije mnogih hormona (kateholamini, steroidi, serotonin) mogu biti prisutni u urinu. Sadržaj krajnjih proizvoda može se koristiti za procjenu biosinteze ovih hormona u tijelu. Proteinski hormon koriogonadotropin (CG, M 36 kDa), koji nastaje tijekom trudnoće, ulazi u krvotok i imunološkim se metodama dokazuje u urinu. Prisutnost hormona služi kao pokazatelj trudnoće.

Žutu boju urinu daju urokromi, derivati ​​žučnih pigmenata koji nastaju tijekom razgradnje hemoglobina. Urin tamni tijekom skladištenja zbog oksidacije urokroma.

Anorganski sastojci urina (Slika 3)

U urinu se u tragovima nalaze Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+ i NH 4 + kationi, Cl - anioni, SO 4 2- i HPO 4 2- i drugi ioni. Sadržaj kalcija i magnezija u fecesu znatno je veći nego u urinu. Količina anorganskih tvari uvelike ovisi o prirodi prehrane. U acidozi, izlučivanje amonijaka može biti znatno povećano. Izlučivanje mnogih iona regulirano je hormonima.

Promjene u koncentraciji fizioloških komponenti i pojava patoloških komponenti mokraće koriste se za dijagnosticiranje bolesti. Na primjer, kod šećerne bolesti u urinu su prisutna glukoza i ketonska tijela (Dodatak).

4. Hormonska regulacija mokrenja

Volumen urina i sadržaj iona u njemu reguliraju se kombiniranim djelovanjem hormona i strukturnim značajkama bubrega. Na volumen dnevnog urina utječu hormoni:

ALDOSTERON i VAZOPRESIN (o mehanizmu njihovog djelovanja ranije je bilo riječi).

PARATHORMON - paratiroidni hormon proteinsko-peptidne prirode, (membranski mehanizam djelovanja, preko cAMP) također utječe na uklanjanje soli iz organizma. U bubrezima pojačava tubularnu reapsorpciju Ca +2 i Mg +2, povećava izlučivanje K +, fosfata, HCO 3 - i smanjuje izlučivanje H + i NH 4 +. To je uglavnom zbog smanjenja tubularne reapsorpcije fosfata. Istodobno se povećava koncentracija kalcija u krvnoj plazmi. Hiposekrecija paratiroidnog hormona dovodi do suprotnih pojava - povećanja sadržaja fosfata u krvnoj plazmi i smanjenja sadržaja Ca +2 u plazmi.

ESTRADIOL je ženski spolni hormon. Potiče sintezu 1,25-dioksivitamina D3, pojačava reapsorpciju kalcija i fosfora u bubrežnim tubulima.

homeostatska funkcija bubrega

1) homeostaza vode i soli

Bubrezi sudjeluju u održavanju stalne količine vode utječući na ionski sastav intra- i izvanstaničnih tekućina. Približno 75% iona natrija, klorida i vode reapsorbira se iz glomerularnog filtrata u proksimalnom tubulu spomenutim mehanizmom ATPaze. Pritom se aktivno reapsorbiraju samo ioni natrija, anioni se pomiču zahvaljujući elektrokemijskom gradijentu, a voda se reapsorbira pasivno i izoosmotski.

2) sudjelovanje bubrega u regulaciji acidobazne ravnoteže

Koncentracija H + iona u plazmi i međustaničnom prostoru je oko 40 nM. To odgovara pH vrijednosti od 7,40. pH unutarnjeg okoliša tijela mora se održavati konstantnim, budući da značajne promjene u koncentraciji vode nisu kompatibilne sa životom.

Konstantnost pH vrijednosti održavaju puferski sustavi plazme, koji mogu kompenzirati kratkotrajne poremećaje acidobazne ravnoteže. Dugoročna pH ravnoteža održava se proizvodnjom i uklanjanjem protona. U slučaju poremećaja u puferskim sustavima i u slučaju nepoštivanja acidobazne ravnoteže, na primjer, kao rezultat bolesti bubrega ili neuspjeha u učestalosti disanja zbog hipo- ili hiperventilacije, pH vrijednost plazme ide izvan prihvatljivih granica. Smanjenje pH vrijednosti od 7,40 za više od 0,03 jedinice naziva se acidoza, a povećanje alkaloza

Podrijetlo protona. Postoje dva izvora protona - slobodne prehrambene kiseline i proteinske aminokiseline koje sadrže sumpor, prehrambene kiseline poput limunske, askorbinske i fosforne kiseline doniraju protone u crijevnom traktu (pri alkalnom pH). Aminokiseline metionin i cistein koje nastaju tijekom razgradnje proteina daju najveći doprinos osiguravanju ravnoteže protona. U jetri se atomi sumpora ovih aminokiselina oksidiraju u sumpornu kiselinu, koja disocira na sulfatne ione i protone.

Tijekom anaerobne glikolize u mišićima i crvenim krvnim stanicama, glukoza se pretvara u mliječnu kiselinu, čija disocijacija dovodi do stvaranja laktata i protona. Stvaranje ketonskih tijela - acetooctene i 3-hidroksimaslačne kiseline - u jetri također dovodi do oslobađanja protona, višak ketonskih tijela dovodi do preopterećenja puferskog sustava plazme i smanjenja pH (metabolička acidoza; mliječna kiselina → laktacidoza, ketonska tijela → ketoacidoza). U normalnim uvjetima te se kiseline obično metaboliziraju u CO 2 i H 2 O i ne utječu na ravnotežu protona.

Budući da je acidoza posebna opasnost za tijelo, bubrezi imaju posebne mehanizme za rješavanje:

a) lučenje H +

Ovaj mehanizam uključuje stvaranje CO 2 u metaboličkim reakcijama koje se odvijaju u stanicama distalnog tubula; zatim stvaranje H 2 CO 3 pod djelovanjem karboanhidraze; njegova daljnja disocijacija na H + i HCO 3 - i izmjena H + iona za Na + ione. Tada ioni natrija i bikarbonata difundiraju u krv, osiguravajući njezinu alkalizaciju. Taj je mehanizam eksperimentalno provjeren - uvođenjem inhibitora karboanhidraze dolazi do povećanja gubitka natrija sekundarnim urinom i prestaje zakiseljavanje urina.

b) amoniogeneza

Aktivnost enzima amoniogeneze u bubrezima posebno je visoka u uvjetima acidoze.

Enzimi amoniogeneze uključuju glutaminazu i glutamat dehidrogenazu:

c) glukoneogeneza

Javlja se u jetri i bubrezima. Ključni enzim procesa je bubrežna piruvat karboksilaza. Enzim je najaktivniji u kiseloj sredini - po tome se razlikuje od istog jetrenog enzima. Stoga se kod acidoze u bubrezima aktivira karboksilaza i tvari koje reaguju na kiseline (laktat, piruvat) počinju se intenzivnije pretvarati u glukozu koja nema kisela svojstva.

Ovaj mehanizam je važan kod acidoze povezane s gladovanjem (s nedostatkom ugljikohidrata ili s općim nedostatkom prehrane). Nakupljanje ketonskih tijela, koja su po svojim svojstvima kiseline, potiče glukoneogenezu. A to pomaže u poboljšanju acidobaznog stanja i istovremeno opskrbljuje tijelo glukozom. Uz potpuno gladovanje, do 50% glukoze u krvi nastaje u bubrezima.

Kod alkaloze dolazi do inhibicije glukoneogeneze (zbog promjene pH dolazi do inhibicije PVC-karboksilaze), inhibicije izlučivanja protona, ali se istodobno povećava glikoliza i povećava se stvaranje piruvata i laktata.

Metabolička funkcija bubrega

1) Stvaranje aktivnog oblika vitamina D 3. U bubrezima, kao rezultat reakcije mikrosomalne oksidacije, dolazi do posljednje faze sazrijevanja aktivnog oblika vitamina D 3 - 1,25-dioksikolekalciferola. Prekursor ovog vitamina, vitamin D 3, sintetizira se u koži, pod djelovanjem ultraljubičastih zraka iz kolesterola, a potom hidroksilira: najprije u jetri (na poziciji 25), a zatim u bubrezima (na poziciji 1). Dakle, sudjelujući u stvaranju aktivnog oblika vitamina D 3, bubrezi utječu na metabolizam fosfora i kalcija u tijelu. Stoga, kod bolesti bubrega, kada su poremećeni procesi hidroksilacije vitamina D 3, može se razviti OSTEODISTROFIJA.

2) Regulacija eritropoeze. Bubrezi proizvode glikoprotein koji se naziva bubrežni eritropoetski faktor (PEF ili eritropoetin). To je hormon koji može djelovati na matične stanice crvene koštane srži, koje su ciljne stanice za PEF. PEF usmjerava razvoj ovih stanica na putu eritropoeze, tj. potiče stvaranje crvenih krvnih stanica. Brzina otpuštanja PEF-a ovisi o opskrbi bubrega kisikom. Ako se količina dolaznog kisika smanji, tada se povećava proizvodnja PEF - to dovodi do povećanja broja crvenih krvnih stanica u krvi i poboljšanja opskrbe kisikom. Stoga se kod bolesti bubrega ponekad opaža bubrežna anemija.

3) Biosinteza proteina. U bubrezima se aktivno odvijaju procesi biosinteze proteina koji su potrebni drugim tkivima. Ovdje se sintetiziraju neke komponente:

sustavi koagulacije krvi;

Sustavi komplementa;

sustavi fibrinolize.

Renin se sintetizira u stanicama jukstaglomerularnog aparata (JGA) u bubrezima.

Renin-angiotenzin-aldosteronski sustav djeluje u bliskoj vezi s drugim sustavom regulacije vaskularnog tonusa: KALIKREIN-KININSKIM SUSTAVOM, čije djelovanje dovodi do sniženja krvnog tlaka.

Protein kininogen se sintetizira u bubrezima. Kada uđe u krv, kininogen se pod djelovanjem serin proteinaza - kalikreina pretvara u vazoaktivne peptide - kinine: bradikinin i kalidin. Bradikinin i kalidin imaju vazodilatacijski učinak – snižavaju krvni tlak. Inaktivacija kinina događa se uz sudjelovanje karboksikatepsina - ovaj enzim istodobno utječe na oba sustava regulacije vaskularnog tonusa, što dovodi do povećanja krvnog tlaka. Inhibitori karboksitepsina koriste se terapijski u liječenju nekih oblika arterijske hipertenzije (primjerice, lijek klonidin).

Sudjelovanje bubrega u regulaciji krvnog tlaka povezano je i sa stvaranjem prostaglandina koji imaju hipotenzivni učinak, a nastaju u bubrezima iz arahidonske kiseline kao rezultat reakcija peroksidacije lipida (LPO).

4) Katabolizam proteina. Bubrezi sudjeluju u katabolizmu nekoliko proteina i peptida niske molekularne težine (5-6 kDa) koji se filtriraju u primarni urin. Među njima su hormoni i neke druge biološki aktivne tvari. U stanicama tubula, pod djelovanjem lizosomskih proteolitičkih enzima, ti se proteini i peptidi hidroliziraju do aminokiselina koje ulaze u krvotok i ponovno ih koriste stanice drugih tkiva.

1. Stvaranje aktivnog oblika vitamina D 3. U bubrezima, kao rezultat mikrosomalne oksidacije, dolazi do posljednje faze sazrijevanja aktivnog oblika vitamina D 3 - 1,25-dioksikolekalciferol, koji se sintetizira u koži pod djelovanjem ultraljubičastih zraka iz kolesterola, a potom hidroksilira: najprije u jetri (na poziciji 25), a zatim u bubrezima (na poziciji 1). Dakle, sudjelujući u stvaranju aktivnog oblika vitamina D 3, bubrezi utječu na metabolizam fosfora i kalcija u tijelu. Stoga, kod bolesti bubrega, kada su poremećeni procesi hidroksilacije vitamina D3, može se razviti osteodistrofija.

2. Regulacija eritropoeze. Bubrezi proizvode glikoprotein tzv bubrežni eritropoetski faktor (PEF ili eritropoetin). Ovo je hormon koji može utjecati na matične stanice crvene koštane srži, koje su ciljne stanice za PEF. PEF usmjerava razvoj ovih stanica na putu eritropoeze, tj. potiče stvaranje crvenih krvnih stanica. Brzina otpuštanja PEF-a ovisi o opskrbi bubrega kisikom. Ako se količina dolaznog kisika smanji, tada se povećava proizvodnja PEF - to dovodi do povećanja broja crvenih krvnih stanica u krvi i poboljšanja opskrbe kisikom. Stoga se kod bolesti bubrega ponekad opaža bubrežna anemija.

3. Biosinteza proteina. U bubrezima se aktivno odvijaju procesi biosinteze proteina koji su potrebni drugim tkivima. Ovdje se sintetiziraju i komponente sustava koagulacije krvi, sustava komplementa i sustava fibrinolize.

U bubrezima se sintetiziraju enzim renin i protein kininogen koji sudjeluju u regulaciji vaskularnog tonusa i krvnog tlaka.

4. Katabolizam proteina. Bubrezi sudjeluju u katabolizmu nekoliko proteina i peptida niske molekularne težine (5-6 kDa) koji se filtriraju u primarni urin. Među njima su hormoni i neke druge biološki aktivne tvari. U stanicama tubula, pod djelovanjem lizosomskih proteolitičkih enzima, ti se proteini i peptidi hidroliziraju u aminokiseline, koje potom ulaze u krvotok i ponovno ih koriste stanice drugih tkiva.

Velika potrošnja ATP-a u bubrezima povezana je s procesima aktivnog transporta tijekom reapsorpcije, sekrecije, kao i s biosintezom proteina. Glavni način dobivanja ATP-a je oksidativna fosforilacija. Stoga bubrežno tkivo treba značajne količine kisika. Masa bubrega je 0,5% ukupne tjelesne težine, a potrošnja kisika od strane bubrega je 10% od ukupno isporučenog kisika.

7.4. REGULACIJA METABOLIZMA VODE-SOLI
I MOKRENJE

Volumen urina i sadržaj iona u njemu reguliraju se kombiniranim djelovanjem hormona i strukturnim značajkama bubrega.

Sustav renin-angiotenzin-aldosteron. U bubrezima, u stanicama jukstaglomerularnog aparata (JGA), sintetizira se renin - proteolitički enzim koji sudjeluje u regulaciji vaskularnog tonusa, pretvarajući angiotenzinogen u dekapeptidni angiotenzin I djelomičnom proteolizom. Iz angiotenzina I pod djelovanjem enzima karboksikatepsina nastaje (također djelomičnom proteolizom) oktapeptid angiotenzin II. Ima vazokonstrikcijski učinak, a također potiče proizvodnju hormona kore nadbubrežne žlijezde - aldosterona.

Aldosteron je steroidni hormon kore nadbubrežne žlijezde iz skupine mineralkortikoida koji osigurava povećanu reapsorpciju natrija iz distalnog dijela bubrežnog tubula zahvaljujući aktivnom transportu. Počinje se aktivno izlučivati ​​uz značajno smanjenje koncentracije natrija u krvnoj plazmi. U slučaju vrlo niskih koncentracija natrija u krvnoj plazmi pod djelovanjem aldosterona može doći do gotovo potpunog uklanjanja natrija iz urina. Aldosteron povećava reapsorpciju natrija i vode u bubrežnim tubulima - to dovodi do povećanja volumena krvi koja cirkulira u žilama. Kao rezultat, krvni tlak (BP) raste (slika 19).

Riža. 19. Sustav renin-angiotenzin-aldosteron

Kada molekula angiotenzina-II obavlja svoju funkciju, prolazi kroz potpunu proteolizu pod djelovanjem skupine posebnih proteza - angiotenzinaza.

Proizvodnja renina ovisi o opskrbi bubrega krvlju. Stoga se sniženjem krvnog tlaka povećava proizvodnja renina, a s povećanjem smanjuje. U patologiji bubrega ponekad se opaža povećana proizvodnja renina i može se razviti trajna hipertenzija (povećani krvni tlak).

Hipersekrecija aldosterona dovodi do retencije natrija i vode - tada se razvijaju edemi i hipertenzija, sve do zatajenja srca. Nedostatak aldosterona dovodi do značajnog gubitka natrija, klorida i vode te smanjenja volumena krvne plazme. U bubrezima je istodobno poremećeno lučenje H + i NH 4 +, što može dovesti do acidoze.

Sustav renin-angiotenzin-aldosteron djeluje u bliskom kontaktu s drugim sustavom za regulaciju vaskularnog tonusa. kalikrein-kininski sustav, čije djelovanje dovodi do sniženja krvnog tlaka (slika 20).

Riža. 20. Kalikrein-kininski sustav

Protein kininogen se sintetizira u bubrezima. Kada uđe u krv, kininogen se pod djelovanjem serin proteinaza - kalikreina pretvara u vazoaktinske peptide - kinine: bradikinin i kalidin. Bradikinin i kalidin imaju vazodilatacijski učinak – snižavaju krvni tlak.

Inaktivacija kinina događa se uz sudjelovanje karboksikatepsina - ovaj enzim istovremeno utječe na oba sustava regulacije vaskularnog tonusa, što dovodi do povećanja krvnog tlaka (slika 21). Inhibitori karboksitepsina koriste se u medicinske svrhe u liječenju pojedinih oblika arterijske hipertenzije. Sudjelovanje bubrega u regulaciji krvnog tlaka povezano je i s stvaranjem prostaglandina koji imaju hipotenzivni učinak.

Riža. 21. Odnos renin-angiotenzin-aldosteron
i kalikrein-kininski sustavi

vazopresin- peptidni hormon sintetiziran u hipotalamusu i izlučen iz neurohipofize, ima membranski mehanizam djelovanja. Ovaj mehanizam u ciljnim stanicama ostvaruje se preko sustava adenilat ciklaze. Vazopresin uzrokuje sužavanje perifernih žila (arteriola), što rezultira povišenim krvnim tlakom. U bubrezima, vazopresin povećava brzinu reapsorpcije vode iz prednjeg dijela distalnih zavojitih tubula i sabirnih kanalića. Zbog toga se povećava relativna koncentracija Na, C1, P i ukupnog N. Izlučivanje vazopresina povećava se s porastom osmotskog tlaka krvne plazme, npr. s povećanjem unosa soli ili dehidracijom organizma. Vjeruje se da je djelovanje vazopresina povezano s fosforilacijom proteina u apikalnoj membrani bubrega, što rezultira povećanjem njegove propusnosti. S oštećenjem hipofize, u slučaju poremećenog izlučivanja vazopresina, opaža se dijabetes insipidus - naglo povećanje volumena urina (do 4-5 litara) s niskom specifičnom težinom.

Natriuretski faktor(NUF) je peptid koji se proizvodi u atrijskim stanicama u hipotalamusu. To je tvar slična hormonu. Njegovi ciljevi su stanice distalnih bubrežnih tubula. NUF djeluje preko sustava gvanilat ciklaze, tj. njegov intracelularni posrednik je cGMP. Rezultat utjecaja NHF na stanice tubula je smanjenje reapsorpcije Na +, t.j. razvija se natriurija.

parathormon- hormon paratiroidne žlijezde proteinsko-peptidne prirode. Ima membranski mehanizam djelovanja preko cAMP-a. Utječe na uklanjanje soli iz tijela. U bubrezima paratireoidni hormon pojačava tubularnu reapsorpciju Ca 2+ i Mg 2+, povećava izlučivanje K +, fosfata, HCO 3 - i smanjuje izlučivanje H + i NH 4 +. To je uglavnom zbog smanjenja tubularne reapsorpcije fosfata. Istodobno se povećava koncentracija kalcija u plazmi. Hiposekrecija paratiroidnog hormona dovodi do suprotnih pojava - porasta sadržaja fosfata u krvnoj plazmi i smanjenja sadržaja Ca 2+ u plazmi.

Estradiol- ženski spolni hormon. Potiče sintezu
1,25-dioksikalciferol, pospješuje reapsorpciju kalcija i fosfora u bubrežnim tubulima.

Hormon nadbubrežne žlijezde utječe na zadržavanje određene količine vode u tijelu. kortizon. U tom slučaju dolazi do kašnjenja u otpuštanju iona Na iz tijela i, kao posljedica toga, do zadržavanja vode. Hormon tiroksin dovodi do pada tjelesne težine zbog pojačanog izlučivanja vode, uglavnom kroz kožu.

Ovi mehanizmi su pod kontrolom CNS-a. Diencephalon i sivi tuberkul mozga uključeni su u regulaciju metabolizma vode. Uzbuđenje moždane kore dovodi do promjene u funkcioniranju bubrega kao rezultat ili izravnog prijenosa odgovarajućih impulsa duž živčanih putova, ili uzbuđenja nekih endokrinih žlijezda, posebno hipofize.

Kršenje ravnoteže vode u različitim patološkim stanjima može dovesti ili do zadržavanja vode u tijelu ili do djelomične dehidracije tkiva. Ako je zadržavanje vode u tkivima kronično, obično se razvijaju različiti oblici edema (upalni, slani, gladni).

Patološka dehidracija tkiva obično je posljedica izlučivanja povećane količine vode putem bubrega (do 15-20 litara urina dnevno). Takvo pojačano mokrenje, popraćeno intenzivnom žeđu, opaža se kod insipidusa dijabetesa (diabetes insipidus). U bolesnika koji boluju od dijabetes insipidusa zbog nedostatka hormona vazopresina, bubrezi gube sposobnost koncentriranja primarne mokraće; urin postaje vrlo razrijeđen i ima nisku specifičnu težinu. Međutim, ograničenje pijenja u ovoj bolesti može dovesti do dehidracije tkiva nespojive sa životom.

ispitna pitanja

1. Opišite ekskretornu funkciju bubrega.

2. Što je homeostatska funkcija bubrega?

3. Koju metaboličku funkciju obavljaju bubrezi?

4. Koji hormoni sudjeluju u regulaciji osmotskog tlaka i volumena izvanstanične tekućine?

5. Opišite mehanizam djelovanja renin-angiotenzinskog sustava.

6. Kakav je odnos između sustava renin-aldosteron-angiotenzin i kalikrein-kinin?

7. Koji poremećaji hormonske regulacije mogu uzrokovati hipertenziju?

8. Navedite uzroke zadržavanja vode u organizmu.

9. Što uzrokuje dijabetes insipidus?

Bubrezi su među najbolje opskrbljenim organima ljudskog tijela krvlju. Troše 8% ukupnog kisika u krvi, iako njihova masa jedva doseže 0,8% tjelesne težine.

Kortikalni sloj karakterizira aerobni tip metabolizma, medula - anaerobni.

Bubrezi imaju širok raspon enzima koji su svojstveni svim tkivima koja aktivno funkcioniraju. Istodobno se razlikuju po enzimima "specifičnim za organe", čije određivanje sadržaja u krvi kod bolesti bubrega ima dijagnostičku vrijednost. Ovi enzimi prvenstveno uključuju glicin amido transferazu (aktivna je i u gušterači), koja prenosi amidinsku skupinu s arginina na glicin. Ova reakcija je početni korak u sintezi kreatina:

Glicin amido transferaza

L-arginin + glicin L-ornitin + glikocijamin

Iz izoenzimski spektar za kortikalni sloj bubrega karakteristični su LDH 1 i LDH 2, a za medulu - LDH 5 i LDH 4. Kod akutnih bubrežnih bolesti u krvi se utvrđuje povećana aktivnost aerobnih izoenzima laktat dehidrogenaze (LDH 1 i LDH 2) i izoenzima alanin aminopeptidaze -AAP 3.

Uz jetru, bubrezi su organ sposoban za glukoneogenezu. Taj se proces odvija u stanicama proksimalnih tubula. Glavni glutamin je supstrat za glukoneogenezu, koji istodobno obavlja funkciju pufera za održavanje potrebnog pH. Aktivacija ključnog enzima glukoneogeneze - fosfoenolpiruvat karboksikinaza uzrokovano pojavom kiselih ekvivalenata u krvi koja teče . Prema tome, država acidoza dovodi, s jedne strane, do stimulacije glukoneogeneze, s druge strane, do povećanja stvaranja NH3, tj. neutralizacija kiselih proizvoda. Međutim višak stvaranje amonijaka – hiperamonijemija – već će uzrokovati razvoj metaboličkih alkaloza. Povećanje koncentracije amonijaka u krvi je najvažniji simptom kršenja procesa sinteze uree u jetri.

Mehanizam stvaranja urina.

U ljudskom bubregu postoji 1,2 milijuna nefrona. Nefron se sastoji od nekoliko dijelova koji se razlikuju morfološki i funkcionalno: glomerul (glomerulus), proksimalni tubul, Henleova petlja, distalni tubul i sabirni kanalić. Svaki dan glomeruli filtriraju 180 litara donesene krvne plazme. U glomerulima dolazi do ultrafiltracije krvne plazme, što rezultira stvaranjem primarne mokraće.

Molekule molekulske mase do 60 000 Da ulaze u primarni urin, tj. u njemu praktički nema proteina. Kapacitet filtracije bubrega procjenjuje se na temelju klirensa (pročišćavanja) pojedinog spoja - broja ml plazme koji se može u potpunosti osloboditi te tvari kada prođe kroz bubreg (za više detalja pogledajte fiziologiju tečaj).

Bubrežni tubuli vrše resorpciju i izlučivanje tvari. Ova funkcija je različita za različite veze i ovisi o svakom segmentu tubula.

U proksimalnim tubulima kao rezultat apsorpcije vode i u njoj otopljenih iona Na +, K +, Cl -, HCO 3 -. počinje koncentracija primarnog urina. Apsorpcija vode odvija se pasivno nakon aktivno transportiranog natrija. Stanice proksimalnih tubula također reapsorbiraju glukozu, aminokiseline i vitamine iz primarnog urina.

Dodatna reapsorpcija Na + događa se u distalnim tubulima. Apsorpcija vode ovdje se događa neovisno o natrijevim ionima. Ioni K +, NH 4 +, H + izlučuju se u lumen tubula (imajte na umu da se K +, za razliku od Na +, ne može samo reapsorbirati, već i izlučivati). U procesu sekrecije, kalij iz međustanične tekućine ulazi kroz bazalnu plazma membranu u stanicu tubula zahvaljujući radu “K + -Na + -pumpe”, a potom se pasivno, difuzijom, oslobađa u lumen tubula nefrona kroz membranu apikalne stanice. Na sl. prikazana je struktura “K + -Na + -pumpe”, odnosno K + -Na + -ATP-aze (slika 1.)

Slika 1. Djelovanje K + -Na + -ATPaze

U medularnom segmentu sabirnih kanalića odvija se konačna koncentracija urina. Samo 1% tekućine koju filtriraju bubrezi pretvara se u urin. U sabirnim kanalićima voda se pod djelovanjem vazopresina reapsorbira kroz ugrađene aquoporine II (vodotransportne kanale). Dnevna količina konačnog (ili sekundarnog) urina, koji ima višestruko veću osmotsku aktivnost od primarnog, iznosi u prosjeku 1,5 litara.

Reapsorpciju i izlučivanje različitih spojeva u bubrezima reguliraju CNS i hormoni. Dakle, s emocionalnim i bolnim stresom može se razviti anurija (prestanak mokrenja). Vazopresin povećava apsorpciju vode. Njegov nedostatak dovodi do vodene diureze. Aldosteron povećava reapsorpciju natrija, a zajedno s njim i vode. Paratirin utječe na apsorpciju kalcija i fosfata. Ovaj hormon povećava izlučivanje fosfata, dok ga vitamin D usporava.

Uloga bubrega u održavanju acidobazne ravnoteže. Konstantnost pH krvi održavaju njeni puferski sustavi, pluća i bubrezi. Konstantnost pH izvanstanične tekućine (i neizravno - unutarstanične) osiguravaju pluća uklanjanjem CO 2, bubrezi - uklanjanjem amonijaka i protona i reapsorpcijom bikarbonata.

Glavni mehanizmi u regulaciji acidobazne ravnoteže su proces reapsorpcije natrija i izlučivanje vodikovih iona koji nastaju uz sudjelovanje karbanhidraza.

Karbanhidraza (kofaktor Zn) ubrzava uspostavljanje ravnoteže u stvaranju ugljične kiseline iz vode i ugljičnog dioksida:

H 2 O + CO 2 ⇄ H 2 TAKO 3 ⇄ H + + NSO 3 –

Pri kiselim vrijednostima pH raste R CO2, a ujedno i koncentracija CO2 u krvnoj plazmi. CO 2 već difundira u većim količinama iz krvi u stanice bubrežnih tubula (). U bubrežnim tubulima pod djelovanjem karbanhidraze nastaje ugljična kiselina () koja se disocira na proton i bikarbonatni ion. H + -ioni uz pomoć ATP-ovisne protonske pumpe ili zamjenom s Na + transportiraju se () u lumen tubula. Ovdje se vežu na HPO 4 2- i formiraju H 2 PO 4 - . Na suprotnoj strani tubula (uz kapilaru) uz pomoć reakcije karbanhidraze () nastaje bikarbonat koji zajedno s natrijevim kationom (Na + kotransport) ulazi u krvnu plazmu (slika 2). .

Ako je aktivnost karbanhidraze inhibirana, bubrezi gube sposobnost lučenja kiseline.

Riža. 2. Mehanizam reapsorpcije i sekrecije iona u stanici tubula bubrega

Najvažniji mehanizam koji doprinosi očuvanju natrija u tijelu je stvaranje amonijaka u bubrezima. NH3 se koristi umjesto drugih kationa za neutralizaciju kiselih ekvivalenata urina. Izvor amonijaka u bubrezima su procesi deaminacije glutamina i oksidativne deaminacije aminokiselina, prvenstveno glutamina.

Glutamin je amid glutaminske kiseline, nastao adicijom NH 3 na nju pomoću enzima glutamin sintaze, ili sintetiziran u reakcijama transaminacije. U bubrezima se amidna skupina glutamina hidrolitički odcjepljuje od glutamina pomoću enzima glutaminaze I. U tom slučaju nastaje slobodni amonijak:

glutaminaza ja

Glutamin Glutaminska kiselina + NH3

Glutamat dehidrogenaza

α-ketoglutarna

kiselina + NH3

Amonijak može lako difundirati u bubrežne tubule i tamo je lako vezati protone za stvaranje amonijevog iona: NH 3 + H + ↔NH 4 +